1. SPEKTROSKOPI INFRA MERAHSpektroskopi infra merah digunakan secara luas untuk analisis secara kualitatif dan analisis secara kuantitatif. Penggunaan yang paling penting dari spektroskopi infra merah adalah untuk identifikasi senyawa organic, karena spektrumnya sangat kompleks yang terdiri dari banyak puncak-puncak serapan. Spektrum infra merah dari senyawa organic mempunyai sifat-sifat fisik yang karakteristik, artinya kemungkinan bahwa dua senyawa mempunyai spectrum yang sama adalah sangat kecil, kecuali senyawa isomer optic.Spektrum infra merah terletak pada daerah dengan penjang gelombang dari 780 nm – 1.000.000 nm (0,78 – 1000 mm), atau bilangan gelombang dari 1200 – 10 cm-1. Dilihat dari panjang gelombang dan dari segi aplikasinya, maka spectrum IR dibagi dalam tiga daerah yaitu infra merah dekat, pertengahan, dan infra merah jauh. Daerah infra merah yang digunakan untuk keperluan analisis kimia adalah pada daerah sekitar 4000 – 670 cm-1 atau 2,5 – 15 mm. Tabel berikut menyajikan daerah spektra infra merah.Tabel Daerah spectra infra merahDaerah IRPanjang gelombang (mm)Bilangan gelombang (cm-1)Frekuensi (Hz)Dekat0,78 – 2,512800 – 40003,8.1014 – 1,2.1014Pertengahan2,5 – 504000 – 2001,2.1014 – 6,0.1012Jauh50 – 1000200 – 106,0.1012 – 3,0.1011

Plot antara transmitansi terhadap bilangan gelombang atau frekuensi akan dihasilkan spectrum infra merah, yang merupakan spectrum berupa puncak-puncak yang tajam dengan frekuensi tertentu yang dihasilkan dari suatu senyawa organic dengan gugus fungsi tertentu. Karena pada dasarnya spektroskopi infra merah digunakan untuk mengetahui gugus fungsi yang terdapat dalam senyawa organikInstrumentasi Spektroskopi Infra MerahKomponen-komponen dalam instrumentasi spektroskopi infra merah meliputi: (1) Sumber radiasi; (2) Tempat sampel; (3) Monokromator; (4) Detektor; dan (5) Rekorder. Terdapat dua macam spektroskopi infra merah yaitu spektroskopi infra merah dengan berkas tunggal (single-beam), dan spektroskopi infra merah berkas ganda (double-beam). Gambar berikut menyajikan spektroskopi infra merah dengan berkas ganda.1. Sumber radiasiRadiasi infra merah dihasilkan dari pemanasan suatu sumber radiasi dengan listrik sampai suhu antara 1500 dan 2000 K. Sumber radiasi yang biasa digunakan adalah Nernst Glower, Globar, dan kawat nikrom.Nernst Glower merupakan campuran oksida dari zirkom (Zr) dan Yitrium (Y) yaitu berupa senyawa ZrO2 dan Y2O3 atau campuran oksida thorium (Th) dan Cerium (Ce). Nernst Glower ini berupa silinder dilapisi platina untuk melewatkan arus listrik. Nernst Glower mempunyai radiasi maksimum pada panjang gelombang 1,4 mm atau bilangan gelombang 7100 cm-1.Globar merupakan sebatang silicon karbida (SiC) dengan ukuran diameter sekitar 5 mm dan panjang 50 mm. Radiasi

maksimum Globar pada panjang gelombang 1,8 – 2,0 mm atau pada bilangan gelombang 5500 – 5000 cm-1.Kawat NIkrom merupakan campuran nikel (Ni) dan khrom (Cr). Kaawat nikhrom berbentuk spiral dan mempunyai identitas radiasi yang lebih rendah dari Nernst Glower dan Globar tetapi mempunyai umur yang lebih panjang.2. Tempat sampelTempat sampel atau sel tergantung dari jenis sampel. Untuk sampel berbentuk gas digunakan sel gas dengaan lebar sel atau panjang berkas radiasi 40 mm. Hal ini dimungkinkan untuk menaikkan sensitivitas karena adanya cermin yang dapat memantulkan berkas radiasi berulang kali melalui sampel.Tempat sampel untuk sampel yang berbentuk cairan umumnya mempunyai panjang berkas radiasi kurang dari 1 mm biasanya dibuat lapisan tipis (film) diantara dua keeping senyawa yang transparan terhadap radiasi infra merah. Senyawa yang biasa digunakan adalah natrium klorida (NaCl), kalsium fluoride (CaF2), dan kalsium iodide (CaI2). Dapat juga dibuat larutan yang kemudian dimasukkan ke dalam sel larutan. Wadah sampel untuk larutan disebut sel larutan. Sampel dilarutkan ke dalam pelarut organic dengan konsentrasi 1 – 5%. Pelarut organic yang biasa dipakai adalah karbon tetraklorida (CCl4), karbon disulfide (CS2) dan kloroform (CHCl3).Wadah sampel untuk sampel padat mempunyai panjang berkas radiasi kurang dari 1 mm. Pelet KBr dibuat dengan menggerus sampel dan Kristal KBr (0,1 – 2,0 % berdasarkan berat) sehingga merata, kemudian ditekan (sekitar 8 ton) sampai diperoleh pellet atau pil tipis. Bentuk pasta dibuat dengan mencampur sampel dan setets bahan pasta sehingga merata kemudian dilapiskan antara dua keeping NaCl yang transparan terhadap radiasi infra merah. Bahan pasta yang biasa digunakan adalah paraffin cair. Lapis tipis dibuat dengan meneteskan larutan dalam pelarut yang mudah menguap pada permukaan kepingan NaCl dan dibiarkan sampai menguap.3. MonokhromatorPada pemilihan panjang gelombang infra merah dapat digunakan filter, prisma atau grating. Seperti alat spektroskopi pada gambar di atas, berkas radiasi terbagi dua, sebagian melewati sampel dan sebagian melewati blanko (referece). Setelah itu kedua berkas sinar tersebut bergabung kembali dan keemudian dilewatkan ke dalam monokhromatorFilter biasa dgunakan untuk tujuan analisis kuantitatif, sebagai contoh dengan panjang gelombang 9,0 mm untuk penentuan asetaldehida. Filter dengan panjang gelombang 13,4 mm untuk penentuan 0-diklorobenzena, dan filter dengan panjang gelombang 4,5 mm untuk penentuan dinitrogen oksida. Ada juga filter yang mempunyai panjang gelombang pada kisaran antara 2,5 sampai dengan 4,5 mm; 4,5 sampai dengan 8,0 mm, dan 8,0 sampai dengan 14,5 mm.Prisma yang terbuat dari kuasa digunakan untuk daerah infra merah dekat (0,8 sampai dengan 3,0 mm). Prisma yang paling umum digunakan adalah terbuat dari Kristal natrium klorida dengan daerah frekuensi 2000 sampai 670 cm-1 (atau 5 – 15 mm). Contoh prisma lainnya adalah Kristal kalium bromide dan cesium bromide yang sesuai untuk daerah spectrum infra merah jauh yaitu pada kisaran 15 – 40 mm. Kristal LiF juga dapat digunakan untuk daerah spectrum infra merah dekat yaitu pada panjang gelombang antara 1 – 5 mm.Grating umumnya memberikan hasil yang lebih baik daripada prisma. Biasanya grating dibuat dari gelas atau plastic yang dilapisi dengan aluminium.4. DetektorSetelah radiasi infra merah melewati monokhromator, kemudian berkas radiasi ini dipantulkan oleh cermin dan akhirnya ditangkap oleh detector. Detektor pada spectrometer infra merah merupakan alat ayang bisa mengukur atau mendeteksi energy radiasi akibat pengaruh panas. Berbeda dengan jenis detector lainnya (misalnya phototube), pengukuran radiasi infra merah lebih sulit karena intensitas radiasi rendah dan energy foton infra merah juga rendah. Akibatnya signal dari detector infra merah keecil sehingga dalam pengukurannya harus diperkuat.Terdapat dua macam detector yaitu thermocouple dan bolometer. Detektor yang paling banyak digunakan dalam spektrofotometer infra merah adalah thermocouple. Detektor thermocouple merupakan alat yang mempunyai impedans tinggi.Detektor thermocouple terdiri dari dua kawat halus yang terbuat dari logam seperti platina (Pt) dan perak (Ag) atau antimony (Sb) dan bismuth (Bi). Energi radiasi infra merah akan menyebabkan terjadinya pemanasan pada salah satu

kawat dan panasnya ini sebanding dengan perbedaan gaya gerak listrik yang dihasilkan dari kedua kawat.Bolometer merupakan semacam thermometer resistans yang terbuat dari kawat platina atau nikel. Dalam hal ini akibat pemanasan akan terjadi perubahan tahanan pada bolometer sehingga signal menjadi tidak seimbang. Signal yang tidak seimbang ini kemudian diperkuat sehingga dapat dicatat atau direkam.5. RekorderSignal yang dihasilkan dari detector kemudian direkam sebagai spectrum infra merah yang berbentuk puncak-puncak serapan. Spektrum infra merah ini menunjukkan hubungan antara absorban dan frekuensi atau bilangan gelombang atau panjang gelombang. Sebagai absis adalah frekuensi (cm-1) atau panjang gelombang (mm) atau bilangan gelombang (cm-1), dan sebagai ordinat adalah transmitan (%) atau absorban.Cara Penanganan CuplikanPenanganan cuplikan tergantung pada wujud cuplikan gas, cair atau padatan.a. GasDimasukkan dalam sel gas, yang menghadap langsung ke sumber sinar IR. Wadah (sel gas) tidak menyerap sinar pada gelombang IR.b. CairanCairan diteteskan pada pelat NaCl berupa film tipis, dan bila larutannya berair harus cepat-cepat dikeringkan agar pelat NaCl tidak rusak. Namun untuk larutan berair biasanya digunakan pelat CsI dan CaF2. Pelarut organic yang umumnya digunakan adalah yang tidak mengandung gugus fungsi utama agar jangan mengganggu analisa seperti toluene, heksana, kloroform, dll.c. PadatanAda tiga cara untuk menangani cuplikan padatan· Pelet KbrMenumbuk cuplikan (0,1 – 2,0 %) dengan KBr kemudian ditekan dalam setakan hingga membentuk pellet KBr.· Mull atau PastaMencampur cuplikan dengan minyak pasta kemudian dilapiskan pada dua keeping NaCl.· Lapisan tipisPadatan dilarutkan dalam pelarut yang “volatile” kemudian diteteskan pada peleet NaCl. Bila pelarut sudah menguap maka akan diperoleh lapisan tipis pada pelat.

Langkah-langkah dalam Mengidentifikasi Spektrum Infra MerahUntuk memudahkan dalam menginterpretasi dari spectra infra merah, langkah-langkah yang digunakan sebagai pedoman adalah sebagai berikut:Tahap 1Lihat puncak absorban dari gugus karbonil (C = O) pada kisaran 1600 – 1800 cm-1.Tahap 2Bila ada gugus karbonil, maka lanjutkan periksa:1. Asam karboksilat (OH) pada 1500 – 3000 cm-1 (sedang)2. Amida (NH) pada frekuensi 3100 – 3500 cm-1 (sedang)3. Ester (C – O) pada frekuensi 1000 – 1300 cm-1 (tajam)4. Aldehida (CH) pada frekuensi 2700 – 2800 cm-1 (lemah) dan 2800 – 2900 cm-1 (lemah)5. Anhidrida (C = O) pada frekuensi 1760 cm-1 (tajam) dan 1810 cm-1 (tajam)6. KetonKeton alifatik mempunyai frekuensi pada 1715 cm-1, dan metal keton memberikan serapan kuat pada frekuensi dekat 1400 cm-1.Tahap 3Bila tidak ada gugus karbonil, maka periksa gugus alcohol (OH) pada frekuensi 3300 – 3600 cm-1 (sedang), gugus amida

(NH) pada frekuensi 3500 cm-1, dan gugus ester (C – O) pada frekuensi 1000 – 1300 cm-1 (tajam)Tahap 4Ikatan rangkap dua, mula-mula periksa gugus alkena (C = C) pada frekuensi 1600 – 1680 cm-1 (sedang), kemudian gugus aromatic (C = C) pada frekuensi 2100 – 2250 cm-1 (sedang).Tahap 5Ikatan rangkap tiga, pertama periksa nitril (C º N) pada frekuensi 2240 – 2260 cm-1 (sedang-tajam), dan gugus alkuna (C º C) pada frekuensi 2100 – 2250 cm-1 (lemah-tajam)Tahap 6Periksa adanya gugus nitro (R – NO2) yang mempunyai dua puncak serapan tajam yaitu pada frekuensi 1500 – 1600 cm-1 dan 1300 – 1390 cm-1.Tahap 7Bila tidak ada semua gugus fungsional tersebut di atas, periksa adanya hidrokarbon dengan puncak serapan pada frekuensi sekitar 3000 cm-1.

2.

Arti ‘Area sidik jari’

Contoh sebuah spektrum infra-merah yang umum:

Catatan: spektrum Infra-merah pada halaman ini dibuat berdasarkan data yang diambil dari Spectral Data Base for Organic Compounds (SDBS) di National Institute of Materials and Chemical Research di Jepang.

Setiap lembah yang dilihat pada grafik diatas adalah karena energy diserap dari frekwensi tertentu sebuah radiasi infra-merah yang digunakan untuk mengaktivasikan ikatan-ikatan dalam molekul itu kepada tingkat getaran yang lebih tinggi- baik pergerakan maupun pembelokan.

Beberapa lembah dapat digunakan dengan mudah untuk mengidentifikasi ikatan tertentu dalam sebuah molekul. Sebagai contoh: lembah besar yang terdapat pada sebelah kiri dari spektrum diatas digunakan untuk mengindentifikasi keberadaan ikatan oksigen-hidrogen dalam group -OH.

Daerah di sebelah kanan diagram (sekitar 1000-1500 cm-1) biasanya mempunyai penyerapan yang sangat beragam dan bermacam-macam. Ini adalah karena semua sifat pembelokan getaran-getaran dalam molekul tersebut. Daerah ini biasanya disebut ‘Daerah sidik jari’

Akan jauh lebih sulit untuk membedakan ikatan-ikatan tertentu dalam area ini daripada dalam area yang lebih ‘bersih’ yang berada dalam area dengan nomor gelombang yang lebih besar. Hal penting dalam area sidik jari ini adalah setiap senyawa yang berbeda menghasilkan pola lembah yang berbeda-beda pada spektrum bagian ini.

Menggunakan area sidik jari

Bedakanlah spektrum infra-merah 1-propanol dan 2-propanol. Kedua senyawa ini mempunyai jenis dan jumlah ikatan yang sama persis. Kedua senyawa ini menghasilkan lembah yang sama pada area sekitar 3000 cm-1, tapi coba bedakan lagi pada daerah antara 1500-500 cm-1.

Pola pada daerah sidik jari sangat berbeda satu dengan yang lain, karenanya hal ini dapat digunakan untuk mengidentifikasi senyawa tersebut.

Jadi, .untuk mengetahui secara jelas sebuah senyawa yang ingin diketahui, gunakanlah spektrum infra-merah untuk mengetahui ‘jati diri’ senyawa tersebut dengan mencari penyerapan-penyerapan sinar oleh ikatan-ikatan tertentu. Dengan begitu, anda akan tahu bahwa, untuk contoh, bahwa senyawa tersebut adalah alkohol karena ia mempunyai sebuah group -OH.

Setelah itu anda bisa membandingkan area sidik jari dari spektrum infra-merah senyawa itu dengan contoh spektrum yang diukur pada kondisi yang sama persis untuk mengetahui jenis alkohol apa sebenarnya senyawa yang anda punya.Gunakan fasilitas pencarian kata dibawah ini untuk mencari kata di chem-is-try.org

Memahami Arti Sebuah Spektrum Infra merah.

Halaman ini menjelaskan tentang bagaimana cara menggunakan spektrum infra-merah untuk mengetahui keberadaan beberapa ikatan sederhana dalam senyawa-senyawa organik.

Catatan: Halaman ini merupakan sambungan dari halaman Perkenalan spektrum Infra-merah. Jika anda belum membacanya, sebelum melanjutkan melihat halaman ini lebih baik anda membaca halaman tersebut.

Spektrum Infra-merah sebuah asam karbon sederhana.

Asam etanoat

Asam etanoat mempunyai struktur sebagai berikut:

Dari struktur diatas dapat diketahui bahwa senyawa tersebut terdiri dari ikatan-ikatan sebagai berikut:

Ikatan rangkap karbon-oksigen, C=O

Ikatan tunggal karbon-oksigen, C-O

Ikatan oksigen-hidrogen, O-H

Ikatan karbon-hidrogen, C-H

Ikatan tunggal carbon-carbon, C-C

Ikatan karbon-karbon mempunyai penyerapan cahaya yang terjadi pada gelombang dalam jangkauan yang luas didalam ‘Area sidik jari’ sehingga sangat sulit untuk membedakan spektrum infra-merahnya.

Ikatan tunggal karbon-oksigen juga mempunyai penyerapan dalam ‘Area sidik jari’, yang berkisar antara 1000 – 1300cm-1,tergantung pada molekul yang mempunyai ikatan tersebut. Anda harus sangat hati-hati dalam membedakan mana yang merupakan spektrum ikatan C-O.

Ikatan-ikatan lainnya dalam asam etanoat ini dapat diketahui secara mudah dengan memperhatikan penyerapan di luar area sidik jari.

Ikatan C-H (dimana hidrogen tersebut menempel pada karbon yang mempunyai ikatan tunggal dengan unsur-unsur lainnya) menyerap sinar pada jangkauan sekitar 2853-2962 cm-1. Karena ikatan ini terdapat pada sebagian

besar senyawa ornganik, maka ini sangatlah tidak bisa diandalkan. Maksud saya adalah anda bisa mengabaikan lembah pada sekitar sedikit di bawah 3000 cm-1, karena mungkin itu hanya karena ikatan C-H saja.

Ikatan rangkap antara karbon-oksigen, C=O, adalah salah satu penyerapan yang sangat berguna, yang bisa anda temukan pada daerah sekitar 1680-1750 cm-1. Posisinya sedikit terpengaruh oleh jenis senyawa yang mempunyai ikatan tersebut.

Ikatan lainnya yang sangat berguna adalah ikatan O-H. Ikatan ini menyerap sinar yang berbeda-beda, tergantung pada kondisi lingkungannya. Ikatan ini akan sangat mudah dikenali dalam sebuah asam karena akan menghasilkan lembah yang sangat luas pada daerah sekitar 2500-3300 cm-1.

Spektrum infra-merah untuk asam etanoat adalah sebagai berikut:

Kemungkinan penyerapan yang disebabkan oleh ikatan tunggal C-O ini diragukan karena terletak pada area sidik jari. Anda tidak bisa yakin bahwa lembah ini terbentuk bukan karena ikatan yang lain.

Catatan: spektrum Infra-merah pada halaman ini dibuat berdasarkan data yang diambil dari Spectral Data Base for Organic Compounds (SDBS) di National Institute of Materials and Chemical Research di Jepang.

Ada kemungkinan bahwa kesalahan-kesalahan kecil mungkin timbul dalam proses perubahan dari data tersebut untuk digunakan dalam situs ini, tapi itu tidak akan mempengaruhi argument ini sedikitpun.

Spektrum infra-merah golongan alkohol

Etanol

Ikatan O-H yang terdapat pada alkohol menyerap sinar dengan bilangan gelombang yang lebih besar daripada ikatan O-H yang terdapat dalam asam, yaitu sekitar 3230-3550 cm-1. Dan lagi penyerapan ini akan terjadi pada bilangan gelombang yang lebih besar lagi jika alkohol ini tidak terikat dengan ikatan hidrogen, seperti alkohol dalam bentuk gas. Semua spektrum infra-merah pada halaman ini dilakukan dalam bentuk cairan sehingga kemungkinan itu tidak akan muncul.

Perhatikan bahwa penyerapan karena ikatan C-H hanya sedikit dibawah 3000cm-1,dan juga pada lembah-lembah sekitar 1000-1100cm-11, dimana salah satunya disebabkan oleh ikatan C-O.

Spektrum infra-merah golongan ester

Etil etanolat

Pada grafik ini penyerapan oleh O-H hilang sama sekali. Jangan bingung dengan lembah yang disebabkan oleh C-H yang sebagian kecil berada pada sekitar 3000cm-1. Keberadaan ikatan rangkap C=O dapat dilihat sekitar 1740cm-1.

Ikatan tunggal C-O menyebabkan penyerapan pada sekitar 1240cm-1. Pertanyaan apakah anda bisa menentukan lembah tersebut adalah tergantung pada tabel data atau detail yang diberikan pada anda waktu ujian, karena ikatan tunggal C-O itu tersebar pada daerah 1000-1300cm-1, tergantung pada jenis senyawa apa yang mempunyai ikatan ini. Beberapa tabel data ada yang memutuskan bahwa penyerapan dari 1230-1250 adalah karena ikatan C-O pada sebuah etanoat.

Spektrum infra-merah golongan keton

Propanon

Anda akan berpikir bahwa grafik ini sangat mirip dengan spektrum infra-merah etil etanolat dan ester. Karena tidak ada lembah yang disebabkan oleh ikatan O-H, dan karena adanya penyerapan tegas yang disebabkan oleh ikatan C=O pada daerah sekitar 1700cm-1.

Hal yang juga membingungkan, terdapat juga penyerapan yang kelihatannya merupakan penyerapan karena ikatan tunggal C-O, yang tentunya tidak ada pada propanon. Hal ini menyebabkan harus mencoba mengidentifikasi penyerapan-penyerapan yang ada pada daerah sidik jari.

Golongan aldehid akan mempunyai spektrum infra-merah yang sama dengan golongan keton.

Spektrum infra-merah golongan asam hidroksil

Asam 2-hidroksipropanoat (asam laktat)

Grafik ini sangat menarik, karena mempunyai dua macam ikatan O-H dimana yang satu terikat pada asam dan yang satunya lagi merupakan ‘alkohol’ yang terikat pada rantai golongan -COOH.

Ikatan O-H dalam golongan asam timbul pada daerah sekitar 2500-3300, sedangkan yang terikat pada rantai pada daerah sekitar 3230-3550cm-1. Bila digabungkan, akan menjadi lembah dengan jangkauan yang sangat besar meliputi daerah 2500-3550cm-1. Binggung pada daerah lembah tersebut akan sama seperti penyerapan yang disebabkan oleh ikatan C-H.

Perhatikan juga bahwa keberadaan ikatan C=O yang kuat pada daerah sekitar 1730cm-1.

Spektrum infra-merah amine primer

1-aminobutan

Amine primer ini mempunyai group -NH2 yang juga termasuk ikatan N-H. Penyerapan group ini timbul pada daerah sekitar 3100-3500cm-1.Dua lembah tersebut (ciri khas amine primer) bisa dilihat secara jelas pada spektrum sebelah kiri dari penyerapan oleh C-H.

3.

Berdasarkan pembagian daerah panjang gelombang (Tabel 1), sinar inframerah dibagi atas tiga daerah yaitu:

a. Daerah infra merah dekat b. Daerah infra merah pertengahan c. Daerah infra merah jauh

Tabel 1. Daerah panjang gelombang

Jenis Panjang gelombang Interaksi Bilangan gelombangSinar gamma <> Emisi Inti  sinar-X 0,01 – 100 A Ionisasi Atomik  Ultra ungu (UV) jauh 10-200 nm Transisi Elektronik  Ultra ungu (UV) dekat 200-400 nm Transisi Elektronik  sinar tampak (spektrum optik) 400-750 nm Transisi Elektronik 25.000 – 13.000 cm-1

Inframerah dekat 0,75 – 2,5 µm Interaksi Ikatan 13.000 – 4.000 cm-1

Inframerah pertengahan 2,5 – 50 µm Interaksi Ikatan 4.000 – 200 cm-1

Inframerah jauh 50 – 1.000 µm Interaksi Ikatan 200 – 10 cm-1

Gelombang mikro 0,1 – 100 cm serapan inti 10 – 0,01 cm-1

Gelombang radio 1 – 1.000 meter Serapan Inti  

Dari pembagian daerah spektrum elektromagnetik tersebut di atas, daerah panjang gelombang yang digunakan pada alat spektroskopi inframerah adalah pada daerah inframerah pertengahan, yaitu pada panjang gelombang 2,5 – 50 µm atau pada bilangan gelombang 4.000 – 200 cm-1 . Daerah tersebut adalah cocok untuk perubahan energi vibrasi dalam molekul. Daerah inframerah yang jauh (400-10cm-1, berguna untuk molekul yang mengandung atom berat, seperti senyawa anorganik tetapi lebih memerlukan teknik khusus percobaan.

Metode Spektroskopi inframerah ini dapat digunakan untuk mengidentifikasi suatu senyawa yang belum diketahui,karena spektrum yang dihasilkan spesifik untuk senyawa tersebut. Metode ini banyak digunakan karena:

a. Cepat dan relatif murah b. Dapat digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsional dalam molekul (Tabel 2) c. Spektrum inframerah yang dihasilkan oleh suatu senyawa adalah khas dan oleh karena itu dapat

menyajikan sebuah fingerprint (sidik jari) untuk senyawa tersebut.

Tabel 2. Serapan Khas Beberapa Gugus fungsi

Gugus Jenis Senyawa Daerah Serapan (cm-1)C-H alkana 2850-2960, 1350-1470C-H alkena 3020-3080, 675-870C-H aromatik 3000-3100, 675-870C-H alkuna 3300C=C alkena 1640-1680C=C aromatik (cincin) 1500-1600C-O alkohol, eter, asam karboksilat, ester 1080-1300C=O aldehida, keton, asam karboksilat, ester 1690-1760O-H alkohol, fenol(monomer) 3610-3640O-H alkohol, fenol (ikatan H) 2000-3600 (lebar)O-H asam karboksilat 3000-3600 (lebar)N-H amina 3310-3500C-N amina 1180-1360-NO2 nitro 1515-1560, 1345-1385

Atom-atom dalam suatu molekul tidak diam melainkan bervibrasi. Bila radiasi infra merah yang kisaran energinya sesuai dengan frekuensi vibrasi rentangan (stretching) dan vibrasi bengkokan (bending) dari ikatan kovalen dalam kebanyakan molekul dilewatkan dalam suatu cuplikan, maka molektul-molekul akan menyerap energi tersebut dan terjadi transisi diantara tingkat energi vibrasidasar dan tingkat vibrasi tereksitasi (Hendayana, dkk., 1994). Namun demikian tidak semua ikatan dalam molekul dapat menyerap energi infra merah meskipun mempunyai frekuensi radiasi sesuai dengan gerakan ikatan. Hanya ikatan yang mempunyai momen dipol dapat menyerap radiasi infra merah (Sastrohamidjojo, 1992). Umumnya daerah radiasi infra merah (IR) terbagi dalam daerah IR dekat (14290-4000 cm-1), IR jauh (700-200 cm-1) dan IR tengah (4000-666 cm-1). Daerah yang paling banyak digunakan untuk keperluan penyidikan terbatas pada daerah IR tengah (Silverstein et al., 1986).

Vibrasi rentangan dapat dibedakan vibrasi rentangan simetri dan vibrasi rentangan asimetri. Sedangkan vibrasi bengkokan dibedakan menjadi guntingan (scissoring), kibasan (waging), pelintiran (twisting) dan goyangan (rocking). Ragam vibrasi rentangan dan bengkokan ditunjukkan oleh Gambar berikut :

Gambar 1. Vibrasi rentangan : (a) Rentangan simetri, (b) rentangan asimetri. Vibrasi bengkokan : (c)

Guntingan, (d) Goyangan, (e) Kibasan dan (f) Pelintiran (Sastrohamidjojo, 1992)  

 Contoh spektra FTIR :

Cara membaca spektra FTIR : 

1. Tentukan sumbu X dan Y-sumbu dari spektrum. X-sumbu dari spektrum IR diberi label sebagai "bilangan gelombang" dan jumlahnya berkisar dari 400 di paling kanan untuk 4.000 di paling kiri. X-sumbu menyediakan nomor penyerapan. Sumbu Y diberi label sebagai "transmitansi Persen" dan jumlahnya berkisar dari 0 pada bagian bawah dan 100 di atas.

2. Tentukan karakteristik puncak dalam spektrum IR. Semua spektrum inframerah mengandung banyak puncak. Selanjutnya melihat data daerah gugus fungsi yang diperlukan untuk membaca spektrum.

3. Tentukan daerah spektrum di mana puncak karakteristik ada. Spektrum IR dapat dipisahkan menjadi empat wilayah. Rentang wilayah pertama dari 4.000 ke 2.500. Rentang wilayah kedua dari 2.500 sampai 2.000. Ketiga wilayah berkisar dari 2.000 sampai 1.500. Rentang wilayah keempat dari 1.500 ke 400.

4. Tentukan kelompok fungsional diserap di wilayah pertama. Jika spektrum memiliki karakteristik puncak di

kisaran 4.000 hingga 2.500, puncak sesuai dengan penyerapan yang disebabkan oleh NH, CH dan obligasi OH tunggal.

5. Tentukan kelompok fungsional diserap di wilayah kedua. Jika spektrum memiliki karakteristik puncak di kisaran 2.500 hingga 2.000, puncak sesuai dengan penyerapan yang disebabkan oleh ikatan rangkap tiga.

6. Tentukan kelompok fungsional diserap di wilayah ketiga. Jika spektrum memiliki karakteristik puncak di kisaran 2.000 sampai 1.500, puncak sesuai dengan penyerapan yang disebabkan oleh ikatan rangkap seperti C = O, C = N dan C = C.

7. Bandingkan puncak di wilayah keempat ke puncak di wilayah keempat spektrum IR lain. Yang keempat dikenal sebagai daerah sidik jari dari spektrum IR dan mengandung sejumlah besar puncak serapan yang account untuk berbagai macam ikatan tunggal. Jika semua puncak dalam spektrum IR, termasuk yang di wilayah keempat, adalah identik dengan puncak spektrum lain, maka Anda dapat yakin bahwa dua senyawa adalah identik.

                          Tabel daerah gugus fungsi pada IR :

Panduan

SPEKTROFOTOMETRI INFRAMERAH

Spektrofotometri Infra Red atau Infra Merah merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul

dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah panjang gelombang 0,75–1.000 μm atau pada bilangan

gelombang 13.000–10 cm-1 dengan menggunakan suatu alat yaitu Spektrofotometer Inframerah.

Metode ini banyak digunakan pada laboratorium analisis industri dan laboratorium riset karena dapat

memberikan informasi yang berguna untuk analisis kualitatif dan kuantitatif, serta membantu penerapan rumus

bangun suatu senyawa.

Spektroskopi infra merah digunakan secara luas untuk analisis secara kualitatif dan analisis secara

kuantitatif. Penggunaan yang paling penting dari spektroskopi infra merah adalah untuk identifikasi senyawa

organic, karena spektrumnya sangat kompleks yang terdiri dari banyak puncak-puncak serapan. Spektrum infra

merah dari senyawa organic mempunyai sifat-sifat fisik yang karakteristik, artinya kemungkinan bahwa dua

senyawa mempunyai spectrum yang sama adalah sangat kecil, kecuali senyawa isomer optic.

Pada era modern ini, radiasi inframerah digolongkan atas 4 (empat) daerah, yaitu :

Bila dibandingkan dengan daerah UV – VIS , dimana energi dalam daerah ini dibutuhkan untuk transisi

elektronik, maka radiasi infra merah hanya terbatas pada perubahan energi setingkat molekul. Untuk tingkat

molekul, perbedaan dalam keadaan vibrasi dan rotasi digunakan untuk mengabsorbsi sinar infra merah. Jadi,

untuk dapat mengabsorbsi, molekul harus memiliki perubahan momen dipol sebagai akibat dari vibrasi. Berarti

radiasi medan listrik yang beruabah – ubah akan berinteraksi dengan molekul dan akan menyebabkan

perubahan amplitude salah satu gerakan molekul.

Konsep radiasi inframerah pertama kali diajukan oleh Sir William Herschel (1800) melalui

percobaannya mendispersikan radiasi matahari dengan prisma. Ternyata pada daerah sesudah sinar merah

menunjukkan adanya kenaikan temperatur tertinggi yang berarti pada daerah panjang gelombang radiasi

tersebut banyak kalori (energi tinggi). Daerah spektrum tersebut yang dikenal sebagai infrared (IR, di seberang

atau di luar merah).

Supaya terjadi peresapan radiasi inframerah, maka ada beberapa hal yang perlu dipenuhi, yaitu :

1) Absorpsi terhadap radiasi inframerah dapat menyebabkan eksitasi molekul ke tingkat energi vibrasi yang

lebih tinggi dan besarnya absorbsi adalah terkuantitasi

2) Vibrasi yang normal mempunyai frekuensi sama dengan frekuensi radiasi elektromagnetik yang diserap

3) Proses absorpsi (spektra IR) hanya dapat terjadi apabila terdapat perubahan baik nilai maupun arah dari

momen dua kutub ikatan

Spektrum peresapan IR merupakan perubahan simultan dari energi vibrasi dan energi rotasi dari suatu

molekul. Kebanyakan molekul organik cukup besar sehingga spektrum peresapannya kompleks. Konsep dasar

dari spektra vibrasi dapat diterangkan dengan menggunakan molekul sederhana yang terdiri dari dua atom

dengan ikatan kovalen. Dengan menggunakan Hukum Hooke, dua atom tersebut dihubungkan dengan sebuah

pegas. Persamaan yang diturunkan dari Hukum Hooke menyatakan hubungan antara frekuensi, massa atom, dan

tetapan dari kuatnya ikatan (forse constant of the bond).

KETERANGAN :

v = frekuensi vibrasi (cm-1)

c = kecepatan cahaya (cm/sec)

k = force constant of bond (dynes/cm)

m = massa atom (g)

Hal–hal yang dapat mempengaruhi jumlah resapan maksimum secara teoritis adalah :

1. Frekuensi vibrasi fundamental jatuh di luar daerah 2,5–15 μm

2. Resapan terlalu lemah untuk diamati

3. Beberapa resapan sangat berdekatan hingga tampak menjadi satu

4. Beberapa resapan dari molekul yang sangat simetris, jatuh pada frekuensi yang sama

5. Vibrasi yang terjadi tidak mengakibatkan terjadinya perubahan dipole moment dari molekul

Teori Absorbsi Infra Merah

Radiasi IR tidak memiliki cukup energi untuk transisi induksi elektronik sseperti yang dilihat pada  UV.

Absorbsi IR dibatasi untuk senyawa dengan perbedaan energi kecil pada vibrasi yang mungkin dan pada

keadaan rotasi. 

Untuk molekul mengabsorbsi IR, vibrasi atau rotasi dengan molekul seharusnya menyebabkan suatu

perubahan pada momen dipole mokule. Bidang elektrik yang bertukar pada radiasi (mengingat bahwa radiasi

elektromagnetik mengandung elektrikan osilasi dan osilasi magnetic, tegak lurus satu dengan yang lain)

berinteraksi dengan fluktuasi pada momen dipole dari molekul. Jika frekuensi dari radiasi  frekuensi vibrasi dari

molekul kemudian radiasi akan diabsorbsi, penyebabnya pada amplitude dari vibrasi molekul.

Rotasi Molekul

Transisi rotasi dari sebagian kecil digunakan pada spektoskopi. Tingkatan rotasi dikuantitasi dan

absorbsi IR oleh gas yang menghasilkan garis spectra. Bagaimanapun, pada kondisi cair atau padat, garis pita

menjadi kontinyu dalam kaitan dengan benturan antar molekul dan interaksi lainnya. Energi yang dibutuhkan

untuk menyebabkan perubahan dalam tingkat rotasi adalah kecil. Molekul dalam padatan dan cairan berotasi

secara terbatas sedangkan dalam gas tidak.

Vibrasi Molekul

1.      Vibrasi Regangan (Streching)

Dalam vibrasi ini, atom bergerak terus sepanjang ikatan yang menghubungkannya sehingga akan terjadi

perubahan jarak antara keduanya, walaupun sudut ikatan tidak berubah. Vibrasi regangan ada dua macam,

yaitu:

a. Regangan Simetri, yaitu unit struktur bergerak bersamaan dan searah dalam satu bidang datar.

b. Regangan Asimetri, yaitu unit struktur bergerak bersamaan dan tidak searah tetapi masih dalam satu bidang

datar.

2.      Vibrasi Bengkokan (Bending)

Jika sistem tiga atom merupakan bagian dari sebuah molekul yang lebih besar, maka dapat menimbulkan

vibrasi bengkokan atau vibrasi deformasi yang mempengaruhi osilasi atom atau molekul secara keseluruhan.

Vibrasi bengkokan ini terbagi menjadi empat jenis, yaitu :

a. Vibrasi Goyangan (Rocking), unit struktur bergerak mengayun asimetri tetapi masih dalam bidang datar

b. Vibrasi Guntingan (Scissoring), unit struktur bergerak mengayun simetri dan masih dalam bidang datar

c. Vibrasi Kibasan (Wagging), unit struktur bergerak mengibas keluar dari bidang datar

d. Vibrasi Pelintiran (Twisting), unit struktur berputar mengelilingi ikatan yang menghubungkan dengan

molekul induk dan berada di dalam bidang datar

Copling Vibrasional

Pada penambahan vibrasi disebutkan, interaksi antara vibrasi dapat terjadi (coupling) jika ikatan vibrasi

dilakukan untuk atom tunggal, atom pusat. Copling vibrasional disebabkan oleh beberapa factor yaitu:

Kopling yang kuat dari vibrasi stretching yang terjadi ketika beberapa dari atom antara dua ikatan

vibrasi

Kopling dari vibrasi bending terjadi ketika beberapa dari ikatan antara gugus vibrasi

Kopling antara terbesar ketika gugus yang digabungkan memiliki energi yang kira-kira sama.

Tidak adanya kompling antara gugus yang dipisahkan dengan dua ayau lebih ikatan.

Aspek kuantitatif dan Kualitatif IR.

a.         Aspek kualitatif.

Identifikasi pita absorpsi khas yang disebabkan oleh berbagai gugus fungsi merupakan dasar penafsiran

spectrum inframerah. Pita absorpsi inframerah akan tampak untuk tiap derajat kebebasan getaran yaitu :

-          terjadi perubahan momen dwi kutub molekul selama getaran.

-          Frekuensi pita tidak berimpit dengan getaran utama lainya.

-          Absorpsi terjadi didaerah inframerah.

-          Intensitas absorpsi cukup kuat untuk dideteksi.

Inframerah dapat memberikan informasi mengenai keadaan suatu senyawa. Sebuah perbadingan spectrum

percobaan dengan spectrum senyawa murni adalah murni diperlukan Setiap molekul memiliki karakteristik

spectrum sendiri – sendiri. Pita yang muncul bergantung  pada jenis dan struktur molekul. 

Spketra infra merah dapat diperoleh dari sampel pada semua fase (cair, padat dan gas). Cair biasanya

ditentukan sebagai lapisan tipis antara dua garam (catatan bahwa gelas absorbsi radiasi infra merah, dimana

NaCl transparan atau mampu ditembus cahaya). Jika pelarut tidak digunakan untuk melarutkan zat padat, harus

diambil untuk menghindari penggelapan daerah spektra oleh absorbsi pelarut. Pelarut perklorin seperti karbon

terta klorida, kloroform, dan tetrakloroetana, biasanya digunakan. Secara alternatif, padatan dapat manapun

disatukan pada KBr, dipersiapkan si bawah tekanan tinggi, atau pencampuran dengan sebagian kecil cairan non

volatil dan dasar dari perbanyakan, yang diukur antara garam.

Kebanyakan penggunaan spektroskopi inframerah dalam analisis kuantitatif adalah untuk menganalisis

kandungan udara, misalnya jika udara mengandung polutan seperti CO,metal etil keton, methanol, etilen oksida

dan uap CHCl3. Sampel udara yang mengandung polutan atmosfer dianalisis dengan alat IR. Spektrum

inframerah memberikan puncak – puncak maksimal yang jelas. Spektrum absorbsi dibuat dengan bilangan

gelombang pada sumbu X dan persentase transmitan (%T) pada sumbu Y.  

Spektroskopi IR juga digunakan untuk penentuan struktur, khususnya senyawa organic. Contoh

bagaimana spectrum IR digunakan untuk analisis kualitatif senyawa organik. Senyawa yang akan dibicarakan

adalah heksana. Seperti gambar dibawah ini. Pada spectrum heksana, (C6H14) memberikan spektrum yang

relatife sedikit karena hanya mengandung ikatan CH. Jangkauan pita CH muncul pada 3000 cm-1. Lekukan pita

CH2 muncul kira – kira pada bilangan gelombang 1450 cm-1 dan lekukan CH3 muncul pada 1400 cm-1.     

          Untuk menganalisis spktrum yang dihasilkan dari sepktroskopi inframerah, akan lebih mudah mengikuti

langkah dalam menentukan masing-masing spektrum

1. Pertama lihat untuk ikatan karbonilC=O. Cari ikatan pada daerah 1820-1660 cm-1. 

2. Jika ikatan C=O ada teliti lagi apakah termasuk dalam golongan asam, ester atau aldehid atau keton.

Daerah Spektrum Infra merah

Spektra yang akan diinterpretasikan harus memenuhi persyaratan berikut :

1.      Resapan satu sama lainnya harus terpisah dan mempunyai intensitas yang memadai

2.      Spektra harus berasal dari zat murni

3.      Spektrofotometer harus dikalibrasi

4.      Tehnik preparasi sampel harus nyata, selain itu posisi resapan, bentuk, dan tingkat intensitas sering

membantu karna spesifik untuk gugus tertentu

Daerah peresapan infra merah dapat dibagi menjadi 3 bagian :

1.      4000-1300 cm-1 (2,5-7,7 μm) : Functional group region (OH, NH, C=O)

2.      1300-909 cm-1 (7,7-11,0 μm) : Finger print region, interaksi, vibrasi pada keseluruhan molekul

3.       909-650 cm-1 (11,0-15,4 μm) : Aromatic region, out-of-plane C-H and ring bending absorption

a.       Daerah Frekuensi Gugus Fungsional →Terletak pada daerah radiasi 4000-1400 cm -1. Pita-pita absorpsi

pada daerah ini utamanya disebabkan oleh vibrasi dua atom, sedangkan frekuensinya karakteristik terhadap

massa atom yang berikatan dan konstanta gaya ikatan

b.       Daerah Fingerprint → Daerah yang terletak pada 1400-400 cm-1. Pita-pita absorpsi pada daerah ini

berhubungan dengan vibrasi molekul secara keseluruhan. Setiap atom dalam molekul akan saling

mempengaruhi sehingga dihasilkan pita-pita absorpsi yang khas untuk setiap molekul. Oleh karena itu, pita-pita

pada daerah ini dapat dijadikan sarana identifikasi molekul yang tak terbantahkan.

Catatan : seri senyawa homolog seperti asam lemak rantai panjang biasanya mempunyai pita absorpsi yang

hampir identik sehingga susah identifikasinya.

Frekuensi peresapan infra merah yang khas untuk gugusan-gugusan tertentu dapat dilihat dalam tabel dibawah

ini.

Identifikasi Obat Menggunakan Spektra Infra Merah

Beberapa senyawa obat dapat diidentifikasi menggunakan spektra infra merah. Identifikasi ini dapat digunakan untuk analisis kuantitatif dan kualitatif. Analisis ini digunakan untuk mengetahui gugus-gugus fungsional penyusun obat tersebut. Beberapa base value yang digunakan diantaranya:

1. O-H pada panjang gelombang 3600 / cm2. N-H pada panjang gelombang 3400 / cm3. C-H pada panjang gelombang 3000 / cm4. Ikatan rangkap 3 C-N pada panjang gelombang 2250 / cm5. Ikatan rangkap 3 C-C pada panjang gelombang 2150 / cm6. C=O pada panjang gelombang 1715 / cm7. C-C pada panjang gelombang 1650 / cm8. C-O pada panjang gelombang 1100 / cm

Berikut contoh Tugas Kimia Analisis 2 

Spektra dari FENIL BUTAZON

Pertama-tama, identifikasi terlebih dahulu struktur kimianya, kemudian cocokan hasil identifikasi gugus dengan puncak transmitannya.

Hasil analisisnya:

A 3060 C—H  B 3050 C—H  C 2955 C—H  D 2923 C—H sp3-1s CH2 dan CH3 AsimetrikE 2854 C—H sp3-1s CH2 dan CH3 SimetrikF 1716 C=O KetonG 1596 N—H Ikatan AmidaH 1487 C=C BenzeneI 1460 CH2 Sicssoring / Ikatan CH2—CH3

J 1378 CH3 SimetrikK 1344 C—N  L 1276 CH2 Wagging / twistingM 764 CH2 RockingN 696 Aromatik Cincin monosubstitusi