Jurnal Review Kimia Instrumen [PDF]

Citation preview

Jurnal Review Kimia Instrumen, Universitas Hasanuddin, 01 April, 2016



INSTRUMEN SPEKTROFOTOMETER INFRA MERAH Dalifa Hamra, Aulia Rhamdani, Rosdiana Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Hasanuddin



Abstrak Spektrofotometer infra merah merupakan instrumen yang mengukur penyerapan radiasi infra merah oleh suatu molekul pada daerah panjang gelombang 0,75-1000 µm. Molekul yang menyerap radiasi infra merah akan mengalami eksitasi dari keadaan ground state ke tingkatan energi yang lebih tinggi yang menyebabkan perubahan energi vibrasi yang diikuti oleh perubahan energi rotasi. Spektrofotometer infra merah terdiri dari lima bagian utama yaitu, sumber radiasi, daerah cuplikan, kisi difraksi (monokromator), dan detektor. Spektrofotometer infra merah berfungsi dalam mendeteksi gugus fungsional, mengidentifikasi senyawa, dan menganalisis campuran. Sampel padat, cair, maupun gas dapat dianalisa dengan spektrofotometer infra merah dengan menggunakan alat ataupun perlakuan yang khusus. Kata kunci: Spektrofotometri serapan atom, gerak molekul, eksitasi, instrumentasi, penyiapan cuplikan. PENDAHULUAN Spektroskopi adalah ilmu yang mempelajari tentang metode-metode untuk menghasilkan dan menganalisis spektrum. Interpretasi spektrum yang dihasilkan dapat digunakan untuk analisis unsur kimia, meneliti arus energi atom dan molekul, meneliti struktur molekul, dan untuk menentukan komposisi dan gerak benda-benda langit (Danusantoso, 1995). Dikenal dua kelompok utama spektroskopi, yaitu spektroskopi atom dan spektroskopi molekul. Dasar dari



spektroskopi atom adalah tingkat energi elektron terluar suatu atom atau unsur, sedang dasar dari spektroskopi molekul adalah tingkat energi molekul yang melibatkan energi elektronik, vibrasi, dan rotasi. Alat untuk mengukur panjang gelombang cahaya secara akurat dengan menggunakan kisi difraksi atau prisma untuk memisahkan panjang gelombang yang berbeda disebut spektrofotometer. Jenis spektrofometer antara lain adalah spectrofotometer sinar tampak, spektrometer ultra-ungu, spektrofotometer infra-merah,



spektrofotometer resonansi magnet inti, spektrofotometer serapan, spektrofotometer massa, dan spektrofotometer fluoresensi. Perbedaan dari jenis spektrometer tersebut terletak pada sumber cahaya atau sampel yang disesuaikan dengan apa yang akan diteliti. 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. Penemuan radiasi infra merah ditemukan pertama kali oleh William Herschel pada tahun 1800. Penelitian selanjutnya diteruskan oleh Young, Beer, Lambert dan Julius melakukan berbagai penelitian dengan menggunakan metode spektroskopi inframerah. Pada tahun 1892 Julius menemukan dan membuktikan adanya hubungan antara struktur molekul dengan inframerah dengan ditemukannya gugus metil dalam suatu molekul akan memberikan serapan karakteristik yang tidak dipengaruhi oleh susunan molekulnya (Wahab dan La Nafie, 2014). Saat ini telah dikenal berbagai macam gelombang elektromagnetik dengan rentang panjang gelombang tertentu. Spektrum elektromagnetik merupakan kumpulan spektrum dari berbagai panjang gelombang. Berdasarkan pembagian daerah panjang gelombang, sinar infra merah dibagi atas tiga daerah, yaitu daerah infra merah dekat, daerah pertengahan dan daerah infra merah jauh (Wahab dan La Nafie, 2014). Berdasarkan hal tersebut



maka dikembangkannlah instrument spektrofotometer infra merah. Spektrofotometer infra merah merupakan instrumen yang mengukur penyerapan radiasi infra merah oleh suatu molekul pada daerah panjang gelombang 0,75-1000 µm. Hampir setiap senyawa yang memiliki ikatan kovalen baik senyawa organic maupun anorganik, akan menyerap berbagai frekuensi radiasi elektromagnetik dalam daerah spectrum infra merah. Molekul yang menyerap radiasi infra merah akan mengalami eksitasi yang diikuti dengan perubahan energi vibrasi dan perubahan energi rotasi (Sastrohamidjojo, 2013). Pembagian daerah spektrum elektromagnetik di bawah ini, daerah panjang gelombang yang digunakan pada alat spektrofotometer infra merah adalah pada daerah infra merah pertengahan, yaitu pada panjang gelombang 2,5 – 50 µm atau pada bilangan gelombang 4.000 – 200 cm-1. Satuan yang sering digunakan dalam spektrofotometri infra merah adalah Bilangan Gelombang ( ν) (Wahab dan La Nafie, 2014). PEMBAHASAN A. INTERAKSI MOLEKUL DAN RADIASI INFRA MERAH Dasar spektrofotometri infra merah dikemukakan oleh Hooke dan didasarkan atas senyawa yang terdiri atas dua atom atau diatom yang digambarkan dengan dua buah bola. Atom-atom di dalam suatu molekul tidak diam melainkan bervibrasi (bergertar) (Hendayana dkk., 1994). Pada suhu kamar, molekul senyawa organic dalam keadaan vibrasi tetap.



Vibrasi dua atom yang dihubungkan dengan ikatan kimia dapat disamakan dengan vibrasi dua bola yang dihubungkan oleh pegas.



Gambar 1. Model mekanik dari vibrasi stretching dalam molekul diatom Vibrasi molekul hanya akan terjadi bila suatu molekul terdiri dari dua atom atau lebih. Untuk dapat menyerap radiasi infra merah (aktif inframerah), vibrasi suatu molekul harus menghasilkan perubahan momen dwikutub. Gambar 2 memperlihatkan vibrasi molekul yang menghasilkan perubahan momen dwikutub. Perubahan momen dwikutub tersebut yang digambarkan dengan pegas. Sebagai contoh molekul HCl, dimana molekul hidrogen klorida mempunyai kerapatan elektron yang tidak sama antar atom pembentuknya. Kerapatan elektron Cl lebih besar dari H. Jadi HCI mempunyai momen dwikutub (disebut juga polar). Molekul yang tidak mempunyai momen dwi kutub (µ = 0) atau selama bervibrasi ikatannya tidak menghasilkan perubahan momen dwikutub seperti O2 , N2 atau Cl2, maka rotasi ataupun vibrasi molekulnya tidak menyerap radiasi infra merah (tidak aktif inframerah).



Gambar 2. Perubahan momen dwikutub heterointi Radiasi infra merah dengan frekuensi kurang dari 100 cm-1 atau dengan panjang gelombang lebih dari 100 µm diserap oleh molekul dan dikonversi ke dalam energi rotasi molekul. Bila radiasi infra merah dengan frekuensi dalam kisaran 10000 sampai 100 cm-1 atau dengan panjang gelombang 1 sampai 100 µm, maka radiasi akan diserap oleh molekul dan dikonversi ke dalam energi vibrasi molekul. Bila ikatan bergetar, maka energi vibrasi secara terus menerus dan secara periodic berubah dari energi kinetik ke energi potensial dan sebaiknya. Jumlah energi total adalah sebanding dengan frekuensi vibrasi dan tetapan gaya ( k ) dari pegas dan massa ( m1 dan m2 ) dari dua atom yang terikat (Wahab dan La Nafie, 2014). Saat radiasi infra merah dilewatkan melalui suatu cuplikan maka molekul-molekulnya dapat menyerap (mengabsorbsi) energi dan terjadilah transisi di antara tingkat vibrasi dasar (ground state) dan tingkat vibrasi eksitasi (excited state). Contoh suatu ikatan C – H yang bervibrasi 90 trilion kali dalam satu detik harus menyerap radiasi infra merah pada frekuensi



tersebut (9,0×1013 Hz, 3000cm-1) untuk pindah ke tingkat vibrasi tereksitasi pertama. Pengabsorbsian energi pada berbagai frekuensi dapat dideteksi oleh spektrofotometer infra merah, yang memplot jumlah radiasi infra merah yang diteruskan melalui cuplikan sebagai fungsi frekuensi (atau panjang gelombang) radiasi. Plot tersebut disebut spectrum infra merah yang akan memberikan informasi penting tentang gugus fungsional suatu molekul (Hendayana, dkk., 1994). Suatu molekul menyerap sinar infra merah dekat akan menyebabkan terjadinya perubahan energi vibrasi dan rotasi. Sedangkan perpindahan IM jauh dan daerah gelombang mikro hanya akan menyebabkan perubahan rotasi saja. (Wahab dan La Nafie, 2014). Saat ini teknologi infra merah dekat (near infrared, NIR) telah dikembangkan sebagai salah satu metode yang non destruktif, dapat menganalisis dengan kecepatan tinggi, tidak menimbulkan polusi, penggunaan preparat contoh yang sederhana dan tidak memerlukan bahan kimia. NIR Spektroskopi menggunakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 780 nm - 2500 nm atau jumlah gelombang per cm 12.800 cm-1 hingga 4000 cm-1. Penyerapan radiasi gelombang inframerah oleh molekul penyusun bahan menyebabkan ikatan tunggalnya bergetar vibrasi). Getaran ini menyebabkan pita penyerapan naik sesuai kombinasi gugus fungsi kimianya (Karlinasari dkk., 2014). Setiap molekul memliki harga energi yang tertentu. Bila suatu senyawa menyerap energi dari sinar infra merah, maka tingkatan energi di dalam molekul itu tereksitasi ke tingkatan energi yang lebih tinggi. Sesuai dengan tingkatan energi yang diserap, maka yang akan



terjadi pada molekul itu adalah perubahan energi vibrasi yang diikuti dengan perubahan energi rotasi. Penyerapan radiasi infra merah menyebabkan perubahan (transisi) tingkat vibrasi. Perubahan energi vibrasi dapat dinyatakan sebagai berikut: △E = h v Dengan h menyatakan tetapan planck (6,6242 × 10-27 erg det) dan v menyatakan frekuensi dalam Hertz. Hubungan antara frekuensi dan panjang gelombang (λ) dinyatakan sebagai: c v= λ dimana c adalah kecepatan cahaya (3 × 1010 cm det-1) dan λ dinyatakan dalam cm. kebalikan panjang gelombang menyatakan jumlah gelombang per cm 1 ´v = λ Jumlah gelombang ( v´ ) berbanding lurus dengan frekuensi atau energi, karena itu bagian horizontal spectrum inframerah dinyatakan sebagai bilangan gelombang ( ´v ¿ dalam cm-1. Vibrasi molekul yang sangat khas untuk suatu molekul tertentu biasanya disebut finger print. Vibrasi molekul dapat digolongkan atas dua golongan besar, yaitu: 1 Vibrasi Regangan (Stretching) 2 Vibrasi Bengkokan (Bending) Terdapat dua jenis vibrasi molekul yaitu stretching (ulur) dan bending (tekuk). Vibrasi stretching adalah pergerakan atom yang teratur sepanjang sumbu ikatan antara dua atom sehingga jarak antara atom dapat bertambah atau berkurang. Vibrasi



stretching meliputi stretching simetris dan stretching asimetris.



v´ =



√



f (m1+ m2 ) 1 2 πc m1 m2



Berdasarkan Hukum Hooke: v´ = jumlah gelombang (cm-1) Gambar 3. Vibrasi stretching simetris dan asimetris Vibrasi bending adalah pergerakan atom yang menyebabkan perubahan sudut ikatan antara dua ikatan atau pergerakan dari sekelompok atom terhadap atom lainnya. Vibrasi bending meliputi scissoring (deformation), wagging, twisting dan rocking.



Gambar 4. Tipe vibrasi bending Makin rumit struktur suatu molekul, semakin banyak bentukbentuk vibrasi yang mungkin terjadi. Akibatnya kita akan melihat banyak pita-pita absorbs yang diperoleh pada spectrum infra merah, bahkan bias lebih rumit lagi bergantung pada molekul instrument (Hendayana dkk., 1994). Setiap ragam vibrasi yang berbeda akan memberikan serapan terhadap radiasi infra merah yang berbeda pula (Sastrohamidjojo, 2013). Hukum Hooke dapat membantu memperkirakan daerah dimana vibrasi terjadi (Hendayana dkk., 1994):



c = kecepatan cahaya (cm det-1) m1 = massa atom 1 (g) m2 = massa atom 2 (g) f = tetapan gaya (dyne cm-1 = g det-2) Semakin banyak besar tetapan gaya, semakin besar frekuensi vibrasi dan makin besar jarak energi di antara tingkat-tingkat kuantum vibrasi. Tetapan gaya untuk ikatan tunggal, atau rangkap dua, dan rangkap tiga masing-masing 5×10-5, 10×10-5 dan 15×10-5 dyne cm-1 R (HendayanaRdkk., R 1994). R Energi yang dibutuhkan untuk perubahan tingkat energi rotasi adalah C C sangat kecil dan sesuai sinar panjang gelombang 100 µm. karena energi rotasi B A B penyerapan sinar A maka terkuantisasi, infra merah oleh sampel gas akan menimbulkan spectrum serapan yang terdiri dari garis-garis yang terpisah dengan jelas. Tetapi untuk sampel cairan dan padatan akan menghasilkan pitapita serapan kontinu dan lebar yang diakibatkan oleh tumbukan antara molekul-molekul dan cairan (Wahab dan La Nafie, 2014). Untuk mengatasi hal ini dapat dilakukan penghalusan atau penyaringan data spektra. Spektra NIR membaca senyawa organik maupun anorganik kimia yang memiliki pola serapan yang khas dan berbeda satu dengan lainnya pada setiap panjang gelombang infra merah yang diberikan. Prinsip teori NIR spektroskopi adalah teori absorpsi atau penyerapan dan adanya an-harmoni dari pergerakan ikatan kimia yang menyebabkan vibrasi molekul dengan energi transisi penyerapan elektronik yang rendah, penguatan (overtones), dan kombinasi



pita (melalui stretching dan deformation) (Karlinasari dkk., 2014). Vibrasi yang digunakan untuk identifikasi adalah vibrasi bengkokan, khususnya goyangan (rocking), yaitu yang berada di daerah bilangan gelombang 2000 – 400 cm-1. Karena di daerah antara 4000 – 2000 cm-1 merupakan daerah yang khusus yang berguna untuk identifkasi gugus fungsional. Daerah ini menunjukkan absorbsi yang disebabkan oleh vibrasi regangan. Sedangkan daerah antara 2000 – 400 cm-1 seringkali sangat rumit, karena vibrasi regangan maupun bengkokan mengakibatkan absorbsi pada daerah tersebut. 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). Meskipun pada daerah 4000 – 2000 cm-1 menunjukkan absorbsi yang sama, padaa daerah 2000 – 400 cm-1 juga harus menunjukkan pola yang sama sehingga dapat disimpulkan bahwa dua senyawa adalah sama.



Tabel 1. Daerah vibrasi regangan dan bengkokan



B. KOMPONEN SPEKTROFOTOMETER INFRA MERAH Spektrofotometer inframerah biasanya merupakan spektrofotometer berkas ganda dan terdiri dari 5 bagian utama yaitu sumber radiasi, daerah cuplikan, kisi difraksi (monokromator) dan detector 1. Sumber Radiasi Radiasi infra merah dihasilkan dari pemanasan suatu sumber radiasi dengan listrik sampai suhu antara 1500 dan 2000 K. Sumber radiasi yang biasa digunakan berupa lampu Nernst Glower, Globar dan Kawat Nikrom. Nernst Glower merupakan campuran oksida dari zirkon (Zr) dan yitrium (Y) yaitu ZrO2 dan Y2O3, atau campuran oksida thorium (Th) dan serium (Ce) yang dipanasi hingga suhu 1200 oC. Nernst Glower ini berupa silinder



dengan diameter 1 sampai 2 mm dan panjang 20 mm. Pada ujung silinder dilapisi platina untuk melewatkan arus listrik. Nernst Glower mempunyai radiasi maksimum pada panjang gelombang 1.4 µm atau bilangan gelombang 7100 cm-1. Pemijar Globar merupakan batangan silicon karbida yang dipanasi sehingga sekitar 1.200 oC, sehingga memancarkan radiasi kontinyu pada daerah 1-40 µm. Globar merupakan sumber radiasi yang sangat stabil. Kawat Nikhrom merupakan campuran nikel (Ni) dan Krom (Cr). Kawat ini berbentuk spiral dan mempunyai intensitas radiasi lebih rendah dari Nernst Glower dan Globar tetapi umurnya lebih panjang. 2. Tempat Sampel Wadah sampel atau sel tergantung dari jenis sampel. Untuk sampel berbentuk gas digunakan sel gas dengan lebar sel atau panjang berkas radiasi 40 m. Hal ini dimungkinkan untuk menaikkan sensitivitas karena adanya cermin yang dapat memantulkan berkas radiasi berulang kali melalui sampel. Wadah sampel untuk sampel berbentuk cairan umumnya mempunyai panjang berkas radiasi kurang dari 1 mm biasanya dibuat lapisan tipis (film) diantara dua keping senyawa yang transparan terhadap radiasi infra merah. Senyawa yang biasa digunakan adalah natrium klorida (NaCI), kalsium fluorida (CaF2), dan kalsium iodida (CaI). Dapat pula dibuat larutan yang kemudian dimasukkan ke dalam sel larutan.



Wadah sampel untuk padatan mempunyai panjang berkas radiasi kurang dari 1 mm (seperti wadah sampel untuk cairan). Sampel berbentuk padatan ini dapat dibuat pelet, pasta, atau lapisan tipis. 3. Monokromator Monokromator berfungsi sebagai penyeleksi panjang gelombang yaitu mengubah cahaya yang berasal dari sumber sinar polikromatis menjadi cahaya monaokromatis. Monokromator ini terdiri dari system celah masuk dan celah keluar, alat pendespersi yang berupa kisi difraksi atau prisma, dan beberapa cermin untuk memantulkan dan memantulkan dan memfokuskan berkas sinar (Sudjadi, 1983). Untuk tujuan analisis kuantitatif, biasa digunakan filter seperti: filter dengan panjang gelombang 9,0 µm untuk penentuan asetaldehida, filter dengan panjang gelombang 13,4 µm untuk o-diklorobenzena, dan filter dengan panjang gelombang 4,5 µm untuk dinitrogen oksida. Ada juga filter yang mempunyai kisaran 2,5 sampai 4,5 µm, 4,5 sampai 8 µm, dan 8 sampai 14,5 µm. Bahan yang lazim digunakan untuk prisma adalah natrium klorida, kalium bromida, sesium bromida, dan litium fluorida. Prisma natrium klorida paling banyak digunakan untuk monokromator inframerah, karena dispersinya tinggi untuk daerah antara 5,0 – 16 µm, tetapi dispersinya kurang baik untuk daerah antara 1,0 – 5,0 µm. kalium bromide dan sesium bromide merupakan bahan prisma yang baik untuk inframerah jauh. Litium fluoride merupakan bahan yang baik untuk inframerah dekat. Bahan-bahan tersebut



dapat bersifat higroskopik sehingga dapat dirusak oleh uap air (Sudjadi, 1983). Tabel 2. Hubungan antara bahan prisma dan daerah jangkauan frekuensi Bahan Prisma Gelas



Daerah frekuensi (cm-1) Diatas 3500



Daerah panjang gelombang (µ) Dibawah 2,86



Quartz



Diatas 2860



Dibawah 3,5



SiF



5000 –1700



2,0 – 7,7



CaF2



5000 – 1300



2,0 - 5,7



NaCl



5000 – 650



2 – 15,4



KBr (CsBr) CSi



1100 – 285



9 – 35



1000 – 200



10 – 50



Saat ini, kebanyakan spektrofotometer infra merah menggunakan kisi difraksi dibandingkan prisma. Keuntungan kisi difraksi adalah resolusi lebih baik, energi sinar yang hilang lebih sedikit sehingga dapat digunakan lebar celah yang sempit, memberikan dispersi linear dan tahan terhadap uap air. Sedangkan kelemahan kisi difraksi adalah jumlah sinar hamburan lebih banyak dan dihasilkannya lebih dari satu spectrum dari berbagai orde. Untuk mengatasi kelemahan ini maka digunakan prisma dan filter bersama dengan kisi difraksi (monokromator ganda), sehingga hanya dihasilkan spectrum dari satu orde saja. Hal yang serupa dapat juga diperoleh dengan membuat sudut jalur kisi sedemikian rupa sehingga sinar yang didispersikan terpusat pada satu orde saja (Sudjadi, 1983). 4. Detektor



Setelah radiasi infra merah melewati monokromator kemudian berkas radiasi ini dipantulkan oleh cermin-cermin dan akhirnya ditangkap oleh detector. Detektor pada spektrofotometer infra merah merupakan alat yang mengukur atau mendeteksi energi radiasi akibat pengaruh panas. Berbeda dengan detector lainnya (seperti: phototube) dimana pengukuran radiasi infra merah lebih sulit karena intensitas radiasi rendah dan energi foton infra merah juga rendah untuk membebaskan detector dari permukaan katoda suatu tabung foton. Akibatnya sinyal dari detector infra merah kecil sehingga dalam pengukurannya harus diperbesar. Sebagian besar alat modern menggunakan detector panas. Detector panas untuk mendeteksi sinar inframerah yaitu termokopel, bolometer, dan sel Golay. Ketiga detector ini bekerja berdasarkan efek pemanasan yang ditimbulkan oleh sinar inframerah. Termokopel merupakan detector yang paling banyak digunakan. 5. Rekorder Sinyal yang dihasilkan dari detektor kemudian direkam sebagai spektrum infra merah yang berbentuk puncak-puncak absorpsi. Spektrum infra merah ini menunjukkan hubungan antara absorpsi dan frekuensi atau bilanqan gelombang atau panjang gelombang. Sebagai absis adalah -1 frekuensi (Hertz, detik ) atau panjang gelombang (µm) atau bilangan -1 gelombang (cm ) dan sebagai ordinat adalah transmitan (%) atau absorban.



Contoh spektrum absorpsi infra merah dapat dilihat pada Gambar 1. Spektrum infra merah merupakan spektrum yang menunjukkan banyak puncak absorpsi pada frekuensi yang karakteristik. Spektroskopi infra merah disebut juga spektroskopi vibrasi. Untuk setiap ikatan kimia yang berbeda seperti C – C, C=C, C=O, O=H dan sebagainya mempunyai frekuensi vibrasi yang berbeda sehingga kemungkinan dua senyawa berbeda yang mempunyai spektrum absorpsi yang sama adalah kecil sekali. Gambar 6. Interpetasi spectrum spesifik dari masing-masing gugus fungsi senyawa



Gambar 5. Spektum absorban dan transmitan Untuk mengidentifikasi senyawa yang belum diketahui perlu dibandingkan dengan spektrum standar yang dibuat pada kondisi sama. Daerah absorpsi pada kisaran frekuensi 1500 sampai 700 cm-1 atau panjang gelombang 6,7-14 µm disebut daerah sidik jari (jati diri). Senyawaan yang mempunyai spektrum infra merah sama adalah identik. Untuk mempermudah memahami, maka ditampilkan pada Gambar 2.



C. Cara Penanganan Cuplikan Spektra inframerah dapat direkam dari contoh yang berupa cairan, padatan, atau gas. Untuk merekam spektra, contoh ditempatkan pada sel yang sesuai dalam ruang spektrofotometer IR. Umumnya sel contoh terbuat dari natrium klorida (Zenta, 2011). Ada berbagai cara pengolahan cuplikan untuk spektrofotometer inframerah. Cara yang digunakan tergantung pada jenis cuplikan apakah berbentuk gas, cairan atau padatan. Gaya intermolekul berubah nyata dari bentuk padatan ke cairan ke gas dan perbedaan ini dalam bentuk pergeseran frekuensi atau pita tambahan. Oleh karena itu sangat penting dicatat pada spektrum cara pengolahan cuplikan yang dilakukan (Sudjadi, 1983). 1. Cara Penanganan Contoh Cairan dan Larutan



Cairan dapat dianalisis sebagai mull (lumatan) atau larutan. Untuk cairan murni cairan ditempatkan di antara pelat garam NaCl tanpa pengukuran jarak kemudian diapit dan ditekan oleh plat garam NaCl. Penekanan terhadap cairan lumatan tersebut akan menghasilkan film dengan ketebalan 0,01 mm atau lebih tipis lagi. Untuk pembuatan film semacam itu diperlukan contoh sebanyak 1-10 mg. Film tebal dari contoh cairan biasanya menyerap kuat dan menghasilkan spektrum yang baik (Zenta, 2011).



Gambar 7. Perolehan spektra IR pada cairan: (a) 1 atau 2 tetes cairan ditempatkan pada pusat pelat natrium klorida, (b) pelat kedua diletakkan di atas, dan kedua plat dirapatkan pelanpelan, (c) kedua pelat dipasang pada pendukung contoh. Cuplikan padat dapat dilarutkan dalam pelarut seperti karbon tetraklorida, karbon disulfida, atau kloroform. 1 – 5 % larutan dimasukkan dalam sel larutan yang mempunyai jendela transparan dengan alat pengatur ketebalan. Tebal sel biasanya antara 0,1 – 1,0 mm. Sel kedua yang berisi pelarut murni diletakkan dalam berkas baku, sehingga serapan yang disebabkan oleh pelarut ditiadakan dan diperoleh spektrum serapan dari cuplikan saja (Sudjadi, 1983).



Gambar 8. Cara pengisian yang benar pada sel berpetutup Apabila keseluruhan spektrum menjadi menarik perhatian (spektrum zat terlarut dan pelarut keduanya muncul) maka analisis harus dilakukan dengan beberapa pelarut. Karbon tetraklorida bebas dari absorpsi pada frekuensi di atas 1333 cm-1 memperlihatkan sedikit absorpsi di bawah 1333 cm-1. Kombinasi pelarut dan zat terlarut yang bereaksi harus dihindari. Sebagai contoh, CS tidak dapat digunakan sebagai pelarut untuk amina primer dan sekunder. Alkoholalkohol amino bereaksi lambat CS2, sedangkan CS2 dan CCl4 (Zenta, 2011). 2. Cara Penanganan Contoh Padatan Padatan biasanya dianalisis sebagai mull (lumatan dalam cairan yang kental), pelet dengan halida anorganik, atau suatu deposit berbentuk film kaca. Lumatan dibuat dengan cara mengerus 2-5 mg padatan tersebut dengan mortar sampai halus. Penggerusan dilanjutkan lagi setelah padatan ditetesi dengan 1-2 tetes minyak pembuat lumatan (umumnya nujol atau fluorolube). Ukuran partikel tersuspensi harus lebih kecil dari 2 µm untuk menghindari penghamburan radisasi yang berlebihan. Lumatan



tersebut dianalisis sebagai film di antara pelat garam (Zenta, 2011). Pelet dibuat dengan cara mencampur 0,5 – 1,0 mg contoh dengan kurang lebih 100 mg tepung KBr. Campuran tersebut ditekan dengan peralatan khusus pada tekanan 10.00015.000 psi sehingga menjadi cakram yang transparan. Kualitas spectrum tergantung pada kekompakan campuran dan kecilnya ukuran partikel yang ada di sekitar 2 µm atau lebih kecil lagi. Mikrocakram dengan diameter 0,5-1,5 mm dapat digunakan dengan sebuah kondenser berkas sinar. Dengan teknik mikrocakram ini memungkinkan kita untuk menganalisis contoh sekecil 1 µg. Pita dekat 3448 dan 1639 cm-1 yang disebabkan oleh kelembaban seringkali tampak dalam spektra yang diperoleh dengan teknik pressed-disk. Penggunaan cakram atau pelet KBr seringkali dihindari karena menuntut cara pembuatan pelet yang bagus. Teknik KBr seperti itu dapat dipermudah melalui Mini-Press yang mampu menyederhanakan prosedur; yakni contoh-KBr ditempatkan dalam lubang yang dilengkapi dengan satu baut pada sisinya. Baut yang kedua dimasukkan dan dikencangkan dengan kunci. Pelepasan baut-baut tersebut kembali akan meninggalkan pelet dalam lubang. Teknik film deposit hanya berguna jika bahan dapat dideposit dari larutan atau lelehan dingin sebagai mikrokristal atau film berupa kaca. Film-film Kristal umumnya menyebabkan hamburan sinar. Orientasi kristal tertentu dapat menghasilkan spektra yang berbeda dengan spektra hasil analisis partikel yang orientasinya acak sebagaimana yang ada dalam



lumatan atau cakram halida. Teknik film deposit sangat berguna untuk memperoleh spektra resin atau plastik. Hati-hatilah jika akan membebaskan contoh dari pelarut melalui vakum atau pemanasan yang ringan (Zenta, 2011).



Gambar 9. (a) salah satu jenis penekan hidraulik dan”mata” untuk pembuatan cakram KBr (b) Mini-Press Umumnya suatu larutan encer dalam pelarut nonpolar memberikan spektrum terbaik (paling kurang menyimpang). Senyawa nonpolar menghasilkan spektra yang sama dalam fase terkondesasi (yakni cairan kental, mull, cakram KBr, atau film tipis) sebagaimana yang dihasilkan dalam pelarut nonpolar. Akan tetapi senyawa polar kerap kali memperlihatkan efek ikatan hidrogen dalam fase terkondensasi. Sayangnya senyawa polar sering tidak larut dalam pelarut nonpolar, dan jika spektrum harus diperoleh dari masing-masing fase terkondensasi dan pelarut polar; maka metode yang terakhir tersebut akan memperlihatkan efek ikatan hidrogen yang mungkin ada antara zat terlarut dengan pelarut. Berhati-hatilah jika menangani sel garam. Contoh yang digunakan harus bebas air. Tangan tidak boleh bersentuhan dengan permukaan optik. Jaga agar jangan sampai terkontaminasi dengan silikon karena sangat sulit



dihilangkan dan mempunyai absorpsi yang kuat.



pola



Cara Penanganan Contoh Gas dan Cairan Atsiri Spektra gas atau cairan atsiri dapat diperoleh dengan cara mengembangkan contoh tersebut dalam sel. Meskipun sel-sel gas yang tersedia mempunyai panjang beberapa sentimeter sampai 40 meter, akan tetapi ruang contoh dalam spektrofotometer inframerah standar tidak akan memuat sel yang panjangnya melebihi 10 cm. Dalam prakteknya, spektrum inframerah fase gas jarang diperlukan karena biasanya senyawa semacam itu akan lebih mudah dianalisis dengan kromatografi cair gas. Cairan atsiri dapat dianalisis dalam sel tertutup dengan ruang yang sangat tipis. Contoh yang dapat melarutkan pelat natrium klorida dapat dianalisis menggunakan pelat perak klorida (Zenta, 2011). Cuplikan gas dimasukkan ke dalam sel gas. Jendela transparan terhadap infamerah, misalya natrium klorida, sehingga sel ini dapat diletakkan langsung dalam berkas cuplikan. Modifikasi dari bentuk ini mengguunakan cermin-cermin internal sehingga berkas sinar dipantulkan beberapa kali melalui cuplikan sehingga menaikkan kepekaan (Sudjadi, 1983). Dalam fasa uap, perubahan rotasi dalam molekul dapat bebas terjadi dan proses energi rendah ini (frekuensi sangat rendah) dapat mengatur pita vibrasi dengan energi lebih tinggi. Pita vibrasi dipecah kerapkali terbentuk struktur halusnya.. tetapi hanya ada beberapa senyawa organik yang dapat



ditetapkan dalam bentuk gas (Sudjadi, 1983).



2.



Gambar 10. Peralatan dalam pengolahan cuplikan D. CARA KERJA ALAT SPEKTROFOTOMETER INFRA MERAH



Gambar 10. Skema spektrofotometer inframerah, atas menggunakan kisi difraksi, bawah menggunakan prisma (Sudjadi, 1983). Sinar dari sumber radiasi (A) dibagi menjadi dua berkas yang sama, satu berkas (B) melalui cuplikan (berkas cuplikan) dan satu berkas lainnya (H) sebagai baku. Fungsi model berkas ganda adalah mengukur perbedaan intensitas antara dua berkas pada setiap



panjang gelombang. Kedua berkas itu dipantulkan pada chopper (C) yyang berupa cermin berputar (~10×perdetik). Hal ini menyebabkan berkas cuplikan dan berkas baku dipantulkan secara bergantian ke kisi difraksi (D). Kisi difraksi berputar lambat, setiap frekuensi dikirim ke detektor (E) yang mengubah energi panas menjadi listrik (Sudjadi, 1983). Jika pada suatu frekuensi cuplikan menyerap sinar maka detektor akan menerima intensitas berkas baku yang besar dan berkas cuplikan yang lemah secara bergantian. Hal ini akan diperkuat oleh amplifier. Jika cuplikan tidak menyerap sinar, berarti intensitas sinar cuplikan sama dengan intensitas berkas baku dan hal ini tidak menimbulkan arus bolak-balik, tetapi arus searah. Amplifier dibuat hanya untuk arus bolak-balik. Arus bolak-balik yang terjadi ini digunakan untuk menjalankan suatu motor (G) yang dihubungkan dengan suatu alat penghalang berkas sinar yang disebut baji optik (H). Baji optik ini oleh motor dapat digerakkan turun naik ke dalam berkas baku sehingga akan mengurangi intensitasnya yang diteruskan ke detektor. Baji optik ini oleh motor dapat digerakkan turun naik ke dalam berkas baku sehingga inensitasnya dikurangi dengan jumlah yang sama banyaknya dengan jumlah pengurangan intensitas berkas cuplikan, jika cuplikan melakukan penyerapan. Gerakan baji ini dihubungkan secara mekani dengan pena alat rekorder (J) sehingga gerakan baji ini merupakan pita serapa pada spektrum tersebut (Sudjadi, 1983). Karena semua spektrofotometer inframerah menggunakan kertas



pencatat maka pengukuran frekuensi dan cara menjalankan rekorder harus diatur sedemikan rupa sehingga frekuensi yang ditunjukkan adalah frekuensi ang sesungguhnya. Kaliberasi dapat dilakukan dengan menggunakan spektrum polistiren (Sudjadi, 1983).



KESIMPULAN Berdasarkan uraian diatas maka dapat disimpulkan bahwa: 1. Spektrofotometri inframerah merupakan alat yang digunakan untuk mendeteksi gugus fungsional, mengidentifikasi senyawa, dan menganalisis campuran 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 blangan gelombang 13.000 – 10 cm-1. 2. Spektrofotometer inframerah terdiri dari 5 bagian utama yaitu sumber radiasi, daerah cuplikan, kisi difraksi (monokromator) dan detector yang kemudian direkam spektrumnya dengan alat rekorder 3. Spektra inframerah dapat direkam dari contoh yang berupa cairan, padatan, atau gas. Untuk merekam spektra, contoh ditempatkan pada sel yang sesuai dalam ruang spektrofotometer IR. 4. Atom-atom di dalam suatu molekul tidak diam melainkan bervibrasi (bergertar). Frekuensi vibrasi saat dilewatkan dengan radiasi infra merah dilewatkan maka molekulmolekulnya dapat menyerap (mengabsorbsi) energi dan terjadilah



transisi di antara tingkat vibrasi dasar (ground state) dan tingkat vibrasi eksitasi (excited state) yang memplot jumlah radiasi infra merah kemudian diteruskan melalui cuplikan sebagai fungsi frekuensi (atau panjang gelombang), dimana plot tersebut disebut spektra infrared yang kemudian dibaca pada spektrum inframerah DAFTAR PUSTAKA Hendayana, S., Kadarohman, A., Sumarna, dan Supriatna, A., 1994, Kimia Analitik Instrumen, IKIP Semarang Press, Semarang. Karlinasari, L., Sabed, M., Wistara, N. J., Purwanto, Y. A., dan Wijayanto, H., 2012, Karakteeristik Spektra Absorbansi NIR (Near Infra Red) Spektroskopi Kayu Acacia mangium WILLD. pada 3 Umur Berbeda, Jurnal Ilmu Kehutanan, VI(1); 45-53. Perez. J. E., R. T. Meyer, FTIR Spectroscopy, CIC Photonic, In.



Sastrohamidjojo, H., 2013, Dasar-dasar Spektroskopi, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta Sherman Hsu, C. P., 2003, Handbook of Instrumental Techniques for Analytical Chemistry, John Willey and Sons, Ltd, New York. Stuart, B., 2004, Infrared Spectroscopy: Fundamental and Applications, John Willey and Sons, Ltd, New York. Sudjadi, 1983, Peenentuan Struktur Senyawa Organik, Ghalia Indonesia, Jakarta Timur. Tim Dosen Universitas Sanata Dharma, 2007, Modul Kimia Spektroskopi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta. Wahab, W., Nafie, N. L., 2014, Metode Pemisahan dan Pengukuran 2: Elektrometri dan Spektrofotometri, FMIPA UNHAS, Makassar. Zenta,



F., 2011, Teknik dalam Laboratorium Kimia Organik, FMIPA UNHAS, Makassar



TUGAS KELOMPOK KIMIA INSTRUMEN



SPEKTROFOTOMETRI INFRA MERAH



DISUSUN OLEH: KELOMPOK 3 DALIFA HAMRA (H311 13 029) AULIA RHAMDANI (H311 13 318) ROSDIANA (H311 13 333)



KIMIA INSTRUMEN JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS HASANUDDIN MAKASSAR 2016