Analisis Fisiko Kimia

(1)

Analisis Fisiko Kimia

Oleh : Dr. Harmita

(2)

PENDAHULUAN



Spektroskopi molekuler adalah ilmu yang

mempelajari interaksi antara gelombang elektro

magnetik dengan benda.



Gelombang elektromagnetik atau sering pula

disebut radiasi elektromagnetik (REM) adalah

sejenis energi yang disebarkan oleh suatu

sumber cahaya dan bergerak lurus ke depan

(kecuali kalau dibiaskan atau dipantulkan)

dengan kecepatan yang sangat tinggi.



Gelombang elektromagnetik dapat berupa cahaya

tampak, panas radiasi, sinar X, sinar UV,

gelombang mikro, gelombang radio, dsb.

(3)

Con’d

λ

λ = wavelength (one cycle)

υ = frequency = no. of cycles in unit time

Frekuensi (υ) : Banyaknya pola putaran (efek) per detik hertz (Hz) Panjang gelombang (λ) : Jarak yang ditempuh untuk menyelesaikan satu pola putaran (cycle)

υ . λ = c ; λ = c meter υ

(4)

Con’d

cm/mm

=

gelombang mikro

μm = 10

-6-6

m ir

_{m ir}

nm = 10

-9-9

m 10 Å UV- Vis

_{m 10 Å UV- Vis}

Bilangan gelombang : Banyaknya putaran yang

ῡ

Bilangan gelombang : Banyaknya putaran yang

ῡ

terdapat dalam setiap satu cm radiasi.

υ

= c .

ῡ

c = 3.10

_{c = 3.10}

1010

cm s

-1-1

=

ῡ

=

ῡ

1 ₁

λ

Aspek dari REM adalah bahwa REM merupakan

partikel yang bertenaga yang disebut

(5)

Con’d



Besarnya tenaga

foton

berbanding lurus dengan

frekuensi dari REM yang bersangkutan.

E = h .

_υ

Dimana : E = tenaga

h (tetapan Planck) = 6,63 . 10h (tetapan Planck) = 6,63 . 102727 erg . s . molekul_{erg . s . molekul} -1 -1

= 6,63 . 10= 6,63 . 103434 joule . s . molekul_{joule . s . molekul} -1 -1

Molekul dapat memiliki berbagai jenis energi, antara lain :

1. Energi rotasional , yang disebabkan oleh perputaran molekul

tersebut pada pusat gaya beratnya.

2. Energi vibrasional, energi yang disebabkan perpindahan periodik

atom-atomnya dari posisi keseimbangannya.

3.

3. Energi elektronik, karena elektron-elektron yang berhubungan Energi elektronik, karena elektron-elektron yang berhubungan dengan masing-masing atom atau ikatan yang selalu dalam

dengan masing-masing atom atau ikatan yang selalu dalam

keadaan bergerak.

4.

4. Energi translasi, energi kinetik atom atau molekul yang dimiliki Energi translasi, energi kinetik atom atau molekul yang dimiliki untuk bergerak dari satu tempat ke tempat lainnya.

untuk bergerak dari satu tempat ke tempat lainnya.

Etranslasi < Erotasional < Evibrasional < Eelektronik

(6)

Con’d



Dalam suatu molekul,suatu elektron dapat berada

dalam salah satu dari beberapa tingkat energi

yang berbeda; dikatakan bahwa energi itu

merupakan sesuatu yang

quantized

.



Demikian pula energi-energi yang rotasional,

vibrasional dan energi lainnya dari suatu molekul

adalah

quantized

. Sehingga suatu molekul

tertentu dapat berada dalam berbagai tingkatan

energi rotasional, vibrasional dan energi lainnya

dan hanya dapat pindah dari tingkatan yang satu

ke tingkatan yang lain apabila ada suatu loncatan

yang melibatkan sejumlah energi tertentu

∆ E = (E2 – E1) E2

(7)

Con’d



Misal dua tingkatan energi rotasional dalam suatu molekul

yaitu E1 dan E2. Transisi dapat terjadi antara tingkatan E

₁₁

dan E

₂₂

asalkan sejumlah energi yang sesuai, yaitu ∆ E =

E

₁₁

– E

₂₂

, dapat diserap atau dipancarkan oleh sistem

tersebut. Energi tersebut dapat berupa REM yang

frekuensinya dapat ditentukan dari persamaan :

_υ

=

∆ E

Hz

h



Apabila digunakan seberkas radiasi yang terdiri dari

berbagai frekuensi (radiasi atau sinar putih), maka yang

diserap hanyalah energi yang berfrekuensi

_υ

=

∆ E

Hz

,

h

sedang semua energi yang berfrekuensi lain tidak

berkurang intensitasnya.

(8)

Daerah Spektrum Elektromagnetik

No

Nama

λ

Mekanisme dasar penyerapan

1 Sinar Gamma

< 0,1 nm

Transisi inti

2 Sinar X

0,1 - 1,0 nm

Transisi elektron kulit dalam

3 UV

190 - 380 nm Transisi e

-

_valensi

4 Sinar tampak

380 – 900 nm Transisi e

-

_valensi

5 IR

2,5 – 25 μm

Vibrasi intermolekuler

6 Gelombang mikro

0,04 – 25 cm

Rotasi

intra

dan

intermolekuler

7 Gelombang

radio

pendek

(9)

-SPEKTROFOTOMETER UV-VIS

SPEKTROFOTOMETER UV-VIS

 Spektrum UV-Vis merupakan hasil interaksi antara radiasi Spektrum UV-Vis merupakan hasil interaksi antara radiasi

elektromagnetik (REM) dengan molekul. REM merupakan bentuk

energi radiasi yang mempunyai sifat gelombang dan partikel

(foton). Karena bersifat sebagai gelombang maka beberapa

parameter perlu diketahui, misalnya panjang geombang (λ),

frekuensi (ʋ ), bilangan gelombang (ʋ ) dan serapan (A).

REM mempunyai vektor listrik dan vektor magnit yang bergetar

dalam bidang-bidang yang tegak lurus satu sama lain dan

masng-masing tegak lurus pada arah perambatan radiasi.

masing tegak lurus pada arah perambatan radiasi.

Foton :

Besarnya tenaga foton berbanding lurus dengan frekuensi dari

REM, REM, E = h . ʋ E = h . ʋ Dimana E = Energi Dimana E = Energi h = tetapan Planck = 6,63 . 10

h = tetapan Planck = 6,63 . 102727 erg . s . molekul _{erg . s . molekul} -1 -1

6,63 . 106,63 . 103434 joule . s . molekul _{joule . s . molekul} -1 -1

(10)

Daerah Spektrum Elektromagnetik

No.

Jenis Spektroskopi

Λ

(cm)

Jenis radiasi

1. Emisi Sinar X

3 . 10

-11

_Sinar

2. Serapan, Emisi Sinar X

3 . 10

-9

_{Sinar X}

3. Serapan Uv-Vis

3 . 10

-5

UV-Vis

4. Serapan IR

3 . 10

-3

_IR

5. Serapan gelombang mikro

3 . 10

-1

_{– 3 . 10}

_{Gelombang mikro}

(11)

1. Spektrum absorbsi.

Spektrofotometer dapat digunakan untuk mengukur

besarnya energi yang diabsorbsi/diteruskan. Jika radiasi

yang monokromatik melewati larutan yang mengandung

zat yang dapat menyerap, maka radiasi ini akan

dipantulkan,

diabsorbsi

oleh

zatnya

dan

sisanya

dipantulkan,

diabsorbsi

oleh

zatnya

dan

sisanya

ditransmisikan.

I

_o_o

= I

_r_r

+ I

_a_a

+ I

_t_t

Pengaruh Ir dapat dihilangkan dengan menggunakan

blanko/kontrol, sehingga :

I

_o_o

= I

_a_a

+ I

_t_t

Lambert dan Beer telah menurunkan secara empirik

hubungan antara intensitas cahaya yang ditransmisikan

dengan tebalnya larutan dan hubungan antara intensitas

tadi dengan konsentrasi zat.

(12)

Con’d



Hukum Lambert-Beer :

dimana : A = serapan

I

_o_o

= Intensitas sinar yang datang

I

_t_t

= Intensitas sinar yang diteruskan

_γ

= absorbtivitas molekuler

(mol.cm. )

a

= daya serap (g.cm.

)

b

= tebal larutan/kuvet

c

= konsentrasi (g.

.mg.ml

-1-1

)

a.b.c

γ.b.c

I

log

A

t o

=

1 t I − 1 t

I

− 1 t I− 1 t

I

−

(13)

Istilah



Kromofor = gugus fungsional yang mengabsorpsi radiasi

ultraviolet dan tampak, jika mereka diikat oleh

senyawa-senyawa bukan pengabsorbsi (auksokrom).

senyawa bukan pengabsorbsi (auksokrom).



Hampir semua kromofor mempunyai ikatan rangkap

berkonjugasi (diena (C=C-C=C), dienon (C=C-C=O),

benzen dan lain-lain.



Auksokrom = Gugus fungsional seperti –OH, -NH

₂₂

, NO

₂₂

, -X,

yaitu gugus yang mempunyai elektron nonbonding dan

tidak mengabsorbso radiasi UV jauh (n σ*)

→

tidak mengabsorbso radiasi UV jauh (n σ*)

→



Pergeseran batokromik = Pergeseran ke arah frekuensi

rendah / λ lebih panjang (red shift)



Pergeseranhipsokromik = Pergerseran ke λ lebih pendek

(blue shift)

(14)

Contoh kromofor tunggal

Kromofor ikatan Λ maks(nm). ℇmaks. Asetilen - C ≡ C - 175 -180 6 000 Aldehid - C = O 210 280 – 300 Sangat besar 11-18 Amin -NH₂ 195 2 800 Azo -N=N- 285 – 400 3 - 25 Bromida - Br 208 300 Karbonil C= O 195 270 – 285 1 000 18 - 30 Karboksil - COOH 200 - 210 50 - 70 Disulfida - S – S - 194 255 5 500 400 Ester - COOR 205 50 Etilen - C = C - 190 8 000 Iodida - I 260 400 Nitrat - NO₂ 270 12 Nitroso - NO 302 100 Sulfon - SO₂ - 180 ... Sulfoksida S = O 210 1 500 Benzen 184 204 255 46 700 6 900 170

(15)

Jenis Spektrofotometer UV-Vis

a. Single Beam

1). Celah keluar sinar monokromatis hanya satu.

2). Wadah atau kuvet yang dapat dilalui sinar hanya satu.

(16)

Con’d

b.

Double Beam

1). Celah keluar sinar monokromatis ada dua. 2). Wadah melalui dua kuvet sekaligus.

(17)

Penggunaan Spektrofotometer UV-Vis



Spektrofotometer UV-Vis digunakan

terutama untuk analisa kuantitatif, tetapi

dapat juga untuk analisa kualitatif.

Untuk analisis kualitatif yang diperhatikan

adalah :

a.

Membandingkan

_λ

maksimum.

b.

Membandingkan serapan (A), daya serap

(a),

c. Membandingkan spektrum serapannya.

(18)

Con’d

(19)

Con’d

 Transisi elektronik pada senyawa organikTransisi elektronik pada senyawa organik::

Elektron-elektron yang mengalami transisi energi elekronik pada

waktu terjadi penyerapan cahaya dapat dibagi menjadi :

a.

a. σσ elektron. elektron.

Elektron-elektron ini membentuk ikatan tunggal pada senyawa Elektron-elektron ini membentuk ikatan tunggal pada senyawa jenuh, misalnya alkana. Transisi elektronik yang terjadi yaitu transisi jenuh, misalnya alkana. Transisi elektronik yang terjadi yaitu transisi σσ - - σ

σ *, memerlukan energi yang tinggi yaitu terjadi pada daerah ultraviolet *, memerlukan energi yang tinggi yaitu terjadi pada daerah ultraviolet vakum (dibawah 210 nm)

vakum (dibawah 210 nm)

b. n elektron.

Elektron valensi ini tidak membentuk ikatan kimia berupa pasangan Elektron valensi ini tidak membentuk ikatan kimia berupa pasangan elektron sunyi (lone pairs), misalnya pada O, N, S atau halogen. elektron sunyi (lone pairs), misalnya pada O, N, S atau halogen. Transisi elektronik yang terjadi yaitu transisi n →

Transisi elektronik yang terjadi yaitu transisi n → ππ*, ditandai oleh *, ditandai oleh

intensitas serapan yang rendah. intensitas serapan yang rendah.

c.

c. ππ elektron elektron

Elektron-elektron ini membentuk ikatan rangkap yang Elektron-elektron ini membentuk ikatan rangkap yang merupakan pertautan (overlap) orbit p (p orbital) yang

merupakan pertautan (overlap) orbit p (p orbital) yang sejajar sejajar dari dari dua aton. Posisi serapan adalah sekitar 180-200

dua aton. Posisi serapan adalah sekitar 180-200 nm, nm, dan dan disebabkan oleh transisi

disebabkan oleh transisi ππ →→ ππ* yang ditandai * yang ditandai dengan dengan untensitas untensitas

serapan yang kuat. serapan yang kuat.

(20)

Transisi elektron pada senyawa

anorganik

_anorganik

:

_:



Senyawa anorganik yang memiliki gugus kromoforik

umumnya melibat kan beberapa atom misalnya MnO4-

dan CrO7 2- atau dapat juga melibatkan hanya atom

tunggal yang memiliki d elektron terluar yang tidak

lengkap, tingkat energi yang tidak terduduki tersedia

seperti misalnya pada unsur tanah jarang (Ce) dan

beberapa unsur transisi yang membentuk senyawa

komplek

koordinasi

(Ni-dimetilglioksim,Fe(CNS)3,

komplek

koordinasi

(Ni-dimetilglioksim,Fe(CNS)3,

Fe(III)Fenol at, dll). Spektrum serapan untuk senyawa ini

merupakan hasil dari proses transfer muatan dimana

suatu elektron dipindahkan dari ion negatip ke ion

positip. Spektrum serapan itu akan mengalamai

perubahan dengan perubahan gugus pengompleks.

Penambahan kemudahan suatu atom terpolarisasi

menghasilkan efek yang mirip dengan efek perpanjangan

ikatan rangkap berkonjugasi pada senyawa organik.

Sebagai contoh FeCl3 berwarna kuning dan FeBr

₃₃

berwarna jingga, disertai peningkatan daya serap molar

dari klorida ke bromida.

(21)

Con’d



Faktor-faktor yang mempengaruhi spektrum serapan :

a.

Jenis pelarut (polar, non polar).

b.

pH larutan.

c.

Kadar larutan, jika konsentrasi tinggi akan terjadi

polimerisasi yang menyebabkan

_λ

maksimum berubah

sama sekali atau harga Io

<

_<

Ia

d.

Tebal larutan, jika digunakan kuvet dengan tebal

berbeda akan memberikan spektrum serapan yang

berbeda.

e.

Lebar celah.

Makin lebar celah

(slit width

) maka makin lebar pula

serapan (band width), cahaya makin polikromatis,

resolusi dan puncak-puncak kurva tidak sempurna.

(22)

Analisa Kuantitatif



Untuk analisa kuantitatif dilakukan langkah-langkah

sebagai berikut :

Dari zat murni/standar

a. Pembuatan spektrum serapan.

b. Pembuatan kurva kalibrasi.



Diukur pada λ maks

1).

Pembuatan larutan standar.

2).

Pengenceran sampel.



Pembuatan spektrum serapan bertujuan untuk memperoleh

panjang gelombang maksimum dari senyawa tersebut dari

konsentrasi yang biasa digunakan antara 5-10 ppm

(µg/ml).



Panjang gelombang maksimum perlu kita cari, karena akan

digunakan untuk penetapan kadar.

Dari zat murni/standar

Diukur pada

(23)

Perhitungan kadar



Analisa zat tunggal.

Pergunakan rumus sebagai berikut :

a.

A = a.b.c = log

Dimana

:

A

=

serapan

a

=

daya serap; serapan yang disebabkan oleh

zat dengan

konsentrasi g/l.

b

=

tebal kuvet, jika tidak dinyatakan apa-apa berarti 1

cm.

c

=

konsentrasi zat, mg/ml, g/l.

A = log

= - log T

%T = 100 x T

1 o I I T 1

(24)

Con’d

b.

Dimana

:

A1

=

Serapan standard

A2

=

Serapan sampel

C1

=

Konsentrasi standard

C2

=

Konsentrasi sampel

= Serapan yang disebabkan oleh zat dengan

konsentrasi 1 g/100ml, tebal 1 cm.

= 10 a.

ε

_ε

= daya serap molar, serapan yang disebabkan

oleh zat dengan konsentrasi mol/l, tebal 1 cm.

2 1 2 1 C C A A ₌ 1% cm 1 1% cm 1

A

E

=

1% cm 1

E

(25)

Con’d



Analisa dua zat.

1 λ 1 λ 2 λ Pada

Pada λ₁(λ maksimum zat 1), zat 2 juga mempunyai serapan. Pada λ₂(λ maksimum zat 2), zat 1 juga mempunyai serapan.

(26)

Analisis dengan spektrofotometri

UV-Vis multikomponen

(campuran)

_(campuran)



Untuk suatu larutan yang mengandung dua komponen

yang menyerap, x dan y, serapan diukur pada dua panjang

gelombang. Ketelitian yang tinggi didapatkan dengan

memilih panjang gelombang di mana panjang gelombang

pengukuran merupakan panjang gelombang di mana

serapannya maksimal, karena dengan pergeseran sedikit

pada kurva serapan tidak menyebabkan perubahan

serapan yang terlampau jauh.



Jumlah komponen dalam campuran dapat mencapai 8

kompoen dengan syarat selisih panjang gelombang

maksimum antara komponen minimal 5 nm. Jika jumlah

komponen dalam sampel lebih dari 3 maka untuk

menghitung kadar digunakan

software multikomponen

yang terdapat pada alat spektrofotometer uv-vis.



Metode

analisis

yang

digunakan

pada

analisis

multikomponen juga harus divalidasi seperti metode

analisis zat tunggal

(27)

SPEKTROSKOPI INFRA MERAH



Daerah IR dibagi menjadi tiga sub daerah, yaitu :

1.

1. Sub daerah ir dekat (Sub daerah ir dekat (λ_λ = 780 nm – 2,5 μm atau = 14290 – 4000 = 780 nm – 2,5 μm atau = 14290 – 4000 ῡῡ cmcm_-1_-1))

= ῡ = ῡ 11 cm cm-1-1 1₁ = ₌1₁ λ_λ 2,5μm2,5μm 2,5 . 10 2,5 . 10-4-4 cm_cm-1-1 = = 10.00010.000 = 4.000 cm = 4.000 cm-1-1 2,5 cm2,5 cm

2. Sub daerah ir sedang (

2. Sub daerah ir sedang (λ_λ = 2,5 μm – 15 μm atau = 4.000 – 666 cm = 2,5 μm – 15 μm atau = 4.000 – 666 cmῡῡ -1-1)₎

3. Sub daerah ir jauh (

3. Sub daerah ir jauh (λ_λ = 15 μm – 50 μm atau = 666 – 200 cm = 15 μm – 50 μm atau = 666 – 200 cmῡῡ -1-1)₎

Dari ketiga sub daerah tersebut, hanya sub daerah ir sedang yang lazim Dari ketiga sub daerah tersebut, hanya sub daerah ir sedang yang lazim digunakan untuk elusidasi struktur senyawa organik.

(28)

Penggunaan spektrum ir



Dua molekul senyawa yang berbeda

struktur kimianya akan berbeda pula

spektrum ir-nya. Hal ini dapat dimengerti,

karena macam ikatan yang berbeda,

frekuensi vibrasinya tidak sama, serta

walaupun macam ikatan sama, tetapi

mereka berada dalam dua senyawa yang

berbeda,

frekuensi

vibrasinya

juga

berbeda,

frekuensi

vibrasinya

juga

berbeda (karena kedua ikatan yang sama

tersebut berada dalam lingkungan yang

berbeda)

(29)

Jumlah vibrasi fundamental (pokok) dan

simetrinya suatu molekul



Sebagai contoh : Suatu molekul yang tersusun

oleh banyak atom (misal N atom). Setiap atom

mempunyai 3 koordinat, yaitu X, Y, dan Z.

Sehingga jumlah koordinat dalam molekul adalah

3 N, dengan demikian dapat dikatakan bahwa

molekul

tersebut

mempunyai

3N

derajat

molekul

tersebut

mempunyai

3N

derajat

kebebasan. Dari 3N derajat kebebasan, gerakan

translasional menggunakan 3 derajat kebebasan,

sedang gerakan rotasional untuk molekul

non-linier juga menggunakan 3 derajat kebebasan,

linier juga menggunakan 3 derajat kebebasan,

dan molekul linier menggunakan 2 derajat

kebebasan.

(30)

Con’d



Jadi untuk molekul non-linier yang

mengandung N atom dapat mempunyai

(3N – 6) vibrasi pokok. Untuk molekul

linier yang terdiri dari N atom mempunyai

(3N – 5) vibrasi pokok.



Karena suatu molekul yang mengandung

N atom mempunyai (N – 1) ikatan (untuk

molekul siklis) antara atom-atomnya

maka (N – 1) vibrasinya merupakan

gerakan ulur dan lainnya yaitu (2N – 5)

merupakan gerak tekuk (non-linier) atau

(2N – 4) merupakan gerak tekuk (linier).

(31)



Berbagai vibrasi yang dikemukakan di atas

disebut vibrasi pokok (fundamental).

Vibrasi pokok ini terjadi karena eksitasi

dari

ground state

ke

excited state

yang

berenergi paling rendah. Biasanya dalam

spektrum ir terdapat banyak

peak

, artinya

peak

yang ada jauh lebih banyak daripada

jumlah peak yang diharapkan dari vibrasi

pokok.

Hal

ini

disebabkan

karena

pokok.

Hal

ini

disebabkan

karena

munculnya :

(32)

Con’d

1.

1. Peak overtonePeak overtone

Terjadi karena eksitasi dari

Terjadi karena eksitasi dari ground stateground state ke ke excited stateexcited state yang yang berenergi lebih tinggi. Pita

berenergi lebih tinggi. Pita overtoneovertone muncul pada muncul pada frekuensi frekuensi sebesar kelipatan

sebesar kelipatan dari frekuensi pita vibrasi pokok. Jadi, dari frekuensi pita vibrasi pokok. Jadi, misalnya dalam spektrum ir ada pita vibrasi pokok pada 800 cm

misalnya dalam spektrum ir ada pita vibrasi pokok pada 800 cm-1-1

kemungkinan besar akan dapat dilihat pita

kemungkinan besar akan dapat dilihat pita overtoneovertone pada 2 x 800 pada 2 x 800 cm

cm-1-1, dengan intensitas yang lebih lemah._{, dengan intensitas yang lebih lemah.}

2.

2. PeakPeak kombinasi kombinasi

Pita kombinasi terjadi apabila dua vibrasi pokok dalam suatu

molekul mengalami

molekul mengalami couplingcoupling. Pita kombinasi ini akan muncul pada . Pita kombinasi ini akan muncul pada frekuensi sebesar

frekuensi sebesar jumlah dari frekuensijumlah dari frekuensi vibrasi pokok masing- vibrasi pokok masing-masing. Jadi misalnya dua vibrasi pokok pada 500 dan 800 cm

masing. Jadi misalnya dua vibrasi pokok pada 500 dan 800 cm-1-1

mengalami

mengalami couplingcoupling, maka pita kombinasinya akan muncul pada , maka pita kombinasinya akan muncul pada (500 + 800) cm

(500 + 800) cm-1-1._.

3.

3. PeakPeak selisih selisih

Terjadinya pita selisih, sama dengan terjadinya pita kombinasi.

Hanya saja, pada pita selisih ia muncul pada

Hanya saja, pada pita selisih ia muncul pada frekuensi sebesar frekuensi sebesar selisih

selisih dari kedua vibrasi pokok yang mengalami dari kedua vibrasi pokok yang mengalami couplingcoupling. Jadi . Jadi misalnya kedua vibrasi pokok tersebut pada 1500 dan 400 cm

misalnya kedua vibrasi pokok tersebut pada 1500 dan 400 cm-1-1, _,

maka pita selisih akan muncul pada (1500 – 400) cm

(33)

Faktor-faktor yang

Mempengaruhi Frekuensi Vibrasi

• CouplingCoupling Vibrasional Vibrasional

Ikatan C-H pada gugus metilen saling mengalami

coupling

sehingga mempunyai

dua pita vibrasi ulur

,

yaitu simetris dan asimetris. Frekuensi kedua pita ini

berbeda.

• Hidrogen Hidrogen BoundingBounding

Hidrogen

bounding

pada gugus karbonil dalam asam

salisilat misalnya, akan

memperpanjang ikatan C=O

.

Akibatnya kekuatan ikatan C=O berkurang, sehingga pita

vibrasinya akan muncul pada frekuensi yang lebih

rendah.

• Efek InduksiEfek Induksi

Unsur yang bersifat elektronegatif cenderung untuk

menarik elektron ke dalam antara atom karbon dan

oksigen dalam ikatan C=O, sehinggan ikatan tersebut

menjadi lebih kuat. Akibatnya pita vibrasi ikatan C=O

muncul pada frekuensi yang lebih tinggi.

(34)

Con’d

• Efek Resonansi (Mesomeri)

Efek Resonansi (Mesomeri)

Adanya ikatan C=C yang bertetangga

dengan gugus karbonil menyebabkan

terjadinya

delokalisasi elektron

pada

ikatan C=O dan ikatan rangkap.

Akibatnya ikatan C=O akan lebih bersifat

sebagai

ikatan

tunggal,

kekuatan

sebagai

ikatan

tunggal,

kekuatan

ikatannya melemah, sehingga pita

vibrasinya akan muncul pada frekuensi

yang lebih rendah

(35)

Con’d

• Sudut IkatanSudut Ikatan

 Cincin beranggotakan enam (Cincin beranggotakan enam (six-membered ringssix-membered rings) dengan ) dengan

gugus karbonil tidak begitu tegang, sehingga pita vibrasi ikatan

C=O muncul seperti ikatan C=O dalam keton normal.

Penurunan ukuran cincin akan menaikkan frekuensi vibrasi

ikatan C=O. Pada ukuran cincin yang lebih kecil, ikatan C-C

lebih menggunakan karakter p nya untuk memenuhi

persyaratan sudut yang lebih kecil. Akibatnya karakter p

dialihkan dari ikatan sigma, dan karakter s diberikan kepada

ikatan sigma, sehingga menambah kekuatan ikatan C=O.

• Efek MedanEfek Medan

 Dua gugus sering kali saling mempengaruhi frekuensi vibrasi Dua gugus sering kali saling mempengaruhi frekuensi vibrasi

masing-masing karena terjadi interaksi ruang, yang sifatnya

bisa elektrostatik dan atau sterik. Misalnya pada

 α-kloroketon turunan steroid bisa terjadi interaksi antara gugus α-kloroketon turunan steroid bisa terjadi interaksi antara gugus

karbonil dengan atom klor. Frekuensi vibrasi ikatan C=O akan

lebih besar apabila kedudukan atom klor ekuatorial daripada

jika kedudukannya aksial.

(36)

Konfigurasi dan Instrumentasi

Spektrofotometer Infra Merah

Pada dasarnya konfigurasi spektrofotometer infra merah

ada

dua macam yaitu:

1.

1. Spektrofotometer infra merah dipersive, seperti yang

Spektrofotometer infra merah dipersive, seperti yang

tampak berikut ini, terdiri dari sumber energi, tempat

contoh, sistem utuk pemilihan panjang gelombang,

detektor serta alat pembaca atau pencatat (

(37)

Con’d

2. Spektrofotometer jenis

2. Spektrofotometer jenis Fourier Transform Infra RedFourier Transform Infra Red (FTIR). (FTIR).

Spektrofotometer jenis ini mempunyai konfigurasi serta

komponen-komponen yang sangat berbeda dengan

spektrofotometer infra merah dispersive, seperti yang tampak

pada gambar berikut ini. FTIR menggunakan interferometer

sebagai komponen pemisah panjang gelombang (dalam alat infra

merah dispersive lazim digunakan grating monokromator).

Sedangkan detektor yang digunakan terbuat dari bahan tertentu

yang mampu menerima sinyal yang sangat cepat, seperti detektor

pyroelectric litium tantalat

pyroelectric litium tantalat (LiTaO3) atau detektor (LiTaO3) atau detektor mercury mercury cadmium telluric

cadmium telluric (MCT). Tidak dapat digunakan detektor seperti (MCT). Tidak dapat digunakan detektor seperti pada spektrofotometer dispersive yang mempunyai tanggapan

pada spektrofotometer dispersive yang mempunyai tanggapan

lambat.

 FTIR mengenal dua macam konfigurasi optik yaitu, FTIR sinar FTIR mengenal dua macam konfigurasi optik yaitu, FTIR sinar

tunggal (

tunggal (single beamsingle beam) dan FTIR sinar ganda () dan FTIR sinar ganda (double beamdouble beam). ). Berikut ini tampak blok diagram FTIR sinar tunggal serta

Berikut ini tampak blok diagram FTIR sinar tunggal serta

penjelasan mekanisme kerjanya.

(38)

Macam-macam Gugus Fungsi



Gugus fungsi

a. Karbonil (C=O)

: 1640 – 1810 cm

-1-1

, intensitas kuat

_{, intensitas kuat}

1). Aldehid : 1720 – 1740 cm1). Aldehid : 1720 – 1740 cm-1-1 ( -C-H : 2750 dan 2850 c_{( -C-H : 2750 dan 2850 c}m_m-1-1)₎

2). Keton2). Keton : 1705– 1725 cm: 1705– 1725 cm-1 -1

3). Asam Karboksilat: 1700 – 1725 cm3). Asam Karboksilat: 1700 – 1725 cm-1-1 ( O-H : 2400 - 3400 cm_{( O-H : 2400 - 3400 cm}-1-1)₎

4). Ester : 1730 – 1750 cm4). Ester : 1730 – 1750 cm-1-1 ( -C-O : 1000 dan 1300 cm_{( -C-O : 1000 dan 1300 cm}-1-1)₎

5). Amida : 1640 – 1670 cm5). Amida : 1640 – 1670 cm-1-1 ( -N-H : 3100 - 3500 cm_{( -N-H : 3100 - 3500 cm}-1-1 ; 1550 – 1640 _{; 1550 – 1640}

cm cm-1-1)₎

 6). Anhidrida6). Anhidrida : 1810 dan 1760 cm-1 : 1810 dan 1760 cm-1

 7). Asil halida7). Asil halida : 1800 cm-1 ( C-F : 1000 - 1400 cm-1) kuat : 1800 cm-1 ( C-F : 1000 - 1400 cm-1) kuat  ( -C-Cl : 600 - 800 cm-1) kuat ( -C-Cl : 600 - 800 cm-1) kuat

(39)

Con’d

Energi yang dikeluarkan dari sumbernya (special coated heating element) akan melewati bagian interferometer (Michelson type) sebelum melewati bagian contoh dan dilanjutkan ke detektor, komputer serta bagian pembacaan.

Sumber radiasi di dalam inferometer akan dibagi dua oleh beam splitter menuju ke arah cermin diam dan cermin bergerak. Kedua cahaya tersebut kemudian digabungkan kembali oleh beam splitter. Gelombang dari cahaya-cahaya tersebut akan saling mempengaruhi satu dengan lainnya sehingga memperlihatkan variasi-variasi intensitas sesuai dengan pergerakan cermin.

(40)

Con’d

 Pada gambar di bawah ini diperlihatkan suatu gejala yang saling Pada gambar di bawah ini diperlihatkan suatu gejala yang saling

berpengaruh dari cahaya dengan panjang gelombang sama

dengan 2,5 μm (bilangan gelombang 4000 cm-1).

(41)

Penerapan Spektrofotometri Infra Merah

dalam Analisis Kuantitatif

Ada beberapa hal yang harus diperhatikan sehubungan dengan hal

ini , yaitu:

 Pemilihan panjang gelombangPemilihan panjang gelombang

Tidak semua bilangan gelombang dalam spektrum infra merah

dapat digunakan dalam analisis kuantitatif, pita regangan karbonil

(regangan C=O) pada bilangan gelombang sekitar 1700 cm-1

paling sering digunakan karena mempunyai pita resapan yang

kuat serta relatif bebas dari pengaruh pita resapan dari gugus

fungsi yang lain. Untuk proses analisis dapat dilakukan sesuai

dengan spektrum resapan awal atau dapat pula melalui spektrum

turunan (derivatif).

 Harga resapan optimum dan batas konsentrasiHarga resapan optimum dan batas konsentrasi

Harga resapan yang sering digunakan adalah antara 0,3-0,6

karena pada harga tersebut diperoleh linearitas yang baik (sesuai

dengan perumusan Lambert-Beer) dan besarnya konsentrasi zat

harus disesuaikan dengan batas tersebut.

 Penyiapan contohPenyiapan contoh

Dalam analisis kuantitatif teknik pelarutan dalam pelarut organik

umumnya lebih baik dibanding teknik yang lain karena kesalahan

yang mungkin terjadi sebagai akibat dari ketidakhomogenan serta

ketebalan yang tidak sama dari contoh dapat dihindari.

(42)

Penerapan Spektrofotometri Infra Merah dalam

Analisis Permukaan (

Surface Analysis

)



Selain diterapkan dalam analisis kualitatif dan

kuantitatif, metode spektrofotmetri infra merah

terutama FTIR dapat pula digunakan untuk

analisis permukaan (

surface analysis

). Informasi

yang

akan

diperoleh

dapat

merupakan

yang

akan

diperoleh

dapat

merupakan

karakteristik bahan pada suatu permukaan atau

bahan-bahan apa saja yang mungkin terserap

oleh suatu permukaan.



Untuk melaksanakan maksud tersebut umumnya

dilakukan melalui beberapa peralatan tambahan

dengan metode, yaitu ATR (

Attenuated Total

Reflectance

),

RAS

(

Reflection

Absorption

Spectrometry

),

DRS

(

Diffuse

Reflection

Spectrometry

). Metode-metode tersebut sering

digunakan dalam analisis bahan semi konduktor,

polimer, analisis permukaan logam atau analisis

katalis.

(43)

Con’d

a). Prinsip ATR (

a). Prinsip ATR (Attenuated Total ReflectanceAttenuated Total Reflectance) )

(44)

Con’d

c). DRS (

(45)

Con’d

(46)

Bagaimana Menganalisa Data Spektrum



Dalam usaha untuk menganalisa spektrum dari

suatu zat yang belum dikenal, kita sebaiknya

mengutamakan untuk mengetahui keberadaan

(atau tidaknya) dari beberapa gugus fungsi. C=O,

O-H, N-H, C-O, C=C, C

=

C, C

=

N, dan NO2

merupakan

puncak

yang

paling

sering

merupakan

puncak

yang

paling

sering

memberikan informasi yang singkat tentang

struktur senyawa jika terdapat gugus-gugus

tersebut. Hindari membuat analisis yang

mendalam dari absorpsi CH di daerah 3000 cm-1

(3,33 μ), hampir semua senyawa memiliki

absorpsi ini. Tidak perlu khawatir terhadap

kondisi ideal dimana gugus-gugus tersebut

ditemukan

(47)

Macam-macam Gugus Fungsi

a. Karbonil (C=O) : 1640 – 1810 cm-1, intensitas kuat

1). Aldehid : 1720 – 1740 cm-1_{( -C-H : 2750 dan 2850 cm}-1₎

2). Keton: 1705– 1725 cm-1

3). Asam Karboksilat : 1700 – 1725 cm-1 ( O-H : 2400 - 3400 cm-1)

4). Ester : 1730 – 1750 cm-1 ( -C-O : 1000 dan 1300 cm-1)

5). Amida : 1640 – 1670 cm-1_{( -N-H : 3100 - 3500 cm}-1_{; 1550 – 1640 cm}-1₎

6). Anhidrida : 1810 dan 1760 cm-1

7). Asil halida : 1800 cm-1 ( C-F : 1000 - 1400 cm-1) kuat

( -C-Cl : 600 - 800 cm-1) kuat ( -C-Br/C-I < 667 cm-1) kuat b. O-H (hidroksil) b. O-H (hidroksil) 1). Bebas : 3600 – 3650 cm-1 sedang 1). Bebas : 3600 – 3650 cm-1 sedang

2). Ikatan hidrogen : 3200 – 3600 cm-1 sedang

2). Ikatan hidrogen : 3200 – 3600 cm-1 sedang 3). Dalam asam karboksilat : 2400 – 3400 cm-1 sedang 3). Dalam asam karboksilat : 2400 – 3400 cm-1 sedang

c. N-H : amin primer, amin sekunder, dan amida

c. N-H : amin primer, amin sekunder, dan amida : 3100 – 3500 cm-1 sedang : 3100 – 3500 cm-1 sedang

: 1550 – 1640 cm-1 sedang: 1550 – 1640 cm-1 sedang

: (C-N : 1000 - 1350 cm-1 sedang, kuat): (C-N : 1000 - 1350 cm-1 sedang, kuat)

d. N=O :

(48)

Con’d

e. S=O

e. S=O : Sulfoksida : 1050 cm-1 : Sulfoksida : 1050 cm-1

Sulfon, sulfonil klorida, sulfat, dan sulfonamida : 1300 – 1375 cm-1 dan 1140 –

1200 cm-1 kuat

f. alkana : C-H

f. alkana : C-H : 2850 – 3000 cm-1, kuat: 2850 – 3000 cm-1, kuat : 1375 dan 1450 cm-1 sedang : 1375 dan 1450 cm-1 sedang : 1465 cm-1 sedang: 1465 cm-1 sedang C-C C-C :: - -g. alkena

g. alkena : =C-H : =C-H : 3000 – 3100 cm-1 sedang: 3000 – 3100 cm-1 sedang : 650 – 1000 cm-1 kuat

: 650 – 1000 cm-1 kuat

C=CC=C : 1600 – 1680 cm-1 lemah, sedang: 1600 – 1680 cm-1 lemah, sedang

h. aromatis :

h. aromatis : C-H : 3050 – 3150 cm-1 kuatC-H : 3050 – 3150 cm-1 kuat

C=C : 1475 dan 1600 cm-1 sedang

Substitusi : 1). monosubstitusi

Substitusi : 1). monosubstitusi : 690 cm-1 kuat dan 750 cm-1 kuat : 690 cm-1 kuat dan 750 cm-1 kuat