14
14
PENGENALAN SPEKTROSKOPI FTIR
(FOURRIER TRANSFORM INFRARED)
MAKALAH
Diajukan untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah
Kimia Analitik Instrumen (KI721)
Disusun oleh :
YOGA NUGRAHA
1503115
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA
SEKOLAH PASCASARJANA
UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA
2016
PENGENALAN SPEKTROSKOPI FTIR
(FOURRIER TRANSFORM INFRARED)
A. Tujuan Praktikum
1. Memahami prinsip dasar spektrometri infra merah dan menggunakannya untuk identifikasi zat.
2. Mengembangkan kemampuan komunikasi verbal dan non verbal berkaitan dengan hasil analisis
B. Tinjauan Pustaka
Radiasi gelombang elektromagnetik adalah energi yang dipancarkan menembus ruang dalam bentuk gelombang – gelombang atau paket- paket energi. Tiap tipe radiasi gelombang elektromagnetik (mulai dari radiasi gelombang radio hingga radiasi gamma) dicirikan oleh panjang gelombang (λ) atau frekuensi (υ)dari gelombang tersebut.Radiasi Elektromagnetik mempunyai panjang gelombang, frekuensi, kecepatan, dan amplitudo. Panjang gelombang (dengan simbol λ ) adalah jarak antara dua puncak atau dua lembah dari suatu gelombang seperti terlihat pada Gambar 1 dibawah ini.
Gambar 1. Gelombang Elektromagnetik Biasanya satuan panjang gelombang dinyatakan dalam nm atau Angstrom (Stuart,B. 2004: 3)
Ketika suatu radiasi gelombang elektromagnetik mengenai suatu materi, akan terjadi suatu interaksi yang berupa penyerapan energi (absorbsi) oleh atom-atom atau molekul-molekul dari materi tersebut.
Spektroskopi infra merah 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. 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. Penyerapan gelombang elektromagnetik dapat menyebabkan terjadinya eksitasi tingkat-tingkat energi dalam molekul. Dapat berupa eksitasi elektronik, vibrasi, atau rotasi.
Penemuan inframerah ditemukan pertamakali oleh William Herschel pada tahun1800. 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.
Rumus yang digunakan untuk menghitung besarnya energi yang diserap oleh ikatan pada gugus fungsi adalah:
E= h.ν = h.C /λ = h.C /v
Keterangan:
E= energi yang diserap
h= tetapan Planck = 6,626x10-34Joule.det
v= rekuensi
C = kecepatan cahaya=2,998x108m/det
λ= panjang gelombang
ν= bilangan gelombang
Berdasarkan pembagian daerah panjang gelombang (Tabel 1), sinar inframerah dibagi atas tiga daerah yaitu:
Daerah infra merah dekat
Daerah infra merah pertengahan
Daerah infra merah jauh
Tabel1. Daerah spectrum inframerah
Jenis
Panjang
Gelombang
Interaksi
Bilangan
Gelombang
Frekuensi (Hz)
Inframerah
dekat
0,75-2,5µm
Interaksi
Ikatan
13.000- 4.000 cm-1
3,8x1014-
1.2x1014
Inframerah
pertengahan
2,5-50µm
Interaksi
Ikatan
4.000-200 cm-1
1.2x1014-
6,0x1012
Inframerah
jauh
50-1.000µm
Interaksi
Ikatan
200-10 cm-1
6,0x1012-
3,0x1011
Dari pembagian daerah spektrum elektromagnetik tersebut diatas,daerah panjang gelombang yang sering digunakan pada alat spektroskopi inframerah adalah pada daerah inframerah pertengahan, yaitu pada panjang gelombang 2,5–50 µm atau pada bilangan gelombang 4.000–200 cm-1 . Daerah tersebut adalah cocok untuk perubahan energi vibrasi dalam molekul. Daerah inframerah yang jauh (400-
10cm-1, berguna untuk molekul yang mengandung atom berat, seperti senyawa
anorganik tetapi lebih memerlukan teknik khusus percobaan.
Senyawa kimia tertentu (hasil sintesa atau alami) mempunyai kemampuan menyerap radiasi elektromagnetik dalam daerah spektrum inframerah. Absorpsi radiasi IR pada material tertentu berkaitan dengan fenomena bergetarnya molekul atau atom. 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:
Cepat dan relatif murah
Dapat digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsional dalam molekul
Spektrum inframerah yang dihasilkan oleh suatu senyawa adalah khas dan oleh karena itu dapat menyajikan sebuah fingerprint (sidik jari) untuk senyawa tersebut.
Tabel2.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(ikatanH)
2000-3600(lebar)
O-H
asamkarboksilat
3000-3600(lebar)
N-H
amina
3310-3500
C-N
amina
1180-1360
NO2
nitro
1515-1560,1345-1385
[http://id.wikipedia.org/wiki/Spektroskopi_inframerah]
Bila radiasi infra merah dilewatkan melalui suatu cuplikan, maka molekul-molekulnya dapat menyerap (mengabsorpsi) energi terjadilah transisi antara tingkat vibrasi dasar (groundstate) dan tingkat vibrasi tereksitasi (exited state). Pengabsorpsian energi pada berbagai frekuensi dapat dideteksi oleh spektrofotometer inframerah, yang memplot jumlah radiasi inframerah yang diteruskan melalui suatu cuplikan sebagai fungsi frekuensi (atau panjang gelombang) radiasi. Plot tersebut disebut spektrum inframerah yang akan memberikan informasi penting tentang gugus fungsional suatu molekul.
Vibrasi molekul hanya akan terjadi bila suatu molekul terdiri dari dua atom atau lebih. Untuk dapat menyerap radiasi infra merah (aktif inframerah), vibrasi molekul harus menghasilkan perubahan momen dwikutub. Gambar dibawah ini memperlihatkan vibrasi molekul yang menghasilkan perubahan momen dwikutub.
Molekul yang tidak mempunyai momen dwikutub (µ = 0) atau selama bervibrasi ikatannya tidak menghasilkan perubahan momen dwikutub seperti O,N atauC12maka rotasi ataupun vibrasi molekulnya tidak menyerap radiasi inframerah
(tidak aktif inframerah).(Mudzakir, Ahmad.2008:46-47)
Vibrasi molekul digolongkan atas dua golongan besar,yaitu:
Vibrasi regangan (stretching)
Pada vibrasi ini atom bergerak terus sepanjang ikatan yang menghubungkannya sehingga akan terjadi perubahan jarak antara keduanya, walaupun sudut ikatan tidak berubah.Terdapat dua macam vibrasi regangan,yaitu:
a. Regangan simetri
b. Regangan asimetri
Vibrasi bending
Vibrasi bending adalah pergerakan atom yang menyebabkan perubahan sudut ikatan antara dua ikatan atau pergerakan dari sekolompok atom terhadap atom lainnya. Vibrasi bengkokan ini terbagi menjadi empat jenis, yaitu:
Vibrasi rocking, bergerak mengayun asimetri tetapi masih dalambidang datar
Vibrasi scissoring, dimana atom-atom yangterikat pada atom pusat bergerak saling mendekat dan menjauh satu sama lain sehingga sudutnya berubah- ubah.
Vibrasi wagging, atom-atom bergerak keluar molekul, bolak-balik.
Vibrasi twisting, atom-atom yang terikat pada molekul yang diam berotasi disekitar ikatannya.
Daerah Identifikasi
Vibrasi yang digunakan untuk identifikasi adalah vibrasi tekuk, khususnya vibrasi rocking (goyangan), yaitu yang berada di daerah bilangan gelombang 2000–400cm-1. Karena didaerah 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 2000–400cm-1 seringkali sangat rumit, karena vibrasi regangan maupun bengkokan mengakibatkan absorbs pada daerah tersebut. Dalam daerah 2000–400 cm-1 tiap senyawa organik mempunyai absorbs yang unik, sehingga daerah tersebut sering juga disebut sebagai daerah sidik jari (finger print region). Meskipun pada daerah 4000–2000cm-1menunjukkan absorbs yang sama,pada daerah 2000–400 cm-1 juga harus menunjukkan pola yang sama sehingga dapat disimpulkan bahwa dua senyawa adalah sama:
Instrumentasi Spektrofotometer Inframerah Transformasi Fourier
(Stuart,B. 2004: 19)
Pada dasarnya Spektrofotometer Fourier Transform InfraRed (FTIR) adalah sama dengan Spektrofotometer InfraRed dispersi, yang membedakannya adalah pengembangan pada sistim optiknya sebelum berkas sinar inframerah 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. Persamaannya adalah sebagai berikut:
Dari deret Fourier tersebut intensitas gelombang dapat digambarkan sebagai daerah waktu atau daerah frekwensi. Perubahan gambaran intensitas gelobang radiasi elektromagnetik dari daerah waktu kedaerah frekwensi atau sebaliknya disebut Transformasi Fourier (Fourier Transform). Selanjutnya pada sistimoptik peralatan instrumen Fourier Transform Infra Red 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). Pada sistim optik Fourier Transform InfraRed digunakan radiasi LASER (Light Amplification by Stimulated Emmission of Radiation) yang berfungsi sebagai radiasi yang diinterferensikan dengan radiasi inframerah agar sinyal radiasi inframerah yang diterima oleh detektor secara utuh dan lebih baik.
Sistim optic Spektrofotometer FTIR [http://id.wikipedia.org/wiki/Spektrofotometer_Inframerah_Transformasi_Fourier]
Pada proses instrumen analisis sampelnya meliputi:
1. The source: energi IR yang dipancarkan dari sebuah benda hitam menyala. Balok ini melewati melalui logam yang mengontrol jumlah energi yang diberikan kepada sampel.
2. Interoferometer: sinar memasuk iinterferometer, spectraencoding mengambil tempat, kemudian sinyal yang dihasilkan keluar dari interferogram.
3. Sample : sinar memasuki kompartemen sampel dimana diteruskan melalui cermin dari permukaan sampel yang tergantung pada jenis analisis.
4. Detector: sinar akhirnya lolos ke detektor untuk pengukuran akhir. Detektor ini digunakan khusus dirancang untuk mengukur sinar interfrogram khusus. 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.
5. Computer: sinyal diukur secara digital dan dikirim ke komputer untuk diolah oleh Fourier Transformation berada. Spektrum disajikan untuk interpretasi lebih lanjut.
Gambar skema alat FTIR
[Thermonicolet Corporation.(2007). Introductionto Fourier Transform Infrared Spectrometry:3]
Keunggulan Spektrofotometer Fourier Transform InfraRed
Secara keseluruhan, analisis menggunakan Spektrofotometer ini memiliki dua kelebihan utama dibandingkan metoda konvensional lainnya, yaitu:
Dapat digunakan pada semua frekwensi dari sumber cahaya secara simultan sehingga analisis dapat dilakukan lebih cepat dari pada menggunakan cara sekuensial atau pemindaian.
Sensitifitas dari metoda Spektrofotometri Fourier Transform Infra Red lebih besar dari pada cara dispersi, sebab radiasi yang masuk ke sistim detektor lebih banyak karena tanpa harus melalui celah
Persiapan Sampel
Ada berbagai teknik untuk persiapan sampel, bergantung pada bentuk fisik sampel yangakan dianalisis.
A.Padat
Jika zat yang akan di analisis berbentuk padat, maka ada dua metode untuk persiapan sampel ini, yaitu melibatkan penggunaan Nujolmull atau pelet KBr. persiapan sampel ini, yaitu melibatkan penggunaan Nujolmull atau pelet KBr.
1.NujolMull
Cara persiapan sampel dengan menggunakan Nujol Mull yaitu:Sampel digerus dengan mortar dan pestle agar diperoleh bubuk yang halus. Dalam jumlah yang sedikit bubuk tersebut dicampur dengan Nujol agar terbentuk pasta, kemudian beberapa tetes pasta ini ditempatkan antara dua plat sodium klorida (NaCl) (plat ini tidak mengabsorbsi inframerah pada wilayah tersebut). Kemudian plat ditempatkan dalam tempat sampel pada alat spektroskopi inframerah untuk dianalisis.
2.Pelet KBr
Sedikit sampel padat (kira-kira1-2mg), kemudian ditambahkan bubuk KBr murni (kira-kira 200mg) dan diaduk hingga rata. Campuran ini kemudian ditempatkan dalam cetakan dan ditekan dengan menggunakan alat tekanan mekanik. Tekanan ini dipertahankan beberapamenit, kemudian sampel (pelet KBr yang terbentuk) diambil dan kemudian ditempatkan dalam tempat sampel pada alat spektroskopi inframerah untuk dianalisis.
B. Cairan
Bentuk ini adalah paling sederhana dan metode yang paling umum pada persiapan sampel. Setetes sampel ditempatkan antara dua plat KBr atau plat NaCl untuk membuat film tipis. Kemudian plat ditempatkan dalam tempat sampel alat spektroskopi inframerah untuk dianalisis.
C.Gas
Untuk menghasilkan sebuah spektrum inframerah pada gas, dibutuhkan sebuah sel silinder/ tabung gas dengan jendela pada setiap akhir pada sebuah material yang tidak aktif inframerah seperti KBr, NaCl atau CaF2. Sel biasanya
mempunyai inlet dan outlet dengan keran untuk mengaktifkan sel agar memudahkan pengisian dengan gas yang akan dianalisis.
Penggunaan dan Aplikasi
Spektroskopi inframerah biasanya digunakan untuk penelitian dan digunakan dalam industri yang sederhana dengan teknik yang sederhana dan untuk mengontrol kualitas. 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 untuk semikonduktor seperti silikon, gallium arsenida, galliumnitrida, zincselenida, silikon amorp, silikonnitrida, dan sebagainya.
C. Alat dan Bahan
1. Alat
Interferometer FTIR Shimadzu 8400 1set
2. Bahan
Kristal KBr
Polistiren film check
D. ProsedurKerja
1. Preparasi Sampel
2. Penggunaan Alat FTIR Shimadzu 8400
a. PersiapanAlat
Sumber arus listrik dan alat FTIR dinyalakan, kemudian komputer dinyalakan dan ditunggu beberapa menit.
b. Pengukuran
Pada desktop diklik gambar "Short Cut" program aplikasi FTIR 8400. Ditunggu beberapa saat sampai keluar "dialogbox" dan diklik "OK" sehingga muncul menu pada layar, kemudian diklik "FTIR8400" pada menu. Setelah itu diklik "BKGStart" untuk memulai pengukuran dan ditunggu spektra pada layar sampai menghilang. Sampel siap ukur ditempatkan pada tempat sampel dari alat interferometer. Diklik lagi "FTIR8400"
pada menu, kemudian diklik "BKGStart" untuk memulai pengukuran. Lalu diisi dialog box dengan identitas sampel dan diklik "SAMPELSTART". Ditunggu spektra yang diperoleh. Spektra yang diperoleh muncul pada layar diklik "peaktabel" pada menu "CALC" untuk memunculkan harga bilangan gelombang. "Treshold" dan "Noise Level" ditentukan untuk mengatur pemunculan harga bilangan gelombang.
c. Mematikan Alat FTIR
Komputer dimatikan dengan cara mengklik start ShutDown kemudian alat FTIR serta sumber listriknya dimatikan.
E. Data Pengamatan
Spektrum hasil pengukuran Pelet KBr yang masih baik.
Spektrum pengukuran polystyrene standar
Membandingkan hasil spektrum pengukuran dengan spektrum standar polistiren untuk pengecekan harga bilangan gelombang (wave number check)
Penyesuaian peak-peak hasil spektra pengukuran polistiren standar dengan peta spektra standar polistiren
F. Kesimpulan
Dari hasil praktikum pengenalan alat FTIR 8400 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:
Cepat dan relatif murah
Dapat digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsional dalam molekul
Spektrum inframerah yang dihasilkan oleh suatu senyawa adalah khas dan oleh karena itu dapat menyajikan sebuah fingerprint (sidik jari) untuk senyawa tersebut
G. Daftar Pustaka
Hendayana, Sumar. (1994). Kimia Analitik Instrumen. Semarang:IKIP Semarang
Press.
Hermonicolet Corporation.(2007). Introduction to Fourier Transform Infrared
Spectrometry.
Mudzakir, Ahmad.dkk.(2008). Praktikum Kimia Anorganik (KI425).Bandung: Jurusan Pendidikan Kimia FPMIPA UPI.
Stuart, Barbara.(2004).Infrared Spectroscopy: Fundamentals and Applications.
Tim Kimia AnalitikInstrumen.(2009). Penuntun Praktikum Kimia Analitik
Instrumen(KI-431). Bandung: Jurusan Pendidikan Kimia FPMIPAUPI http://id.wikipedia.org/wiki/Spektroskopi_inframerah http://id.wikipedia.org/wiki/Spektrofotometer_Inframerah_Transformasi_Fourier
LAMPIRAN
Pembuatan Pelet KBr
Haluskan kristal KBr murni dalam lumpang
Ayak serbuk KBr yang sudah ditumbuk halus
Timbang KBr halus yang sudah diayak ± 0,1 g
Timbang sampel padat kering (bebas air) ± 1% dari berat KBr
Campurkan KBr dan sampel dalam lumpang sampai tercampur rata
Siapkan cetakan pelet, cuci bagian sampel base dan tablet frame dengan kloroform
Masukan campuran dalam set cetakan pelet
Untuk meminimalkan kadar air, hubungkan dengan pompa vacuum
Cetakan diletakkan pada pompa hidrolik kemudian diberi tekanan ± 8 gauge
On kan pompa vacuum sekitar 15 menit
Matikan pompa vacuum, kemudian tutunkan tekanan dalam cetakan dengan cara membuka kran udara
Lepaskan pelet KBr yang sudah terbentuk
Tempatkan pelet KBr pada tablet holder maka pelet siap diukur
Prosedur pengoperasian alat FTIR
a. Menghidupkan alat FTIR
- Nyalakan sumber listrik
- Nyalakan interferometer
- Nyalakan computer
b. Analisis sampel dengan FTIR
- Klik shortcut didesktop
- Klik menu "instrument" klik FTIR 8400
- Untuk spectrum background isi file name
- Klik back ground start dan tunggu 30 detik
- Tempatkan cuplikan pada tempats ampel
- Untuk spectrum sampel klik file name, kemudian klik start sampel. Tunggu
30detik.
- Klik zero base line
- Klik abstrak
- Untuk memunculkan angka klik peak table, OK.
Save file,save as pdf.
- Print spectrum
c. Mematikan alat
- Matikan computer
- Matikan interferometer
- Matikan sumber listrik
4. Dokumentasi Foto Praktikum
FTIR Shimadzu 8400
Kristal KBr
Pencetak Pelet
Mortar, pestle dan hasil Pelet
Tempat Sampel
Polystyrene film
