SPEKTROFOTOMETRI
INFRA MERAH (IR)
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 (Giwangkara, 2007).
Daerah inframerah
sedang (4000-400 cm-1) berkaitan dengan transisi energi vibrasi dari
molekul yang memberikan informasi mengenai gugus-gugus fungsi dalam molekul
tersebut. Daerah inframerah jauh (400-10 cm-1) bermanfaat untuk
menganalisis molekul yang mengandung atom-atom berat seperti senyawa anorganik,
namun membutuhkan teknik khusus yang lebih baik. Daerah inframerah dekat
(12.500-4000 cm-1) yang peka terhadap vibrasi overtone (Schecter, 1997).
1.
Prinsip Dasar Spektrofotometer Infra
Merah (IR)
Dasar Spektroskopi Infra Merah dikemukakan oleh Hooke dan didasarkan pada senyawa yang terdiri atas dua atom atau diatom yang digambarkan dengan dua buah bola yang saling terikat oleh pegas seperti tampak pada gambar di bawah ini.
Gambar. Gambaran dua atom yang
memiliki vektor listrik dan vektor magnetik
Jika pegas direntangkan atau ditekan pada jarak keseimbangan
tersebut maka energi potensial dari sistem tersebut akan naik. Setiap senyawa
pada keadaan tertentu telah mempunyai tiga macam gerak, yaitu gerak translasi,
vibrasi dan rotasi. Bila ikatan bergetar, maka energi vibrasi secara terus
menerus dan secara periodik berubah dari energi kinetik ke energi potensial dan
sebaiknya. Jumlah total adalah sebanding dengan frekuensi vibrasi dan tetapan
gaya (k) dari pegas dan massa (m1 dan m2) dari atom yang terikat energi yang
dimiliki oleh sinar infra merah hanya cukup kuat untuk mengadakan perubahan
vibrasi (Giwangkara, 2007).
Menurut
Sastrohamidjojo (1992), Frekuensi vibrasi dari
ikatan dapat dihitung berdasarkan hukum Hooke dengan persamaan:
Dimana:
v
= frekuensi
c
= kecepatan cahaya (3 x 10-10 cm/detik)
k
= tetapan gaya untuk ikatan
m1, m2 = massa dari atom
Syarat suatu gugus
fungsi dalam suatu senyawa dapat terukur pada spektra IR adalah adanya
perbedaan momen dipol pada gugus tersebut. Vibrasi ikatan akan menimbulkan
fluktuasi momen dipol yang menghasilkan gelombang listrik (Harjono, 1992).
Sinar inframerah bila
dilewatkan melalui cuplikan senyawa organik maka sejumlah frekuensi akan
diserap sedangkan frekuensi yang lain diteruskan tanpa diserap (Noerdin, 1985).
Pada alat
spektrofotometri inframerah, satuan bilangan gelombang merupakan satuan yang
umum digunakan. Nilai bilangan gelombang berbanding terbalik terhadap frekuensi
atau energinya. Bilangan gelombang dan panjang gelombang dapat dikonversi satu
sama lain menggunakan persamaan dibawah :
V(cm-1) = 1/ λ(μm) x 104
Informasi absorpsi inframerah pada umumnya diberikan dalam bentuk spektrum dengan panjang gelombang (μm) atau bilangan gelombang (cm-1) sebagai absis x dan intensitas absorpsi atau persen transmitan sebagai ordinat y. Intensitas pita dapat dinyatakan dengan transmitan (T) atau absorban (A). Transmitan adalah perbandingan antara fraksi sinar yang diteruskan oleh sampel (I) dan jumlah sinar yang diterima oleh sampel tersebut (Io) (Http://www.prenhall.com).
A= log(1/T) = -logT = -log I/Io
Spektrum yang dihasilkan biasanya relatif kompleks karena
adanya overtone kombinasi dan perbedaan serapan yang lemah. Overtone dihasilkan
akibat adanya eksitasi dari tingkat energi rendah ke tingkat energi yang lebih
tinggi, yang merupakan kelipatan dari frekuensi fundamental (v). Bila dua
frekuensi vibrasi (v1 dan v2) dalam molekul bergabung menghasilkan vibrasi
frekuensi baru dalam molekul, dan bila frekuensi tersebut aktif inframerah,
maka hal tersebut disebut serapan kombinasi (Harjono, 1992). Apabila vibrasi fundamental
bergabung dengan serapan overtone atau serapan kombinasi lainnya, maka vibrasi
gabungan ini disebut resonansi fermi yang sering teramati dalam senyawa
karbonil (Silverstein, 1986).
Vibrasi molekul dapat digolongkan atas dua golongan besar,
yaitu:
1. Vibrasi
regangan (stretching)
Dalam vibrasi ini atom bergerak terus sepanjang ikatan yang menghubungkannya sehingga akan terjadi perubahan jarak antara keduanya, walaupun sudut ikatan tidak berubah. Vibrasi regangan terdiri dari dua macam, yaitu regangan simetri dan regangan asimetri.
Gambar. Vibrasi regangan antar atom
(Giwangkara, 2007)
2. Vibrasi
bengkokan (bending)
Jika sistem tiga atom merupakan bagian dari sebuah molekul yang lebih besar, maka dapat menimbulkan vibrasi bengkokan atau variasi deformasi yang mempengaruhi osilasi atom atau molekul secara keseluruhan. Vibrasi bengkokan ini terbagi menjadi empat jenis, yaitu vibrasi goyangan, guntingan, kibasan dan pelintiran.
Gambar. Jenis-jenis vibrasi bengkokan antar atom (Giwangkara, 2007)
Berikut ini adalah
tabel korelasi antara
jenis vibrasi gugus fungsional dan frekuensi.
Tabel
korelasi antara
jenis vibrasi gugus fungsional dan frekuensi
|
Gugus |
Jenis
Vibrasi |
Frekuensi
(Cm-1) |
Intensitas |
|
C-H |
Alkana (Ulur) |
3.000 – 2.850 |
Kuat |
|
|
-CH3 (Tekuk) |
1.450 dan 1.375 |
Medium |
|
|
-CH2 (Tekuk) |
1.465 |
Medium |
|
|
Alkena (ulur) |
3.100- 3.000 |
Medium |
|
|
Alkena (tekuk, keluar bidang) |
1.000-650 |
Kuat |
|
|
Aromatis (ulur) |
3.150-3.050 |
Kuat |
|
|
Aromatis (tekuk,keluar bidang |
900-690 |
Kuat |
|
|
Alkuna (ulur) |
±3.300 |
Kuat |
|
|
Aldehid |
2.900-2.800 |
Lemah |
|
|
|
2.800-2700 |
Lemah |
|
C-C |
Alkana |
1.200 |
Sedang |
|
C=C |
Alkena |
1.680-1.600 |
Medium-Lemah |
|
C=C |
Aromatis |
1.600 dan 1.475 |
Medium-Lemah |
|
C=O |
Alkuna |
2.250-2100 |
Medium-Lemah |
|
|
Aldehid |
1.740-1.720 |
Kuat |
|
|
Keton |
1.725-1.705 |
Kuat |
|
|
Asam karboksilat |
1.725-1.700 |
Kuat |
|
|
Ester |
1.750-1.730 |
Kuat |
|
|
Amida |
1.680-1.630 |
Kuat |
|
|
Anhidrida |
1.810 dan 1.760 |
Kuat |
|
|
Asil Klorida |
1.800 |
Kuat |
|
C-O |
Alkohol, eter, ester, asam
karboksilat, antihidrida |
1.300 – 1.000 |
Kuat |
|
O-H |
Fenol |
|
|
|
|
Bebas |
3.650 – 3.600 |
Medium |
|
|
Terikat hidrogen |
3.400 – 3.200 |
Medium |
|
|
Asam-asam karboksilat |
3.400 – 2.400 |
Medium |
|
N-H |
Amin primer, amin sekunder, amida |
3.500 – 3.100 |
|
|
|
Ulur |
1.640 - 1.550 |
Medium |
|
|
Tekuk |
|
|
|
C-N |
Amina |
1.350 - 1.000 |
Medium sampai Kuat |
|
C=N |
Imina dan Oksin |
1.690 – 1.640 |
Medium sampai Kuat |
|
C=N |
Nitril |
2.260 – 2.240 |
Medium |
|
X=C=Y |
Alena, Ketena, Isosianat,
Isotiosianat |
2.270 – 1.940 |
Medium sampai Kuat |
|
N=O |
Nitro (R-NO2) |
1.550 dan 1.350 |
Kuat |
|
S-H |
Merkaptan |
2.250 |
Lemah |
|
S=O |
Sulfoksida |
1.050 |
Kuat |
|
|
Sulfon, sulfonil klorida, sulfat,
sulfonamid |
1.375 – 1.300 dan 1.350 – 1.140 |
Kuat |
|
C-X |
Fluorida |
1.400 – 1.000 |
Kuat |
|
|
Klorida |
785 – 540 |
Kuat |
|
|
Bromida, Iodida |
<667 |
Kuat |
(Sumber: Pavia, 2009)
2. Instrumentasi
Spektrometer IR
Spektrofotometer infra
merah biasanya merupakan spektrofotometer ganda dan terdiri dari 5 bagian utama
yaitu sumber radiasi, daerah cuplikan, kisi difraksi (monokromator), detektor
dan recorder.
Gambar. Bagian-bagian spektofotometer IR
a. Sumber
Radiasi
Radiasi infra merah biasanya dihasilkan oleh pemijar
Nernst dan Globar. Pemijar Globar merupakan batangan silikon karbida yang
dipanasi hingga sekitar 1.200oC, sehingga memancarkan radiasi
kontinyu pada daerah 1-40 μm. Pijar Nernst merupakan batang cekung dari
sirkonium dan yitrium oksida yang dipanasi hingga sekitar 1.500oC
dengan arus listrik. Sumber ini memancarkan radiasi antara 0,4-20 μm dan kurang
stabil jika dibandingkan dengan globar, tetapi Globar memerlukan pendinginan
air (Sudjadi, 1985).
a. Monokromator
Monokromator terdiri dari sistem celah masuk dan
celah keluar, alat pendespersi yang berupa kisi difraksi atau prisma, dan
beberapa cermin untuk memantulkan dan memfokuskan berkas sinar. Bahan yang
lazim digunakan prisma adalah natrium klorida, kalium bromida, sesium bromida
dan litium fluorida (Sudjadi, 1985).
b. Detektor
Sebagian besar alat modern menggunakan detektor
panas. Detektor fotolistrik tidak dapat digunakan untuk mendeteksi sinar infra merah,
karena energi foton infra merah tidak cukup besar untuk membebaskan elektron
dari permukaan katoda dari suatu tabung foton. Detektor panas suntuk mendeteksi
sinar infra merah yaitu termokopel, bolometer dan sel Golay. Ketiga detektor
ini bekerja berdasarkan efek pemanasan yang ditimbulkan oleh sinar infra merah (Sudjadi, 1985).
3. Kelebihan
Infra spektroskopi Merah
Berikut ini
beberapa kelebihan menggunakan spektroskopi inframerah (www.le.ac.uk/chemistry) :
a. Merupakan
teknik yang cepat
b. Dapat
digunakan untuk identifikas gugus fungsi tertentu dari suatu molekul
c. Spektrum
inframerah yang diberikan untuk suatu senyawa bersifat unik sehingga dapat
digunakan sebagai sidik jari dari senyawa tersebut.
Giwangkara, E. 2007. Spektrofotometri
Inframerah. (http://www.chem-is-try.org/artikel_
kimia/kimia_analisis/spektrofotometri_infra_merah/., diakses pada 20 November
2017)
2. Harjono.S. 1992. Spektroskopi
Inframerah Edisi Pertama. Yogyakarta: Liberty Press.
3. Http://www.le.ac.uk/chemistry diakses tanggal 20 November 2017
4. Http://www.prenhall.com.
diakses tanggal 20 November
2017
5. Pavia, D.L., Lampan, G.M., Kriz, G.S., dan Vyvyan, J.R.,
2009, Introduction to Spectroscopy,
Fourth Edition, Brooks/Cole, Washington, USA.
6. silverstein,
R.M., G.C. Bassler ang T.C. Morril. 1981. Spectrometric Identification Of Organic Compounds 4Th Edition Edn.
John Wiley And Sons, New York.
7. Sudjadi. 1985. Penentuan Struktur
Senyawa Organik. Jakarta: Ghalia Indonesia.
8. Sastrohamidjojo, H. 1992. Spektroskopi
Inframerah. Yogyakarta: Liberty Press.
9. Schecter, et al. 1997. Online Remote
Prediction of Gasoline Properties by Combined Optical Method.
Ana.Chim.Acta.
