Spektrofotometri Infra Merah

Spektrofotometri Infra Merah •

•

Radiasi IR : λ = 0,78 – 1000 µm atau Bilangan gelomang : 1!"800 – 10 #m $1 Sinar Infra merah diedakan men%adi : Daerah IR 

Range Panjang Gelombang (λ), µm

Range Bilangan Gelombang ( ΰ ), cm-1

Range Freken!i ("), #$

Deka%

&,'  *,+

1*&& - &&&

,& . 1&1+-1,* .1&1

/engah

*,+  +&,&

&&&  *&&

1,* .1&1-0,& .1&1*

ah

+&,& - 1&&&

*&&  1&

0,& .1&1*-1,* .1&11

2nali!i!

*,+ - *+

&&&  &&

1,*.1&1-1,*.1&1*

Bilangan Gelombang, cm-1 1&+ 3Ra4 1&-+

1& 5 6

 6i  6i!

1&-

1&&& IR   Deka%

IR  6ibra!i

&,&&1

1&&

1&

IR  ah &,&1

Glb Ra7i o &,1

Panjang Gelombang, cm

Infrared

1

1

1

•

Spektroskopi IR : metode analisis erdasarkan

•

pada interaksi radiasi IR pada daerah Bilangan gelomang &000 – &00 #m $1 'pada daerah (irasi) dengan molekul" *enis interaksi : +sorpsi ertama kali ditemukan oleh -illiam -" .olent/"

1"

eori +sorpsi IR

•

.

. .

Molekul Se#ara alamiah : erakan 2irasional 2irasional dan Rotasional  Berinteraksi dengan radiasi IR 3 ransisi rotasional atau transisi 2irasional 2irasional  as : ransisi rotasional 44 (irasional 3 aris  adat, .air, 5arutan: ransisi 2irasional 44 Rotasional 6rekuensi 2irasi molekul  frekuensi radiasi IR daerah (irasi  +sorpsi radiasi IR ter%adi ter%adi ila :  (irasi molekul atau gugus atom menghasilkan momen dipole netto, dimana momen dipole netto ini dapat erinteraksi dengan agian medan listrik dari radiasi IR  6rekuensi radiasi IR sesuai dengan frekuensi (irasi molekul atau gugus atom

Infrared

!

6rekuensi 2irasional Model

mekanik (irasional

9ntuk memahami konsep dasar tentang spektra (irasi, akan ditin%au ikatan ko(alen sederhana dari dua atom seagai suatu per 'pegas) ang menghuungkan ! atom dengan massa m1 dan m! : m1

m

   ;  ,    l   a    i   s   n   e    t   o        i   g   r   e   n    ;

&

Infrared

-2

k

m!

-2 & 82

Pemin7ahan, 4

82



•

*ika massa dipindahkan se%auh  dari posisi setimang dengan penerapan gaa sepan%ang pegas, maka gaa pemulihanna seanding dengan perpindahanna 'hukum $ k  """ """""""" """"""""""" """""""""""" """"""""""" """""""" """ '1) dimana, 6 adalah gaa pemulihan, dan k adalah konstanta pegas , ang esarna tergantung pada kekakuan pegas" anda negatif menandakan ah?a 6 adalah gaa pemulihan" •

6rekuensi 2irasional,  "m  – ergantung pada pad a konstanta pegas @ massa enda  – emerian energi hana menamah  +mplitudo, tidak mempengaruhi frekuensi (irasi

6rekuensi (irasina : υ m

=

1

*π   µ 

11

υ  = 1,* x1&

Infrared

1

k 

 µ 

=

1 m1

+

k 

 µ  =

 µ 

1

9

m m

 µ  =

m*

1

(m1 + m* )

 M 1 9 M *

( M 1

+

*

 M * )

&

.ontoh : 1E, maka  µ  =

6rekuensi,

 M 1 9 M  *

( M 1

+  M  *

 >

)

1910 1 + 10

 > 0,F&1!

υ  = 1,* x1&

11

k 

 µ 

υ  = 1,* x1&

',' x1&

11

+

&,:1*

 > 1,!& C 1011 C F0&,0F > 1,1! C 101& ) > 1E00 #m$1 artina (irasi stret#hing dasar dari gugus karonil teramati pada ilangan gelomang 1E00 #m$1" 1

($ • •

Vibrasi )ending & )engkokan' Qi#irikan oleh peruahan sudut ikat ang terus menerus antara dua ikatan" Misal : (irasi ending gugus . – < aromatis" 2irasi ang ter%adi pada idang gugus fenil dieri simol delta, *'.$ F translasi>  rotasi >   %adi (irasi > n – E >

ita +sorpsi IR ampak untuk iap Qera%at Oeeasan •

ter%adi peruahan momen d?ikutu molekul selama (irasi

•

 6rekuensi pita tidak erimpit dengan getaran utama  +sorpsi ter%adi didaerah IR  Intensitas asorpsi #ukup kuat untuk dideteksi

• •

*umlah ita +sorpsi idak Sesuai *umlah 2irasi •

•

 Meleihi %umlah (irasi dasar   o(ertone  #omination tone  Ourang dari %umlah (irasi dasar   frekuensi dasar terletak diluar &000$&00 #m$1  pita dasar terlalu lemah utk diamati  (irasi dasar terletak sangat erdekatan shg  resolusi kurang  +dana pita degenerate dr rp asorpsi dgn frekuensi sama: mlkl simetri ↑  kggln get" dasar utk mun#ul dlm IR krn '$) peruahan sifat momen dipol

•

 osisi pita$pita serapan : daerah serapan

Qaerah Serapan: &000 – 1A00 #m$1 > Qaerah ugus 6ungsi 'stret#hing) 1A00 $ 800 #m  > Qaerah Sidik *ari 'ending) $1

Qigunakan untuk menidik molekul ang sama "  +nalisis kualitatif dengan memandingkan dengan standar 

DAERAH GUGUS FUNGSI 800 – !700 #m$1 : ikt dgn < : .$T .>.> 1F00 – A00 #m$1 : ikt rangkap !: .>T .>.T .>T > 100 $ 800 #m$1 :ikt tunggal: .$.T .$T .$ Qata posisi pita '#m$1) terkait dgn kemungkinan gugus fungsi  ikatan: ael D

'+& -&&& J regang ? #K @ # && - *:&&J



 #K 

&&& - *'&& J #K -#*-K



 #K 2r   # ? #K



#

*&& - *1&& J regang 

 K 

1:&& -10+& J regang 

? (a!am, al7ehi7, ke%on ami7a, e!%er)

@

10'+ - 1+&& J regang = (aliDa%ik L aroma%ik) 

@

1'+ -1&& J len%r   #

1&&& - 0+& J len%r 





K 2r 

# (lar bi7ang)

-1

Intensitas

regang ?-# beba!

'&& - +&&

ren7ah

regang ?-# %erika%

+&& - *&&

ka% L lebar 

regang =-#

&& - *'&&

2r  #

&+

!e7ang

&&

%inggi

Jenis H

(cm )

=

= #

=

= #

&,&

!e7ang

#

*'&

ren7ah

*:0& L *'&

%inggi

*+&

%inggi

*:&

ren7ah

M &&&

? = =#

N &&&

=#* =

#

DAERAH REGANG SIMETRI IKATAN RANGKAP TIGA -1

Jenis Ikatan Rangka Tiga

(cm )

Intensitas Pita

# = = R 

*1,& - *1&&

ka%

R  = = RO

**0& - *1:&

bermacam

R  = = R 

-

-

R  = @

**0& - **,&

ka%

10(& - 10*&

beragam

10:& - 10,&

beragam

 @ @

10& - 1+'+

beragam

 @ ?

1,&& - 1&&

beragam

Ikatan Rangka D!a

= = = @

-1

AH "ENT#R $-H (1%%% - &'% cm ) P AiDa% kha! alkena P Qo!i!i !b!%i%en Qa7a cincin aroma%ik  kena

-1

(cm )

Int

=#*

::& L :1&

k 

=R# (ci!)

0,&

!

=R# (%ran!)

:'&

!

=#*

,&

!

=R#

,& - ':1

!

EN*ENA TERS#STIT#SI -1

Jenis S!+stit!si

(cm )

Intensitas

2r-mono!b!%i%!i (+# ber7amQingan)

'+& L '&&

!e7ang - ka%

2r-or%o

'+&

!e7ang - ka%

2r-me%a

'& - 1&

!e7ang - ka%

2r-Qara

+& - &&

!e7ang - ka%

SEN,AA AR.MATIK  -1

(cm )

Kete/angan

Intensitas

1&& - &&&

regang =-#

lemah L !e7ang

*&&& - 10+&

Qncak !eraQ kombi na!i L oer%one

lemah L !e7ang

10&& -1++

regang cincin aroma%ik

!e7ang

1+&& - 1,&&

regang cincin aroma%ik

!e7ang

1&& - 1&&&

len%r =-# 7lm bi7ang

!e7ang

len%r =-# kelar bi7ang

ka%

,&& - 0'+

•

Intensitas Pita Absorpsi

ransmitans ') atau  +soransi '+) 9ntuk IR la/im dipakai , Intensitas iasa dilaporkan dlm istilah semi kuantitatif: (s > (er strong '4 7AU) s > strong 'A0 – 7AU) m > medium '!A – A0U) ? > ?eak 'V !AU)

.ontoh: Spektra IR $H0($H)&$

2&%cm-1 20%cm-1 13&4cm-1 105%cm-1

•

 +nalisis Spektra IR:

Bilanga Bentu Intens Penempata n k itas n Gugus Gelomb Pita Terkait ang (cm-1)

 Informasi

dari spektra IR 'analsis kualitatif) $ gugus fungsi $ identifikasi sen g sama 'daerah sidik %ari) → utk sen! g telah diketahui $ u%i kemurnian 'diandingkan standar) → utk sena?a g diketahui

•

OM; S;OR6M;;R IR  – mirip dengan spektrofotometer 92$2is SR '1)

MOR '!)

SM5 ')

QOR '&)

R.QR 'A)

1" Sumer Radiasi IR 

adatan innert ang dipanaskan se#ara elektrik sampai temperatur antara 1A00 dan !000 oO



Intensitas radian maksimum pada temperatur terseut ter%adi antara 1,7$! µm atau AF00$A000 #m$1

a.

Glower Nernst 

Bahan : oksida$oksida tanah %arang, Bentuk : silinder dengan diameter 1$! mm dan pan%ang sekitar !0 mm" Qiungkus dengan platina untuk mele?atkan arus listrik, sehingga dihasilkan temperatur 1!00$!000 oO" Ooefisien temperatur resisten elektrik : sangat negatif b.

Infrared

Sumber Globar 

Bentuk : atangan karida silikon, pan%ang A0 mm dan diameter A mm" emanasan : se#ara elektrik sampai 100$1A00 oO Oeleihan : koefisien resistenna positif" 0

#"  –

 –

d"  –  –

e"  –

f"  –

 –

Infrared

Sumer Oa?at i%ar 'Incadescent Wire Source) Spiral ka?at ikrom ang sangat rapat, dipanaskan men#apai 1100 oO dengan arus listrik Intensitas leih rendah tetapi umur pakai ang leih pan%ang daripada loar atau lo?er ernst" Bunga +pi 5istrik Merkuri ' The Mercury Arc ) 9ntuk spektrum daerah IR %auh ' W 4 A0 µm), Sumer : unga api listrik '+r#) merkuri tekanan tinggi ang dile?ati muatan listrik" 5ampu 6ilamen ungsten ' The Tungsten Filament Lam) Sumer IR dekat 0,78$!,A µm atau 1!800 $ &000 #m$1 Sumer 5aser Oaron Qioksida ' The !arbon "io#ide Laser Source ) 5aser karon dioksida menghasilkan pita radiasi pada range F $ 11µm atau 1100$F00 #m$1), ang mengandung 100 garis$garis diskret erdekatan" Salah satu dari garis terseut dapat dipilih dengan tuning  menetel laser, untuk analisis 1

!"

Monokromator dan 6ilter 

a"

6ilter interferensi  – 9ntuk analisis kuantitatif sena?a$sena?a spesifik dapat diperoleh se#ara komersial"  – 6ilter dengan transmisi maksimum F,0 µm digunakan untuk penentuan asetaldehid, filter dengan 1,& µm untuk penentuan o$ dikloroen/ena, dan filter dengan pun#ak transmisi maksimum &,A µm digunakan untuk penentuan oksida nitrous"

"

6ilter -edges 'filter iris)  – 6ilter ini mena?arkan (ariael pita radiasi infra merah sempit dan #ontinu oleh tiga filter ?edge erentuk segmen lingkaran"  – Range ketiga segmen adalah !,A $ &,A T &,A – 8,0 T dan 8,0 – 1&,A µm"  – -edge$?edge terseut diletakkan pada suatu roda ang dapat diputar untuk memerikan pan%ang gelomang pada #elah"  – 5ear pita 'and?idth) efektif alat ini sekitar 1,AU dari pan%ang gelomang ang ditransmisikan pada #elah"

Infrared

!

#"

risma  –

 –

 –  –  –

Ouarsa, untuk daerah IR$dekat '0,8 $  µm), karakteristik dispersina %auh dari ideal" Serapanna leih kuat, sekitar & µm '!A00 #m $1)" Oristal a.l, ahan umum untuk memuat prisma, dispersina tinggi pada daerah antara A dan 1A µm '!000 dan E70 #m $1) dan memadai sampai !,A µm '&000 #m $1)" 4!0 µm 'A00 #m $1), kristal a.l menerap dengan kuat dan tidak dapat digunakan" risma kristal OBr dan .eBr #o#ok untuk daerah infra merah %auh '1A$&0 µm atau E70$!A0 #m $1) risma 5i6 erguna pada daerah infra merah dekat '1$A µm)" Oe#uali kuarsa, semua material mudah tergores dan larut dalam air, diperlukan desikan dan pemanas untuk melindungina dari kondensasi uap air"

d"

emantul rating

 –

 Resolusi leih aik, karena kehilangan radian energi ang menertai penggunaanna leih sedikit ' less loss of radiant energ), sehingga lear #elah ang leih sempit dapat direalisasikan" Oeuntungan lainna adalah dispersina mendekati leih linier dan tahan terhadap serangan oleh air" rating infra merah teruat dari glass atau plastik ang dilapisi aluminium"

 –

 –

Infrared



• •

Oekuranganna : hamuran radiasi dan menampakkan orde lain spektra radiasi" 9ntuk meminimalkan pengaruh terseut,  –  grating diran#ang untuk mengkonsentrasikan radiasai pada orde tunggal"  – 6ilter ' kadang$kadang risma) dihuungkan dengan grating untuk meminimalkan prolem itu"

"

Qetektor    –

4etektor 1hermal & 1hermal dete!tors' Qetektor thermal adalah detektor ang responna ergantung pada efek pemanasan dari radiasi, Qigunakan untuk deteksi pada hampir semua pan%ang gelomang radiasi infra merah Berupa GBla#k BodH ang menerap radiasi IR dan resultan temperatur ditransduksi 3 signal Oekurangan : oise atau per#ampuran temperatur dari sekelilingna Solusi : detektor ditaruh ditempat (akum dan terlindung dari sinar luarT erkas sinar dari sumer di G #hoppedH dg sirkuit tertentu signal dpt dipisahkan dari signal noise

 –

4etektor 1hermokopel &1hermo!ouples' erdiri dari dua logam tak se%enis ang dihuungkan u%ungna dengan suatu %ematan, ila dikenai radiasi akan ter%adi eda potensial ang timul akiat eda temperatur" Beda potensial ditransduksi men%adi signal

• • • • •

•

•

Infrared

&

)olometer  *enis termometer resistan disusun dari potongan logam, seperti t, atau i, atau suatu semikonduktor, peralatan paling akhir sering diseut termistor  eruahan resistan seagai fungsi temperatur relatif esar dan ditransduksi men%adi signal  –

•

•

Piroelektrik Berupa kapasitor, g erupa kristal 'litium tantalat, arium titanat, dan triglisin sulfat) ang memiliki momen dipole ang sensitif terhadap temperatur, ditempatkan diantara plat logam" Oapasitansi ditransduksi men%adi signal"  –

•

•

4etektor 5olay Berupa termometer gas :ang mana gas Cenon diisikan dalam #hamer silinderis, ang mengandung memran hitam" 6raksi erkas #ahaa ang dipantulkan ang mengenai permukaan aktif dari phototue eruah, sehingga menghasilkan peruahan arus photo ang erkaitan dengan tenaga erkas #ahaa infra merah dan ditransduksi men%adi signal  –

•

•

Infrared

A

&" .

•.

•.

•.

R;+R+SI S+M;5 Sampel Padat 6  Spektra dalam entuk padatan : 9kuran partikel padatan harus leih ke#il dari pan%ang gelomang radiasi IR '1 µm), kalau tidak, ter%adi hamuran 's#attering) pada sinar ang masuk" artikel harus erada dalam medium dengan indeks ias ang sama, iasana diuat suspensi dalam Gu%olH 'se%enis parafin) sehingga diperoleh GmullH" Mull ang diperoleh kemudian diletakkan di antara dua elah plat a.l sehingga diperoleh film tipis ' hin 6ilm)" Metoda lain, dengan memuat suspensi padatan dengan OBr, kemudian suspensi padatan ang diperoleh dipress sehingga diperoleh pelet 'dis#) OBr  Spektra dalam entuk larutan : Sampel padatan dilarutkan dalam sol(en ang sesuai, spektra dari larutan diukur dalam sel dengan ketealan 0,1 – 0,A mm" emilihan sol(en ergantung pada daerah pan%ang gelomang erapa ang ingin diamil spektrana"

 •.

•. • • •

Infrared

..l& eas spektra pada &000$100 #m$1" .S! eas spektra pada 100$ EE0 #m$1" 9ntuk spektrofotometer IR doule eam, asorpsi dari sol(en dapat dihilangkan 'dengan auto /ero) E



Sampel air 

•

Spektra dari #airan murni dapat diukur aik seagai thin film ang dipress diantara dua plat a.l atau dalam sel dengan teal sel antara 0,01$0,1 mm" Spektra #airan murni sering memperlihatkan adana efek ikatan hidrogen antar molekul dan efek assosiasi"

•



Sampel 5as

•

Sampel gas iasana diukur dalam sel dengan ketealan 10 #m" 9ntuk gas$gas ang kandunganna dalam le(el Gtra#eH, digunakan sel ang sangat pan%ang, dan diagian akhir sel dipasang #ermin sedemikian rupa sehingga diperoleh efek refleksi ang erlipat"

A" ;P+*I+ Q++ +BSRSI IR  S;OR9M I6R+M;R+< . +lat : Spektrofotometer  . Spektrum IR : gamar ang melukiskan huungan antara intersitas serapan dan ilangan gelomang . Qaerah spektrum IR iasana diedakan men%adi dua, aitu : Qaerah frekuensi gugus Infrared 7 fungsional dan Qaerah sidik %ari '6ingerprint)

1"

Qaerah frekuensi gugus fungsional

•

erletak pada daerah radiasi &000$1&00 #m$1" ita$ pita asorpsi pada daerah ini utamana diseakan oleh vibrasi dua atom, sedangkan frekuensi (irasina karakteristik terhadap massa atom ang erikatan dan konstanta kekuatan ikatan"

!"

Qaerah 6ingerprint 'sidik %ari)

•

Paitu daerah ang terletak pada 1&00$&00 #m $1" ita$pita asorpsi pada daerah ini erhuungan dengan $ibrasi mole%ul secara %eseluruhan " Setiap atom dalam molekul akan saling memengaruhi  sehingga dihasilkan pita$pita asorpsi ang khas untuk setiap molekul" leh karenana pita$pita pada daerah ini dapat di%adikan sarana identifikasi molekul ang tidak terantahkan"

Infrared

8

Infrared

F

6 IR •

• • • •

•

6ourier ransform Infra Merah : 6 IR *ean Baptiste Fourier  ' ahli matematika) Menggunakan proses matematika : 6ourier ransformasi untuk menampilkan signal ;misi #ahaa ang di#atat seagai fungsi kosinus diuah dari domain ?aktu men%adi domain frekuensi Qalam spektroskopi IR, interaksi radiasina : +sorpsi, sulit untuk menerapkan fungsi kosinusna, karena itu dimodifikasi dengan %alan menghitung %arak per%alanan #ermin, ang selan%utna dapat diter%emahkan men%adi domain frekuensi" Oeunggulan 6 IR :  –

 –

Oeseluruhan spektra dalam range frekuensi pengukuran dapat diperoleh sekaligus, sedangkan pada IR dispersi(e perlu penguahan grating pendispersi karena suatu grating tidak dapat erfungsi aik untuk range frekuensi pengukuran tertentu" otal ?aktu s#anning 6 IR V IR dispersi(e, pada sensiti(itas dan resolusi ang sama"

IR dispersive, otal ?aktu s#an : 

-aktu untuk men#atat 1 elemen resolusi : t > n T n adalah %umlah elemen resolusi FT IR, total ?aktu s#an keseluruhan range frekuensi : 

Rasio signal$noise : S -aktu untuk memperoleh signal 'S) proporsional dg : t, sedangkan untuk memperoleh noise proporsional dg : Xt S Y t T  YXt , maka : S YXt Infrared

&0