Spektrofotometer FT-IR adalah bentuk getaran spektroskopi, dan spektrum FT-IR mencerminkan keduanya struktur molekul dan lingkungan molekul. Di dalam teknik, sampel disinari dengan inframerah radiasi dari sumber inframerah, dan penyerapan radiasi ini merangsang gerakan getaran oleh menyimpan kuanta energi ke mode getaran. Karena itu, sebuah molekul, bila terkena radiasi
diproduksi oleh emisi termal dari sumber panas (sumber energi IR), hanya menyerap pada frekuensi sesuai dengan mode molekuler getaran di wilayah spektrum elektromagnetik antara terlihat (merah) dan gelombang pendek (gelombang mikro). Perubahan ini dalam gerakan getaran menimbulkan pita di spektrum getaran; setiap band spektral adalah ditandai dengan frekuensi dan amplitude (Duygu, dkk, 2009).
Spektrofotometer FTIR didasarkan pada ide adanya interferensi radiasi antara 2 berkas sinar untuk menghasilkan suatu interferogram. Interferogram merupakan sinyal yang dihasilkan sebagai fungsi perubahan pathlength antara 2 berkas sinar. Dua domain (jarak dan frekuensi) dapat ditukarbalikkan dengan metode matematik yang disebut dengan transformasi Fourier (Rohman, 2014).
Menurut Beasley, et al. (2014), FT-IR merupakan salah satu instrumen yang banyak digunakan untuk mengetahui spektrum vibrasi molekul yang dapat digunakan untuk memprediksi struktur senyawa kimia. Terdapat tiga teknik pengukuran sampel yang umum digunakan dalam pengukuran spektrum menggunakan FTIR yaitu Photo Acoustic Spectroscopy (PAS), Attenuated Total Reflectance (ATR), dan Difuse Reflectance Infrared Fourier Transform (DRIFT).
Setiap teknik memiliki karakteristik spektrum vibrasi molekul tertentu (Sulistyana, 2017).
Spektrofotometri FTIR berdasarkan interaksi antara radiasi elektromegnetik saat ini di wilayah inframerah dan sampel dalam kombinasi dengan beberapa teknik kemometrik, telah muncul sebagai alat analitik yang kuat dalam farmasi aplikasi karena sifatnya sebagai sidik jari spectra (Siregar, dkk, 2018).
Komponen dasar spektrofotometer FTIR ditunjukkan secara skematik dalam gambar 2.2. Radiasi yang berasal dari sumber sinyal dilewatkan melalui interferometer ke sampel sebelum mencapai detektor. Selama penguatan (amplifikasi) sinyal, yang mana kontribusi-kontribusi frekuensi tinggi telah dihilangkan dengan filter, maka data diubah ke bentuk digital dengan suatu analog-to-digital- converter dan dipindahkan ke computer untuk menjalani transformasi Fourier (Rohman, 2014).
Gambar 2.2 Komponen utama dalam FT-IR (Sumber: Rohman, 2014)
a. Sumber sinar
Spektrofotometer FTIR menggunakan sumber sinar Globar atau Nerst untuk daerah IR tengah. Jika spektra IR jauh juga akan diukur, maka lampu merkuri tekanan tinggi dapat digunakan. Untuk IR dekat, lampu-lampu tungsten-hidrogen dapat digunakan sebagai sumber sinar (Rohman, 2014).
b. Interferometer Michelson
Interferometer pertama kali dirancang oleh Albert Abraham Michelson pada tahun 1891. Tujuan interferometer adalah untuk membawa berkas sinar, lalu memecahnya ke dalam dua berkas sinar, dan membuat salah satu berkas sinar
berjalan dengan jarak yang berbeda dengan yang lain. Perbedaan jarak yang dilalui oleh 2 berkas sinar ini disebut dengan perbedaan celah optik (path length difference) atau penghambata optik, disimbolkan dengan huruf Yunani delta kecil
. Interferometer Michelson mempunyai 2 buah cermin, yakni cermin statik/
tetap (tidak bergerak) dan cermin yang selalu bergerak. Diantara 2 cermin ini terdapat pemecah berkas sinar (beam splitter), yang dirancang untuk mentransmisikan setengah radiasi yang mengenainya dan merefleksikan atau memantulkan yang setengahnya. Sebagai hasilnya, sinar yang ditransmisikan oleh beam splitter akan mengenai cermin statik, sementara sinar yang direfleksikan
akan mengenai cermin bergerak. Dua berkas sinar ini akan dipantulkan dari cermin-cermin ini, kembali ke beam splitter yang mana keduanya akan bergabung kembali dan akan melakukan interferensi. Setengah berkas sinar yang dipantulkan dari cermin statik ditransmisikan melalui beam splitter, sementara setengahnya dipantulkan kembali ke arah sumber sinar. Berkas sinar yang muncul dari interferometer pada sudut 90o ke berkas sinar yang masuk disebut dengan berkas sinar yang ditransmisikan dan ini merupakan berkas sinar yang terdeteksi dalam spektrofotometer FTIR (Rohman, 2014).
c. Detektor
Ada 2 jenis detektor yang umum digunakan pada spektrofotometer FTIR.
Detektor normal pada penggunaan rutin adalah alat piroelektrik yang didalamnya terdapat deuterium triglisin sulfat (DTGS) pada jendela alkali halida yang tahan terhadap panas. Untuk pekerjaan yang memerlukan sensitifitas lebih, dapat digunakan detektor merkuri kadmium tellurida (MCT), akan tetapi detektor ini harus didinginkan pada suhu nitrogen cair. Untuk pengukuran spektra IR di
daerah dekat (NIR), detektor yang digunakan adalah fotokonduktor timbal sulfida (Rohman, 2014).
d. Komputer
Komputer merupakan komponen yang krusial dalam instrumen spektrofotometer FTIR modern. Komputer akan mengendalikan instrumen, misalkan dalam hal kecepatan, batas, serta awal dan akhir scanning. Komputer akan membaca spektra dari instrumen begitu spektrum di-scanning. Hal ini bermakna bahwa spektrum telah digitalisasikan (Rohman, 2014).
Spektrofotometer FTIR merupakan instrumen single beam. Pengukuran background dilakukan sebelum pengukuran sampel. Pengukuran background ini
merupakan pengukuran spektrum lingkungan, yang terdiri dari gas yang mampu mengabsorpsi sinar inframerah seperti gas karbon dioksida dan uap air.
Pengukuran sampel dengan spektrofotometer FTIR dilakukan setelah pengukuran spektra background. Perangkat lunak komputer akan mengurangi spektra hasil pengukuran dengan spektra background secara otomatis untuk menghasilkan spektra sampel yang dianalisis (Rohman, 2014).
Ada beberapa keunggulan spektrofotometer FTIR dibandingkan dengan spektrofotometer dispersif, dua keuntungan yang utama adalah:
1. Keuntungan Felgett (multiplex) 2. Keuntungan Jacquinot (throughput)
Keuntungan Felgett disebabkan karena adanya peningkatan pengukuran rasio signal to noise (SNR). Nilai SNR ini juga sebanding dengan pangkat dua dari waktu yang dibutuhkan dalam pengukuran satu titik data. Semakin banyak pengukuran sampel, maka akan diperoleh rasio signal to noise (SNR) yang
semakin baik, karena nilai SNR sebanding dengan akar kuadrat dari jumlah pengukuran sampel. Hal ini akan semakin banyak menghasilkan elemen-elemen resolusi yang dipantau secara simultan. Lebih lanjut, karena spektrofotometer FTIR tidak memerlukan penggunaan celah monokromator, maka output sumber total dapat dilewatkan ke sampel secara terus-menerus. Hal ini akan menghasilkan energi yang sampai ke detektor cukup tinggi, sehingga akan meningkatkan sinyal yang diperoleh (SNR menjadi meningkat). Keuntungan ini dikenal dengan keuntungan Jacquinot. Keuntungan lain instrumen ini adalah sensitifitasnya yang lebih baik serta waktu pengukuran yang lebih singkat dibandingkan dengan spektroskopi inframerah dispersif. Keuntungan ini bersama-sama dengan keuntungan Felgett dan keuntungan Jacquinot memungkinkan untuk memperoleh spektra IR dalam waktu milidetik (Rohman, 2014).
2.4.1 Pengolahan Sampel pada FTIR
Menurut Rohman (2014), cara pengolahan sampel atau cuplikan pada spektrofotometer IR yang digunakan tergantung pada jenis sampel apakah berbentuk gas, cairan, atau padatan. Secara garis besar, spektrum IR dapat diperoleh dengan cara transmisi atau pantulan (reflectance).
Teknik transmisi merupakan cara yang paling populer untuk memperoleh spektra inframerah dengan melewatkan berkas sinar inframerah melewati sampel.
Keuntungan teknik ini adalah bahwa spektra transmisi mempunyai rasio sinyal-noise yang tinggi dan relatif tidak mahal. Keuntungan lain teknik sampling
transmisi adalah bahwa teknik ini bersifat universal karena bekerja pada sampel padat, cair, gas, dan polimer. Tantangan penyiapan sampel secara transmisi adalah mengatur ketebalan dan konsentrasi sampel (Rohman, 2014).
Teknik transmisi berdasarkan jenis sampel yang akan dianalisis sebagai berikut:
a. Spektra transmisi sampel padat
Ada tiga cara umum umtuk mengolah sampel yang berupa padatan, yaitu:
(1) dengan lempeng kalium bromida, (2) “mul”, dan (3) lapisan tipis. Padatan juga bisa ditetapkan sebagai larutan, tetapi spektrum larutan mempunyai bentuk yang berbeda dengan spektrum padatan, karena gaya intermolekul berubah. Pertama, teknik-teknik yang sesuai untuk serbuk atau sampel yang dapat digerus ke dalam serbuk adalah dengan pelet KBr. Pelet KBr digunakan untuk memperoleh spektr iR sampel padat dan terutama sesuai untuk sampel-sampel serbuk. Banyaknya bahan (KBr) yang digunakan untuk mengencerka sampel dapat diamati (biasanya berkisar antara 0,1-2,0 % berat). Kedua, teknik mull atau lumpuran dibuat dengan menggerus cuplikan sehingga halus, kemudian dicampur dengan satu dua tetes minyak hidrokarbon parafin cair (Nujol) sehingga merupakan lumpuran.
Campuran sampel-Nujol ini kemudian dipindahkan ke lempeng natrium klorida.
Lempengan natriun klorida kedua diletakkan di atas campuran sampel-Nujol dan ditekan sehingga merupakan lapisan tipis dan rata diantara dua lempeng tersebut.
Ketiga, teknik lapisan tipis dengan meneteskan larutan cuplikan pada permukaan lempeng natrium klorida. Karena pelarut yang digunakan mudah menguap, maka akan didapatkan lapisan tipis pada lempeng natrium klorida (Rohman, 2014).
b. Spektra transmisi cairan
Sebelum memperoleh spektrum IR sampel dalam larutan, maka pelarut yang sesuai harus dipilih. Faktor-faktor yang harus diperhatikan ketika memilih pelarut, yakni: pelarut harus melarutkan sampel, pelarut yang digunakan sedapat
mungkin non-polar untuk meminimalkan interaksi solut-pelarut, serta pelarut tersebut tidak menyerap spektrum IR secara kuat. Sebanyak 1-5% larutan dimasukkan dalam sel larutan yang mempunyai jendela transparan dengan alat pengatur ketebalan. Tebal sel biasanya antara 0,1-1,0 mm. Salah satu keuntungan penggunaan larutan encer ialah bahwa spektrum yang diperoleh mempunyai kedapatulangan yang tinggi. Selain itu, dengan mengatur konsentrasi dan tebal sel maka bentuk dan pita serapan yang penting dapat ditonjolkan dengan jelas (Rohman, 2014).
c. Spektra transmisi gas
Cuplikan gas dimasukkan ke dalam sel gas. Jendela transparan terhadap inframerah, biasanya NaCl, digunakan sehingga sel dapat diletakkan dalam berkas cuplikan. Hanya ada beberapa senyawa organik yang dapat ditetaplkan dalam bentuk gas (Rohman, 2014).
Teknik-teknik reflektans (pantulan) dapat digunakan untuk sampel-sampel yang susah dianalisis dengan teknik transmitans. Metode-metode pantulan dapat dibagi menjadi 2 kategori, yaitu: (1) pengukuran pantulan internal dengan menggunakan sel attenuated total reflectance (ATR) yang bersinggungan (kontak) langsung dengan sampel; dan (2) pengukuran pantulan eksternal yang melibatkan berkas sinar IR yang dipantulkan secara langsung dari permukaan sampel (Rohman, 2014).