BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.6 Spektroskopi Ultraviolet-Visible (UV-Vis) dan Inframerah
2.6.2 Spektroskopi inframerah
Hampir setiap senyawa yang memiliki ikatan kovalen, apakah senyawa organik atau anorganik akan menyerap berbagai frekuensi radiasi elektromagnetik dalam daerah spektrum inframerah. Hubungan antara daerah inframerah dengan spektrum elektromagnetik yang lain dapat terlihat pada Gambar 14.
Gambar 14 Daerah spektrum elektromagnetik yang menunjukkan hubungan vibrasi inframerah dengan tipe radiasi lain.
Panjang gelombang (λ) berbanding terbalik dengan frekuensi (�) dan dinyatakan sebagai �= c/λ, c adalah kecepatan cahaya. Energi berbanding lurus dengan frekuensi : E= h�, h adalah tetapan Planck. Dari persamaan terakhir dapat diketahui secara kuantitatif bahwa energi radiasi yang paling tinggi adalah sesuai dengan daerah spektrum sinar-X, dan energi tersebut cukup kuat untuk memecah ikatan dalam molekul.
Pada spektrum elektromagnetik, radiofrekuensi yang memiliki energi sangat rendah, hanya cukup untuk mengakibatkan transisi inti atau transisi putaran elektronik (NMR atau ESR) di dalam molekul. Daerah spektrum elektromagnetik inframerah terletak pada panjang gelombang yang lebih panjang bila dibandingkan dengan daerah sinar tampak yang terletak dari panjang gelombang sekitar 400 nm hingga 800 nm, tetapi terletak pada panjang gelombang mikro yangmempunyai panjang gelombang lebih besar daripada 1 nm (Fessenden and Fessenden, 1982a).Ringkasan daerah spektrum dan tipe transisi energi, sejumlah daerah tersebut meliputi inframerah, memberikan keterangan penting tentang spektrum molekul organik (Tabel 2).
Tabel 2 Tipe transisi energi dalam setiap daerah spektrum elektromagnetik
Daerah spektrum Transisi Energi
Sinar-X Pemecahan ikatan
Ultraviolet / tampak Elektronik
Inframerah Vibrasi
Gelombang mikro Rotasi
Frekuensi radio
Putaran inti (Resonansi Magnetik Inti ) Putaran elektron (Resonansi Putaran
Elektron )
Identifikasi molekul dengan menggunakan infra merah dibagi menjadi dua bagian yaitu bagian pertamapenentuan gugus fungsi ditunjukkan didaerah 3600- 1200 cm-1 dan bagian kedua adalah membandingkan secara rinci spektra zat yang telah diketahui dengan spektra zat murni yang mengandung semua gugus fungsi yang ditemukan pada tahap pertama (Herbone, 1987).
a.Proses serapan inframerah
Molekul akan tereksitasi ke tingkatan energi yang lebih tinggi bila mereka menyerap radiasi inframerah. Penyerapan radiasi inframerah sesuai dengan perubahan energi yang memiliki orde dari 2 hingga 10 kkal/mol (Fessenden and Fessenden, 1982a).Radiasi dalam kisaran energi ini sesuai dengan kisaran frekuensi vibrasi rentangan (stretching) dan vibrasi bengkokan (bending) dari ikatan kovalen dalam kebanyakan molekul.
Energi sinar di daerah inframerah tidak cukup kuat untuk menyebabkan transisi elektronik sebagai mana yang terjadi pada absorpsi UV-VIS. Energi sinar di daerah inframerah hanya cukup untuk membuat transisi energi vibrasi dan rotasi.Untuk dapat menyerap sinar di daerah inframerah, harus disertai dengan perubahan momen dipol dari molekul, hal ini sebagai akibat dari adanya gerakan vibrasi atau di dalam molekul. Maka hanya dalam situasi demikian medan listrik dari radiasi dapat berinteraksi dengan molekul dan menyebabkan perubahan amplitudo dari gerakan tersebut. Apabila absorpsi ini terjadi maka energi yang diserap akan menaikkan amplitudo gerakan vibrasi ikatan dalam molekul (Amran, 2004). Namun demikian, tidak semua ikatan dalam molekul dapat menyerap energi inframerah, meskipun frekuensi radiasi tetap sesuai dengan gerakan ikatan.Hanya ikatan yang mempunyai momen dipol yang dapat menyerap radiasi inframerah (Sastrohamidjojo, 1990).
b.Kegunaan spektrum inframerah
Spektrometri inframerah (IR) menyangkut interaksi antara radiasi cahaya di daerah inframerah dengan materi.Spektra inframerah dari suatu senyawa 30
memberikan gambaran keadaan dan struktur molekul. Setiap tipe ikatan yang berbeda mempunyai sifat frekuensi yang berbeda dan karena tipe ikatan yang sama dalam dua senyawa berbeda terletak dalam lingkungan yang sedikit yang berbeda (Khopkar, 1984), maka tidak ada dua molekul yang berbeda strukturnya akan mempunyai bentuk serapan inframerah atau spektrum inframerah yang tepat sama.
Gambar 15 Daerah serapan inframerah.
Hampir semua molekul menyerap sinar inframerah, kecuali molekul diatomik homonuklear, seperti O2, N2, dan H2.Spektra inframerah dari molekul poliatomik relatif kompleks karena adanya beberapa kemungkinan transisi vibrasi (Gambar 16), adanya overtone, dan perubahan pita.Namun demikian pita absorpsi untuk beberapa gugus fungsi tertentu cukup tajam dan karakterisitik.Keseluruhan spektra inframerah dari satu molekul tertentu adalah karakteristik sehingga sangat berguna untuk mengidentifikasi senyawa.
1. Ragam Vibrasi Rentangan (stretching) dan Bengkokan (bending)
Gambar 16 Ragam vibrasi, rentangan (a) dan bengkokan (b).
Tipe ragam yang paling sederhana dari gerakan vibrasi dalam molekul yang aktif inframerah, yaitu menyebabkan serapan, adalah ragam rentangan dan bengkokan.Pengertian “guntingan”, “goyangan”, “kibasan”, dan “pelintiran” biasanya diperoleh dari pustaka untuk menyatakan serapan inframerah. Dalam setiap gugus yang terdiri dari tiga atom atau lebih, paling tidak dua daripadanya sama maka akan terdapat dua cara rentangan dan / bengkok: bentuksimetri dan bentuk asimetri. Panjang gelombang inframerah (IR) lebih pendek daripada panjang gelombang sinar tampak maupun ultra ungu (UV). Oleh karena itu, IR tidak mampu mentransisikan elektron, melainkan hanya menyebabkan molekul
bergetar(Hendayana, 1994).Beberapa nilai frekuensi gugus-gugus fungsi dapat dilihat dari Tabel 3.
Tabel 3Frekuensi Gugus-Gugus Fungsi (Hermanto, 2008)
Gugus Fungsi Panjang Gelombang (μ) Bilangan Gelombang (cm-1) O-H Alkohol/fenol bebas Asam karboksilat H yang terikat 2,74-2,79 3,70-4,0 2,82-3,12 3580-3650 2500-2700 3210-3550 NH Amina primer,
sekunder dan amida
6,10-6,45 3140-3320 CH Alkana Alkena Alkuna Aromatik 3,37-3,50 3,23-3,32 3,03 ~ 3,30 2850-2960 3010-3095 3300 ~ 3030 CH2 Bending 6,83 1465 CH3 Bending 6,90-7,27 1450-1375 CC Alkuna Alkena Aromatik 4,42-4,76 5,95-6,16 ~ 6,25 2190-2260 1620-1680 1475-1600 C=O Aldehid Keton Asam Ester Anhidrida 5,75-5,81 5,79-5,97 5,79-5,87 5,71-5,86 5,52-5,68 1720-1740 1675-1725 1700-1725 1720-1750 1760-1181 CN Nitrit 4,35-5,00 2000-3000 NO2 Nitro 6,06-6,67 1500-1650 2.Komponen Spektrofotometri
Unit peralatan spektrofotometri infra merah terdiri dari:
a. Sumber radiasi
Sumber radiasi yang lazim digunakan adalah bahan bakar yang sukar mencair, Nernst glower dan Globar. Nernst glower biasanya merupakan tabung 34
hampa dari Zirkunium dan Yitrium oksida yang dipanaskan dan mempunyai suhu operasi antara 7500 hingga 12000C.
b. Monokromator
Monokromator terdiri dari sistem celah masuk dan celah keluar, alat pendispersi yang berupa kisi difraksi atau prisma, dan beberapa cermin untuk memantulkan dan memfokuskan berkas sinar. Prisma atau gratting di dalam monokromator mempunyai fungsi yang penting.Radiasi yang didispersikan oleh prisma tergantung pada indeks biasnya yang berubah dengan frekuensi radiasi. c. Detektor
Ada tiga macam detektor yang digunakan pada spektrofotometer inframerah, yaitu bolometer, termokopel, dan sel pneumatic Golay.Ketiga macam detektor tersebut bekerja berdasarkan pada pengaruh panas yang dihasilkan bila radiasi inframerah diserap dari berkas sinar yang mengenai.Pada umumnya detektor harus mempunyai daerah peka yang kecil, kapasitas panas yang rendah, arus gangguan yang rendah, sensitivitas panas yang yang tinggi, dan absorptivitas tidak selektif terhadap semua frekuensi radiasi inframerah (Sastrohamidjojo, 1990).
