Cahaya yang dapat dilihat melalui pengelihatan manusia terdiri dari gelombang elektromagnetik dengan frekuensi yang berbeda-beda, setiap frekuensi tersebut bisa dilihat sebagai warna yang berbeda. Radiasi infra-merah juga merupakan gelombang dengan frekuensi yang berkesinambungan, hanya saja karena keterbatasan mata manusia, terkadang tidak dapat terlihat.
Jika suatu senyawa organik disinari dengan infra-merah yang mempunyai frekuensi tertentu, maka akan didapat beberapa frekuensi yang diserap oleh senyawa tersebut. Sebuah alat pendetektor yang diletakkan disisi lain senyawa tersebut akan menunjukkan bahwa beberapa frekuensi melewati senyawa tersebut tanpa diserap sama sekali, tetapi frekuensi lainnya banyak yang diserap. Berapa
7
11
banyak frekuensi tertentu yang melewati senyawa tersebut diukur sebagai presentasi transmitasi (percentage transmittance). 8
Pada spektro IR meskipun bisa digunakan untuk analisa kuantitatif, namun biasanya lebih kepada analisa kualitatif. Umumnya spektro IR digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsi pada suatu senyawa, terutama senyawa organik. Setiap serapan pada panjang gelombang tertentu menggambarkan adanya suatu gugus fungsi spesifik.
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. 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.
Gambar 2.2 Berkas Radiasi Elektromagnetik
8
12
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 pada Tabel 2.2, sinar infra merah dibagi atas tiga daerah, yaitu:
a. Daerah Infra Merah dekat. b. Daerah Infra Merah pertengahan. c. Daerah infra merah jauh.
Tabel 2.2 Kisaran panjang gelombang,frekuensi,dan spectrum elektromagnetik9
Spektrum Panjang Gelombang Frekuensi,Hz Bilangan Gelombang, cm-1 Satuan Umum Meter Sinar-X 10-12 – 10-8 1020 –1016 Ultra Ungu Jauh 10-200 nm 10-12 – 2x10-7 1016 –1015 Ultra Ungu Dekat 200-400 nm 2x10-7 – 4,0x10-7 1015 – 7,5x1014 Sinar Tampak 400-750 4,0x10-7 – 7,5x10-7 7,5x1014 –4x1014 25000 – 13000 Infra Merah Dekat 0,75-2,5 µm 7,5x10-7 –2,5x10-5 4x1014 –1,2x1014 13000 – 4000 Infra Merah Pertengahan 2,5-50 µm 2,5x10-5 –5,0x10-5 1,2x1014 – 6x1012 4000 – 200 Infra Merah Jauh 50-1000 µm 5,0x10-5 –1x10-3 6x1012– 1011 200 – 10 Gelombang Mikro 0,1-100 cm 1x 10-3 – 1 1011 – 108 10 – 10-2 Gelombang Radio 1-1000 m 1 – 103 108 –105 9
13
Gambar 2.3 Daerah Spektrum Elektromagnetik
Dari pembagian daerah spektrum elektromagnetik tersebut diatas, 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 ( ) atau disebut juga sebagai Kaiser.
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 dibawah ini. Jika pegas direntangkan atau ditekan pada jarak keseimbangan tersebut maka energi potensial dari sistim tersebut akan naik.10
Gambar 2.4 Perumpaan senyawa
10
14 Setiap senyawa pada keadaan tertentu telah mempunyai tiga macam gerak, yaitu :
1. Gerak Translasi, yaitu perpindahan dari satu titik ke titik lain. 2. Gerak Rotasi, yaitu berputar pada porosnya, dan
3. Gerak Vibrasi, yaitu bergetar pada tempatnya.
Bila ikatan bergetar, maka energi vibrasi secara terus menerus dan secara periodik berubah dari energi kinetik ke energi potensial dan sebaiknya. Jumlah energi total adalah sebanding dengan frekwensi vibrasi dan tetapan gaya ( k ) dari pegas dan massa ( m1 dan m2 ) dari dua atom yang terikat. Energi yang dimiliki oleh sinar infra merah hanya cukup kuat untuk mengadakan perubahan vibrasi. Panjang gelombang atau bilangan gelombang dan kecepatan cahaya dihubungkan dengan frekwensi melalui bersamaan berikut :
………... (2.1) Energi yang timbul juga berbanding lurus dengan frekwesi dan digambarkan dengan persamaan Max Plank :
……… (2.2)
sehingga :
15 dimana :
E = Energi, Joule
h = Tetapan Plank ; 6,6262 x 10-34 J.s c = Kecepatan cahaya ; 3,0 x 1010 cm/detik
n = indeks bias (dalam keadaan vakum harga n = 1)
λλλλ
= panjang gelombang ; cmυυυυ
= frekwensi ; HertzDalam spektroskopi infra merah panjang gelombang dan bilangan gelombang adalah nilai yang digunakan untuk menunjukkan posisi dalam spektrum serapan. Panjang gelombang biasanya diukur dalam mikron atau mikro meter ( µm ). Sedangkan bilangan gelombang ( ) adalah frekwensi dibagi dengan kecepatan cahaya, yaitu kebalikan dari panjang gelombang dalam satuan cm-1. Persamaan dari hubungan kedua hal tersebut diatas adalah :
………. (2.4) Posisi pita serapan dapat diprediksi berdasarkan teori mekanikal tentang osilator harmoni, yaitu diturunkan dari hukum Hooke tentang pegas sederhana yang bergetar, yaitu :
……… (2.5) dimana :
16
……… (2.6)
Keterangan :
c = kecepatan cahaya : 3,0 x 1010 cm/detik k = tetapan gaya atau kuat ikat, dyne/cm µ = massa tereduksi
m = massa atom, gram
Setiap molekul memiliki harga energi yang tertentu. Bila suatu senyawa menyerap energi dari sinar infra merah, maka tingkatan energi di dalam molekul itu akan 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.11
Atom-atom di dalam molekul tidak dalam keadaan diam, tetapi biasanya terjadi peristiwa vibrasi. Hal ini bergantung pada atom-atom dan kekuatan ikatan yang menghubungkannya. Vibrasi molekul sangat khas untuk suatu molekul tertentu dan biasanya disebut vibrasi finger print. Vibrasi molekul dapat digolongkan atas dua golongan besar, yaitu :
1. Vibrasi Regangan (Streching) 2. Vibrasi Bengkokan (Bending)
11 Silverstein, R.M. (1991). spectrometric identification of organic compound. John wiley & Sons, Inc
17 Dalam vibrasi ini atom bergerak terus sepanjang ikatan yang menghubungkannya sehingga akan terjadi perubahan jarak antara keduanya, walaupun sudut ikatan tidak berubah. Vibrasi regangan ada dua macam, yaitu:
1. Regangan Simetri, unit struktur bergerak bersamaan dan searah dalam satu bidang datar.
2. Regangan Asimetri, unit struktur bergerak bersamaan dan tidak searah tetapi masih dalam satu bidang datar.
(a) (b)
Gambar 2.5 Vibrasi Regangan (a) Regangan Simetri (b) Regangan Asimetri Jika sistem tiga atom merupakan bagian dari sebuah molekul yang lebih besar, maka dapat menimbulkan vibrasi bengkokan atau vibrasi deformasi yang mempengaruhi osilasi atom atau molekul secara keseluruhan. Vibrasi bengkokan ini terbagi menjadi empat jenis, 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.
18 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.
(a) (b) (c) (d) Gambar 2.6 Vibrasi Bengkokan (a)Vibrasi Goyangan (b)Vibrasi Guntingan
(c)Vibrasi Kibasan (d)Vibrasi Pelintiran
Para ahli kimia telah memetakan ribuan spektrum infra merah dan menentukan panjang gelombang absorbsi masing-masing gugus fungsi. Vibrasi suatu gugus fungsi spesifik pada bilangan gelombang tertentu. Dari Tabel 2.3 diketahui bahwa vibrasi bengkokan C–H dari metilena dalam cincin siklo pentana berada pada daerah bilangan gelombang 1455 cm-1. Artinya jika suatu senyawa spektrum senyawa X menunjukkan pita absorbsi pada bilangan gelombang tersebut tersebut maka dapat disimpulkan bahwa senyawa X tersebut mengandung gugus siklo pentana.
19 Tabel 2.3 Vibrasi Suatu Gugus Fungsi12
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
12 Silverstein, R.M. (1991). spectrometric identification of organic compound. John wiley & Sons,
Inc
Frekuensi (cm-1) Golongan Jenis Vibrasi
3400 Metilena Vibrasi regangan O-H
2962 Metil Vibrasi regangan asimetris dari ikatan C-H 2926 Metilena Vibrasi regangan asimetris dari ikatan C-H 2890 -CH Tersier Vibrasi regangan dari ikatan C-H
2872 Metil Vibrasi regangan simetris dari ikatan C-H 2853 Metilena Vibrasi regangan simetris dari ikatan C-H
1467 Metilena Vibrasi bengkokan C-H dari rantai metilena lurus 1460 Metil Vibrasi bengkokan asimetris dari ikatan C-H 1455 Metilena Vibrasi bengkokan C-H dari cincin siklo pentane 1452 Metilena Vibrasi bengkokan C-H dari cincin siklo heksana 1397
1370 Butil Tersier Vibrasi bengkokan simetris C-H dari metal 1385
1368
Iso propil dan
di-metil Vibrasi bengkokan simetris C-H dari metal 1378 Metil Vibrasi bengkokan simetris C-H
1350-1150 Metilena Vibrasi kibasan dan pelintiran C-H
1345 Iso propel
1305 Metilena Vibrasi kibasan C-H 1250
1210 Butil Tersier Vibrasi goyangan C-CH3 1170 Iso propil Vibrasi goyangan C-CH3 1141-1132 Metil dalam
normal parafin Vibrasi goyangan C-CH3
955 Iso propil Vibrasi C-C
930 Butil Tersier Vibrasi C-C
920 Iso propil Vibrasi C-C
835-739 Butil Tersier Vibrasi C-C
20 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, pada daerah 2000 – 400 cm-1 juga harus menunjukkan pola yang sama sehingga dapat disimpulkan bahwa dua senyawa adalah sama.
Prinsip kerja alat FTIR secara umum dapat digambarkan sebagai berikut: sample discan, yang berarti sinar infra merah akan dilewatkan ke sampel. Gelombang yang diteruskan oleh sample akan ditangkap oleh detector yang terhubung ke komputer yang akan memberikan gambaran spectrum sample yang diuji. Struktur kimia dan bentuk ikatan molekul serta gugus fungsi tertentu sample yang diuji menjadi dasar bentuk spectrum yang akan diperoleh dari hasil analisa. Sistem optik dari spektroskopi FTIR dilengkapi dengan cincin yang bergerak tegak lurus dan cermin yang diam. System optic ini bekerja atas dasar fourier transform interferometer. Ada tiga bagian utama dari interferometer yaitu cermin diam (Fixed mirror),cermin bergerak (vibrated mirror) dan cermin penjatah sinar (chopper mirror). Sinar dibagi menjadi 2 bagian. Bagian pertama dilewatkan pada cermin diam (F) kemudian kembali, sedangkan bagian yang lain dilewatkan pada cermin bergerak (M) dan kembali. Kedua berkas digabung kembali di (O) kemudian dipancarkan ke sample dan kemudian dibaca oleh detector.
21 Gambar 2.7 Sistem optik spektrofotometer FTIR13
Detektor fotoconducing biasanya digunakan dalam FTIR. Tranduser
photoconducing terdiri dari film tipis bahan semi konduktor, seperti PbS atau
indium antimonid. Bahan tersebut di depositkan pada permukaan gelas yang diberi penutup untuk melindungi dari udara. Adanya absorpsi IR akan mempromosikan electron valensi non konduksi ketingkat konduksi yang lebih tinggi, sehingga nilai tahanan turun dan voltase luar akan berkurang apabila terjadi absorpsi radiasi.
Prinsip kerja alat FTIR dibandingkan dengan panjang gelombang sinar ultraviolet dan tampak, panjang gelombang infra merah lebih panjang dan dengan demikian energinya lebih rendah. Energi sinar inframerah akan berkaitan dengan energi vibrasi molekul. Molekul akan dieksitasi sesuai dengan panjang gelombang yang diserapnya. Vibrasi ulur dan tekuk adalah cara vibrasi yang dapat diekstitasi
13
22 oleh sinar dengan bilangan gelombang (jumlah gelombang per satuan panjang) dalam rentang 1200-4000 cm-1. Hampir semua gugus fungsi organik memiliki bilangan gelombang serapan khas di daerah yang tertentu. Jadi daerah ini disebut daerah gugus fungsi dan absorpsinya disebut absorpsi khas.
Tabel 2.4 Serapan khas beberapa gugus fungsi.14
Gugus Jenis Senyawa Daerah Serapan (cm-1)
C−H Alkana 2850-2960, 1350-1470 C−H Alkena 3020-3080, 675-1000 C−H Aromatik 3000-3100, 675-870 C−H Alkuna 3300 C=C Alkena 1640-1680 C≡C Alkuna 2100-2260 C=C Aromatik (cincin) 1500-1600 C−H Alkana 2850-2960,1350-1470
C−O Alkohol,eter,asam karboksilat,ester 1080-1300 C=O Aldehyda,keton,asam karboksilat,ester 1690-1760
O−H Alkohol,fenol(monomer) 3610-3640
O−H Alkohol,fenol(ikatan H) 200-3600(lebar)
O−H Asam karboksilat 500-3000(lebar)
N−H Amina 3300-3500
C−N Amina 1180-1360
C≡N Nitril 2210-2260
−NO2 Nitro 1515-1560,1345-1385
Bilangan gelombang vibrasi ulur karbonil agak berbeda untuk aldehida, keton dan asam karboksilat, yang menunjukkan bahwa analisis bilangan gelombang karakteristik dengan teliti dapat memberikan informasi bagian struktur molekulnya. Di Tabel 2.4 serapan khas beberapa gugus ditampilkan. Serapan khas sungguh merupakan informasi yang kaya, tetapi harus diingat bahwa kekuatan absorpsi tidak memberikan informasi kuantitatif. Dalam hal ini spektroskopi IR memang bersifat kualitatif, berbeda dengan spektrokopi UV-VIS dan NMR.
14
23
2.4
Spektroskopi UV-Vis (Ultra Violet-Visible)Molekul-molekul dapat mengabsorbsi atau mentransmisi radiasi gelombang elektromagnetik. Berkas cahaya putih adalah kombinasi semua panjang gelombang spectrum tampak. Perbedaan warna yang terlihat sebenarnya ditentukan dengan bagaimana gelombang cahaya tersebut diabsorpsi dan ditransmisikan (dipantulkan) oleh objek atau suatu larutan.
Spektrofotometer digunakan untuk mengukur jumlah cahaya yang diabsorpsi atau ditransmisi oleh molekul-molekul didalam larutan. Ketika panjang gelombang cahaya ditransmisikan melalui larutan, sebagian energy cahaya tersebut akan diserap (diabsorpsi). Besarnya kemampuan molekul-molekul zat terlarut untuk mengabsorpsi cahaya pada panjang gelombang tertentu dikenal dengan istilah absorbansi(A), yang setara dengan nilai konsentrasi larutan tersebut dan panjang berkas cahaya yang dilalui (biasanya 1 cm dalam spektrofotometer) ke suatu point dimana presentase jumlah cahaya yang ditransmisikan/ diabsorpsi diukur dengan phototube.15
Sumber Lampu Monokromator Detektor
Wadah sampel Celah Celah
(Slit) (Slit) Computer and
Chart recorder Gambar 2.8 Diagram Skematis Spectrometer UV-Vis16
15
Sandra Hermanto,Teknik analisa kromatografi spektroskopi,2009 16
24 Spektrometer yang sesuai untuk pengukuran didaerah spectrum ultraviolet dan sinar tampak terdiri atas suatu system dalam jangkauan panjang gelombang 200-800 nm. Sebuah spektofotometer memiliki lima bagian penting, yaitu:
a) Sumber cahaya/ lampu,umumnya digunakan lampu deuterium (D2O) digunakan untuk daerah UV pada panjang gelombang dari 190-350 nm, lampu deuterium mengandung gas deuterium pada kondisi tekanan rendah dan dihubugkan dengan tegangan tinggi sehingga menghasilkan spectrum kontinu yang merupakan spectrum UV, sementara lampu halogen kuarsa atau lampu tungsten xenon (Auc) digunakan untuk daerah visible (pada panjang gelombang antara 350-900 nm).
b) Monokromator, suatu alat yang berfungsi mengubah cahaya polikromatik
menjadi cahaya monokromatik, dengan mendispersikan sinar kedalam komponen-komponen panjang gelombangnya yang selanjutnya akan dipilih oleh celah (slit). Monokromator berputar sedemikian rupa sehingga kisaran panjang gelombang dilewatkan pada sample sebagai scan instrument melewati spektrum.
c) Optik-optik, dapat didesain untuk memecah sumber sinar sehingga sumber
sinar melewati 2 komartemen, dan sebakaimana spectrometer berkas ganda (double beam), suatu larutan blanko dapat digunakan dalam suatu kompartemen untuk mengoreksi pembacaan atau spectrum sampel. Yang paling sering digunakan sebagai blanko dalam spectrometer adalah semua pelarut yang digunakan untuk melarutkan sample atau pereaksi.
25 d) Sel penyerap/ wadah pada sample, cell alam spektrofotometer disebut juga
dengan kuvet, dibuat sedemikian rupa sehingga jarak yang dilalui berkas sinar adalah 1 cm
e) Photodetector, berfungsi untuk menguah energy cahaya menjadi energy
listrik.
f) Computer, untuk spektrofotometer modern biasanya dilengkapi dengan
computer sebagai Analyzer (pengolah data) dan perekam grafik.
Kalibrasi Instrumen
Spektrometer yang digunakan untuk pengukuran harus dikalibrasi dengan baik terhadap skala panjang gelombang dan absorbansinya. Demikian juga untuk kalibrasi suatu instrument dilakukan pengecekan terhadap resolusi spectrometer (daya pisah spectrometer biasanya dikontrol dengan lebar celah) dan adanya penyesatan sinar (stray radiation, adalah sinar yang sampai kedetektor akan tetapi tidak melewati sample. Adanya sesatan sinar ini akan memberikan pembacaan absorbansiyang rendah tetapi palsu terhadap suatu sample, karena seolah-olah sample hanya menyerap sedikit sinar daripada yang seharusnya. Keadaan ini menjadi lebih serius jika suatu sample mempunyai absorbansi >2)
Spektrofotometer UV-Vis biasanya bekerja pada daerah panjang gelombang sekitar 200nm (pada ultra violet dekat) sampai sekitar 800nm (sinar tampak). Umumnya spektroskopi dengan sinar ultraviolet (UV) dan sinar tampak (VIS) dibahas bersama karena sering kedua pengukuran dilakukan pada waktu yang sama. Karena spektroskopi UV-VIS berkaitan dengan proses berenergi tinggi yakni transisi elektron dalam molekul, informasi yang didapat cenderung
26 untuk molekul keseluruhan bukan bagian-bagian molekulnya. Metoda ini sangat sensitif dan dengan demikian sangat cocok untuk tujuan analisis. Lebih lanjut, spektroskopi UV-VIS sangat kuantitatif dan jumlah sinar yang diserap oleh sampel diberikan oleh ungkapan hukum Lambert-Beer. Menurut hukum ini, absorbansi larutan sampel sebanding dengan panjang lintasan cahaya d dan konsentrasi larutannya c.
Hukum Lambert-Beer
log10 (I0/I) = εcd (2.7)
ε koefisien ekstingsi molar, yang khas untuk zat terlarut pda kondisi pengukuran. c adalah konsentrasi larutan (mol dm-3)
d adalah tebal kuvet (cm)
I0 dan I adalah intensitas cahaya setelah melewati pelarut murni dan larutan. I/I0 juga disebut dengan transmitans ( T )
A = ε c d (2.8)
A = log10 (I0/I) = εcd (2.9)
ε = (2.10) (2.10)
A adalah absorbansi
Dengan mengukur transmitansi larutan sampel, nilai konsentrasi dapat ditentukan dengan menggunakan hukum Lambert-Beer. Konsentrasi dan panjang larutan yang dilalui sinar menjadi pertimbangan dalam menghitung nilai absorbansi. Spektroskopi UV-VIS sangat sensitif dan spektrometernya dapat
27 dibuat dengan ukuran yang sangat kecil, metoda ini khususnya sangat bermanfaat untuk analisis lingkungan, dan khususnya cocok untuk pekerjaan di lapangan.
Hukum Lambert-Beer dipenuhi berapapun panjang gelombang sinar yang diserap sampel. Panjang gelombang sinar yang diserap oleh sampel bergantung pada struktur molekul sampelnya. Jadi spektrometri UV-VIS dapat digunakan sebagai sarana penentuan struktur. Sejak 1876, kimiawan Swiss-Jerman Otto Nikolaus Witt (1853-1915) mengusulkan teori empiris warna zat (yang ditentukan oleh panjang gelombang sinar yang diserap) dan struktur bagian-bagiannya. 17
2.5 Proses Freeze Draying (pengeringan beku)
Pada prinsipnya pengeringan beku terdiri atas dua urutan proses, yaitu pembekuan yang dilanjutkan dengan pengeringan. Dalam hal ini, proses pengeringan berlangsung pada saat bahan dalam keadaan beku, sehingga proses perubahan fase yang terjadi adalah sublimasi. Sublimasi dapat terjadi jika suhu dan tekanan ruang sangat rendah, yaitu dibawah titik tripel air (gambar dibawah )
Gambar 2.9 Kurva hubungan tekanan dan suhu pada sifat termodinamika air
17
28 Titik tripel terletak pada suhu 0,01 C dan tekanan 0,61 KPa, dengan demikian proses pengeringan beku harus dilakukan pada kondisi dibawah suhu dan tekanan tersebut. Tekanan kerja yang umum digunakan di dalam ruang pengeringan beku adalah 60 – 600 Pa. Pada saat pembekuan terbentuk kristal-kristal es di dalam bahan, yang mana pada saat pengeringan kristal-kristal es tersebut akan tersublimasi dan meninggalkan rongga (pori) didalam bahan. Keadaan bahan yang bersifat porous setelah pengeringan, meyebabkan bentuk bahan tidak mengalami perubahan yang besar dibandingkan sebelumnya, serta proses rehidrasi air (pembasahan kembali) lebih baik dari pada proses pengeringan lainnya.18
Pengeringan Beku ini merupakan salah satu cara dalam pengeringan bahan pangan. Pada cara pengeringan ini semua bahan pada awalnya dibekukan, kemudian diperlakukan dengan suatu proses pemanasan ringan dalam suatu lemari hampa udara. Kristal-kristal es ini yang terbentuk Selama tahap pembekuan, menyublim jika dipanaskan pada tekanan hampa yaitu berubah secara langsung dari es menjadi uap air tanpa melewati fase cair. Ini akan menghasilkan produk yang bersifat porous dengan perubahan yang sangat kecil terhadap ukuran dan bentuk bahan aslinya. Karena panas yang digunakan sedikit, maka kerusakan karena panas juga kecil dibandingkan dengan cara-cara pengeringan lainnya. Produk yang bersifat porous dapat direhidrasi dengan cepat didalam air dingin.19
18
Armansyah H. T, Freeze drying ,IPB 19
29 Dalam pengeringan beku, perpindahan panas ke daerah pengeringan dapat dilakukan oleh konduksi atau pemancaran atau oleh gabungan kedua cara ini. Pengawasan laju pindah panas sangat penting adalah perlu untuk menghindari pencairan es dan dengan demikian laju pindah panas harus cukup rendah untuk menjamin hal ini. Selain itu , untuk melakukan proses pengeringan dalam waktu yang masuk akal, laju pindah panas haruslah setinggi mungkin. Untuk mencapai pengeringan yang aman, perhatian yang utama ditujukan dalam perencanaan peralatan pengeringan beku dan efisien. Faktor lain yang perlu diperhatian bahwa suhu permukan tidak boleh sedemikian tinggi karena akan menyebabkan kerusakan bahan pangan pada permukaannya. Dengan menggunakan yang tinggi, dimungkinkan terciptanya keadaan suhu dan tekanan sehingga sifat fisik suatu substrat bahan pangan dapat diatur pada suatu titik kritik yang memungkinkan berhasilnya proses pengeringan dengan potensi rehidrasi yang dapat diperbaiki. Sistem ini telah dilakukan selam bertahun-tahundan disebut dehidrasi beku.
Pengertian lainnya tentang pengeringan beku, air dihilangkan dengan mengubahnya dari bentuk beku (es) ke bentuk gas (uap air) tanpa melalui fase cair-fase yang disebut sublimasi. Pengeringan beku dilakukan dalam hampa udara dan suhu sangat rendah.
Pengeringan beku ini menghasilkan produk terbaik, terutama karena pangan tidak kehilangan banyak aroma dan rasa atau nilai gizi, pengolahan tidak kontinu, suhu yang digunakan cukup rendah untuk mencehah pencairan, tekanan yang digunakan dibawah 4 mm Hg, waktu pengeringan umumnya antara 12 dan 24 jam, hilangnya air melalui sublimasi dari perbatasan zona kristal-kristal es
30 yang abadi, partikel kering porous, densitas lebih rendah dari pada bahan pangan yang asli, rehidrasi dapat cepat, sempurna, citarasa asli. Namun, proses ini mahal karena memerlukan suhu rendah maupun tinggi dan keadaan hampa udara. Penggunaan cara ini hanya dibenarkan jika panga sangat peka terhadap panas, dan produk yang diperoleh harus memenuhi standar gizi yang tinggi20
Pada titik teripel air, ditemukan air terdapat dalam tiga bentuk yaitu cairan, padat, dan uap. Titik potong dari ketiga garis batas fase tersebut seperti terlihat pada Gambar kurva, dan titik potong ini disebut titik tripel. Pada suhu 320F dan tekanan sebesar 4,7 mm air raksa, air berada dalam kondisi yang demikian. Jika dikehendaki agar supaya molekul-molekul air berpindah dari fase padat ke fase uap tanpa melalui fase air, maka akan kelihatan dari diagram bahwa 4,7 mm adalah merupakan tekanan maksimum unutk terjadinya kondisi tersebut, dan terdapat suatu rentang suhu yang dapat memenuhinya (Desrosier, 1988).
Pada tekanan diatas 4,7 mm dapat terjadi fase cair. Dengan jalan