BAB I PENDAHULUAN
Spektroskopi adalah ilmu yang mempelajari materi dan atributnya berdasarkan cahaya, suara atau partikel yang dipancarkan, diserap atau dipantulkan oleh materi tersebut. Spektroskopi juga dapat didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari interaksi antara cahaya dan materi. Dalam catatan sejarah, spektroskopi mengacu kepada cabang ilmu dimana "cahaya tampak" digunakan dalam teori-teori struktur materi serta analisa kualitatif dan kuantitatif.
Dalam masa modern, definisi spektroskopi berkembang seiring teknik-teknik baru yang dikembangkan untuk memanfaatkan tidak hanya cahaya tampak, tetapi juga bentuk lain dari radiasi elektromagnetik dan non-elektromagnetik seperti gelombang mikro, gelombang radio, elektron, fonon, gelombang suara, sinar x dan lain sebagainya.
Spektroskopi umumnya digunakan dalam kimia fisik dan kimia analisis untuk mengidentifikasi suatu substansi melalui spektrum yang dipancarkan atau yang diserap. Alat untuk merekam spektrum disebut spektrometer. Spektroskopi juga digunakan secara intensif dalam astronomi dan penginderaan jarak jauh. Kebanyakan teleskop-teleskop besar mempunyai spektrograf yang digunakan untuk mengukur komposisi kimia dan atribut fisik lainnya dari suatu objek astronomi atau untuk mengukur kecepatan objek astronomi berdasarkan pergeseran Doppler garis-garis spektral.
Spektrofotometri dapat dianggap sebagai perluasan suatu pemeriksaan visual dengan studi yang lebih mendalam dari absorbsi energi. Absorbsi radiasi oleh suatu sampel diukur pada berbagai panjang gelombang dan dialirkan oleh suatu perekam untuk menghasilkan spektrum tertentu yang khas untuk komponen yang berbeda.
Di dalam fisika klasik, radiasi elektromagnetik dapat dianggap sebagai sebuah penjalaran gelombang yang memiliki komponen listrik yang tegak lurus terhadap komponen magnetiknya dan berisolasi dengan frekuensi yang tepat sama. Berdasarkan pendekatan ini, radiasi elektromagnetik dapat dinyatakan dalam frekuensi atau panjang gelombang.
Salah satu jenis spektroskopi adalah spektroskopi infra merah (IR). spektroskopi ini didasarkan pada vibrasi suatu molekul. Spektroskopi inframerah 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.Gambaran berkas radiasi elektromagnetik diperlihatkan pada Gambar 1 berikut :
umumnya hanya komponen medan listrik seperti dalam fenomena transmisi, pemantulan, pembiasan, dan penyerapan.
Penemuan 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 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. Penyerapan gelombang elektromagnetik dapat menyebabkan terjadinya eksitasi tingkat-tingkat energi dalam molekul. Dapat berupa eksitasi elektronik, vibrasi, atau rotasi.
BAB II
SPEKTROFOTOMETER INFRA MERAH
Spektrofotometer infra merah sangat penting dalam kimia modern, meskipun bukan satu-satunya dalam daerah organik. Spektrofotometer ini merupakan alat rutin dalam mendeteksi gugus fungsional, mengidentifikasi senyawa, dan menganalisis campuran (Underwood, 2002).
Spektrofotometer inframerah merupakan alat yang berguna untuk mengukur serapan infra merah pada berbagai panjang gelombang. Spektrofotometer ini banyak digunakan untuk mengidentifikasi senyawa organik, sebab spektrum infa merah yang dimiliki oleh setiap senyawa berbeda-beda kecuali isomer optik (S.M. Khopkar, 1990)
Teknik ini banyak digunakan di laboratorium analisa industri dan berbagai macam laboratorium riset karena banyak memberikan informasi yang berguna untuk analisa kuantitatif dan kualitatif dalam menentukan rumus bangun suatu senyawa. Analisa ini dapat untuk jenis sampel yang bersifat organik.
Keunggulan lain metode ini adalah non destruksi, metode ini dapat digunakan untuk jumlah sampel dalam jumlah kecil (sampel mikro). Spektogram infa merah disajikan dalam bentuk dua dimensi pada sehelai kertas yang memperlihatkan peresapan yang khas dari molekul suatu senyawa. Peresapan ini diperlihatkan sebagai puncak-puncak (bands atau peaks) yang spesifikasinya dinyatakan oleh posisi, intensitas dan bentuknya.
Gelombang interferensi ini dikonversikan ke signal oleh detektor dan diperkuat oleh amplifier, kemudian dikonversikan lagi ke signal digital.
Bila sinar infra merah dilewatkan melalui cuplikan senyawa organik, maka sejumlah frekuensi diserap sedangkan frekuensi yang lain diteruskan/ditransmisiskan tanpa diserap. Jika kita menggambar antara persen absorbansi atau %T lawan frekuensi maka akan dihasilkan suatu spektrum infa merah.
Absorbsi radiasi infra merah sesuai dengan tingkat energi vibrasi dan rotasi pada ikatan kovalen yang mengalami perubahan momen dipol dalam suatu molekul. Hal ini berarti hampir seluruh molekul yang berikatan kovalen dapat mengabsorpsi radiasi infra merah kecuali molekul diatomik, misal: O2, N2 dan lain-lain (Wiwi Widarsih, 2007). Bilangan gelombang dari absorpsi oleh suatu tipe ikatan tertentu, bergantung pada macam getaran dari ikatan tertentu. Banyaknya energi yang diserap juga beranekaragam.
Frekuensi serapan sinar infra merah pada suatu gugus fungsional dapat ditentukan berdasarkan massa atom gugus bersangkutan dan konstanta ikatan kimia diantara senyawa-senyawanya yang seringkali dinyatakan dalam bentuk bilangan gelombang, dimana rentangan bilangan gelombang yang dipergunakan adalah antara 4000 cm-1 sampai dengan 650 cm-1.
Daerah sidik jari adalah daerah antara bilangan gelombang 1500cm-1 sampai dengan 700 cm-1. Pada daerah ini suatu senyawa memberikan pola serapan yang khas yang tidak dipunyai oleh senyawa lainnya, sehingga dengan melihat pola serapan di daerah tersebut dapat disimpulkan struktur kimianya. Pada daerah ini pula suatu isomer dapat dibedakan satu dengan yang lain (A.J. Hartomo, 1984).
Spektroskopi Infra Red atau Infra Merah meruakan 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.
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:
a) Daerah Infra Merah dekat. b) Daerah Infra Merah pertengahan. c) Daerah infra merah jauh.
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.
Metode Spektroskopi inframerah ini dapat digunakan untuk mengidentifikasi suatu senyawa yang belum diketahui,karena spektrum yang dihasilkan spesifik untuk senyawa tersebut. Metode ini banyak digunakan karena :
a. Cepat dan relatif murah
b. Dapat digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsional dalam molekul
Tabel 1 . Serapan Khas Beberapa Gugus fungsi
Gugus Jenis Senyawa Daerah Serapan (cm-1)
C-H alkana 2850-2960, 1350-1470 C-H alkena 3020-3080, 675-870 C-H aromatik 3000-3100, 675-870 C-H alkuna 3300 C=C alkena 1640-1680 C=C aromatik (cincin) 1500-1600
C-O alkohol, eter, asam karboksilat, ester 1080-1300 C=O aldehida, keton, asam karboksilat, ester 1690-1760 O-H alkohol, fenol(monomer) 3610-3640
O-H alkohol, fenol (ikatan H) 2000-3600 (lebar) O-H asam karboksilat 3000-3600 (lebar)
N-H amina 3310-3500
C-N amina 1180-1360
-NO2 nitro 1515-1560, 1345-1385
Ada dua jenis vibrasi yaitu:
1. Vibrasi ulur (Stretching Vibration), yaitu vibrasi yang mengakibatkan perubahan panjang ikatan suatu ikatan
2. Vibrasi tekuk (Bending Vibrations), yaitu vibrasi yang mengakibatkan perubahan sudut ikatan antara dua ikatan
Vibrasi tekuk itu sendiri dibagi lagi menjadi empat: 1. Scissoring
2. Rocking 3. Wagging 4. Twisting
2.1 Prinsip Dasar Spektrofotometer IR
Jika senyawa organik dikenaisinar infra-merah yang mempunyai frekwensi tertentu(bilangangelombang500 -4000 Cm-1), sehinggabeberapa frekwensi tersebut diserap oleh senyawa tersebut.
Berapa banyak frekwensi tertentu yang melewati senyawa tersebut diukur sebagai 'persentasi transmitasi' (percentage transmittance).
Persentasi transmitasi dengan nilai 100 berarti semua frekwensi dapat melewati senyawa tersebut tanpa diserap sama sekali.
Transmitasi sebesar 5% mempunyai arti bahwa hampir semua frekwensi tersebut diserap oleh senyawa itu
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 disamping ini. Jika pegas direntangkan atau ditekan pada jarak keseimbangan tersebut maka energi potensial dari sistim tersebut akan naik. 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 :
Energi yang timbul juga berbanding lurus dengan frekwesi dan digambarkan dengan persamaan Max Plank :
sehingga :
Dalam 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 :
Posisi pita serapan dapat diprediksi berdasarkan teori mekanikal tentang osilator harmoni, yaitu diturunkan dari hukum Hooke tentang pegas sederhana yang bergetar, yaitu :
dimana :
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.
2.3 Vibrasi Molekul
Vibrasi (getaran) menyebabkan posisi relative atom dalam molekul tidak pasti (berubah-ubah terus menerus). Untuk molekul dwi-atom atau tri-atom vibrasi dapat
dianggap dan dihubungkan dengan energy absorbsi tetappi untuk molekul poliatom, vibrasi tidak dapat dengan ,mudah diperkirakan, karena banyaknya pusat vibrasi yang berinteraksi.
2.4 Perubahan Energi Vibrasi
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 :
A. Vibrasi Regangan (Streching) B. Vibrasi Bengkokan (Bending) A. Vibrasi Regangan (Streching)
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.
B. Vibrasi Bengkokan (Bending)
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/ atom-atomnya bergerak bolak-balik dalam bidang. 2) Vibrasi Guntingan (Scissoring), unit struktur bergerak mengayun simetri dan
masih dalam bidang datar/ atom-atomnya bergerak bolak-balik dalam bidang. 3) Vibrasi Kibasan (Wagging), unit struktur bergerak mengibas keluar dari
4) Vibrasi Pelintiran (Twisting), unit struktur berputar mengelilingi ikatan yang menghubungkan dengan molekul induk dan berada di dalam bidang datar/ atom-atom terikat pada molekul yang diam, berotasi di sekitas ikatannya. 2.5 Daerah Spektrum Infra Merah
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 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.
2.6 Daerah Identifikasi
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, pada daerah 2000 – 400 cm-1 juga harus menunjukkan pola yang sama sehingga dapat disimpulkan bahwa dua senyawa adalah sama.
Cara-cara penanganan cuplikan tergantung daripada jenis cuplikan yaitu apakah berbentuk gas, cairan atau padatan. Gaya-gaya intermolekul sangat berbeda yang melalui dari padatan ke cairan ke gas dan spektrum inframerah biasanya akan menunjukkan efek dari perbedaan-perbedaan ini dalam bentuk pergeseran-pergeseran frekuensi atau pita-pita tambahan dan sebagainya. itulah sebabnya yang paling penting adalah mencatat spektrum dengan cara-cara penanganan cuplikan sesuai. Gas
Untuk menangani cuplikan berbentuk gas,maka cuplikan harus dimasukkan dalam sel gas, sel ini menghadap langsung pada berkas sinar. Dalam bentuk yang dimodifikasi, cermin internal yang digunakan dapat memantulkan berkas sinar berulang kali melalui cuplikan untuk menaikkan sensitivitas. Sejumlah kecil senyawa-senyawa organik dapat ditentukan dalam bentuk gas, bahkan dalam sel-sel yang dipanaskan.
Cairan
kloroform, dan sebagainya. NaCl harus dijaga tetap kering dan selalu dipegang pada ujung-ujungnya. Untuk spektra di bawah 250 cm-1, maka digunakan CsI, untuk cuplikan yang mengandung air dapat digunakan CaF2. Cuplikan cairan dapat juga
ditentukan dalam larutan.
Padatan
Wujud cuplikan padat dapat bermacam-macam di antaranya kristal, amorf, serbuk, gel dan lain-lain. Bermacam metoda telah dikembangkan untuk penyediaan cuplikan
padat hingga dapat langsung diukur.
Ada tiga cara yang umum untuk mencatat spektra bentuk padatan : peset KBr, mull dan bentuk film/lapisan tipis. Padatan juga dapat ditentukan dalam larutan tetapi spektra larutan mungkin memberikan kenampakan yang berbeda dari spektra bentuk padat, karena gaya-gaya intermolekul akan berubah.
1. Pelet KBr dibuat dengan menumbuk cuplikan (0,1 – 2,0 % berat) dengan KBr kemudian ditekan hingga diperoleh pellet KBr harus kering dan akan baik bila penumbukan dilakukan dibawah lampu inframerah untuk mencegah terjadinya kondensasi uap dari atmosfer yang akan memberikan serapan lebar pada 3500 cm -1.
2. Mull atau pasta dibuat dengan mencampur cuplikan dengan setetes minyak, pasta kemudian dilapiskan di antara dua keeping NaCl yang transparan. Bahan pasta harus transparan terhadap inframerah, tetapi hal ini tidak pernah ada dan struktur yang dihasilkan selalu menunjukkan serapan yang berasal dari bahan pasta adalah parafin cair.
3. Lapisan tipis padatan dapat dilapiskan pada keping-keping NaCl dengan cara meneteskan larutan dalam pelarut yang mudah menguap pada permukaan kepingan NaCl dan dibiarkan hingga pelarut menguap. Polimer-polimer berbagai
lilin atau bahan-bahan lemak sering memberikan hasil yang baik, tetapi ada juga yang membentuk kristal yang tajam hingga tidak memberikan serapan.
Larutan
Cuplikan dapat dilarutkan dalam pelarut seperti karbon tetraklorida, karbon disulfide atau kloroform, dan spektrum dari larutan ini dicatat. Larutan (biasanya 1 – 5 %) ditempatkan dalam sel larutan yang terdiri dari bahan transparan. Sel yang kedua berisi pelarut murni ditempatkan pada berkas sinar referensi, sehingga serapan daripelarut dapat dikensel dan spektrum yang dicatat merupakan senyawanya sendiri. Meskipun demikian untuk meyakinkan bahwa serapan dari pelarut tidak mengganggu spektrum dari cuplikan, maka sebaiknya perlu dibuat spektrum dari pelarut yang digunakan untuk mengetahui serapan-serapan yang diberikan.
2.7 Jenis – Jenis Spektroskopi Infra Merah A. Spektroskopi Inframerah Dekat
Spektroskopi inframerah dekat (IMD) didasarkan pada efek overtone molekul dan getaran kombinasi. Transisi dua efek ini “terlarang” dalam aturan larangan pada mekanika kuantum. Sebagai hasilnya, absorptivitas molar pada wilayah inframerah dekat cukup kecil.–Teknik ini memiliki keuntungan karena IMD secara umum dapat jauh menembus sampel daripada radiasi “inframerah sedang”. Teknik ini dikenal kurang sensitif, tetapi sangat berguna dalam pengujian material “mentah” (belum diolah), tanpa atau hanya sedikit persiapan sebelumnya. Dalam praktek, NIRS seringkali dikalibrasi dengan teknik lain yang lebih sensitif untuk mendapatkan hubungan antara hasil kedua teknik itu.
sering dipakai untuk memberikan informasi tentang kandungan kimiawi yang diinginkan.
Spektroskopi (Gelombang) Inframerah-Dekat (Inggris: Near-infrared Spectroscopy, biasa dikenal dengan singkatannya: NIRS) merupakan satu teknik spektroskopi yang menggunakan wilayah panjang gelombang inframerah pada spektrum elektromagnetik (sekitar 800 sampai 2500 nm). Dikatakan “inframerah dekat” (IMD) karena wilayah ini berada di dekat wilayah gelombang merah yang tampak. Penggunaan teknik (dan alat) ini umum di bidang farmasetika, diagnostik medis, ilmu pangan dan agrokimia (terutama yang terkait dengan pengujian kualitas), riset mesin bakar, serta spektroskopi dalam astronomi.
B. Spektrofotometer FTIR
Pada dasarnya Spektrofotometer FTIR (Fourier Trasform Infra Red) adalah sama dengan Spektrofotometer IR dispersi, yang membedakannya adalah pengembangan pada sistim optiknya sebelum berkas sinar infra merah melewati contoh. Dasar pemikiran dari Spektrofotometer FTIR adalah dari persamaan gelombang yang dirumuskan oleh Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) seorang ahli matematika dari Perancis. Fourier mengemukakan deret persamaan gelombang
elektronik sebagai :
f(t) = a0 + a1 cos w0t + a2 cos 2w0t + … + b1 cos w0t + b2 cos 2w0t
a dan b merupakan suatu tetapan; t adalah waktu; ω adalah frekwensi sudut (radian per detik) ( ω = 2 Π f dan f adalah frekwensi dalam Hertz).
Dari deret Fourier tersebut intensitas gelombang dapat digambarkan sebagai daerah waktu atau daerah frekwensi. Perubahan gambaran intensitas gelobang radiasi elektromagnetik dari daerah waktu ke daerah frekwensi atau sebaliknya disebut
Transformasi Fourier (Fourier Transform).
Selanjutnya pada sistim optik peralatan instrumen FTIR dipakai dasar daerah waktu yang non dispersif. Sebagai contoh aplikasi pemakaian gelombang radiasi elektromagnetik yang berdasarkan daerah waktu adalah interferometer yang dikemukakan oleh Albert Abraham Michelson (Jerman, 1831)
Cara Kerja Alat Spektrofotometer Ftir :
Sistim optik Spektrofotometer FTIR seperti pada gambar dibawah ini
dilengkapi dengan cermin yang bergerak tegak lurus dan cermin yang diam. Dengan demikian radiasi infra merah akan menimbulkan perbedaan jarak yang ditempuh menuju cermin yang bergerak ( M ) dan jarak cermin yang diam ( F ). Perbedaan jarak tempuh radiasi tersebut adalah 2 yang selanjutnya disebut sebagai retardasi ( δ ). Hubungan antara intensitas radiasi IR yang diterima detektor terhadap retardasi disebut sebagai interferogram. Sedangkan sistim optik dari Spektrofotometer IR yang didasarkan atas bekerjanya interferometer disebut sebagai sistim optik Fourier Transform Infra Red.
Pada sistim optik FTIR digunakan radiasi LASER (Light Amplification by Stimulated Emmission of Radiation) yang berfungsi sebagai radiasi yang
diinterferensikan dengan radiasi infra merah agar sinyal radiasi infra merah yang diterima oleh detektor secara utuh dan lebih baik.
Detektor yang digunakan dalam Spektrofotometer FTIR adalah TGS (Tetra Glycerine Sulphate) atau MCT (Mercury Cadmium Telluride). Detektor MCT lebih banyak digunakan karena memiliki beberapa kelebihan dibandingkan detektor TGS, yaitu memberikan respon yang lebih baik pada frekwensi modulasi tinggi, lebih sensitif, lebih cepat, tidak dipengaruhi oleh temperatur, sangat selektif terhadap energi
Keunggulan Spektrofotometer FTIR
Secara keseluruhan, analisis menggunakan Spektrofotometer FTIR memiliki dua kelebihan utama dibandingkan metoda konvensional lainnya, yaitu:
1. Dapat digunakan pada semua frekwensi dari sumber cahaya secara simultan sehingga analisis dapat dilakukan lebih cepat daripada menggunakan cara sekuensial atau scanning.
2. Sensitifitas dari metoda Spektrofotometri FTIR lebih besar daripada cara dispersi, sebab radiasi yang masuk ke sistim detektor lebih banyak karena tanpa harus melalui celah (slitless).
BAB III
SPEKTROFOTOMETER INFRAMERAH TRANSFORMASI FOURIER
Pada dasarnya Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (disingkat FTIR) adalah sama dengan Spektrofotometer Infra Red disperse, yang membedakannya adalah pengembangan pada sistim optiknya sebelum berkas sinar infra merah melewati contoh. Dasar pemikiran dari Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red adalah dari persamaan gelombang yang dirumuskan oleh Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) seorang ahli matematika dari Perancis.
Dari deret Fourier tersebut intensitas gelombang dapat digambarkan sebagai daerah waktu atau daerah frekwensi. Perubahan gambaran intensitas gelobang radiasi elektromagnetik dari daerah waktu ke daerah frekwensi atau sebaliknya disebut Transformasi Fourier (Fourier Transform).
Salah satu jenis alat spektrofotometer infra merah yang dapat memberikan hasil pengukuran yang baik adalah Spectrophotometer Fourier Transform Infra Red (FT-IR), dengan sistem optik berupa interferometer. Prinsip kerja dari FT-IR adalah prinsip-prinsip dari fotometri. Pada sistem optik FT-IR dipakai radiasi LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) yang berguna sebagai radiasi yang diinterferensikan dengan radiasi IR agar signal radiasi IR diterima oleh detektor secara utuh dan lebih baik.Detektor yang digunakan dalam FT-IR adalah TGS (Tri Glycine Sulfat) atau MCT ( Mercury Cadmium Telluride). MCT lebih banyak dipakai dibandingkan TGS karena memberikan tanggapan yang lebih baik pada frekuensi modulasi tinggi, lebih sensitif, lebih cepat dan tidak dipengaruhi temperatur. Yang terpenting MCT bersifat sangat selektif terhadap energi vibrasi yang diterima dari
Prinsip Kerja FT-IR adalah radiasi dari sumber infra merah dipecah oleh pencacah sinar menjadi dua bagian yang sama dengan arah yang saling tegak lurus. Kemudian kedua radiasi tersebut dipantulkan kembali kedua cermin sehingga bertemu kembali di pencacah sinar untuk saling berinteraksi. Dari sini sebagian sinar diarahkan ke sampel terus ke detektor sedang sebagian dibalikkan ke sumber gerak maju-mundur cermin akan menyebabkan sinar mencapai ke detektor berfluktuasi tetapi terkendali.
Gambar 2. Sistem optik FT-IR
Secara garis besar komponen spektrofotometer infra merah yaitu:
Gambar 3. Bagan Instrumentasi FT-IR
Cermin yang tetap Detektor radiasi laser Cermin yang bergerak Ne Laser Cermin pembagi Interferansi Sumbe r Sampel Monokromato r Detektor Rekorder Sumber IR
a. Sumber radiasi Ada tiga jenis sumber radiasi : 1) Nernst Glower
Sumber radiasi Nernst Glower merupakan hasil pijaran Zirkonium Oksida yang dijepit kedua ujungnya dengan keramik. Temperatur sumber radiasi ini harus tinggi agar berfungsi sebagai penghantar listrik yang baik. Sumber radiasi ini dibuat dari oksida-oksida Zirkonium yang berupa batang berongga dengan diameter 2 mm dan panjang 30 mm. Batang ini dipanaskan sampai 1500oC – 2000oC dan akan memberikan radiasi di atas 7000 cm-1.
2) Globar
Sumber radiasi IR globar saat ini merupakan sumber radiasi IR yang banyak dipakai. Globar merupakan suatu senyawa silikon karbida yang mempunyai kehandalan dapat dipijarkan langsung sampai temperatur 1300oC. Sumber Glower (Globar) juga digunakan dalam berbagai instrumen dengan absorbsi sekitar 5200 cm-1 3) Nikhrom
Kawat nikhrom yang dipijarkan dengan aliran listrik sampai temperatur 1100oC akan memancarkan radiasi IR. Akan tetapi pancaran radiasi IR dari pijaran kawat nikhrom ini memberikan bilangan gelombang lebih dari 5000 cm-1 dengan intensitas yang lemah.
b. Sampel
film tipis dapat langsung dianalisis dengan teknik ATR ( Attenuated Total Reflectence), sedangkan untuk gas diperlukan tabung khusus.
c. Monokromator
Monokromator yang digunakan dalam alat infra merah terbuat dari berbagai macam bahan, misalnya: prisma (umumnya dalam littrow mounting) dan celah yang tebuat dari gelas, lelehan silika, LiF, CaF2, BaF2, NaCl, KBr, CsI. Prisma dan grating keduanya dapat digunakan. Pada umunya grating memberikan hasil yang lebih baik dari prisma pada frekuensi yang tinggi.
Ada dua jenis elemen pendispersi, yaitu: 1) Prisma
Prisma dapat memisahkan radiasi dengan cara yang sama seperti prisma gelas atau air hujan yang memisahkan cahaya putih menjadi cahaya berwarna pelangi. Prisma gelas memisahkan cahaya tampak berdasarkan panjang gelombangnya. Sistem yang sama juga berlaku untuk radiasi infra merah. Prisma digunakan untuk berbagai bentuk radiasi termasuk cahaya tampak, infra merah dan ultraviolet. Monokromator prisma yang terbuat dari garam anorganik berfungsi sebagai pengurai dan pengarah radiasi infra merah menuju detektor.
2) Grating
Salah satu keuntungan dari grating adalah terbuat dari bahan yang tahan dan stabil dalam keadaan atmosfer dan tidak rusak dengan adanya kelembaban.
Monokromator yang umumnya dipakai untuk spektrofotometer IR saat ini adalah kisi difraksi (grating). Kisi difraksi terbuat dari kaca atau bahan plastik yang tertoreh dengan halus permukaannya dan terlapisi oleh kondensasi uap aluminium. Jenis monokromator kisi difraksi ini sudah banyak dipakai pada spektrofotometer IR
modern. Keunggulannya, memberikn resolusi yang lebih bagus dengan dispersi yang lurus, disamping itu tetap menjaga keutuhan radiasi IR menuju detektor.
d. Detektor
Detektor berfungsi mengubah sinyal radiasi IR menjadi sinyal listrik. Detektor spektrofotometer yang bersifat menggandakan elektron tidak dapat dipakai pada spektrofotometer IR, sebab radiasi IR sangat lemah dan tidak dapat melepaskan elektron dari katoda yang ada pada sistem detektor.
Ada dua macam tipe detektor, yaitu: 1) Detektor tipe fotokonduktor
Detektor ini bersifat semi konduktor yang umumnya dibuat dari campuran PbS dengan logam germanium. Detektopr tipe ini kurang memberikan informasi pada daerah vibrasi gugus fungsi.
2) Detektor Hantar Bahang
Cara kerja detektor berdasarkan efek bahang dari radiasi IR. Dikenal ada tiga jenis detektor ini yaitu thermokopel, bolometer, dan yang paling terkenal dan banyak dipakai adalah detektor Golay Pneumatic, yang bekerja atas dasar perubahan bahan radiasi IR yang akan menaikan tekanan gas di dalamnya.
e. Rekorder
Alat pencatat ini menggunakan kertas grafik ukuran tertentu. Hasil yang diperoleh dicatat sebagai pita dengan puncak-puncak % transmitansi dengan bilangan gelombang, sebagai rekorder dapat juga digunakan komputer.
BAB IV
PENGGUNAAN DAN APLIKASI
5.1 Penggunaan dan Aplikasi
Spektroskopi inframerah biasanya digunakan untuk penelitian dan digunakan dalam industri yang sederhana dengan teknik yang sederhana dan untuk mengontrol kualitas. Alat spektroskopi inframerah cukup kecil dan mudah dibawa kemana-mana dan kapanpun dapat digunakan. Dengan meningkatnya teknologi komputer memberikan hasil yang lebih baik. Spektroskopi inframerah mempunyai ketepatan yang tinggi pada aplikasi kimia organik dan anorganik. Spektroskopi inframerah juga sukses kegunaannya dalam semikonduktor mikroelektronik: untuk contoh, spektroskopi inframerah dapat digunakan untu semikonduktor seperti silikon, gallium arsenida, gallium nitrida, zinc selenida, silikon amorp, silikon nitrida, dan sebagainya. 5.2 Efek isotop
Isotop yang berbeda memberikan bilangan gelombang yang berbeda pada spektroskopi inframerah. Seperti contoh frekuensi regangan O-O memberikan nilai 832 dan 788 cm -1 untuk ν(16O-16O) dan ν(18O-18O) melalui hubungan O-O sebagai sebuah spring, bilangan gelombang,ν dapat dihitung:
dimana k nilai konstan untuk ikatan, dan μ massa tereduksi untuk sistem A-B
(mi massa dari atom i).
Massa reduksi untuk 16O-16O dan 18O-18O dapat diperkirakan antara 8 dan 9. Sehingga
Untuk penafsiran spektrum inframerah tidak ada aturan kaku, namun syarat-syarat tertentu yang harus dipenuhi sebagai upaya untuk menafsirkan suatu
spektrum adalah
1. Spektrum harus terselesaikan dan intensitas cukup memadai 2. Spektrum diperoleh dari senyawa murni
3. Spektrofotometer harus dikalibrasi sehingga pita yang teramati sesuai dengan frekuensi atau panjang gelombangnya. Kalibrasi dapat dilakukan dengan menggunakan standar yang dapat diandalkan, seperti polistirena film.
4. Metode persiapan sampel harus ditentukan. Jika dalam bentuk larutan, maka konsentrasi larutan dan ketebalan sel harus ditunjukkan.
Penyerapan sinar uv-vis dibatasi pd sejumlah gugus fungsional/gugus kromofor (gugus dengan ikatan tidak jenuh) yang mengandung electron valensi dengan tingkat eksitasi yang rendah. Dengan melibatkan 3 jenis electron yaitu : sigma, phi dan non bonding electron. Kromofor-kromofor organic seperti karbonil, alken, azo, nitrat dan karboksil mampu menyerap sinar ultraviolet dan sinar tampak. Panjang gelombang maksimalnya dapat berubah sesuai dengan pelarut yang digunakan. Auksokrom adalah gugus fungsional yang mempunyai elekron bebas, seperti hidroksil, metoksi dan amina. Terikatnya gugus auksokrom pada gugus kromofor akan mengakibatkan pergeseran pita absorpsi menuju ke panjang gelombang yang lebih besar (bathokromik) yang disertai dengan peningkatan intensitas (hyperkromik).
5.4 Komponen dari suatu spektrofotometer berkas tunggal :
1. Suatu sumber energy cahaya yang berkesinambungan yang meliputi daerah spectrum dimana instrument itu dirancang untuk beroperasi.
3. Suatu wadah sampel (kuvet)
4. Suatu detector, yang berupa transduser yang mengubah energy cahaya menjadi suatu isyarat listrik.
5. Suatu pengganda (amplifier), dan rangkaian yang berkaitan membuat isyarat listrik itu memadai untuk di baca.
6. Suatu system baca (piranti pembaca) yang memperagakan besarnya isyarat listrik, menyatakan dalam bentuk % Transmitan (% T) maupun Adsorbansi (A).
BAB V KESIMPULAN
Spektrofotometer adalah alat untuk mengukur transmitan atau absorban suatu sampel sebagai fungsi panjang gelombang. Sedangkan pengukuran menggunakan spektrofotometer ini, metoda yang digunakan sering disebut dengan spektrofotometri. Spektrofotometri dapat dianggap sebagai perluasan suatu pemeriksaan visual dengan studi yang lebih mendalam dari absorbsi energi.
Spektrofotometri infra merah adalah suatu cara analisis kualitatif dan kuantitatif yang berdasarkan penyerapan sinar infra merah oleh suatu senyawa yang mengakibatkan vibrasi elektron, sehingga menghasilkan spektrum-spektrum yang khas yang dimiliki oleh setiap senyawa.
Secara keseluruhan, analisis menggunakan Spektrofotometer FTIR memiliki dua kelebihan utama dibandingkan metoda konvensional lainnya, yaitu :
1. Dapat digunakan pada semua frekwensi dari sumber cahaya secara simultan sehingga analisis dapat dilakukan lebih cepat daripada menggunakan cara sekuensial atau scanning
2. Sensitifitas dari metoda Spektrofotometri FTIR lebih besar daripada cara dispersi, sebab radiasi yang masuk ke sistim detektor lebih banyak karena tanpa harus melalui celah (slitless).
DAFTAR PUSTAKA
Giwangkara S, EG., 2006, “Aplikasi Logika Syaraf Fuzzy Pada Analisis Sidik Jari Minyak Bumi Menggunakan Spetrofotometer Infra Merah - Transformasi Fourier (FT-IR)”, Sekolah Tinggi Energi dan Mineral, Cepu – Jawa Tengah.
Foto Jean Baptiste Joseph Fourier : http://en.wikipedia.org/wiki/Joseph_Fourier
Khopkar,S.M. 1983 . Konsep Dasar Kimia Analitik . Jakarta : UI Press Marzuklina, Vera, dan Supriyono. 2005. Elektrokimia. Bogor : Smakbo
Mulya, Muhammad, dan Suharman. 1995. Analisis Instrumental. Surabaya : Erlangga University Press
Nurhidayati, dan Rusman. 2005. KHROMATOGRAFI.Bogor:Sekolah Menengah Analis Kimia Bogor
