BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Spektrum gelombang elektromagnetik dan transisi elektron adalah perpindahan elektron dari orbit yang satu ke orbit yang lain dengan memancarkan gelombang elektromagnetik. Ketika berpindah dari orbit yang luar ke orbit yang dalam, elektron akan memancarkan energy sebesar E=hf, dengan f adalah frekuensi gelombang yang dipancarkan. Jika elektron berpindah dari orbit yang lebih dalam ke orbit yang lebih luar, elektron akan menyerap energy sebesar hf. Energi yang dibutuhkan untuk berlangsungnya proses transisi elektron dari kulit yang lebih dalam ke kulit kuli t yang lebih luar harus lebih le bih besar dari pada selisih s elisih tingkat energi dari lintasan asal dan lintasan l intasan tujuan. Proses ini disebut sebagai proses eksitasi. Proses transisi elektron tidak hanya terjadi pada lintasan-lintasan yang berurutan, mungkin saja terjadi transisi dari lintasan M ke lintasan K. Energi yang dipancarkan oleh transisi elektron dari lintasan M ke lintasan K lebih besar daripada transisi darilintasan L ke lintasan K. Tingkat energi lintasan dari setiap atom tidak sama.
1.2 Tujuan Tujuan dari pembuatan makalah ini adalah untuk menambah pengetahuan mahasiswa dan juga khalayak tentang elektron dari transisi, vibrasi dan rotasinya.
1
BAB II ISI
2.1
Tingkat Energi Rotasi
Keadaan energi molekular timbul dari rotasi seluruh molekul, dari getaran atom, dan dari perubahan konfigurasi elektronik: 1.
Keadaan rotasi terjadi pada interval energi cukup kecil yaitu 10
-3
eV. Ini sesuai dengan
spektrum gelombang mikro (10 -4 -10 -2 m). 2.
Keadaan vibrasi ditimbulkan oleh energi dari urutan 10
-1
eV. Gerak Transisi sesuai dengan
daerah inframerah (10 -6 -10 -4 m). 3.
Keadaan Elektronik molekul memiliki energi dari urutan beberapa eV ini. Transisi berada di
kisaran ultravioet visibel. Energi rotasi :
mengingat,
dimana I adalah momen inersia:
, Di mana
adalah massa berkurang dan
adalah jarak
antar inti. Mengingat fakta bahwa momentum sudut orbital dikuantisasi, energi karena itu
dengan
. Frekuensi transisi diberikan
dan pilihan untuk transisi antara keadaan-keadaan rotasi diberikan oleh Tingkat Tingkat Energi Rotasional
Molekul
dwiatomik
berotasi
terhadap
poros
yang
melalui
pusat
massanya
2
Energi dari rotasi molekul seluruhnya berupa energi kinetic. Misalkan m1 dan m2 adalah massa masing masing atom yang bergerak dengan kelajuan v1 dan v2. Masing masing kecepatan linier tersebut ialah
dengan r1 ialah jarak dari atom m1 ke sumbu rotasi dan r2 adalah jarak adari atom m2 ke sumbu rotasi. Momentum angular rotasi terhadap porosnya ialah
Dengan I adalah momen inersia Energi rotasinya adalah
angular. Momentum angular ini merupakan variabel dinamis yaitu harganya terkuantisasi bergantung pada bilangan kuantum orbital Bila sumbu rotasinya melalui pusat massa molekul maka
Dan panjang ikatan (bond length) dapat dinyatakan dengan
Maka,
Momen inersia terhadap pusat massa menjadi 3
Dengan M adalah massa reduksi
Dengan demikian energi rotasional molekul diatomik menjadi 2
Tingkat energi rotasional ialah pada l =0, E= 0 Tingkat energi eksitasi rotasi pertama pada
Tingkat energi eksitasi rotasi kedua pada
Apabila terjadi transisi dari tingkat energi rotasional tinggi ke tingkat energi rotasional dibawahnya maka molekul akan memancarkan energi sebesar
Sebaliknya apabila molekul menyerap foton dari luar maka molekul akan tereksitasi dari keadaan energi awal ke keadaan energi rotasi diatasnya. 2.2
Transisi Rotasi
Transisi rotasi adalah perubahan mendadak dalam momentum sudut dalam fisika kuantum. Seperti semua sifat-sifat lainnya dari partikel kuantum, momentum sudut terkuantisasi, yang berarti dapat hanya nilai diskrit yang sama tertentu, yang sesuai dengan berbagai keadaan energi rotasi. Ketika partikel kehilangan momentum sudut, dikatakan telah dialihkan ke keadaan energi rotasi yang lebih rendah. Demikian juga, ketika sebuah partikel keuntungan momentum sudut, transisi rotasi positif dikatakan telah terjadi. Transisi rotasi penting dalam fisika karena garis spektrum yang unik yang dihasilkan. Karena ada keuntungan bersih atau kehilangan energi selama transisi, radiasi elektromagnetik dari frekuensi tertentu harus diserap atau dipancarkan. Ini membentuk garis spektrum pada frekuensi yang dapat dideteksi dengan spektrometer, seperti dalam spektroskopi rotasi atau spektroskopi Raman. 4
2.3
Spektrum Rotasi Raman
Spektroskopi Raman (/ r ɑːmən /; dinamai Sir CV Raman). Adalah teknik spektroskopi digunakan untuk mengamati mode frekuensi rendah getaran, rotasi, dan lainnya dalam suatu sistem [1] Hal ini bergantung pada hamburan inelastis, atau hamburan Raman, cahaya monokromatik , biasanya dari laser di kisaran ultraviolet terlihat, dekat inframerah, atau dekat. Lampu laser berinteraksi dengan getaran molekul, fonon atau Eksitasi lain dalam sistem, sehingga energi dari foton laser yang sedang bergeser ke atas atau bawah. Pergeseran energi memberikan informasi tentang mode getaran dalam hasil spektroskopi system.Infrared serupa, tetapi saling melengkapi, informasi. Spektroskopi Raman umumnya digunakan dalam kimia untuk memberikan sidik jari dimana molekul dapat diidentifikasi. Biasanya, sampel diterangi dengan sinar laser. Radiasi elektromagnetik dari titik diterangi dikumpulkan dengan lensa dan dikirim melalui monokromator. Radiasi tersebar elastis pada panjang gelombang yang sesuai dengan garis laser (Rayleigh hamburan) disaring, sedangkan sisanya dari cahaya yang dikumpulkan tersebar ke detektor dengan baik filter takik atau band pass filter. Hamburan Raman spontan biasanya sangat lemah, dan sebagai hasilnya kesulitan utama spektroskopi Raman memisahkan cahaya inelastic tersebar lemah dari sinar laser intens Rayleigh tersebar. Secara historis, Ramanspectrometers digunakan kisi-kisi hologram dan beberapa tahapan dispersi untuk mencapai tingkat tinggi laser penolakan. Di masa lalu, photomultipliers adalah detektor pilihan untuk dispersif setup Raman, yang mengakibatkan waktu akuisisi yang lama. Namun, instrumentasi modern yang hampir secara universal mempekerjakan kedudukan atau tepi filter untuk penolakan laser dan spektrograf baik transmissive aksial (AT), Czerny-Turner (CT) monokromator, atau FT (Fourier transform spektroskopi berbasis), dan detektor CCD. Ada beberapa jenis maju spektroskopi Raman, termasuk permukaan ditingkatkan Raman, resonansi Raman, ujung-ditingkatkan Raman, terpolarisasi Raman, dirangsang Raman (analog dengan emisi terstimulasi), transmisi Raman, spasial diimbangi Raman, dan hiper Raman. Landasan Teori
Efek Raman terjadi ketika radiasi elektromagnetik impinges pada molekul dan berinteraksi dengan kerapatan elektron terpolarisasi dan ikatan molekul dalam fase (padat, cair atau gas) dan lingkungan di mana molekul menemukan dirinya. Untuk efek Raman spontan, yang merupakan bentuk hamburan cahaya inelastis, foton (radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang tertentu) menggairahkan (berinteraksi dengan) molekul baik tanah negara rovibronic atau negara rovibronic bersemangat. Hal ini menyebabkan molekul berada dalam keadaan energi maya yang disebut untuk waktu singkat sebelum hasil foton inelastic tersebar. Menghasilkan foton inelastic tersebar yang "dipancarkan" / "tersebar" bisa menjadi salah satu dari yang lebih tinggi (anti-Stokes) atau lebih rendah (Stokes) energi daripada foton yang masuk. Dalam hamburan Raman negara rovibronic dihasilkan dari molekul adalah negara rotasi atau getaran yang berbeda dari yang di mana molekul 5
awalnya, sebelum berinteraksi dengan foton yang masuk (radiasi elektromagnetik). Perbedaan energi antara negara rovibronic asli dan negara rovibronic dihasilkan ini menyebabkan pergeseran frekuensi foton yang dipancarkan jauh dari panjang gelombang eksitasi, yang disebut garis Rayleigh. Efek Raman adalah karena hamburan inelastik dan tidak harus bingung dengan emisi (fluoresensi atau fosfor) di mana molekul dalam keadaan elektronik tereksitasi memancarkan foton energi dan kembali ke keadaan elektronik dasar, dalam banyak kasus ke keadaan vibrationally gembira di tanah negara elektronik permukaan energi potensial. Jika keadaan getaran akhir molekul yang lebih energik daripada keadaan awal, foton inelastic tersebar akan bergeser ke frekuensi yang lebih rendah untuk energi total sistem untuk tetap seimbang. Pergeseran dalam frekuensi yang ditunjuk sebagai pergeseran Stokes. Jika keadaan getaran akhir kurang energik dibandingkan dengan keadaan awal, maka foton inelastic tersebar akan bergeser ke frekuensi yang lebih tinggi, dan ini ditunjuk sebagai pergeseran anti-Stokes. Raman hamburan adalah contoh dari hamburan inelastis karena energi dan momentum transfer antar foton dan molekul selama interaksi. Rayleigh hamburan adalah contoh dari hamburan elastis, energi hamburan Rayleigh yang tersebar adalah frekuensi yang sama (panjang gelombang) sebagai radiasi elektromagnetik yang masuk. Perubahan pada listrik dipol-listrik polarisabilitas molekul sehubungan dengan getaran berkoordinasi sesuai dengan keadaan rovibronic diperlukan untuk molekul untuk menunjukkan efek Raman. Intensitas hamburan Raman sebanding dengan dipol-dipol listrik perubahan polarisabilitas listrik. Spektrum Raman (Raman hamburan intensitas sebagai fungsi dari Stokes dan pergeseran antiStokes frekuensi) tergantung pada rovibronic (tingkat energi rotasi dan vibrasi dari keadaan elektronik dasar) menyatakan sampel. Ketergantungan ini pada dipol-dipol listrik listrik polarisabilitas turunan berbeda dari spektroskopi inframerah di mana interaksi antara molekul dan cahaya ditentukan oleh momen dipol listrik derivatif, yang disebut tensor kutub atom (APT); Fitur kontras ini memungkinkan seseorang untuk menganalisis transisi yang mungkin tidak IR aktif melalui spektroskopi Raman, sebagaimana dicontohkan oleh aturan saling pengecualian dala m molekul centrosymmetric. Band yang memiliki intensitas Raman besar dalam banyak kasus memiliki intensitas inframerah yang lemah dan sebaliknya. Untuk molekul yang sangat simetris, getaran tertentu mungkin baik inframerah dan Raman aktif (dalam pendekatan harmonik). Dalam contoh-contoh, seseorang dapat menggunakan techniquie inelastis hamburan neutron inkoheren untuk menentukan frekuensi getaran. Aturan seleksi untuk hamburan neutron koheren inelastis (IINS) berbeda dengan kedua hamburan inframerah dan Raman. Oleh karena itu tiga jenis spektroskopi vibrasi saling melengkapi, semua memberikan dalam teori frekuensi yang sama untuk Perpindahan getaran yang diberikan, namun intensitas relatif memberikan informasi yang berbeda karena jenis interaksi antara molekul dan radiasi elektromagnetik untuk spektroskopi inframerah dan Raman dan dengan balok neutron untuk IINS. 6
Sejarah
Meskipun hamburan inelastis cahaya diperkirakan oleh Adolf Smekal pada tahun 1923, [2] itu tidak sampai 1928 bahwa diamati dalam praktek. Efek Raman bernama setelah salah satu penemunya, ilmuwan India Sir CV Raman yang mengamati efek dengan cara sinar matahari (1928, bersama dengan KS Krishnan dan mandiri oleh Grigory Landsberg andLeonid Mandelstam) [1] Raman memenangkan Hadiah Nobel dalam. fisika pada tahun 1930 untuk penemuan ini dilakukan dengan menggunakan sinar matahari, band fotografi penyaring sempit untuk membuat cahaya monokromatik, dan "filter menyeberang" untuk memblokir cahaya monokromatik ini. Ia menemukan bahwa sejumlah kecil cahaya telah berubah frekuensi dan melewati "menyeberang" filter. Teori perintis sistematis efek Raman dikembangkan oleh fisikawan Cekoslowakia George Placzek antara tahun 1930 dan 1934. [3] merkuri busur menjadi sumber cahaya utama, pertama dengan deteksi fotografi dan kemudian dengan deteksi spektrofotometri. Dalam tahun-tahun berikutnya penemuannya, Raman spektroskopi digunakan untuk menyediakan katalog pertama frekuensi getaran molekul. Awalnya, langkah-langkah heroik yang diperlukan untuk mendapatkan spektrum Raman karena sensitivitas rendah dari teknik ini. Biasanya, sampel diadakan di tabung panjang dan diterangi sepanjang panjangnya dengan seberkas cahaya filteredmonochromatic yang dihasilkan oleh lampu pelepasan gas. Foton yang tersebar oleh sampel dikumpulkan melalui datar optik di ujung tabung. Untuk memaksimalkan sensitivitas, sampel sangat terkonsentrasi (1 M atau lebih) dan volume relatif besar (5 mL atau lebih) yang digunakan. Akibatnya, penggunaan spektroskopi Raman menyusut ketika spektrofotometer IR komersial menjadi tersedia di tahun 1940-an. Namun, munculnya laser pada tahun 1960 mengakibatkan disederhanakan instrumen spektroskopi Raman dan juga meningkatkan sensitivitas teknik. Ini telah menghidupkan kembali penggunaan spektroskopi Raman sebagai teknik analisis yang umum. Raman pergeseran
Pergeseran Raman biasanya dilaporkan dalam wavenumbers, yang memiliki unit panjang terbalik, karena nilai ini secara langsung berhubungan dengan energi. Dalam rangka untuk mengkonversi antara spektral panjang gelombang dan bilangan gelombang dari pergeseran spektrum Raman, rumus berikut dapat digunakan:
di mana pergeseran Raman dinyatakan dalam bilangan gelombang, λ0 adalah panjang gelombang eksitasi, dan λ1 adalah spektrum panjang gelombang Raman. Paling umum, unit dipilih untuk mengekspresikan bilangan gelombang dalam spektrum Raman sentimeter terbalik (cm-1). Karena 7
panjang gelombang sering dinyatakan dalam satuan nanometer (nm), rumus di atas dapat skala untuk unit konversi ini secara eksplisit, memberikan
Aplikasi
Spektroskopi Raman umumnya digunakan dalam kimia, karena informasi vibrasi khusus untuk ikatan kimia dan simetri molekul. Oleh karena itu, ia menyediakan sidik jari dimana molekul dapat diidentifikasi. Misalnya, frekuensi getaran dari SiO, Si2O2, dan Si3O3 diidentifikasi dan ditetapkan berdasarkan koordinat analisis yang normal dengan menggunakan spektrum inframerah dan Raman. [4] Wilayah sidik jari molekul organik dalam (bilangan gelombang) berkisar 500-2000 cm -1. Cara lain bahwa teknik yang digunakan adalah untuk mempelajari perubahan ikatan kimia, seperti ketika substrat ditambahkan ke enzim. Analisis gas Raman memiliki banyak aplikasi praktis. Misalnya, mereka digunakan dalam pengobatan untuk real-time monitoring dari campuran gas anestesi dan pernapasan selama operasi. Dalam kimia solid state dan industri bio-farmasi, spektroskopi Raman dapat digunakan untuk tidak hanya mengidentifikasi (ID) bahan aktif farmasi (API), tetapi dalam kasus beberapa bentuk polimorfik, juga dapat digunakan untuk mengidentifikasi bentuk polimorfik API. Misalnya ada 4 bentuk polimorfik yang berbeda dari API (aztreonam) di Cayston, obat dipasarkan oleh Gilead Sciences untuk cystic fibrosis [rujukan?]. Kedua spektroskopi inframerah dan Raman dapat digunakan untuk mengidentifikasi dan mengkarakterisasi API yang digunakan dalam perumusan Cayston. Dalam formulasi bio-farmasi, seseorang harus menggunakan tidak hanya molekul yang benar, namun bentuk polimorfik benar, sebagai bentuk polimorfik yang berbeda memiliki sifat fisik yang berbeda, misalnya, kelarutan, titik leleh, dan Raman / spektrum inframerah. Dalam fisika solid-state, spektroskopi Raman spontan digunakan untuk, antara lain, mengkarakterisasi bahan, mengukur suhu, dan menemukan orientasi kristalografi sampel. Seperti molekul tunggal, bahan padat yang diberikan memiliki mode phonon karakteristik yang dapat membantu suatu percobaan mengidentifikasi itu. Selain itu, spektroskopi Raman dapat digunakan untuk mengamati Eksitasi frekuensi rendah lainnya yang padat, seperti plasmon, magnons, dan kesenjangan superkonduktor Eksitasi. Sinyal Raman spontan memberikan informasi tentang populasi mode phonon diberikan dalam rasio antara Stokes (downshifted) intensitas dan anti-Stokes (upshifted) intensitas. Raman hamburan oleh kristal anisotropik memberikan informasi tentang orientasi kristal. Polarisasi dari Raman tersebar cahaya sehubungan dengan kristal dan polarisasi sinar laser dapat digunakan 8
untuk menemukan orientasi kristal, jika struktur kristal (untuk lebih spesifik, kelompok titik) diketahui. Spektroskopi Raman adalah dasar untuk Suhu Distributed Sensing (DTS) di sepanjang serat optik, yang menggunakan backscatter Raman-bergeser dari pulsa laser untuk menentukan suhu di sepanjang serat optik. Serat aktif Raman, seperti aramid dan karbon, memiliki mode getaran yang menunjukkan pergeseran frekuensi Raman stres diterapkan. Serat polypropylene juga menunjukkan pergeseran yang sama. Modus radial pernapasan adalah teknik yang umum digunakan untuk mengevaluasi diameter nanotube karbon. Dalam nanoteknologi, mikroskop Raman dapat digunakan untuk menganalisis kawat nano untuk lebih memahami komposisi struktur. Raman spektroskopi spasial offset (sors), yang kurang sensitif terhadap permukaan lapisan dari Raman konvensional, dapat digunakan untuk menemukan obat palsu tanpa membuka kemasannya, dan untuk pemantauan non-invasif jaringan biologis. [5] spektroskopi Raman dapat digunakan untuk menyelidiki komposisi kimia dari dokumen sejarah seperti thebook Kells dan berkontribusi terhadap pengetahuan tentang kondisi sosial dan ekonomi pada saat dokumen-dokumen yang dihasilkan. [6] Hal ini sangat membantu karena spektroskopi Raman menawarkan cara non-invasif untuk menentukan yang terbaik tentu pelestarian atau perawatan konservasi bahan tersebut. Beberapa proyek penelitian menunjukkan penggunaan spektroskopi Raman sebagai sarana untuk mendeteksi bahan peledak dengan menggunakan sinar laser dari jarak aman (Portendo, 2008, [7] TU Vienna, 2012 [8]). Spektroskopi Raman juga telah digunakan untuk mengkonfirmasi prediksi adanya fonon frekuensi rendah [9] protein dan DNA (lihat, misalnya, [10] [11] [12] [13]) sangat merangsang studi frekuensi rendah gerak kolektif dalam protein dan DNA dan fungsi biologis mereka. [14] [15] Raman molekul reporter dengan gugus olefin atau alkuna sedang dikembangkan untuk memungkinkan untuk pencitraan jaringan dengan antibodi SERS-label. [ 16] microspectroscopy Spektroskopi Raman menawarkan beberapa keuntungan untuk analisis mikroskopis. Karena teknik hamburan, spesimen tidak perlu diperbaiki atau dipotong. Spektrum Raman dapat dikumpulkan dari volume yang sangat kecil (<1 m dengan diameter); spektrum ini memungkinkan identifikasi spesies yang ada dalam volume tersebut. Air umumnya tidak mengganggu Raman spektral analisis. Dengan demikian, spektroskopi Raman cocok untuk pemeriksaan mikroskopis mineral, bahan seperti polimer dan keramik, sel, protein dan jejak bukti forensik. Sebuah mikroskop Raman dimulai dengan mikroskop optik standar, dan menambahkan laser eksitasi, monokromator, dan detektor sensitif (seperti charge-coupled device (CCD), atau tabung photomultiplier (PMT)). FT-Raman juga telah
9
digunakan dengan mikroskop. Mikroskop ultraviolet dan UV ditingkatkan optik harus digunakan ketika sumber laser UV digunakan untuk Raman microspectroscopy. Dalam pencitraan langsung, seluruh bidang pandang diperiksa untuk hamburan pada rentang kecil wavenumbers (Raman bergeser). Misalnya, karakteristik bilangan gelombang untuk kolesterol dapat digunakan untuk merekam distribusi kolesterol dalam kultur sel. Pendekatan lain adalah pencitraan itt atau pencitraan kimia, di mana ribuan spektrum Raman diperoleh dari seluruh bidang pandang. Data kemudian dapat digunakan untuk menghasilkan gambar yang menunjukkan lokasi dan jumlah komponen yang berbeda. Mengambil contoh kultur sel, gambar hyperspectral bisa menunjukkan distribusi kolesterol, serta protein, asam nukleat, dan asam lemak. Signal dan gambar-teknik pengolahan yang canggih dapat digunakan untuk mengabaikan keberadaan air, media kultur, buffer, dan gangguan lainnya. Raman mikroskop, dan mikroskop confocal tertentu, memiliki resolusi spasial yang sangat tinggi. Misalnya, resolusi lateral dan mendalam adalah 250 nm dan 1,7 m, masing-masing, menggunakan Raman microspectrometer confocal dengan garis 632,8 nm dari laser helium-neon dengan lubang jarum dari 100 m diameter. Karena lensa objektif mikroskop fokus sinar laser ke beberapa mikrometer diameter, foton fluks yang dihasilkan jauh lebih tinggi dari yang dicapai dalam pembuatan Raman konvensional. Ini memiliki manfaat tambahan enhancedfluorescence pendinginan. Namun, fluks foton yang tinggi juga dapat menyebabkan degradasi sampel, dan untuk alasan ini beberapa setup memerlukan substrat termal melakukan (yang bertindak sebagai heat sink) untuk mengurangi proses ini. Alat lain yang menjadi lebih populer adalah pencitraan Raman global. [17] Teknik ini digunakan untuk karakterisasi perangkat skala besar, pemetaan senyawa yang berbeda dan dinamika studi. Hal ini sudah digunakan untuk karakterisasi lapisan graphene, [18] pewarna dalam nanotube karbon [19] dan beberapa bahan 2D lain seperti MoS2 dan WSe2 J-agregat. Karena sinar eksitasi tersebar di seluruh bidang pandang, pengukuran tersebut dapat dilakukan tanpa merusak sampel. Dengan menggunakan Raman microspectroscopy, in vivo waktu dan ruang-diselesaikan spektrum Raman daerah mikroskopis sampel dapat diukur. Akibatnya, fluoresensi air, media, dan buffer dapat dihapus. Akibatnya in vivo waktu dan ruang-diselesaikan Raman spektroskopi cocok untuk memeriksa protein, sel dan organ. Raman mikroskop untuk spesimen biologi dan medis umumnya menggunakan inframerahdekat (NIR) laser (785 nm dioda dan 1064 nm Nd: YAG yang sangat umum). Hal ini akan mengurangi resiko merusak spesimen dengan menerapkan panjang gelombang energi yang lebih tinggi. Namun, intensitas NIR Raman rendah (karena ketergantungan ω4 Raman intensitas hamburan), dan sebagian besar detektor membutuhkan waktu koleksi yang sangat panjang. Baru-baru ini, detektor lebih sensitif telah tersedia, sehingga teknik lebih cocok untuk penggunaan umum. Raman mikroskop spesimen 10
anorganik, seperti batu dan keramik dan polimer, dapat menggunakan lebih luas panjang gelombang eksitasi. [20] Analisis Kepolaran
Polarisasi dari Raman tersebar cahaya juga mengandung informasi yang berguna. Properti ini dapat diukur dengan menggunakan (pesawat) eksitasi laser terpolarisasi dan analisa polarisasi. Spectra diperoleh dengan set analyzer di kedua tegak lurus dan sejajar dengan bidang eksitasi dapat digunakan untuk menghitung rasio depolarisasi. Studi teknik ini berguna dalam mengajar hubungan antara teori grup, simetri, aktivitas Raman, dan puncak di spektrum Raman yang sesuai. Spektral Informasi yang timbul dari analisis ini memberikan wawasan orientasi molekul dan simetri getaran. Pada intinya, itu memungkinkan pengguna untuk mendapatkan informasi berharga yang berkaitan dengan bentuk molekul, misalnya dalam kimia sintetik atau analisis polimorf. Hal ini sering digunakan untuk memahami orientasi makromolekul dalam kisi kristal, kristal cair atau sampel polimer. [21] Hal ini mudah dalam spektroskopi Raman terpolarisasi untuk menggambarkan propagasi dan polarisasi arah menggunakan notasi Porto, [22] dijelaskan oleh dan dinamai fisikawan Brasil Sergio Pereira da Silva Porto. Variasi
Beberapa variasi dari spektroskopi Raman telah dikembangkan. Tujuan umum adalah untuk meningkatkan sensitivitas (misalnya, permukaan-ditingkatkan Raman), untuk meningkatkan resolusi spasial (Raman mikroskop), atau untuk memperoleh informasi yang sangat spesifik (resonansi Raman). Spektroskopi Raman-permukaan ditingkatkan (SERS) - Biasanya dilakukan dalam perak atau emas koloid atau substrat yang mengandung perak atau emas. Plasmon permukaan perak dan emas sangat antusias dengan laser, sehingga peningkatan medan listrik di sekitar logam. Mengingat bahwa Raman intensitas sebanding dengan medan listrik, ada peningkatan besar dalam sinyal diukur (hingga 1011). Efek ini awalnya diamati oleh Martin Fleischmann tapi penjelasan yang berlaku diusulkan oleh Van Duyne pada tahun 1977. [23] Sebuah teori komprehensif efek diberikan oleh Lombardi dan Birke. [24] Spektroskopi resonansi Raman - The eksitasi panjang gelombang yang cocok untuk transisi elektronik dari molekul atau kristal, sehingga mode getaran yang terkait dengan keadaan elektronik tereksitasi yang sangat ditingkatkan. Hal ini berguna untuk mempelajari molekul besar seperti polipeptida, yang mungkin menunjukkan ratusan band di "konvensional" spektrum Raman. Hal ini juga berguna untuk menghubungkan mode normal dengan pergeseran frekuensi diamati mereka. [25] Permukaan ditingkatkan resonansi Raman spektroskopi (SERRS) - Kombinasi SERS dan resonansi spektroskopi Raman yang menggunakan kedekatan ke permukaan untuk meningkatkan 11
intensitas Raman, dan panjang gelombang eksitasi disesuaikan dengan absorbansi maksimum molekul yang dianalisis. Raman spektroskopi sudut-diselesaikan - Tidak hanya hasil Raman standar dicatat tetapi juga sudut sehubungan dengan laser insiden. Jika orientasi sampel diketahui informasi maka detail mengenai hubungan dispersi phonon juga bisa dipetik dari tes tunggal. [26] Hyper Raman - Sebuah efek non-linear di mana mode getaran berinteraksi dengan harmonik kedua balok eksitasi. Ini membutuhkan daya yang sangat tinggi, tetapi memungkinkan pengamatan mode getaran yang biasanya "diam". Sering bergantung pada SERS-jenis perangkat tambahan untuk meningkatkan sensitivitas. [27] Spektroskopi Raman spontan (SRS) - Digunakan untuk mempelajari ketergantungan suhu spektrum Raman molekul. Pinset optik Raman spektroskopi (OTRS) - Digunakan untuk mempelajari partikel individu, dan bahkan proses biokimia dalam sel tunggal terjebak oleh pinset optik. Spektroskopi Raman Merangsang - A spasial bertepatan, dua pulsa warna (dengan polarisasi baik paralel atau tegak lurus) memindahkan penduduk dari tanah untuk arovibrationally keadaan tereksitasi, jika perbedaan energi sesuai dengan sebuah Raman transisi diperbolehkan, dan jika frekuensi tidak sesuai dengan resonansi elektronik . Dua foton UV ionisasi, diterapkan setelah pemindahan penduduk tapi sebelum relaksasi, memungkinkan Raman spektrum intra-molekul atau antar-molekul gas atau cluster molekul (memang, konformasi tertentu cluster molekul) yang dikumpulkan. Ini adalah dinamika molekul berguna teknik. Spektroskopi Raman spasial offset (sors) - The Raman hamburan bawah permukaan menutupi diambil dari pengurangan skala dari dua spektrum diambil di dua spasial mengimbangi poin Anti-Stokes Raman spektroskopi koheren (CARS) - Dua sinar laser yang digunakan untuk menghasilkan anti-Stokes balok frekuensi koheren, yang dapat ditingkatkan dengan resonansi. Kegiatan Raman optik (ROA) - aktivitas optik Tindakan getaran melalui perbedaan kecil dalam intensitas hamburan Raman dari molekul kiral dalam cahaya insiden terpolarisasi kanan dan kirisirkuler atau, sama, komponen polarisasi sirkuler kecil di cahaya yang tersebar. [28] Transmisi Raman - Memungkinkan menyelidik dari sebagian besar bahan keruh, seperti serbuk, kapsul, jaringan hidup, dll diabaikan menyusul penyelidikan pada akhir tahun 1960 (Schrader dan Bergmann, 1967) [29], tetapi ditemukan kembali pada tahun 2006 sebagai sarana uji cepat bentuk sediaan farmasi. [30] Ada juga aplikasi diagnostik medis. [31] Spektroskopi Raman terbalik. Tip-ditingkatkan Raman spektroskopi (Ters) - Menggunakan logam (biasanya perak / AFMgold dilapisi atau STM) tip untuk meningkatkan sinyal Raman molekul yang terletak di sekitarnya. Resolusi spasial adalah sekitar ukuran ujung apeks (20-30 nm). Ters telah terbukti memiliki 12
sensitivitas sampai ke tingkat molekul tunggal dan memegang beberapa janji untuk aplikasi bioanalysis. [32] Permukaan plasmon polariton ditingkatkan hamburan Raman (SPPERS) - Pendekatan ini memanfaatkan apertureless kiat logam berbentuk kerucut untuk dekat eksitasi bidang molekul. Teknik ini berbeda dengan pendekatan Ters karena kemampuan yang terkandung di dalamnya menekan bidang latar belakang. Bahkan, ketika sumber laser yang tepat impinges pada dasar kerucut, mode TM0 [33] (mode polaritonic) dapat dibuat secara lokal, yaitu jauh dari tempat eksitasi (puncak ujung). Mode dapat merambat di sepanjang ujung tanpa menghasilkan medan radiasi hingga ujung apeks mana ia berinteraksi dengan molekul. Dengan cara ini, bidang fokus dipisahkan dari pesawat eksitasi dengan jarak tertentu dengan panjang ujung, dan tidak ada latar belakang memainkan peran apapun dalam Raman eksitasi molekul.
2.4
Spektra vibrasi raman dari molekul diatomik
Aturan seleksi,ungkapan tentang momen dipol transisi digunakan untuk menurunkan aturan seleksi pada transisi elektronik . Jika momen dipol suatu trasnsisi nol, maka kuantum osilator transisi itu juga nol, dan pitanya mempunyai intensitas nol.
Struktur Vibrasi
Azas Franck-Condon berbunyi: transisi elektronik berlangsung lebih cepat daripada yang ditanggapi oleh inti, karena inti itu jauh lebih besar daripada elektron.
Menurut azas Franck-Condon, transisi paling kuat adalah dari keadaan vibrasi dasar ke keadaan vibrasi yang terletak vertikal di atasnya. Transisi ke keadaan vibrasi lain juga terjadi, tetapi dengan intensitas lebih rendah.
13
Dalam versi mekanika kuantum azas Franck-Condon, molekul mengalami transisi ke keadaan vibrasi atas, keadaan ini sangat menyerupai fungsi gelombang vibrasi keadaan vibrasi dasar ke keadaan elektronik bawah. Kedua gelombang fungsi gelombang yang terlihat, mempunyai integral tumpang tindih terbesar semua keadaan vibrasi ke ke adaan elektronik atas. Faktor Franck-Condon bentuk kualitatif azas Franck-Condon diturunkan dari ungkapan untuk momen dipol transisi. Fungsi gelombang keadaan awal dan akhir merupakan hasil kali fungsi gelombang elektronik dan vibrasi yang bersangkutan.
Dengan berkonsentrasi pada faktor kedua
Dimana
2.5
Spektra Vibrasi Raman dari Molekul Poliatomik
Gerak vibrasi molekul terkuantisasi dan jarak tingkat energi yang dihasilkan menimbulkan transisi di bagian tengah-IR dari spektrum elektromagnetik (4000 untuk ca. 400 cm 1). Seperti yang Anda ketahui dari studi osilator harmonik diatomik, energi (atau posisi bilangan gelombang, cm 1) transisi ini terkait dengan kekuatan ikatan (memaksa konstan), panjang ikatan, dan massa atom (penurunan massa). Dalam spektrum poliatomik, posisi dan intensitas relatif mode getaran tergantung pada simetri (yaitu bentuk atau struktur) molekul, serta kekuatan dan massa obligasi. Untuk alasan ini, spektrum getaran (IR dan Raman) dapat memberikan informasi struktur rinci. Informasi struktural ini
14
adalah tujuan lab ini, dan itu diperoleh dengan analisis ini, atau interpretasi, dari spektrum inframerah dan Raman. Dalam percobaan ini, Anda akan mendapatkan spektrum inframerah dan Raman molekul poliatomik, memprediksi aturan seleksi, menetapkan mode getaran, dan kemudian membandingkannya dengan posisi mode getaran dan intensitas diprediksi bahwa molekul menggunakan HyperChem®. Menggunakan teori grup, kami akan memprediksi aturan seleksi spektral, yaitu memprediksi spektrum untuk model struktural tertentu. Penugasan mode getaran dalam spektrum yang melibatkan berkaitan spektrum eksperimental dan spektrum diprediksi sehingga masing-masing band getaran yang diamati diidentifikasi sebagai asal teoretis. Serangkaian aturan empiris disediakan di bawah ini untuk membantu dalam tugas ini. Juga, grafik mendefinisikan posisi terkenal frekuensi kelompok akan tersedia. (Grafik ini merangkum pengetahuan yang luas diperoleh dari luas, eksperimental spektral basis data yang telah dikumpulkan, secara harfiah, selama 65 tahun terakhir.) Akhirnya, hasil perhitungan HyperChem® akan dibandingkan dengan di atas. Karena posisi mode normal ini dihitung akan frekuensi harmonik, mereka harus dikalikan dengan sebuah konstanta untuk menghubungkannya dengan empiris, posisi pita anharmonic. Konstan ini tergantung pada basis set orbital yang Anda gunakan. Untuk molekul poliatomik non-linear yang mengandung atom n, akan ada 3n-6 derajat getaran kebebasan (3n-5 untuk molekul linier) [1]. Jumlah ini merupakan jumlah maksimum mode getaran untuk molekul. Namun, seringkali jumlah diamati lebih kecil karena degeneracies dan aturan seleksi. Karena simetri (yaitu struktur), beberapa transisi mungkin merosot, dan beberapa transisi dapat dilarang dan tidak diamati; lain akan diizinkan dan diamati. Diizinkan atau dilarang transisi juga disebut mode getaran aktif atau tidak aktif, masing-masing. Transisi vibrasi juga dapat diamati menggunakan IR atau Raman spektroskopi. Untuk penyerapan IR diizinkan antara dua tingkat getaran, perubahan momen dipol (μ) harus terjadi sebagai atom bergerak, dan Δυ harus sama + 1. Agar Raman aktif (yaitu diperbolehkan), harus ada perubahan polarisabilitas (αij) selama getaran dan Δυ harus sama ± 1. ini polarisabilitas dapat lebih dipahami sebagai dipol induksi. Sebuah mode getaran mendasar akan melibatkan transisi dari υ = 0 tingkat ke υ = 1 tingkat. Aturan seleksi untuk IR dan untuk spektrum Raman berbeda sehingga dua teknik memberikan informasi pelengkap, bukan informasi yang berlebihan. Oleh karena itu, spektrum Raman memberikan informasi struktural baru yang signifikan, selain yang disediakan oleh spektrum IR. Teori kelompok digunakan untuk memprediksi mode karakteristik atau normal getaran untuk molekul. (Normal mengacu pada fakta bahwa mode getaran yang orthogonal satu sama lain, yaitu independen satu sama lain.) Untuk molekul dengan banyak atom, 3n-6 menjadi sangat besar, dan hal ini dapat mengakibatkan pola spektral tampaknya kompleks. Namun, kehadiran simetri dalam molekul 15
sering
menyederhanakan
spektrum
getaran.
Pengakuan
simetri
ini
menyederhanakan
dan
memungkinkan penafsiran spektrum getaran bahkan kompleks, baik IR dan Raman. Spesies simetri diprediksi menentukan aktivitas (diperbolehkan atau dilarang) dari setiap mode getaran di IR dan spektrum Raman, dan ini disebut sebagai aturan seleksi. Selain itu, mode peregangan dapat diprediksi untuk membedakan mereka dari getaran lentur dan torsi. Massa atom dan konstanta gaya menentukan wilayah yang tepat dari spektrum di mana masing-masing mode normal bergetar, yaitu, energi (atau frekuensi atau bilangan gelombang) untuk masing-masing. Wilayah umum di mana berbagai kelompok molekul akan terjadi dapat diperoleh dari tabel frekuensi kelompok, yang merangkum koleksi luas data empiris.
16
BAB III KESIMPULAN
Gelombang elektromagnetik yang dirumuskan oleh Maxwell ternyata terbentang dalam rentang frekuensi yang luas. Sebagai sebuah gejala gelombang, gelombang elektromagnetik dapat diidentifikasi berdasarkan frekuensi dan panjang gelombangnya. Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik sebagaimana gelombang radio atau sinar-X. Masing-masing memiliki penggunaan yang berbeda meskipun mereka secara fisika menggambarkan gejala yang serupa, yaitu gejala gelombang, lebih khusus lagi gelombang elektromagnetik. Mereka dibedakan berdasarkan frekuensi dan panjang gelombangnya.
17
