BAB I
PENDAHULUAN
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.
Berbeda dengan transisi elektronik dalam molekul dimana absorpsi terjadi di daerah sinar UV dan sinar tampak, transisi vibrasi terjadi pada energi lebih rendah didaerah infra merah. Untuk menyerap radiasi inframerah, transisi vibrasi (seperti peregangan ikatan antar atom) harus menghasilkan perubahan pada momen dipol dari molekul yang dapat berinteraksi dengan vektor elektrik radiasi yang masuk.
Contoh: karena HCl merupakan molekul polar, perubahan pada panjang ikatan akan menghasilkan perubahan momen dipol sehingga HCl akan menyerap pada daerah infra merah. Dengan kata lain, molekul non-polar seperti O2, N2 atau Cl2
tidak akan menghasilkan perubahan momen dipol sehingga tidak akan menyerap pada daerah infra merah. Karbon dioksida juga merupakan contoh menarik karena mengalami peregangan simetri yang tidak akan menghasilkan perubahan momen dipol dalam molekul sehingga tidak akan ada penyerapan infra merah. Sebaliknya vibrasi peregangan asimetri akan menyebabkan perubahan pada momen dipol sehingga terjadi penyerapan inframerah.
BAB II
ISI
Pengertian
Spektrofotometri Infra Red (Infra Merah) merupakan salah satu tenik analisis yang handal untuk identifikasi senyawa-senyawa organik maupun anorganik berdasarkan absorbsi gugus fungsional terhadap sinar Infra Red. Pembacaan dilakukan pada panjang gelombang 0,75 – 1.000 µm atau pada Bilangan Gelombang13.000 – 10 cm-1. Radiasi elektromagnetik dikemukakan pertama kali oleh James Clark Maxwell, yang menyatakan bahwa cahaya secara fisis merupakan gelombang elektromagnetik, artinya mempunyai vektor listrik dan vektor magnetik yang keduanya saling tegak lurus dengan arah rambatan. Satuan yang sering digunakan dalam spektrofotometri infra merah adalah Bilangan Gelombang atau disebut juga sebagai Kaiser.
Karakteristik Sinar Infra Merah
• Tidak dapat dilihat oleh manusia
• Tidak dapat menembus materi yang tidak tembus pandang
• Dapat ditimbulkan oleh komponen yang menghasilkan panas.
• Panjang gelombang pada inframerah memiliki hubungan yang berlawanan atau berbanding terbalik dengan suhu. Ketika suhu mengalami kenaikan, maka panjang gelombang mengalami penurunan.
Sinar infra merah dibagi atas tiga daerah, yaitu:
a. Daerah Infra Merah Dekat.
Merupakan suatu teknik spektroskopi yang menggunakan wilayah panjang gelombang inframerah pada spektrum elektromagnetik (sekitar 0,75 - 2,5 µm). Dikatakan “Infra Merah Dekat” (IMD) karena wilayah ini berada di dekat wilayah gelombang merah yang tampak.
Aplikasi IMD :
· Analisis Air dalam Gliserol
· Diagnostik medis (pengukuran kadar oksigen darah)
· Ilmu pangan dan agrokimia (terutama yang terkait dengan pengujian kualitas)
b. Daerah Infra Merah Pertengahan.
Merupakan suatu teknik spektroskopi yang menggunakan wilayah panjang gelombang inframerah pada spektrum elektromagnetik (sekitar 2,5 - 50 µm) atau pada bilangan gelombang 4.000-200 cm-1. Merupakan daerah spektrum radiasi IR yang paling sering digunakan.
c. Daerah Infra Merah Jauh.
Merupakan suatu teknik spektroskopi yang menggunakan wilayah panjang gelombang inframerah pada spektrum elektromagnetik (sekitar 50 - 1.000 µm). Berguna untuk molekul yang mengandung atom berat.
Aplikasi spektroskopi infra merah jauh digunakan dalam analisis bahan anorganik atau organometalik
Jenis Panjang gelombang Interaksi Bilangan gelombang
Sinar Gamma < 10 nm 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
Tabel Daerah Panjang Gelombang
Prinsip Dasar Spektroskopi IR
· Jika senyawa organik dikenaisinar infra-merah yang mempunyai frekwensi tertentu(bilangangelombang500 -4000 Cm-1), sehinggabeberapa frekwensi tersebut diserap oleh senyawa tersebut.
· Berapa banyak frekwensi tertentu yang melewati senyawa tersebut diukur sebagai 'persentasi transmitasi' (percentage transmittance).
· Persentasi transmitasi dengan nilai 100 berarti semua frekwensi dapat melewati senyawa tersebut tanpa diserap sama sekali.
· Transmitasi sebesar 5% mempunyai arti bahwa hampir semua frekwensi tersebut diserap oleh senyawa itu
Daerah Identifikasi
Vibrasi yang digunakan untuk identifikasi adalah vibrasi tekuk, khususnya vibrasi rocking (goyangan) yang berada di daerah bilangan gelombang 2000 – 400 cm-1. Dalam daerah 2000 – 400 cm-1 tiap senyawa organik mempunyai absorbsi yang unik, sehingga daerah tersebut sering juga disebut sebagai daerah sidik jari (fingerprint region). Daerah antara 4000 – 2000 cm-1 merupakan daerah yang khusus yang berguna untuk identifkasi gugus fungsional yang disebabkan oleh vibrasi regangan.
Tabel Absorpsi infra merah beberapa gugus fungsional
Gus fungsional Frekuensi (cm-1) Intensitas
Alkil
C-H (stretching)
-CH3 (bending)
-CH2 (bending)
2853 – 2962
1375 – 1450
1465
sedang – tajam
sedang
sedang
Alkenil
C-H (stretching)
C=C (stretching)
3010 – 3095
1600 – 1680
sedang
sedang – lemah
Alkunil
=C-H (stretching)
C=C (stretching)
3300
2100 – 2250
tajam
lemah – tajam
Aromatik
C=C
Ar-H (stretching)
Substitusi aromatik
Mono
orto
meta
para
1475 dan 1600
3030
690 – 710
735 – 770
680 – 725
790 – 840
sedang – lemah
tajam
sangat tajam
tajam
tajam
sangat tajam
Alkohol, fenol, asam karboksilat
OH (alkohol, fenol)
OH (asam karboksilat, ikatan hid.
3300 – 3600
2400 – 3400
sedang
sedang
Aldehid, keton, ester, asam karb.
C=O (stretching)
aldehid
keton
ester
asam karboksilat
amida
anhidrida
1600 – 1820
1690 – 1740
1650 – 1730
1735 – 1750
1735 – 1750
1710 – 1780
1760 dan 1810
tajam
tajam
tajam
tajam
tajam
tajam
tajam
Amida
N-H
3100 – 3500
Sedang
Nitril
C=N
2240 – 2260
sedang-tajam
Alkohol, Eter, ester, asam karb.
C-O
C-H (aldehid)
N=O (Nitro)
1000 – 1300
2700 – 2800 dan
2800 – 2900
1300 – 1390 dan
1500 – 1600
tajam
lemah
lemah
tajam
tajam
Interaksi Sinar Merah dengan Molekul
Dasar Spektroskopi Infra Merah dikemukakan oleh Hooke dan didasarkan atas senyawa yang terdiri atas dua atom atau diatom yang digambarkan dengan dua buah bola yang saling terikat oleh pegas seperti tampak pada gambar disamping ini. Jika pegas direntangkan atau ditekan pada jarak keseimbangan tersebut maka energi potensial dari sistim tersebut akan naik.
Menghitung Vibrasi Molekul
Jumlah jenis vibrasi normal, diperlukan 3 koordinat untuk menentukan satu posisi dalam ruang. Untuk N titik (atau N atom) dihasilkan 3N derajat kebebasan. Rumus untuk menghitung banyaknya signal vibrasi:
Setiap atom mempunyai tiga derajad bebas menurut sumbu x, y, dan z yg diperlukan untuk menentukan posisi relatif terhadap atom lain dalam molekul. Dengan demikian sebuah molekul dengan N atom akan mempunyai derajad bebas sebanyak 3N.
- Pada molekul non linier, terdapat 3 derajad bebas untuk rotasi dan 3 derajad bebas untuk translasi, sehingga banyaknya derajad bebas vibrasi (banyaknya signal vibrasi) ada 3N-6.
- Pada molekul linier, terdapat terdapat 2 derajad bebas untuk rotasi dan 3 derajad bebas untuk translasi, sehingga banyaknya derajad bebas vibrasi (banyaknya signal vibrasi) ada 3N-5.
Banyaknya signal vibrasi tersebut di atas merupakan vibrasi pokok, yg tidak melibatkan adanya perubahan dalam pusat gravitasi dari molekul.
Contoh : molekul H2O, mempunyai 3 signal vibrasi pokok, yaitu symmetric stretching (3652 cm-1), asymmetric stretching (3756 cm-1), dan scissoring (1596 cm-1).
Vibrasi Molekul
Vibrasi molekul dapat digolongkan atas dua golongan besar, yaitu :
1. Vibrasi Regangan/ Ulur (Streching)
Gerakan berirama disepanjang ikatan sehingga jarak antar atom memanjang dan memendek mengakibatkan perubahan panjang ikatan suatu ikatan tetapi Sudut ikatan tidak berubah. Vibrasi regangan dibagi menjadi 2 macam, yaitu :
· Regangan Simetri
Unit struktur bergerak bersamaan dan searah dalam satu bidang datar
· Regangan Asimetri
Unit struktur bergerak bersamaan dan tidak searah tetapi masih dalam satu bidang datar.
2. Vibrasi Tekukan (Bending)
Energi Vibrasi tekukan > Energi Vibrasi regangan. Hanya vibrasi yang menghasilkan perubahan momen dipol yang akan teramati di dalam IR Hampir semua senyawa kimia dapat mengabsorbsi radiasi IR, kecuali molekul-molekul berinti sama. Contoh : O2, N2, Cl2, H2, dll.
Vibrasi Tekukan (Bending)
Vibrasi yang mengakibatkan perubahan sudut ikatan antara dua ikatan.
Vibrasi tekukan dibagi menjadi 4 macam, yaitu :
1. Vibrasi Goyangan (Rocking)
Unit struktur bergerak mengayun asimetri tetapi masih dalam bidang datar.
2. Vibrasi Guntingan (Scissoring)
Unit struktur bergerak mengayun simetri dan masih dalam bidang datar.
3. Vibrasi Kibasan (Wagging)
Unit struktur bergerak mengibas keluar dari bidang datar.
4. Vibrasi Pelintiran (Twisting)
Unit struktur berputar mengelilingi ikatan yang menghubungkan dengan molekul induk dan berada di dalam bidang datar.
Penurunan Rumus
• Rumus yang digunakan untuk menghitung besarnya energi yang diserap oleh ikatan pada gugus fungsi adalah:
Isotop yang berbeda memberikan bilangan gelombang yang berbeda pada spektroskopi inframerah. Seperti contoh frekuensi regangan O-O memberikan nilai 832 dan 788 cm -1 untuk ν(16O-16O) dan ν(18O-18O) melalui hubungan O-O sebagai sebuah spring, bilangan gelombang,ν dapat dihitung:
dengan
Massa reduksi untuk 16O-16O dan 18O-18O dapat diperkirakan antara 8 dan 9. Sehingga
Cara mengidentifikasi spektrum infra merah:
a. Tahap 1 : Lihat puncak absorbsi dari gugus karbonil (C=O) pada kisaran 1600 – 1800 cm-1.
b. Tahap 2 : Bila ada gugus karbonil, maka lanjutkan periksa:
1. Asam karboksilat (OH) pada 2500-3000 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. Keton
Keton alifatik mempunyai frekunsi pada 1715 cm-1, dan metil keton memberikan serapan kuat pada frekuensi dekat 1400 cm-1.
c. Tahap 3 : Bila tidak ada gugus karbonil, maka periksa gugus alkohol (OH) pada frekuensi 3300-3600 cm-1 (sedang), gugus amida (NH) pada frekuensi 3500 cm-1, dan gugus eter (C-O) pada frekuensi 1000-1300 cm-1 (tajam).
d. Tahap 4 : Ikatan rangkap dua, mula-mula periksa gugus alkena (C=C) pada frekuensi 1600-1680 cm-1 (sedang), kemudian gugus aromatik (C=C) pada frekuensi 1475-1650 cm-1 (sedang).
e. Tahap 5 : ikatan ganda tiga, pertama periksa nitril (C=N) pada frekuensi 2240-2260 cm-1 (sedang-tajam), dan gugus alkuna (C=C) pada frekuensi 2100-2250 cm-1 (lemah-tajam).
f. Tahap 6 : periksa adanya gugus nitro (R-NO2) yang mempunyai dua pencak serapan tajam yaitu pada frekunsi 1500-1600 cm-1 dan 1300-1390 cm-1.
g. Tahap 7 : Bila tidak ada semua gugus fungsional tersebut di atas, periksa adanya hidrokarbon dengan puncak serapan pada frekuensi sekitar 3000 cm-1.
Aplikasi Spektroskopi Infra Merah
q Spektroskopi Infra Merah biasa digunakan untuk :
a. Identfikasi gugus fungsional
b. Dengan mempertimbangkan adanya informasi lain seperti titik lebur, titik didih, berat molekul dan refractive index maka dapat menentukan stuktur dan dapat mengidentifikasi senyawa
c. Dengan menggunakan komputer, dapat mengidentifikasi senyawa bahkan campuran senyawa.
BAB III
KESIMPULAN
1. Spektrum infra merah terletak pada daerah dengan panjang gelombang dari 780 nm – 1000.000 nm (0,78 – 1000 μm), atau bilangan gelombang dari 12820 – 10 cm-1.
2. Dilihat dari panjang gelombangnya dan dari segi aplikasinya, maka spektrum IR dibagi dalam tiga daerah yaitu:
Daerah
IR Panjang gelombang (μm) Bilangan gelombang (cm-1) Frekunsi
(Hz)
Dekat 0,78 – 2,5 12.820 – 4.000 3,8.1014 – 1,2.1014
Pertengahan 2,5 – 50 4.000 – 200 1,2.1014 – 6,0.1012
Jauh 50 – 1000 200 – 10 6,0.1012 – 3,0.1011
3. Radiasi infra merah pada panjang gelombang > 100 μm akan diserap oleh molekul organik dan dikonversi ke dalam energi rotasi molekul. sedangkan radiasi infra merah pada panjang gelombang 1 – 100 μm akan diserap oleh molekul organik dan dikonversi ke dalam energi vibrasi molekul.
4. Spektrum IR dihasilkan dari hasil plot antara transmitan (T) dengan bilangan gelombang atau frekuensi
5. Kegunaan dari spektroskopi IR adalah untuk analisis kualitatif dan analisis kuantitatif, serta untuk identifikasi struktur terutama struktur dari senyawa organik.
6. Prinsip dasar dari spektroskopi IR:
Radiasi elektromagnetik pada daerah infra merah pertengahan dapat menyebabkan sampel (senyawa organik) mengalami vibrasi. Vibrasi molekul hanya akan terjadi jika suatu molekul terdiri dari dua atom atau lebih dan molekul tersebut mempunyai momen dwi kutub. Sebagai akibat dari terjadinya vibrasi maka posisi relatif atom-atom dalam sebuah molekul tidaklah tetap tetapi berfluktuasi secara kontinyu.
7. Jenis-jenis vibrasi molekul adalah:
a. Stretching : Pergerakan atom yg teratur sepanjang sumbu ikatan antara dua atom sehingga jarak antara atom dapat bertambah atau berkurang.
Symmetric stretcing Asymmetric stretching
b. Vibrasi bending : pergerakan atom yg menyebabkan perubahan sudut ikatan antara dua atom atau pergerakan dari sekelompok atom terhadap atom lainnya.
8. Vibrasi bending dibagi menjadi 4 macam yaitu:
a. Vibrasi Scissoring : atom-atom yg terikat pada atom pusat bergerak saling mendekat dan menjauh satu sama lain sehingga sudutnya berubah-ubah.
b. Vibrasi rocking : atom-atomnya bergerak bolak-balik dalam bidang.
c. Vibrasi wagging : atom-atomnya bergerak bolak-balik keluar bidang
d. Twisting : atom-atom yg terikat pada molekul yg diam, berotasi disekitar ikatan.
9. Besarnya momen dwikutub ditentukan oleh besarnya perbedaan muatan dan jarak antara dua inti atom.
μ = δ x d
μ = momen dwikutub
δ = besarnya muatan (Debye) ; 1 D = 3,34.10-30cm
d = jarak antara dua inti atom
10. Frekuensi Vibrasi:
Frekuensi vibrasi stretching dapat dihitung dengan menggunakan rumus Hooke. Dua buah atom beserta ikatan kimianya diibaratkan sebagai suatu isolator harmonik sederhana yg terdiri dari dua massa yg dihubungkan dengan per. Hukum Hooke menyatakan bahwa hubungan antara frekuensi isolasi, massa atom dan konstanta gaya adalah sbb.:
υ = 1/2 π √ k/μ
(1) υ = frekuensi vibrasi (cm-1)
k = konstanta gaya ikatan
μ = massa tereduksi
m1 m2
μ = ----------
m1 + m2
(2) m1 dan m2 adalah massa atom 1 dan 2.
υ = 1/2 π
Sehingga: (3)
Harga k untuk ikatan tunggal adalah 5 x 105 dyne/cm, untuk ikatan rangkap dua adalah 10 x 105 dyne/cm, dan untuk ikatan rangkap tiga adalah 15 x 105 dyne/cm.
E = ( V + ½) hυ
Eo = ½ hυ E1 = (1 + ½) hυ
∆E = hυ
(4)
1 m1 + m2
σ = ------- √ k --------------
2πC m1m2
(5)
11. Cara kerja instrumen IR :
Berkas sinar dari sumber radiasi terbagi menjadi dua, sebagian melewati sampel dan sebagian lain melewati blanko (reference). Dua berkas sinar tersebut bergabung kembali kemudian dilewatkan monokhromator. Berkas sinar kemudian dipantulkan oleh cermin dan akhirnya ditangkap oleh detektor. Signal yg dihasilkan detektor kemudian direkam sebagai spektrum infra merah yg berbentuk puncak-puncak absorpsi oleh rekorder.
PENDAHULUAN
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.
Berbeda dengan transisi elektronik dalam molekul dimana absorpsi terjadi di daerah sinar UV dan sinar tampak, transisi vibrasi terjadi pada energi lebih rendah didaerah infra merah. Untuk menyerap radiasi inframerah, transisi vibrasi (seperti peregangan ikatan antar atom) harus menghasilkan perubahan pada momen dipol dari molekul yang dapat berinteraksi dengan vektor elektrik radiasi yang masuk.
Contoh: karena HCl merupakan molekul polar, perubahan pada panjang ikatan akan menghasilkan perubahan momen dipol sehingga HCl akan menyerap pada daerah infra merah. Dengan kata lain, molekul non-polar seperti O2, N2 atau Cl2
tidak akan menghasilkan perubahan momen dipol sehingga tidak akan menyerap pada daerah infra merah. Karbon dioksida juga merupakan contoh menarik karena mengalami peregangan simetri yang tidak akan menghasilkan perubahan momen dipol dalam molekul sehingga tidak akan ada penyerapan infra merah. Sebaliknya vibrasi peregangan asimetri akan menyebabkan perubahan pada momen dipol sehingga terjadi penyerapan inframerah.
BAB II
ISI
Pengertian
Spektrofotometri Infra Red (Infra Merah) merupakan salah satu tenik analisis yang handal untuk identifikasi senyawa-senyawa organik maupun anorganik berdasarkan absorbsi gugus fungsional terhadap sinar Infra Red. Pembacaan dilakukan pada panjang gelombang 0,75 – 1.000 µm atau pada Bilangan Gelombang13.000 – 10 cm-1. Radiasi elektromagnetik dikemukakan pertama kali oleh James Clark Maxwell, yang menyatakan bahwa cahaya secara fisis merupakan gelombang elektromagnetik, artinya mempunyai vektor listrik dan vektor magnetik yang keduanya saling tegak lurus dengan arah rambatan. Satuan yang sering digunakan dalam spektrofotometri infra merah adalah Bilangan Gelombang atau disebut juga sebagai Kaiser.
Karakteristik Sinar Infra Merah
• Tidak dapat dilihat oleh manusia
• Tidak dapat menembus materi yang tidak tembus pandang
• Dapat ditimbulkan oleh komponen yang menghasilkan panas.
• Panjang gelombang pada inframerah memiliki hubungan yang berlawanan atau berbanding terbalik dengan suhu. Ketika suhu mengalami kenaikan, maka panjang gelombang mengalami penurunan.
Sinar infra merah dibagi atas tiga daerah, yaitu:
a. Daerah Infra Merah Dekat.
Merupakan suatu teknik spektroskopi yang menggunakan wilayah panjang gelombang inframerah pada spektrum elektromagnetik (sekitar 0,75 - 2,5 µm). Dikatakan “Infra Merah Dekat” (IMD) karena wilayah ini berada di dekat wilayah gelombang merah yang tampak.
Aplikasi IMD :
· Analisis Air dalam Gliserol
· Diagnostik medis (pengukuran kadar oksigen darah)
· Ilmu pangan dan agrokimia (terutama yang terkait dengan pengujian kualitas)
b. Daerah Infra Merah Pertengahan.
Merupakan suatu teknik spektroskopi yang menggunakan wilayah panjang gelombang inframerah pada spektrum elektromagnetik (sekitar 2,5 - 50 µm) atau pada bilangan gelombang 4.000-200 cm-1. Merupakan daerah spektrum radiasi IR yang paling sering digunakan.
c. Daerah Infra Merah Jauh.
Merupakan suatu teknik spektroskopi yang menggunakan wilayah panjang gelombang inframerah pada spektrum elektromagnetik (sekitar 50 - 1.000 µm). Berguna untuk molekul yang mengandung atom berat.
Aplikasi spektroskopi infra merah jauh digunakan dalam analisis bahan anorganik atau organometalik
Jenis Panjang gelombang Interaksi Bilangan gelombang
Sinar Gamma < 10 nm 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
Tabel Daerah Panjang Gelombang
Prinsip Dasar Spektroskopi IR
· Jika senyawa organik dikenaisinar infra-merah yang mempunyai frekwensi tertentu(bilangangelombang500 -4000 Cm-1), sehinggabeberapa frekwensi tersebut diserap oleh senyawa tersebut.
· Berapa banyak frekwensi tertentu yang melewati senyawa tersebut diukur sebagai 'persentasi transmitasi' (percentage transmittance).
· Persentasi transmitasi dengan nilai 100 berarti semua frekwensi dapat melewati senyawa tersebut tanpa diserap sama sekali.
· Transmitasi sebesar 5% mempunyai arti bahwa hampir semua frekwensi tersebut diserap oleh senyawa itu
Daerah Identifikasi
Vibrasi yang digunakan untuk identifikasi adalah vibrasi tekuk, khususnya vibrasi rocking (goyangan) yang berada di daerah bilangan gelombang 2000 – 400 cm-1. Dalam daerah 2000 – 400 cm-1 tiap senyawa organik mempunyai absorbsi yang unik, sehingga daerah tersebut sering juga disebut sebagai daerah sidik jari (fingerprint region). Daerah antara 4000 – 2000 cm-1 merupakan daerah yang khusus yang berguna untuk identifkasi gugus fungsional yang disebabkan oleh vibrasi regangan.
Tabel Absorpsi infra merah beberapa gugus fungsional
Gus fungsional Frekuensi (cm-1) Intensitas
Alkil
C-H (stretching)
-CH3 (bending)
-CH2 (bending)
2853 – 2962
1375 – 1450
1465
sedang – tajam
sedang
sedang
Alkenil
C-H (stretching)
C=C (stretching)
3010 – 3095
1600 – 1680
sedang
sedang – lemah
Alkunil
=C-H (stretching)
C=C (stretching)
3300
2100 – 2250
tajam
lemah – tajam
Aromatik
C=C
Ar-H (stretching)
Substitusi aromatik
Mono
orto
meta
para
1475 dan 1600
3030
690 – 710
735 – 770
680 – 725
790 – 840
sedang – lemah
tajam
sangat tajam
tajam
tajam
sangat tajam
Alkohol, fenol, asam karboksilat
OH (alkohol, fenol)
OH (asam karboksilat, ikatan hid.
3300 – 3600
2400 – 3400
sedang
sedang
Aldehid, keton, ester, asam karb.
C=O (stretching)
aldehid
keton
ester
asam karboksilat
amida
anhidrida
1600 – 1820
1690 – 1740
1650 – 1730
1735 – 1750
1735 – 1750
1710 – 1780
1760 dan 1810
tajam
tajam
tajam
tajam
tajam
tajam
tajam
Amida
N-H
3100 – 3500
Sedang
Nitril
C=N
2240 – 2260
sedang-tajam
Alkohol, Eter, ester, asam karb.
C-O
C-H (aldehid)
N=O (Nitro)
1000 – 1300
2700 – 2800 dan
2800 – 2900
1300 – 1390 dan
1500 – 1600
tajam
lemah
lemah
tajam
tajam
Interaksi Sinar Merah dengan Molekul
Dasar Spektroskopi Infra Merah dikemukakan oleh Hooke dan didasarkan atas senyawa yang terdiri atas dua atom atau diatom yang digambarkan dengan dua buah bola yang saling terikat oleh pegas seperti tampak pada gambar disamping ini. Jika pegas direntangkan atau ditekan pada jarak keseimbangan tersebut maka energi potensial dari sistim tersebut akan naik.
Menghitung Vibrasi Molekul
Jumlah jenis vibrasi normal, diperlukan 3 koordinat untuk menentukan satu posisi dalam ruang. Untuk N titik (atau N atom) dihasilkan 3N derajat kebebasan. Rumus untuk menghitung banyaknya signal vibrasi:
Setiap atom mempunyai tiga derajad bebas menurut sumbu x, y, dan z yg diperlukan untuk menentukan posisi relatif terhadap atom lain dalam molekul. Dengan demikian sebuah molekul dengan N atom akan mempunyai derajad bebas sebanyak 3N.
- Pada molekul non linier, terdapat 3 derajad bebas untuk rotasi dan 3 derajad bebas untuk translasi, sehingga banyaknya derajad bebas vibrasi (banyaknya signal vibrasi) ada 3N-6.
- Pada molekul linier, terdapat terdapat 2 derajad bebas untuk rotasi dan 3 derajad bebas untuk translasi, sehingga banyaknya derajad bebas vibrasi (banyaknya signal vibrasi) ada 3N-5.
Banyaknya signal vibrasi tersebut di atas merupakan vibrasi pokok, yg tidak melibatkan adanya perubahan dalam pusat gravitasi dari molekul.
Contoh : molekul H2O, mempunyai 3 signal vibrasi pokok, yaitu symmetric stretching (3652 cm-1), asymmetric stretching (3756 cm-1), dan scissoring (1596 cm-1).
Vibrasi Molekul
Vibrasi molekul dapat digolongkan atas dua golongan besar, yaitu :
1. Vibrasi Regangan/ Ulur (Streching)
Gerakan berirama disepanjang ikatan sehingga jarak antar atom memanjang dan memendek mengakibatkan perubahan panjang ikatan suatu ikatan tetapi Sudut ikatan tidak berubah. Vibrasi regangan dibagi menjadi 2 macam, yaitu :
· Regangan Simetri
Unit struktur bergerak bersamaan dan searah dalam satu bidang datar
· Regangan Asimetri
Unit struktur bergerak bersamaan dan tidak searah tetapi masih dalam satu bidang datar.
2. Vibrasi Tekukan (Bending)
Energi Vibrasi tekukan > Energi Vibrasi regangan. Hanya vibrasi yang menghasilkan perubahan momen dipol yang akan teramati di dalam IR Hampir semua senyawa kimia dapat mengabsorbsi radiasi IR, kecuali molekul-molekul berinti sama. Contoh : O2, N2, Cl2, H2, dll.
Vibrasi Tekukan (Bending)
Vibrasi yang mengakibatkan perubahan sudut ikatan antara dua ikatan.
Vibrasi tekukan dibagi menjadi 4 macam, yaitu :
1. Vibrasi Goyangan (Rocking)
Unit struktur bergerak mengayun asimetri tetapi masih dalam bidang datar.
2. Vibrasi Guntingan (Scissoring)
Unit struktur bergerak mengayun simetri dan masih dalam bidang datar.
3. Vibrasi Kibasan (Wagging)
Unit struktur bergerak mengibas keluar dari bidang datar.
4. Vibrasi Pelintiran (Twisting)
Unit struktur berputar mengelilingi ikatan yang menghubungkan dengan molekul induk dan berada di dalam bidang datar.
Penurunan Rumus
• Rumus yang digunakan untuk menghitung besarnya energi yang diserap oleh ikatan pada gugus fungsi adalah:
Isotop yang berbeda memberikan bilangan gelombang yang berbeda pada spektroskopi inframerah. Seperti contoh frekuensi regangan O-O memberikan nilai 832 dan 788 cm -1 untuk ν(16O-16O) dan ν(18O-18O) melalui hubungan O-O sebagai sebuah spring, bilangan gelombang,ν dapat dihitung:
dengan
Massa reduksi untuk 16O-16O dan 18O-18O dapat diperkirakan antara 8 dan 9. Sehingga
Cara mengidentifikasi spektrum infra merah:
a. Tahap 1 : Lihat puncak absorbsi dari gugus karbonil (C=O) pada kisaran 1600 – 1800 cm-1.
b. Tahap 2 : Bila ada gugus karbonil, maka lanjutkan periksa:
1. Asam karboksilat (OH) pada 2500-3000 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. Keton
Keton alifatik mempunyai frekunsi pada 1715 cm-1, dan metil keton memberikan serapan kuat pada frekuensi dekat 1400 cm-1.
c. Tahap 3 : Bila tidak ada gugus karbonil, maka periksa gugus alkohol (OH) pada frekuensi 3300-3600 cm-1 (sedang), gugus amida (NH) pada frekuensi 3500 cm-1, dan gugus eter (C-O) pada frekuensi 1000-1300 cm-1 (tajam).
d. Tahap 4 : Ikatan rangkap dua, mula-mula periksa gugus alkena (C=C) pada frekuensi 1600-1680 cm-1 (sedang), kemudian gugus aromatik (C=C) pada frekuensi 1475-1650 cm-1 (sedang).
e. Tahap 5 : ikatan ganda tiga, pertama periksa nitril (C=N) pada frekuensi 2240-2260 cm-1 (sedang-tajam), dan gugus alkuna (C=C) pada frekuensi 2100-2250 cm-1 (lemah-tajam).
f. Tahap 6 : periksa adanya gugus nitro (R-NO2) yang mempunyai dua pencak serapan tajam yaitu pada frekunsi 1500-1600 cm-1 dan 1300-1390 cm-1.
g. Tahap 7 : Bila tidak ada semua gugus fungsional tersebut di atas, periksa adanya hidrokarbon dengan puncak serapan pada frekuensi sekitar 3000 cm-1.
Aplikasi Spektroskopi Infra Merah
q Spektroskopi Infra Merah biasa digunakan untuk :
a. Identfikasi gugus fungsional
b. Dengan mempertimbangkan adanya informasi lain seperti titik lebur, titik didih, berat molekul dan refractive index maka dapat menentukan stuktur dan dapat mengidentifikasi senyawa
c. Dengan menggunakan komputer, dapat mengidentifikasi senyawa bahkan campuran senyawa.
BAB III
KESIMPULAN
1. Spektrum infra merah terletak pada daerah dengan panjang gelombang dari 780 nm – 1000.000 nm (0,78 – 1000 μm), atau bilangan gelombang dari 12820 – 10 cm-1.
2. Dilihat dari panjang gelombangnya dan dari segi aplikasinya, maka spektrum IR dibagi dalam tiga daerah yaitu:
Daerah
IR Panjang gelombang (μm) Bilangan gelombang (cm-1) Frekunsi
(Hz)
Dekat 0,78 – 2,5 12.820 – 4.000 3,8.1014 – 1,2.1014
Pertengahan 2,5 – 50 4.000 – 200 1,2.1014 – 6,0.1012
Jauh 50 – 1000 200 – 10 6,0.1012 – 3,0.1011
3. Radiasi infra merah pada panjang gelombang > 100 μm akan diserap oleh molekul organik dan dikonversi ke dalam energi rotasi molekul. sedangkan radiasi infra merah pada panjang gelombang 1 – 100 μm akan diserap oleh molekul organik dan dikonversi ke dalam energi vibrasi molekul.
4. Spektrum IR dihasilkan dari hasil plot antara transmitan (T) dengan bilangan gelombang atau frekuensi
5. Kegunaan dari spektroskopi IR adalah untuk analisis kualitatif dan analisis kuantitatif, serta untuk identifikasi struktur terutama struktur dari senyawa organik.
6. Prinsip dasar dari spektroskopi IR:
Radiasi elektromagnetik pada daerah infra merah pertengahan dapat menyebabkan sampel (senyawa organik) mengalami vibrasi. Vibrasi molekul hanya akan terjadi jika suatu molekul terdiri dari dua atom atau lebih dan molekul tersebut mempunyai momen dwi kutub. Sebagai akibat dari terjadinya vibrasi maka posisi relatif atom-atom dalam sebuah molekul tidaklah tetap tetapi berfluktuasi secara kontinyu.
7. Jenis-jenis vibrasi molekul adalah:
a. Stretching : Pergerakan atom yg teratur sepanjang sumbu ikatan antara dua atom sehingga jarak antara atom dapat bertambah atau berkurang.
Symmetric stretcing Asymmetric stretching
b. Vibrasi bending : pergerakan atom yg menyebabkan perubahan sudut ikatan antara dua atom atau pergerakan dari sekelompok atom terhadap atom lainnya.
8. Vibrasi bending dibagi menjadi 4 macam yaitu:
a. Vibrasi Scissoring : atom-atom yg terikat pada atom pusat bergerak saling mendekat dan menjauh satu sama lain sehingga sudutnya berubah-ubah.
b. Vibrasi rocking : atom-atomnya bergerak bolak-balik dalam bidang.
c. Vibrasi wagging : atom-atomnya bergerak bolak-balik keluar bidang
d. Twisting : atom-atom yg terikat pada molekul yg diam, berotasi disekitar ikatan.
9. Besarnya momen dwikutub ditentukan oleh besarnya perbedaan muatan dan jarak antara dua inti atom.
μ = δ x d
μ = momen dwikutub
δ = besarnya muatan (Debye) ; 1 D = 3,34.10-30cm
d = jarak antara dua inti atom
10. Frekuensi Vibrasi:
Frekuensi vibrasi stretching dapat dihitung dengan menggunakan rumus Hooke. Dua buah atom beserta ikatan kimianya diibaratkan sebagai suatu isolator harmonik sederhana yg terdiri dari dua massa yg dihubungkan dengan per. Hukum Hooke menyatakan bahwa hubungan antara frekuensi isolasi, massa atom dan konstanta gaya adalah sbb.:
υ = 1/2 π √ k/μ
(1) υ = frekuensi vibrasi (cm-1)
k = konstanta gaya ikatan
μ = massa tereduksi
m1 m2
μ = ----------
m1 + m2
(2) m1 dan m2 adalah massa atom 1 dan 2.
υ = 1/2 π
Sehingga: (3)
Harga k untuk ikatan tunggal adalah 5 x 105 dyne/cm, untuk ikatan rangkap dua adalah 10 x 105 dyne/cm, dan untuk ikatan rangkap tiga adalah 15 x 105 dyne/cm.
E = ( V + ½) hυ
Eo = ½ hυ E1 = (1 + ½) hυ
∆E = hυ
(4)
1 m1 + m2
σ = ------- √ k --------------
2πC m1m2
(5)
11. Cara kerja instrumen IR :
Berkas sinar dari sumber radiasi terbagi menjadi dua, sebagian melewati sampel dan sebagian lain melewati blanko (reference). Dua berkas sinar tersebut bergabung kembali kemudian dilewatkan monokhromator. Berkas sinar kemudian dipantulkan oleh cermin dan akhirnya ditangkap oleh detektor. Signal yg dihasilkan detektor kemudian direkam sebagai spektrum infra merah yg berbentuk puncak-puncak absorpsi oleh rekorder.
