BAB I PENDAHULUAN
Teknik analisis spektroskopi termasuk salah satu tenik analisis instrumental. Teknik tersebut memanfaatkan fenomena interaksi materi dengan gelombang elektromagnetik seperti sinar-x, ultraviolet, cahaya tampak, dan inframerah. Fenomena interaksi bersifat spesifik baik absorpsi maupun emisi. Interaksi tersebut menghasilkan signal-signal yang disadap sebagai alat analisis kualitatif dan kuantitatif. Contoh teknik spektroskopi absorpsi adalah UV/VIS, inframerah (FT-IR) dan absorpsi atom (AAS). Sedang contoh spektroskopi emisi adalah spektroskopi nyala dan inductively coupled plasma (ICP), yang merupakan alat ampuh dalam analisis logam. Spektroskopi inframerah merupakan salah satu alat yang banyak dipakai untuk mengidentifikasi senyawa, baik alami maupun buatan. Dalam bidang fisika bahan, seperti bahan-bahan polimer, inframerah juga dipakai untuk mengkarakterisasi sampel. Suatu kendala yang menyulitkan dalam mengidentifikasi senyawa dengan inframerah adalah tidak adanya aturan yang baku untuk melakukan interpretasi spektrum. Karena kompleksnya interaksi dalam vibrasi molekul dalam suatu senyawa dan efek-efek eksternal yang sulit dikontrol seringkali prediksi teoretik tidak lagi sesuai. Pengetahuan dalam hal ini sebagian besar diperoleh secara empiris. 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 – 13.000 – 10 10 cm-1. Metode spektroskopi inframerah merupakan suatu metode yang meliputi teknik serapan (absorption), teknik emisi (emission), teknik fluoresensi (fluorescence). Komponen medan listrik yang banyak berperan dalam spektroskopi 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 ISI
Spektrofotometer Infrared dari namanya sudah bisa diketahui bahwa spektrofotometri ini berdasar pada penyerapan panjang gelombang infra merah. Cahaya infra merah terbagi menjadi infra merah dekat, pertengahan, dan jauh. Infra merah pada spektrofotometri adalah infra merah jauh dan pertengahan yang mempunyai panjang gelombang 2.5- 1000 μm. 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. Konsep radiasi infra merah diajukan pertama kali oleh Sir William Herschel (1800) melalui percobaannya mendispersikan radiasi matahari dengan prisma. Ternyata pada daerah sesudah sinar merah menunjukkan adanya kenaikan temperatur tertinggi yang berarti pada daerah panjang gelombang radiasi tersebut banyak kalori (energi tinggi). Daerah spektrum tersebut selanjutnya disebut infrared. Spektroskopi inframerah ditujukan untuk maksud penentuan gugus-gugus fungsi molekul pada analisa kualitatif, disamping untuk tujuan analisis kuantitatif. 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, 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: 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. Metode spektroskopi FTIR ( Fourier Transform Infrared ), yaitu metode spektroskopi inframerah modern yang dilengkapi dengan teknik transformasi Fourier untuk deteksi dan analisis hasil spektrumnya. Dalam hal ini metode spektroskopi yang digunakan adalah metode spektroskopi absorbsi, yaitu metode spektroskopi yang didasarkan atas perbedaan penyerapan radiasi inframerah oleh molekul suatu materi. Absorbsi inframerah oleh suatu materi dapat terjadi jika dipenuhi dua syarat, yakni kesesuaian antara frekuensi radiasi inframerah dengan frekuensi vibrasional molekul sampel dan perubahan momen dipol selama bervibrasi.
Adapun prinsip dari FTIR adalah sebagai berikut:
Penyerapan sinar IR oleh molekul/ikatanyang bervibrasi
Penyerapan sinar IR menyebabkan berubahnya frekuensi vibrasi
Sinar yang diserap karakteristik untuk setiap ikatan 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 elektromagnetik. Sebuah Spektrometer FT-IR adalah sebuah alat yang memperoleh broadband NIR untuk spektrum FIR. Tidak seperti instrumen dispersif, yaitu grating monokromator atau spektrograf, sebuah Spektrometer FT-IR mengumpulkan semua panjang gelombang secara bersamaan. FT-IR Spektrometer sering hanya disebut FT-IR. Namun untuk puritan, sebuah FT-IR (Fourier Transform InfraRed) adalah metode memperoleh spektrum inframerah dengan pertama-tama mengumpulkan sebuah interferogram dari sinyal sampel menggunakan interferometer, dan kemudian melakukan Transformasi Fourier (FT) pada interferogram untuk
mendapatkan
spektrum.
Sebuah
Spektrometer
FT-IR
mengumpulkan
dan
mendigitalkan interferogram tersebut, melakukan fungsi FT, dan menampilkan spektrum. FTIR sangat berguna untuk mengidentifikasi bahan kimia yang baik organik atau anorganik. Hal ini dapat dimanfaatkan menduga jumlah beberapa komponen dari suatu campuran yang tidak diketahui. Hal ini dapat diterapkan pada analisis padatan, cairan, dan gas. Istilah Fourier Transform Spektroskopi Inframerah (FTIR) mengacu pada perkembangan
yang lumayan baru dalam cara di mana data dikumpulkan dan dikonversi dari pola interferensi untuk spektrum. Instrumen FTIR Hari ini adalah komputerisasi yang membuat mereka lebih cepat dan lebih sensitif dibandingkan dengan instrumen dispersif tua. FTIR dapat digunakan untuk mengidentifikasi bahan kimia dari tumpahan, cat, polimer, coating, obat-obatan, dan kontaminan. FTIR mungkin merupakan alat yang paling ampuh untuk mengidentifikasi jenis ikatan kimia (kelompok fungsional). Panjang gelombang dari cahaya yang diserap adalah karakteristik dari ikatan kimia seperti dapat dilihat dalam spektrum beranotasi. Spektrofotometer inframerah konfensional dikenal sebagai alat dispersi. Dengan terhubung pada komputer dan mikroposesor sebagai alat dasarnya, hal ini telah tersebar luas dan dikenal dengan nama alat Fourier transform infrared (FTIR) spectrometer, yang mana mempengaruhi sejumlah keuntungan. Dibandingkan suatu kinerja pada monokromator, alat FTIR memakai suatu interferometer untuk mendeteksi peak yang mengandung pengganggu yang terdeteksi. 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).
Skema kerja dari FTIR.
Sistim optik Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red 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 Infra Red yang didasarkan atas bekerjanya interferometer disebut sebagai sistim optik Fourier Transform Infra Red. Pada sistim optik Fourier Transform Infra Red 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 Fourier Transform Infra Red adalah Tetra Glycerine Sulphate (disingkat TGS) atau Mercury Cadmium Telluride (disingkat MCT). 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 vibrasi yang diterima dari radiasi infra merah. Adapun perbedaan antara IR dan FTIR ialah terletak pada alat optiknya yaitu pada FTIR dilengkapi dengan Interferometer, secara umum skema dari pada FTIR ialah sebagai berikut:
Pada alat interferometer. Radiasi dari sumber IR konfensional dibedakan kedalam dua alur oleh suatu pemisah berkas cahaya , satu alur menuju posisi cermin yang ditentukan, dan yang lainnya menjauhi cermin. Ketika berkas cahaya dipantulkan, salah satu cahaya dipindahkan (keluar dari tahap) dari yang lainnya sejak ia menjadi lebih kecil ( ataupun lebih besar) tujuan jaraknya untuk menjauhi cermin, dan mereka dikombinasikan kembali untuk menghasilkan suatu rumus gangguan (semua panjang gelombang dalam berkas cahaya) sebelum melewati sampel. Sampel mendeteksi secara serentak semua panjang gelombang, dan menukar rumus gangguan dengan waktu seperti cermin yang terusmenerus diteliti pada percepatan linier.Hasil penyerapan radiasi oleh sampel merupakan suatu spectrum dalam daerah waktu, yang disebut suatu interferogram, yang menyerap intensitas sebagai fungsi dari lintasan optis yang membedakannya dengan kedua berkas cahaya tersebut
Interferogram adalah nama format sinyal diakuisisi oleh spektrometer FT-IR. Hal ini biasanya jauh lebih kompleks daripada mencari sinusoida tunggal, yang akan diharapkan jika hanya satu panjang gelombang cahaya hadir. Pada gambar menunjukkan jalan balok dari dua sumber panjang gelombang; Gambar 4 adalah interferogram dari sumber cahaya broadband. Lonjakan besar di tengah Gambar. 4 iadalah tanda tangan tanda dari suatu sumber broadband. Asal terletak pada fakta bahwa semua panjang gelombang berada dalam fase di ZPD. Oleh karena itu, kontribusi mereka semua di maksimum dan sinyal sangat kuat dihasilkan oleh detektor sistem. Sebagai perbedaan jalur optik, OPD, tumbuh, panjang gelombang yang berbeda menghasilkan pembacaan puncak pada posisi yang berbeda dan, untuk sinyal broadband, mereka tidak pernah lagi mencapai puncaknya pada waktu yang sama. Dengan demikian, seperti yang Anda menjauh dari centerburst, interferogram menjadi sebuah kompleks mencari sinyal berosilasi dengan menurunnya amplitudo. Suatu jenis interferogram yang mana tinggi bagian signal yang dihasilkan ketika kedua kaca diletakkan sama jauh dari pemisah berkas cahaya, ketika gangguan yang merusak diantara kedua cermin tersebut bernilai nol, dan disebut sebagai pusat masalah. Intensitas mulai menjauh secara cepat dari ini, menuju gangguan. Ini disesuaikan dengan menggunakan komputer, kedalam daerah frekuensi untuk mengetahui operasi matematika yang dikenal sebagai Fourier transformation (karenanya lebih dikenal dengan nama Fourier transform infrared spectrophotometer). Suatu hasil spektrum inframerah yang ditunnjukkan secara konvensional
METODE
Sampel tanah diambil dari lokasi taman bunga dan hutan di Lincoln, UK area. Peta lokasi direkam secara akurat untuk setiap lokasi. Pada setiap lokasi dilakukan transect penggunaan pita ukuran dan sampel dibawa ke kedalaman 10 cm sepanjang transect interval 50 cm. Lima sampel diambil dari setiap situs dan label a-e. Sampel dalam keadaan kering diikuti oleh penghapusan batu dan vegetasi oleh ATR. Perlakuan sampel dilakukan dengan sieving (2 mm), grinding dan akhirnya sieving lagi (125 m). Sampel diukur secara langsung pada aksesori Golden Gate dilemahkan Total-internal refleksi (ATR) yang bertempat di Perkin-Elmer dengan spektrum 100 Fourier Transform inframerah spektrometer (FTIR).
Setelah rekaman spektrum tanah telah dihapus dari ATR dan lensa dibersihkan dengan methanol, dilakukan pengaturan instrumen yang digunakan adalah 128 scan, resolusi 4 cm -1, berkisar 4000-400 cm-1. HASIL DAN PEMBAHASAN
Gambar. 1 Menunjukkan spektrum yang diperoleh untuk lokasi sampling yang berbeda di lokasi bedeng bunga yang sama. Spektrum dinormalisasi dengan skala baris terhadap total konstan. Dari pra-teknik pemrosesan yang tersedia ini normalisasi sederhana terpilih sebagai spektrum baku menunjukkan sedikit variasi di daerah dasar menunjukkan bahwa variasi terlihat dalam spektrum mereplikasi terutama disebabkan oleh variasi dalam jumlah bahan sampel pada lensa berlian ATR. Wilayah yang paling menarik dari spektrum adalah daerah sidik jari dan analisis multivariat sehingga dari data dilakukan pada daerah spektral 1800-400 cm-1. Hal ini juga mengakibatkan satu set data yang lebih kecil yang secara signifikan dipercepat waktu pemrosesan.
Gambar 1. Normalised spektrum untuk sampel yang diambil di lokasi sampling yang berbeda di lokasi taman bunga yang sama. PCA pemisahan spektra menunjukkan petak bunga dari ae lokasi di plot PC 1/2 skor (Gbr.2). Situs dan b yang sangat berkorelasi dengan nilai-nilai positif dari PC1 sedangkan situs d
berkorelasi dengan nilai negatif dari PC1 dan berkorelasi negatif dengan situs dan b. Situs dan c menunjukkan korelasi positif dengan nilai-nilai positif dari PC2 dan situs b dan e berkorelasi dengan nilai negatif dari PC2. PC beban plot (Gbr.3) menunjukkan bahwa nilainilai positif PC1 berhubungan dengan 400-550 daerah spektral, 900-1.050 cm -1 dan nilai-nilai negatif yang terkait dengan region 1150-1550 cm -1 yang meliputi puncak pada sekitar 1.430 cm-1. PC2 memiliki nilai-nilai positif yang berkaitan dengan, daerah 550-675, 800-850 cm -1 dan 1600-1750 cm -1 dan nilai-nilai negatif dengan wilayah 1.050-1.150 cm-1. Daerah ini menunjukkan perubahan spektroskopi yang tampaknya dikaitkan dengan lokasi pengambilan sampel yang berbeda dari berbagai situs. Hal ini menunjukkan bahwa dimungkinkan untuk membedakan antara tanah dari situs yang sama tetapi dari lokasi yang berbeda.
Fig.3. PC1/2 loadings plot with spectra from flowerbed sampling locations a-e. Untuk mengetahui variasi antara berbagai jenis situs, data dari situs bedeng bunga digabungkan dengan data yang sama ditetapkan dari situs hutan. Data dari hutan set juga menunjukkan bahwa model PC dapat digunakan untuk membedakan antara lokasi pengambilan sampel di lokasi yang sama menunjukkan pemisahan ulangan dari sampling lokasi ae dalam plot PC1 / 2 skor. PCA dari data gabungan memberikan pemisahan dua situs
di plot PC1 / 2 skor (gambar 4). Contoh individu yang digunakan adalah sampel spektrum lokasi rata-rata dan itu menunjukkan bahwa lokasi bedeng bunga menunjukkan pengelompokan yang baik. Lokasi hutan yang jauh lebih luas menyebar. Hal ini tampaknya sebagian besar disebabkan b situs yang paling dekat dengan contoh bedeng bunga pada PC1 dan juga individual didiskriminasikan dari contoh-contoh lainnya (bedeng bunga dan hutan) di sepanjang PC2. Plot beban untuk PC2 mengungkapkan nilai-nilai negatif PC2 berhubungan dengan daerah 700-800 cm dan 1.050-1.200-1. W1B memiliki absorbansi lebih tinggi dalam fitur spektral ditunjukkan dalam daerah. Hal ini perlu diteliti sebagai outlier potensial.
PCA_1_Axis_2 vs. PCA_1_Axis_1
FW1b FW1a
30
FW1e
25
FW1c
20 FW1d
15 10 5 W1b
0 -5 -10 -15 W1d
W1c
-20 -25 W1a
-30 -35 -40 -45 -50 -55 W1e
-60 -45
-40
-35
-30
-25
-20
-15 -10 PCA_1_Axis_2
-5
0
5
10
15
BAB III KESIMPULAN
Berdasarkan pengidentifikasian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa prosedur sederhana menggunakan ATR-FTIR tampaknya cukup sensitif untuk mendeteksi perbedaan spektral antara sampel yang diambil dari lokasi yang berhubungan dengan lokasi pengambilan sampel dalam situs. Hal ini ditunjukkan untuk dua lokasi yang berbeda. Analisis spektrum dari lokasi yang berbeda menunjukkan bahwa pemisahan yang lebih baik dicapai antara lokasi meskipun contoh yang digunakan disini menunjukkan bahwa perawatan harus diambil dengan outlier. Ini hanya merupakan satu set data yang kecil tapi menunjukkan bahwa dimungkinkan untuk membedakan antara jenis tanah untuk penyelidikan forensik. Pekerjaan lebih lanjut akan berkonsentrasi pada peningkatan jumlah situs sampel dan lokasi untuk menciptakan sebuah model representatif untuk jenis tanah yang ditemukan di wilayah Lincoln. Sebuah model klasifikasi akan dibuat dengan data ini.
DAFTAR PUSTAKA
Arherthon, T., dkk., 2010, The Forensic Analysis of Soil by FTIR with Multivariate Analysis, 1-5. Luntz, L., 1997, History of Forensic Dentistry, The Dental Clinics of North America, 2(3):6. Standish, S., M., 1997, The Scope of Forensic, The Dental Clinics of North America, 21(1):3.
