BAB I PENDAHULUAN
Rasa ingin tahu merupakan suatu sifat dasar manusia yang tak dapat dipungkiri. Kita sebagai manusia selalu ingin tahu sesuatu lebih terperinci. Sifat ini juga merupakan suatu unsur yang sangat penting bagi seorang ilmuwan. Dalam melihat segala sesuatu, seorang ilmuwan selalu menanyakan apa penyebab terjadinya sesuatu, bagaimana prosesnya, apa manfaat dan kerugiannya, dan beberapa pertanyaan-pertanyaan lain yang sering timbul. Dalam dunia sains dikenal suatu istilah yang dinamakan analisis. Analisis merupakan suatu bagian penting dalam dunia sains. Untuk mendukung proses analisis, maka para ilmuwan mulai memikirkan cara untuk dapat mengalaisis sesuatu secara lebih cepat, lebih tepat, dan lebih mudah. Salah satu contoh perkembangan dalam sains adalah munculnya spektroskopi. 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.
Berikut
akan
dibahas
mengenai
Spektrofotometri UV-visible, Spektrofotometri IR, Spektrometri Massa (MS), Magnetik Inti (NMR), Spektrofotometri Emisi Atom (SEA) ( SEA) dan Spektrofotometri Serapan Atom (AAS).
BAB II SPEKTROFOTOMETRI SPEKTROFOTOMETRI UV-VISIBLE
Spektrofotometri UV-Vis adalah anggota teknik analisis spektroskopik yang memakai sumber REM (radiasi elektromagnetik), dengan panjang gelombang daerah spektrum UV adalah 190-380 nm, sedangkan spektrum visible adalah 380-780 nm. Spektrofotometer yang sesuai untuk pengukuran di daerah spektrum UV-VIS terdiri dari suatu sistem optik dengan kemampuan menghasilkan cahaya monokromatik dalam jangkauan 200-800 nm dan suatu alat yang sesuai untuk menetapkan serapan. Analisis Kualitatif
Penggunaan alat ini dalam analisis kuantitatif sedikit terbatas sebab spektrum sinar tampak atau sinar UV menghasilkan puncak-puncak serapan yang lebar sehingga dapat disimpulkan bahwa spektrum yang dihasilkan kurang menunjukan puncak-punca serapan. Namun, walaupun puncak yang dihasilkan bebentuk lebar, puncak tersebut masih dapat digunakan untuk memperoleh keterangan ada atau tidaknya gugus fungsional tertentu dalam suatu molekul organik. Analisis Kuantitatif
Penggunaan
sinar
UV
dalam
analisis
kuantitatif
memberikan
beberapa
keuntungan, diantaranya:
Dapat digunakan secara luas
Memiliki kepekaan tinggi
Keselektifannya cukup baik dan terkadang tinggi
Ketelitian tinggi
Tidak rumit dan sepat
Adapun langkah-langkah utama dalam analisis kuantitatif adalah
Pembentukan warna ( untuk zat yang yang tak berwarna atau warnanya kurang kuat ),
Penentuan panjang gelombang maksimum,
Pembuatan kurva kalibrasi,
Pengukuran konsentrasi sampel. Radiasi ultraviolet memiliki panjang gelombang kurang dari 200 nm adalah sulit
untuk menangani, dan jarang digunakan sebagai alat rutin untuk analisis struktural.
Energi yang disebutkan diatas adalah cukup untuk mempromosikan atau merangsang elektron molekul ke energi orbital yang lebih tinggi. Akibatnya, penyerapan spektroskopi dilakukan di wilayah ini kadang disebut "spektroskopi elektronik". Panjang gelombang cahaya UV-VIS jauh lebih pendek daripada panjang gelombang radiasi inframerah. Spektrum sinar tampak terentang dari sekitar 400 nm (ungu) sampai 750 nm (merah), sedangkan spektrum ultraviolet terentang dari 100 nm sampai 400 nm. Kuantitas energi yang diserap oleh suatu senyawa berbanding terbalik dengan panjang gelombang radiasi :
Violet : 400 - 420 nm
Indigo : 420 - 440 nm
Biru
Hijau : 490-570 nm
Kuning: 570-585 nm
Oranye: 585-620 nm
Merah : 620-780 nm
: 440-490 nm
Gambar spektrum UV. Analisis ini dapat digunakan yakni dengan penentuan absorbansi dari larutan sampel yang diukur. Prinsip penentuan spektrofotometer UV-VIS adalah aplikasi dari Hukum Lambert-Beer, yaitu: A = - log T = - log It / Io = ε . b . C
Dimana : A
= Absorbansi dari sampel yang akan diukur
T
= Transmitansi
I0
= Intensitas sinar masuk
It
= Intensitas sinar yang diteruskan
ε
= Koefisien ekstingsi
b
= Tebal kuvet yang digunakan digunakan
C
= Konsentrasi dari sampel
Penyebab
kesalahan
sistematik
yang
sering
terjadi
dalam
analisis
menggunakan
spektrofotometer adalah:
Serapan oleh pelarut Hal ini dapat diatasi dengan penggunaan blangko, yaitu larutan yang berisi matrik selain komponen yang akan dianalisis.
Serapan oleh kuvet Kuvet yang biasa digunakan adalah dari bahan gelas atau kuarsa . Dibandingkan dengan kuvet dari bahan gelas, kuvet kuarsa memberikan kualitas yang lebih baik, namun tentu saja harganya jauh lebih mahal. Serapan oleh kuvet ini diatasi dengan penggunaan jenis, ukuran, dan bahan kuvet yang sama untuk tempat blangko dan sampel.
Kesalahan fotometrik normal Pada pengukuran dengan absorbansi sangat rendah atau sangat t inggi, hal ini dapat diatur dengan pengaturan konsentrasi, sesuai dengan kisaran sensitivitas dari alat yang digunakan. (melalui pengenceran atau pemekatan)
Sama seperti pHmeter, pHmeter, untuk
mengatasi kesalahan pada pemakaian spektrofotometer UV-VIS maka perlu dilakukan kalibrasi. Kalibrasi dalam spektrofotometer UV-VIS dilakukan dengan menggunakan blangko: Setting nilai absorbansi = 0 Setting nilai transmitansi = 100 %
Penentuan kalibrasi dilakukan dengan mengikuti prosedur sebagai berikut: a. Dilakukan dengan larutan blangko (berisi pelarut murni yang digunakan dalam sampel) dengan kuvet yang sama. b. Setiap perubahan panjang gelombang gelombang diusahakan dilakukan proses kalibrasi. c. Proses kalibrasi pada pengukuran dalam waktu yang lama untuk satu macam panjang gelombang, dilakukan secara periodik selang waktu per 30 menit.
Dengan adanya proses kalibrasi pada spektrofotometer UV-VIS ini maka akan membantu pemakai untuk memperoleh hasil yang akurat dan presisi. Diagram tingkat energi pada transisi electron
a. Transisi σ
σ*
Disini suatu elektron didalam orbital molekul bonding diaksitasi ke orbital antibonding yang sesuai dengan pengabsobsian radiasi. Molekul berada dalam bentuk exited state, ζ*. Relatif terhhadap transisi lainnya, energi yang diperlukan untuk menyebabkan transisi ζ ζ* adalah besar ( gambar. 1). Metana sebagai contoh senyawa yang mengandung hanya sedikit ikatan tunggal C – H dan karena itu hanya dapat mengalami transisi ζ
ζ*
yang memperlihatkan absorbsi maksimum pada 125 nm. Etana mempunyai puncak absorbsi pada 135 nm, yang juga berasal dari jenis transisi yang sama, tetapi disini elektron yang berasal dar ikata C – C. oleh karena kekuatan ikatan C – C lebih lemah dari pada ikatan C – H maka energi yang lebih kecil dibutuhkan untuk eksitasi pada ikatan C – C; jadi puncak absorbsi terjadi pada panjang gelombang yang lebih besar. b. Transisi n
σ*
Senyawa-senyawa jenuh yang mengandung atom-atom dengan elktron-elektron yang tidak berpasangan (elektron nonbonding) mempunyai kemampuan untuk mengadakan transisi n ζ*. Umumnya transisi ini memerlukan energi yang lebih kecil dari pada transisi ζ
ζ*,
dan dapat disebabkan oleh radiasi didaerah antara 150nm dan 250nm. Pada data dibawah ini terlihat bahwa energi yang diperlukan untuk transisi bergantung terutama pada jenis atom yang berikatan dan pada struktur molekul. Tabel. 1 Absorpsi UV yang menyebabkan transisi n → ζ*
Struktur H2O
λ
ε
, nm
maks
167
1480
CH3OH
184
150
CH3CL
173
200
CH3I
258
365
(CH3)2O
184
2520
CH3NH2
215
600
(CH3)3N
227
900
c. Transisi π → π*
dan transisi n
→ π*
Umumnya penggunaan spektroskopi serapan pada senyawa-senyawa organik didasarkan pada transisi elektron n dan π karena energi-energi yang diperlukan untuk proses proses ini cukup rendah, yaitu pada spektrum yang baik sekali (200 – 700 nm). Kedua transisi memerlukan adanya suatu gugus funsional tak jenuh untuk menydiakan orbital π. -1
-1
Absorptivitas molar (ε) sangat besar yaitu antara 1000 – 10.000 L.cm .mol . Jenis pelarut yang dipakai mempengaruhi panjang gelombang maksimum. Puncak puncak (maksimum-maksimum ) yang diasosiakan dengan transisi n→ π * digeser ke panjang gelombang yang lebih pendek
(hypsochromatic atau blue shift) dengan bertambahnya
kepolaran pelarut. Biasanya, tapi tidak selalu, kebalikannya teramati untuk transisi π → π* (bathochromic atau red shift). Tabel 2. Absorpsi UV yang menyebabkan transisi π → π*
Struktur
λ
Ε
, nm
maks
RCH=CHR
165
15.000
R-C≡C-R
173
6.000
RR‟C=O
188
900
>C=N-
190
5.000
-C≡N
<160
-
-ONO
218,5
1.120
d. Transisi n → π*
Transisi ini terjadi pada senyawa organik tak jenuh yang mengandung satu atau lebih atom dengan pasangan elektron bebas yang berasal dari atom N, O, F, Cl, Br, I, S, P. -1
-1
Absorptivitas molar (ε) relatif kecil yaitu antara 10 – 100 L.cm .mol . Kromofor
Berasal dari kata Chromophorus yang berarti pembawa warna
Dalam pengertian yang dikembangkan, kromofor merupakan suatu gugus fungsi yang menyerap radiasi elektromagnetik apakah gugus itu berwarna atau tidak
Digunakan untuk menyatakan gugus tidak jenuh kovalen yang dapat menyerap radiasi dalam daerah-daerah ultraviolet dan terlihat
Auksokrom
Suatu subtituen pada kromofor yang menghasilkan pergeseran mer ah
Ciri auksokrom adalah heteroatom yang langsung terikat pada kromofor, misalnya : OCH3, -Cl, -OH, NH2.
Contoh : pada konjugasi pasangan electron bebas pada atom nitrogen dari enamina akan mengeser serapan maksimum dari harga ikatan ganda terisolasi pada 190nm ke 230nm. Subtituen nitrogen adalah auksokrom. Suatu auksokrom akan memperpanjang kromofor dan menghasilkan suatu kromofor baru. Pergeseran merah atau efek batokromik merupakan pergeseran serapan
maksimum
ke
panjang
gelombang lebih panjang. Hal ini dapat disebabkan oleh perubahan pelarut
atau
adanya
suatu
auksokrom. Geseran ke panjang gelombang
yang
lebih
panjang
mencerminkan fakta bahwa electron dalam suatui system tergabung (terkonjugasi) kurang kuat terikat daripada dalam suatu system tak tergabung. Pergeseran biru atau efek hipokromik merupakan pergeseran ke panjang gelombang lebih pendek. Hal ini disebabkan oleh perubahan pelarut atau adanya konjugasi dari electron pasangan bebas pada atom nitrogen anilia dengan system ikatan π cincin benzene dihilankan dengan adanya protonasi. Anilia menyerap pada 230nm ( ε 8600) tetapi dalam larutan asam puncak utamanya hamper sama dengan benzene yaitu 203nm ( ε 7500), terjadi pergeseran biru. Efek hiperkromik → kenaikan dalam intensitas serapan Efek hipokromik → penurunan dalam intensitas serapan Berkas radiasi dikenakan pada cuplikan dan intensitas radiasi yang ditransmisikan diukur. Radiasi yang diserap oleh cuplikan ditentukan dengan membandingkan intensitas dari berkas radiasi yang ditransmisikan bila spesies penyerap tidak ada dengan intensitas yang ditransmisikan bila spesies penyerap ada. Kekuatan radiasi dari berkas cahaya sebanding dengan jumlah foton per detik yang melalui satu satuan luas penampang. Jika foton yang mengenai cuplikan tenaga yang sama dengan yang
dibutuhkan untuk menyebabkan terjadinya perubahan tenaga, maka serapan dapat terjadi. Tingkat kejadian absorbsi tergantung pada:
Jarak yang diarungi radiasi melewati larutan itu
Panjang gelombang radiasi
Sifat dasar spesies molekul dalam larutan
INSTRUMEN UV-VIS
Spektrofotometer sesuai dengan namanya adalah alat yang terdiri dari spektrometer dan fotometer. Spektrofotometer menghasilkam sinar dari spektrum dengan panjang gelombang tertentu dan fotometer adalah alat pengukur intensitas cahaya yang ditransmisikan atau yang diarbsorbsi. Jadi spektrofotometer digunakan untuk mengukur energi secara relatif jika energi tersebut ditransmisikan, direfleksikan atau diemisikan
sebagai
fungsi
dari
panjang
gelombang.
Kelebihan
spektrofotometer
dibandingkan dengan fotometer adalah panjang gelombang dari sinar putih dapat lebih terseleksi dan ini diperoleh dengan alat pengurai seperti prisma, grating ataupun celah optis. Pada fotometer filter, sinar dengan panjang gelombang yang diinginkan diperoleh dengan berbagai filter dengan berbagai warna yang mempunyai spesifikasi melewatkan trayek panjang gelombang tertentu. Suatu spektrofotometer tersusun dari sumber spectrum tampak yang kontinyu, monokromator, sel pengarbsorbsi untuk larutan sample dan blanko ataupun pembanding. Spektrofotometer terdiri dari :
Sumber cahaya.
Monokromator.
Kompartemen sampel.
Detektor dan pengukur intensitas cahaya.
Skema konstruksi spektrofotometer :
Secara sederhana Instrumen spektrofotometri yang disebut spektrofotometer terdiri dari :
sumber cahaya – monokromator – sel sampel – detektor – read out (pembaca)
Sumber Cahaya
Sebagai sumber cahaya pada spektrofotometer, haruslah memiliki pancaran radiasi yang stabil dan intensitasnya tinggi. Sumber energi cahaya yang biasa untuk daerah tampak, ultraviolet dekat, dan inframerah dekat adalah sebuah lampu pijar dengan kawat rambut terbuat dari wolfram (tungsten). Lampu ini mirip dengan bola lampu pijar biasa, daerah panjang gelombang (l ) adalah 350 – 2200 nanometer (nm).
Gambar 1. Lampu wolfram
Di bawah kira-kira 350 nm, keluaran lampu wolfram itu tidak memadai untuk spektrofotometer dan harus digunakan sumber yang berbeda. Paling lazim adalah lampu tabung tidak bermuatan (discas) hidrogen (atau deuterium) 175 ke 375 atau 400 nm. Lampu hidrogen atau lampu deuterium digunakan untuk sumber pada daerah ultraviolet (UV).
Gambar 2. Lampu deuterium
1. Monokromator
Monokromator adalah alat yang berfungsi untuk menguraikan cahaya polikromatis menjadi beberapa komponen panjang gelombang tertentu (monokromatis) yang bebeda (terdispersi). Ada 2 macam monokromator yaitu : a. Prisma
b. Grating (kisi difraksi)
Keuntungan menggunakan kisi difraksi :
Dispersi sinar merata
Dispersi lebih baik dengan ukuran pendispersi yang sama
Dapat digunakan dalam seluruh jangkauan spectrum
Cahaya monokromatis ini dapat dipilih panjang gelombang tertentu yang sesuai untuk kemudian dilewatkan melalui celah sempit yang disebut slit. Ketelitian dari monokromator dipengaruhi juga oleh lebar celah (slit width) yang dipakai. Monokromator berfungsi sebagai penyeleksi panjang gelombang yaitu mengubah
cahaya yang berasal dari sumber sinar polikromatis menjadi cahaya monokromatis. 2. Sel sampel Berfungsi sebagai tempat meletakan sampel, UV-VIS menggunakan kuvet sebagai tempat sampel. Kuvet biasanya terbuat dari kuarsa atau gelas, namun kuvet dari kuarsa yang terbuat dari silika memiliki kualitas yang lebih baik. Hal ini disebabkan yang terbuat dari kaca dan plastik dapat menyerap UV sehingga penggunaannya hanya pada spektrofotometer sinar tampak (VIS). Kuvet biasanya berbentuk persegi panjang dengan lebar 1 cm. Cuvet harus memenuhi syarat- syarat sebagai berikut :
Tidak berwarna sehingga dapat mentransmisikan semua cahaya.
Permukaannya secara optis harus benar- benar sejajar.
Harus tahan (tidak bereaksi) terhadap bahan- bahan kimia.
Tidak boleh rapuh.
Mempunyai bentuk (design) yang sederhana.
3. Detektor berfungsi
menangkap
cahaya
yang
diteruskan
mengubahnya menjadi arus listrik. Syarat-syarat sebuah detektor :
Kepekaan yang tinggi
Perbandingan isyarat atau signal dengan bising tinggi
Respon konstan pada berbagai panjang gelombang.
dari
sampel
dan
Waktu respon cepat dan signal minimum tanpa radiasi.
Signal listrik yang dihasilkan harus sebanding dengan tenaga radiasi.
Macam-macam detektor :
Detektor foto (Photo detector)
Photocell, misalnya CdS.
Phototube
Hantaran foto
Dioda foto
Detektor panas
4. Read out merupakan suatu sistem baca yang menangkap besarnya isyarat listrik yang berasal dari detektor. Berdasarkan sistem optiknya terdapat 2 jenis spektrofotometer. a. Spektrofotometer single beam (berkas tunggal)
Pada spektrofotometer ini hanya terdapat satu berkas sinar yang dilewatkan melalui cuvet. Blanko, larutan standar dan contoh diperiksa secara bergantian.
b. Spektrofotometer double beam (berkas ganda)
Pada alat ini sinar dari sumber cahaya dibagi menjadi 2 berkas oleh cermin yang berputar (chopper).
Berkas pertama melalui kuvet berisi blanko
Berkas kedua melalui kuvet berisi standar atau contoh
Blanko dan contoh diperiksa secara bersamaan seperti terlihat pada gambar. Blanko berguna untuk menstabilkan absorbsi akibat perubahan voltase atau Io dari sumber cahaya. Dengan adanya blanko dalam alat kita tidak lagi mengontrol titik nolnya pada waktu-waktu tertentu, hal ini berbeda jika pada single beam.
BAB III SPEKTROFOTOMETRI INFRAMERAH Pendahuluan
Spektrofotometri Infra Red atau Infra Merah merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah -1
panjang gelombang 0,75 –1.000 μm atau pada bilangan gelombang 13.000 – 10 cm dengan menggunakan suatu alat yaitu Spektrofotometer Inframerah. Metode ini banyak digunakan pada laboratorium analisis industri dan laboratorium riset karena dapat memberikan informasi yang berguna untuk analisis kualitatif dan kuantitatif, serta membantu penerapan rumus bangun suatu senyawa. Pada era modern ini, radiasi inframerah digolongkan atas 4 (empat) daerah, yaitu :
Teori Radiasi Inframerah
Konsep radiasi inframerah pertama kali diajukan 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 yang dikenal sebagai infrared (IR, di seberang atau di luar merah). Supaya terjadi peresapan radiasi inframerah, maka ada beberapa hal yang perlu dipenuhi, yaitu : 1) Absorpsi terhadap radiasi inframerah dapat menyebabkan eksitasi molekul ke tingkat energi vibrasi yang lebih tinggi dan besarnya absorbsi adalah terkuantitasi 2) Vibrasi yang normal mempunyai frekuensi sama dengan frekuensi radiasi elektromagnetik yang diserap
3) Proses absorpsi (spektra IR) hanya dapat terjadi apabila terdapat perubahan baik nilai maupun arah dari momen dua kutub ikatan Spektrum peresapan IR merupakan perubahan simultan dari energi vibrasi dan energi rotasi dari suatu molekul. Kebanyakan molekul organik cukup besar sehingga spektrum peresapannya kompleks. Konsep dasar dari spektra vibrasi dapat diterangkan dengan menggunakan molekul sederhana yang terdiri dari dua atom dengan ikatan kovalen. Dengan menggunakan Hukum Hooke, dua atom tersebut dihubungkan dengan sebuah pegas. Persamaan yang diturunkan dari Hukum Hooke menyatakan hubungan antara frekuensi, massa atom, dan tetapan dari kuatnya ikatan (fors e constant of the bond).
KETERANGAN : -1
v = frekuensi vibrasi (cm ) c = kecepatan cahaya (cm/sec) k = force constant of bond (dynes/cm) m = massa atom (g)
Hal – hal yang dapat mempengaruhi jumlah resapan maksimum secara teoritis adalah :
Frekuensi vibrasi fundamental jatuh di luar daerah 2,5 –15 μm
Resapan terlalu lemah untuk diamati
Beberapa resapan sangat berdekatan hingga tampak menjadi satu
Beberapa resapan dari molekul yang sangat simetris, ja tuh pada frekuensi yang sama
Vibrasi yang terjadi tidak mengakibatkan terjadinya perubahan dipole moment dari molekul
Macam – Macam Vibrasi
1. 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: a. Regangan Simetri, yaitu unit struktur bergerak bersamaan dan searah dalam satu bidang datar. b. Regangan
Asimetri,
yaitu
unit
struktur
bergerak bersamaan dan tidak searah tetapi masih dalam satu bidang datar. 2. 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 : a. Vibrasi Goyangan ( Rocking ), unit struktur bergerak mengayun asimetri tetapi masih dalam bidang datar b. Vibrasi
Guntingan
(Scissoring ),
unit
struktur
bergerak mengayun simetri dan masih dalam bidang datar c. Vibrasi Kibasan (Wagging ), unit struktur bergerak mengibas keluar dari bidang datar d. Vibrasi Pelintiran (Twisting ), unit struktur berputar mengelilingi ikatan yang menghubungkan dengan molekul induk dan berada di dalam bidang datar Instrumentasi
Bagian pokok dari spektrometer inframerah adalah sumber cahaya inframerah, monokromator dan detektor. Cahaya dari sumber dilewatkan melalui cuplikan, dipecah menjadi frekuensi-frekuensi individunya dalam monokromator dan intensitas relatif dari ferkuensi individu diukur oleh detektor. Sumber yang paling umum digunakan adalah merupakan batang yang dipanaskan oleh listrik yang berupa :
“Nernst glower” (campuran oksida dari Zr, Y, Er, dsb).
“Globar” (silicon karbida)
Berbagai bahan keramik
Monokromator
Prisma dan grating keduanya dapat digunakan. Kebanyakan prisma yang digunakan adalah -1
NaCl, hal ini disebabkan karena NaCl hanya transparan dibawah 625 cm , sedangkan halida logam lainnya harus digunakan pada pekerjaan dengan frekuensi yang rendah (misal CsI, atau campuran ThBr dan ThI) yang dikenal sebagi KRS-5. Grating dan prisma mempunyai peranan dalm meresolusi spektra dan dapat dibuat dari bermacam-macam bahan. Tabel berikut menyatakan hubungan antara bahan prisma dan daerah jangkauan frekuensi.
Pada umumnya grating memberikan hasil yang lebih baik daripada prisma pada frekuensi yang tinggi. Ketidakuntungan terhadap NaCl adalah sifatnya yang higroskopis hingga cermin-cermin harus dilindungi dari kondensasi uap. Detektor
Alat-alat yang modern kebanyakan memakai detektor “Thermopile” dasar kerja dari thermopile adalah sebagai berikut : Jika dua kawat logam berbeda dihubungkan antara ujung kepala dan ekor menyebabkan adanya arus yang mengalir dalam kawat. Dalam spektrometer inframerah arus ini akan sebanding dengan intensitas radiasi yang jatuh pada thermopile. Cara membaca spektra FTIR :
Tentukan sumbu X dan Y-sumbu dari spektrum. X-sumbu dari spektrum IR diberi label sebagai "bilangan gelombang" dan jumlahnya berkisar dari 400 di paling kanan untuk 4.000 di paling kiri. X-sumbu menyediakan nomor penyerapan. Sumbu Y diberi label sebagai "transmitansi Persen" dan jumlahnya berkisar dari 0 pada bagian bawah dan 100 di atas.
Tentukan karakteristik puncak dalam spektrum IR. Semua spektrum inframerah mengandung banyak puncak. Selanjutnya melihat data daerah gugus fungsi yang diperlukan untuk membaca spektrum.
Tentukan daerah spektrum di mana puncak karakteristik ada. Spektrum IR dapat dipisahkan menjadi empat wilayah. Rentang wilayah pertama dari 4.000 ke 2.500. Rentang wilayah kedua dari 2.500 sampai 2.000. Ketiga wilayah berkisar dari 2.000 sampai 1.500. Rentang wilayah keempat dari 1.500 ke 400.
Tentukan kelompok fungsional diserap di wilayah pertama. Jika spektrum memiliki karakteristik puncak di kisaran 4.000 hingga 2.500, puncak sesuai dengan penyerapan yang disebabkan oleh NH, CH dan obligasi OH tunggal.
Tentukan kelompok fungsional diserap di wilayah kedua. Jika spektrum memiliki karakteristik puncak di kisaran 2.500 hingga 2.000, puncak sesuai dengan penyerapan yang disebabkan oleh ikatan rangkap tiga.
Tentukan kelompok fungsional diserap di wilayah ketiga. Jika spektrum memiliki karakteristik puncak di kisaran 2.000 sampai 1.500, puncak sesuai dengan penyerapan yang disebabkan oleh ikatan rangkap seperti C = O, C = N dan C = C.
Bandingkan puncak di wilayah keempat ke puncak di wilayah keempat spektrum IR lain. Yang keempat dikenal sebagai daerah sidik jari dari spektrum IR dan mengandung sejumlah besar puncak serapan yang account untuk berbagai macam ikatan tunggal. Jika semua puncak dalam spektrum IR, termasuk yang di wilayah keempat, adalah identik dengan puncak spektrum lain, maka Anda dapat yakin bahwa dua senyawa adalah identik. Tabel daerah gugus fungsi pada IR :
Analisis Kualitatif
Secara
sederhana,
identifikasi
suatu
zat
dilakukan
dengan
menbandingkan
spektrumnya dengan spektrum dari zat standar. Bila zat yang diperiksa sama dengan standar, maka posisi dan intensitas relatif dari puncak-puncak resapan harus sama. Karena perubahan fisika dan kimia yang mungkin terjadi pada proses penyiapan sampel, maka bila spektra yang dibandingkan tidak identik, maka sebelum diambil kesimpulan harus dilakukan test berikut : a. Ulangi penetapan dengan melakukan rekristalisasi baik terhadap sampel maupun standar dengan menggunakan pelarut yang sama b. Larutkan sampel dengan pelarut yang cocok, lalu ukur resapan menggunakan pelarut sebagai blangko. Bandingkan dengan standar yang dengan cara yang sama Jika identifikasi sampel sama sekali belum diketahui, maka tehnik-tehnik lain seperti ekstraksi, kromatografi, peresapan UV, dan sebagainya dapat dilakukan bersama-sama. Analisis Kuantitatif
Disamping untuk analisi kualitatif, spektrofotometri IR dapat juga digunakan untuk analisis kuantitatif. Meskipun tehnik ini kurang akurat jika dibandingkan dengan tehnik kuantitatif yang lain, tetapi dalam hal tertentu, ia malah lebih baik, misalnya untuk penetapan kadar polimetri. Tehnik yang umum dilakukan untuk pembuatan spektra pada analisis kuantitatif yaitu solution spektra atau KBr disc. Daerah Spektrum Infra merah
Spektra yang akan diinterpretasikan harus memenuhi persyaratan berikut :
Resapan satu sama lainnya harus terpisah dan mempunyai intensitas yang memadai
Spektra harus berasal dari zat murni
Spektrofotometer harus dikalibrasi
Tehnik preparasi sampel harus nyata, selain itu posisi resapan, bentuk, dan tingkat intensitas sering membantu karna spesifik untuk gugus tertentu
Daerah peresapan infra merah dapat dibagi menjadi 3 bagian : -1
4000-1300 cm (2,5-7,7 μm) : Functional group region (OH, NH, C=O)
1300-909 cm (7,7-11,0 μm) : Finger print region, interaksi, vibrasi pada keseluruhan
-1
molekul -1
909-650 cm absorption
(11,0-15,4 μm) : Aromatic region, out-of-plane C-H and ring bending
-1
a. Daerah Frekuensi Gugus Fungsional : Terletak pada daerah radiasi 4000-1400 cm . Pita pita absorpsi pada daerah ini utamanya disebabkan oleh vibrasi dua atom, sedangkan frekuensinya karakteristik terhadap massa atom yang berikatan dan konstanta ga ya ikatan. -1
b. Daerah Fingerprint : Daerah yang terletak pada 1400-400 cm . Pita-pita absorpsi pada daerah ini berhubungan dengan vibrasi molekul secara keseluruhan. Setiap atom dalam molekul akan saling mempengaruhi sehingga dihasilkan pita-pita absorpsi yang khas untuk setiap molekul. Oleh karena itu, pita-pita pada daerah ini dapat dijadikan sarana identifikasi molekul yang tak terbantahkan. Catatan : seri senyawa homolog seperti asam lemak rantai panjang biasanya mempunyai pita
absorpsi yang hampir identik sehingga susah identifikasinya. Frekuensi peresapan infra merah yang khas untuk gugusan-gugusan tertentu dapat dilihat dalam tabel dibawah ini.
BAB IV SPEKTROSKOPI MASSA A.
PENGERTIAN SPEKTROSKOPI MASSA
Spektroskopi massa adalah suatu instrument yang dapat menyeleksi molekul-molekul gas bermuatan berdasarkan massa atau beratnya. Teknik ini tidak dapat dilakukan dengan spekstroskopi, akan tetapi nama spektroskopi dipilih disebabkan persamaannya dengan pencatat fotografi dan spectrum garis optic. Umumnya spectrum massa diperoleh dengan mengubah senyawa suatu sample menjadi ion-ion yang bergerak cepat yang dipisahkan berdasarkan perbandingan massa terhadap muatan. B.
PRINSIP SPEKTROSKOPI MASSA
Prinsip dasar kerja spektroskopi massa: •
Menghasilkan berkas sinar kation dari zat
•
Menghasilkan berkas kation menjadi bentuk spectrum massa (m/z)
•
Mendeteksi dan mencatat nilai massa relative (m/z) dan kelimpahan isotopnya (%) atau intensitasnya
C.
KEGUNAAN SPEKTROSKOPI MASSA
Mengetahui komposisi unsur dari bahan yang dianalisa sehingga diketahui berat dan rumus molekulnya
D.
Mengetahui unsure senyawa baik senyawa organic maupun anorganik
Untuk analisis kualitatif maupun kuantitatif suatu kompleks
Untuk penentuan struktur dari komponen permukaan padatan
Untuk menentukan perbandingan isotop atom dalam suatu s ampel
SKEMA SPEKTROSKOPI MASSA
Tahap pertama : Ionisasi Atom di-ionisasi dengan mengambil satu atau lebih elektron dari atom tersebut supaya terbentuk ion positif. Ini juga berlaku untuk unsur-unsur yang biasanya membentuk ionion negatif (sebagai contoh, klor) atau unsur-unsur yang tidak pernah membentuk ion (sebagai contoh, argon). spektrometer massa ini selalu bekerja hanya dengan ion positif.
Tahap kedua : Percepatan Ion-ion tersebut dipercepat supaya semuanya mempunyai kinetik yang sama.
Ion-ion positif yang ditolak dari ruang ionisasi tersebut akan melewati 3 celah, dimana celah terakhir itu bermuatan 0 V. Celah yang berada di tengah mempunyai voltase menengah. Semua ion-ion tersebut dipercepat sampai menjadi sinar yang sangat terfokus. Tahap ketiga : Pembelokan Ion-ion tersebut dibelokkan dengan menggunakan medan magnet, pembelokan yang terjadi tergantung pada massa ion tersebut. Semakin ringan massanya, akan semakin dibelokan. Besarnya pembelokannya juga tergantung pada besar muatan positif ion tersebut. Dengan kata lain, semakin banyak elektron yang diambil pada tahap 1, semakin besar muatan ion tersebut, pembelokan yang terjadi akan semakin besar.
Tahap keempat : Pendeteksian Sinar-sinar ion yang melintas dalam mesin tersebut dideteksi dengan secara elektrik.
Ketika sebuah ion menubruk kotak logam, maka ion tersebut akan dinetralisasi oleh elektron yang pindah dari logam ke ion (gambar kanan). Hal ini akan menimbulkan ruang antara elektron-elektron yang ada dalam logam tersebut, dan elektron-elektron yang berada dalam kabel akan mengisi ruang tersebut. Aliran elektron di dalam kabel itu dideteksi sebagai arus listrik yang bisa diperkuat dan dicatat. Semakin banyak ion yang datang, semakin besat arus listrik yang timbul. E.
KOMPONEN SPEKTROSKOPI MASSA
Teknologi sumber ion
Sumber ion adalah bagian MS yang berfungsi untuk mengionkan material analit. Ion kemudian di transfer oleh medan listrik dan medan magnet ke massa analizer . Karena ion sangat reaktif dan massa hidupnya singkat, pembentukan dan pemanipulasian harus di lakukan di ruang vacum, tekanan atmosfer sekitar 760 toor. Tekanan ion dapat di gunakan sekitar 10 sampai 10 torr. Pada umumnya, ionisasi di pengaruhi oleh energy sinar yang tinggi dari electron, dan pemisahan electron di capai dengan meningkatkan dan memfokuskan sinar ion, yang kemudian di bengkokkan oleh medan magnet eksternal. Ion – ion kamudian di deteksi sehingga menghasilkan informasi dan di analisis dalam computer. Jantung spectometer adalah sumber ion disini molekul sample ( titik hitam ) di hancurkan oleh electron ( garis biru ) dikeluarkan dari filaman panas. Ini disebut sumbar EI ( electron-impact ). Gas dan sampel volatil padatan dan cairan non volatil dapat di hubungkan secara lansung. Cation dibentuk oleh pembom electron ( titik merah ) yang di dorong oleh plat repeller lain, mempunyai celah yang berbanding terbalik dengan massa tiap-tiap ion. Ion berat di belokkan lebih sulit dangan memvariasikan medan magnet, ion yang mempunyai massa berbeda dapat difokuskan untuk di lanjutkan ke defector.
Gambar 3: Proses pengionan sampel
Ketika electron berenergi tinggi bertumbukan dengan molekul analit akan terjadi ionisasi dengan mengetuk salah satu electron molekul ( electron ikatan dan non ikatan ). Ini meninggalkan ion molekul ( berwarna merah gambar 3 ). Energy yang tersisa dari tumbukan dapat menyebapkan ion molekul terbagi menjadi bagian neutron ( warna hijau ) dan bagian ion yang lebih kecil ( warna pink dan orange ). Ion molekul adalah kation bebas, tetapi fragmen ion dapat berupa kation bebas ( pink ) atau karbokation ( orange ) bergantung pada sifat neutron.
Gambar : Fragmen – fragmen analit saat diionisasikan
Teknik ionisasi adalah kunci menentukan apakah tipe sampel yang dapat dianalisis oleh MS. ionisasi electron dan ionisasi kimia digunakan untuk gas dan uap. Dalam sumber ionisasi kimia, analit di ionisasikan oleh reaksi ion-molekul selama tumbuhan dan dua teknik yang ini sering digunakan pada sampel cairan atau padatan biologis meliputi ionisasi electrospray ( di kembangkan oleh John Fenn ) dan matrix-assisted laser desorption / ionization ( MAIDI di kembangkan oleh K. Tanaka ). Inductively Couple Plasma ( ICP ), sumber yang digunakan untuk menganalisis kation. Plasma keseluruhannya adalah listrik netral, tetapi punya fraksi atom yang terionisasi oleh temperature tinggi, digunakan untuk mengatokan molekul sampel selanjutnya memotong electron terluar dari atom ini. Plasma biasanya dihasilkan dari gas argon, energy ionisasi pertama gas argon lebih tinggi dari ite, O,F dan Nc, tetapi lebih rendah dari energy ionisasi kedua untuk semua unsure kecuali arus logam frekuensi yag melewati coil sekeliling plasma. Teknologi Penganalisis Massa ( Mass Analyzer )
Mass Analzer memisahkan ion berdasarkan perbandingan massa dengan muatan. Dua hukum dinamika muatan partikel dalam medan magnet dan medan listrik dalam vakum. F = Q ( E+V+B )
Hukum Lorentz
F = m.a
(Hukum kedua Newton pada kasus non relative vistik, kecepatan ion lebih rendah dari kecepatan cahaya). Keterangan : F= gaya yang dipilih untuk ion, m=massa ion A= percepatan ion Q= muatan ion
E= medn listrik V X B vector kecepatan ion dan medan magnet Persamaan disederhanakan ( M/Q ) a = E+V x B
Banyak massa analyzer yang dapat digunakan di antaranya : 1. Sector Sector field mass analyzer manggunakan medan magnet dan medan listrik untuk meningkatkan kecepatan partikel bermuatan dan mengukur berdasarkan rasio massa atau muatan. 2. Time-of-flight Menggunakan medan listrik untuk meningkatkan kecepatan ion-ion melalui pokusial sama, dan mengukur waktu yang di perlukan untuk mensapai defaktor. Jika partikel mempunyai muatan sama, energy kinetik sama dan kecepatan akan bergantung pada massa nya. Ion ringan akan mencapai defaktor terlebih dahulu. 3. Quadrupole mass filter Menggunakan medan listrik yang bergerak-gerak untuk menstabilkan ion yang melewati medan rasio frekuensi ( rf ) quadrupole di buat 4 tangkai parallel. Hanya ion dalam batas mass atau muatan tertentu, tetapi nilai potensial terhadap muatan di biarkan tersapu dengan cepat. Quadrupole pertama bertindak sebagai massa filter dan quadrupole ke dua bertindak sebagai sel penumbuk dimana ion di pecah menjadi fragmen-fragmen. Fragmen yang di filter oleh quadrupole ke tiga yang selanjutnya dibiarkan melewati defector menghasilkan rumus fragmen ms/ms. 4. Three-dimensional qudrupole Ion dapat juga di keluarkan dengan metode eksitasi resonansi, dimana tegangan eksitasi penggerak tambahan dipilih sebagai elektroda dan memerangkap tegangan amplitude atau frekuensi tegangan eksitasi di keluarkan untuk membawa ion-ion dalam kondisi resonansi dan di susun menurut perbandingan massa atau muatan. 5. Linear qudrupole ion trap Sama dengan quadrupole ion trap, tapi pemerangkap ion 2 (2D)dimensi diganti dengan medan tiga dimensi ( 3 D ) Detektor
Detector menghitung muatan yang terinduksi atau arus yang dihasilkan ketika ion dilewatkan atau mengenai suatu permukaan.
Dalam scanning instrument, sinyal dihasilkan dalam detector selama scanning, dimana scanning massa dan menghitung ion sebagai m/z. menurut tipenya, beberapa tipe elektron multipileir digunakan, meliputi faradaycups dan detektor ion ke photon karena jumlah ion yang yang meninggalkan massa analizer cukup kecil, maka sering di gunakan Microchanels plate defector, defector ini terdiri dari sepasang logam pada permukaan dengan massa analizer atau daerah pemerangkap ion. Karakteristik penganalisis:
Mass Rosolving power Adalah ukuran kemampuan membeda-badakan dua puncak yang perbedaannya kecil (m/z)
Mass Accuracy Rasio kesalahan pengukuran m/z di banding dengan kebenaran m/z biasanya di ukur dalam ppm atau mili massa unit
Mass Range Adalah batas m/z yang dapat di terima, yang di berikan oleh analizer
Linear Dinamic Range Batas yang menunjukkan bahwa sinyal ion linear dengan konsentrasi analit
Speed Menunjukkan waktu awal dan akhir, percobaan di gunakan untuk menentuksn jumlah spectra per unit waktu yang dapat di hasilkan
F.
CARA KERJA SPEKTROSKOPI MASSA
Cara kerja: Sampel dalam bentuk gas mula-mula ditembaki dengan berkas elektron berenergi tinggi. Perlakuan ini menyebabkan atom atau molekul sampel berionisasi (melepas elektron sehingga menjadi ion positif). Ion-ion positif ini kemudian dipercepat oleh suatu beda potensial dan diarahkan ke dalam suatu medan magnet melalui suatu celah sempit. Di dalam medan magnet, ion-ion tersebut akan mengalami pembelokan yang bergantung kepada:
Kuat medan listrik yang mempercepat aliran ion. Makin besar potensial listrik yang digunakan, makin besar kecepatan ion dan makin kecil pembelokan.
Kuat medan magnet. Makin kuat magnet, makin besar pembelokan.
Massa partikel (ion). Makin besar massa partikel, makin kecil pembelokan.
Muatan partikel. Makin besar muatan, makin besar pembelokan.
G.
ANALISA KUALITATIF DAN ANALISA KUANTITATIF
Teknik yang di gunakan dalam MS adalah dengan analisa kualitatif dan kuantitatif, meliputi identifikasi suatu senyawanya, menentukan komposisi isotop unsure dalam molekul dan menentukan struktur senyawa dengan mengamati fragmen-fragmen nya. Penggunaan lain, menghitung jumlah senyawa dalam sample dan mempelajari kimia ion fasa gas ( kimia ion dan neutron dalam vakum ). MS sekarang sangat umum di gunakan dalam labor analitik yang mempelajari sifat fisika atau sifat biologi dari senyawa-senyawa yang luar biasa bervariasi. Analisis kualitatif
mengidentifikasi suatu senyawa yang tidak diketahui, dengan mengkalibrasi terhadap senyawa yang telah diketahui. Pola fragmen dipergunakan untuk mengidentifikasi senyawa, juga memungkinkan terdapat pengenalan gugus fungsi dengan melihat puncak-puncak fragmentasi spesifik. Analisis kuantitatif
Analisis ini dapat dipergunakan untuk analisis campuran, baik senyawa organik ataupun anorganik yang bertekanan uap rendah
Persyaratan dasar analisisnya adalah setiap senyawa harus mempunyai paling tidak 1 puncak yang spesifik, konstribusi puncak harus aditif dan sensitif harus reproduksibel serta adanya senyawa referens yang sesuai
Contoh sederhana aplikasi pada spektrometri massa; Contoh berikut mendeskripsikan operasi mass analizer yang merupakan sector penting dari MS. Sample natrium klorida dalam komponen sumber ion, di uapkan ( membentuk gas ) dan diionkan ( di rubah ke dalam partikel yang bermuatan listrik ) Ion natrium ( Na ) dan klorida (C1). Atom natrium adalah monoisotop, dengan massa sekitar 23 amu. Atom klorida dan ion terdiri dari 2 isotop dengan kelimpahan 75 % 35 amu dan 25% 27 amu. Bagian analizer terdiri dari medan magnet dan medan listrik yang menggunakan sumber ion-ion yang berpindah melalui medan ,kecepatan partikel bermuatan dapat di tingkatkan atau di turunkan ketika melalui medan listrik dan arah tersebut dapat diubah oleh medan magnet. Tingkat pembelokan pada ion-ion yang bergerak bergantung pada rasio massa atau muatan ion-ion tersebut. Ion-ion yang lebih besar massa atau muatannya lebih sulit di belokkan oleh sumber magnet dari pada ion yang massa atau muatannya kecil, sesuai dengan hukum ke 2 newton f = m.a. Arus yang melewati analizer masuk ke defector, detektor merekam kelimpahan
relatif masing-masing ion. Informasi ini di gunakan untuk menghitung kelimpahan relative masing-masing tipe ion. Sehingga dapat di gunakan untuk menentukan komposisi sampel ( natrium dan klorin ) dan komposisi isotop H.
( perbandingan 35 C1 dan 37 C1 ).
BENTUK- BENTUK SPECTRA MS
Spectrum massa biasanya di tampilkan sebagai grafik vertical menunjukkan rasio massa atau muatan dan horizontal menunujukkan kelimpahan relatif unsur.
Spekta MS n-dekana
Spectra MS benzyl alkohol
Spectra MS unsure yang mempunyai isotop (2 kloropropana)
BAB V MAGNETIK INTI (NMR) Latar Belakang Spekstrokopi NMR
Resonansi magnetik inti mempunyai kaitan dengan sifat-sifat magnetik suatu inti tertentu. Atom hidrogen sebagai magnet kecil
Jika anda mempunyai suatu kompas jarum, biasanya akan mengarah pada medan magnet bumi dengan arah utara. Jika jarum kompas tersebut anda putar dengan jari sehingga menunjukkan arah selatan – arah yang berlawanan dengan medan magnet bumi. Posisi ini sangat tidak stabil karena berlawanan dengan arah medan magnet bumi, dan jika anda membiarkannya jarum akan segera kembali ke posisi semula yang lebih stabil.
Inti hidrogen juga mempunyai perilaku seperti magnet kecil dan inti-inti hidrogen dapat juga diatur arahnya agar sesuai dengan arah medan magnet luar atau berlawanan dengan arah medan magnet luar. Arah yang berlawanan dengan medan adalah tak stabil (energinya tinggi). Ini memungkinkan untuk mengubah arahnya dari yang lebih stabil ke kurang stabil dengan memberikan energi yang sesuai.
Energi yang dibutuhkan untuk mengubahnya tergantung pada kekuatan medan magnet luar yang digunakan, tetapi biasanya dalam kisaran gelombang radio – pada frekuansi antara 60 – 100 MHz. (frekuansi radio BBC 4 adalah diantara 92-95 MHz!) Hal ini memungkinkan untuk mendeteksi hubungan antara gelombang radio pada frekuensi tertentu dengan perubahan orientasi proton sebagai suatu puncak dalam grafik. Perubahan proton dari satu arah ke arah lain oleh gelombang radio disebut dengan kondisi resonansi.
Pengaruh lingkungan kimia atom hidrogen
Mungkinkah kita mendapatkan suatu proton yang terisolasi, kenyataannya proton mempunyai sesuatu yang mengelilinginya – terutama elektron. Adanya elektron ini akan mengurangi pengaruh medan magnet luar yang dirasakan oleh inti hidrogen.
Misalkan anda menggunakan frekuensi radio 90 MHz, dan anda mengatur besarnya medan magnet sehingga suatu proton yang terisolasi dalam kondisi resonansi. Jika anda mengganti proton yang terisolasi dengan proton yang terhubung dengan sesuatu, proton tidak akan merasakan pengaruh yang penuh dari medan luar dan akan berhenti beresonansi(berubah dari satu arah magnetik ke arah yang lain). Kondisi resonansi tergantung pada adanya kombinasi yang tepat antara medan magnet luar dan frekuensi radio. Bagaimanakah anda mengembalikan kondisi resonansi? Anda dapat sedikit meningkatkan medan magnet luar untuk mengimbangi pengaruh elektron. Misalnya anda menghubungkan hidrogen dengan sesuatu yang lebih elektronegatif. Elektron dalam ikatan akan makin menjauh dari inti hidrogen, sehingga pengaruhnya terhadap medan magnet di sekitar hidrogen akan berkurang.
Untuk mengembalikan hidrogen pada kondisi resonansi, anda harus sedikit meningkatkan medan magnet luar untuk mengimbangi pengaruh electron, tetapi tidak sebanyak jika hidrogen berada didekat atom X. Prinsip Spektroskopi NMR
Spektroskopi NMR mengandung muatan listrik yang pejal dan r umit, dimana kita harus menentukan elemen dasar. Kita harus ingat bahwa kita berhubungan dengan intense magnetic field ( lading magnet yang kuat ) yang dibutuhkan sangat besar, suplai tenaga dengan kontrol yang teliti, dan ketelitian kontrol frekuensi. Di tahun 1924, Pauli menduga bahwa inti atom mempunyai sifat spin dan momen magnetik. Bila inti diletakan dalam medan magnet, tingkat-tingkat energinya akan terurai. Bloch dan Purcell menunjukkan bahwa inti mengabsorpsi radiasi elektromagnetik pada medan magnet yang lebih kuat karena tingkat energi menginduksi gaya magnet.
Setiap inti dikelilingi oleh awan elektron yang selalu bergerak pada pengaruh medan magnet, elektron ini dipaksa bersirkulasi sedemikian rupa dalam usaha melawan medan magnet ini. Akibatnya, ini seakan-akan mendapat efek perlindungan ( shielding ) terhadap medan magnet luar. Dengan kata lain kuat medan atau frekwensi medan magnet harus ditambah agar inti dapat mengalami resonansi. Caranya yaitu dengan mengatur medan magnet melalui aliran arus searah yang akan menghasilkan sapuan ( sweeping ) pada periode yang sempit. Banyaknya medan tiang ditambahkan dapat dikonversikan menjadi frekwensinya yang ekuivalen. Nilai pergeseran kimia tergantung pada lingkungan kimia suatu proton, sedang lingkungan lingkungan kimia suatu proton tergantung pada besar kecilnya efek perlindungan oleh elektron-elektron di lingkunagn proton tersebut. Pergeseran kimia diukur dalam besaran medan atau frekwensi. Perbandingan perubahan frekwensi yang diperlukan terhadap frekwnsi standar, dinyatakan dalam δ ppm. Standar yang digunakan adalah zat yang protonnya mempunyai perlindungan sebesar mungkin untuk memudahkan perbandingan. Makin
besar
nilai
δ,
makin
besar
medan
yang
diperlukan
untuk
mengkompensasikannya agar terjadi resonansi. Harga δ dipengaruhi juga, diantaranya pelarut dan adanya jembatan hydrogen.Pergeseran kimia digunakan untuk identifikasi gugus fungsi dan dapat digunakan sebagai penolong untuk menentukan letak suatu gugus dalam penentuan stuktur molekul. Pergeseran Kimia dalam Spektroskopi NMR
Spektrum H-NMR
Spektroskopi NMR proton merupakan sarana untuk menentukan stuktur senyawa organik dengan mengukur momen magnet atom hidrogen. Pada kebanyakan senyawa, atom hidrogen terikat pada gugus yang berlainan ( seperti – CH2-, -CH3-, -CHO, -NH2, -CHOH- ) dan spektum NMR proton merupakan rekaman sejumlah atom hidrogen yang berada dalam lingkungan yang berlainan. Spektum ini tidak dapat memberikan keterangan langsung mengenai sifat kerangka karbon molekul sehingga diperlukan spektum NMR C-13.
Larutan cuplikan dalam dalam pelarut ditempatkan diantara kutub magnet yang kuat, dan proton mengalami pergeseran kimia yang berlainan sesuai dengan lingkungan molekulnya di dalam molekul. Ini diukur dalam radar NMR, biasanya tetrametilsilan (TMS), yaitu senyawa lembam yang ditambahkan ke dalam larutan cuplikan tanpa ada kemungkinan terjadinya reaksi kimia. Adapun pelarut yang biasanya digunakan yaitu karbontetraklorida, deuterokloroform, deuteriumoksida, deuteroaseton, atau dimetilsulfoksida terdeuterasi. Spektoskopi NMR dapat digunakan sebagai alat sidik jari.dan juga memberikan keterangan tentang jumlah setian tipe hidrogen. Ia juga memberikan keterangan tentang sifat lingkungan dari setiap atom hidrogen tersebut. Kegunaan yang besar dari resonansi magnet inti adalah karena tidak setiap proton dalam molekul beresonansi pada frekwensi yang identik sama. Ini disebabkan oleh kenyataan bahwa berbagai proton dalam molekul dikelilingi
elektron dan menunjukan sedikit
perbedaan lingkungan elektronik dari satu proton ke proton lainnya. Proton -proton dilindungi oleh elektron-elektron disekelilingnya. Spectrum NMR tidak hanya dapat membedakan beberapa banyak proton yang berbeda dalam molekul, tetepi ia juga mengungkapkan berapa banyak setiap tipe proton berbeda yang terkandung dalam molekulnya. Langkah-langkah menginterpretasikan spekta NMR :
jumlah sinyal, yang menerangkan tentang adanya beberapa macam perbedaan dari proton-proton yang terdapat dalam molekul
kedudukan sinyal, yang menerangkan sesuatu tentang lingkungan elektronik dari setiap macam proton.
intensitas sinyal, yang menerangkan tentang berapa banyak proton dari setiap macam proton yang ada.
pemecahan ( splinting ) dari sebuah sinyal menjadi beberapa puncak, yang menerangkan tentang lingkungan dari sebuah proton dengan lainnya.
Pada spektrum H-NMR dalam elusidasi struktur perlu diperhatikan :
Luas di bawah puncak yang biasanya dinyatakan dengan intergrasi untuk melihat perbandingan jumlah proton pada masing-masing puncak.
Terjadinya spin-spin splinting yang mengikuti segitiga pascal. Interaksi antara ikatan electron yang mempunyai kencerungan berpasangan spin dari electron dengan electron lainnya pada proton yang berdekatan.
Pergeseran kimia (chemical shift), yaitu kedudukan proton dalam spektum tersebut.
Contoh spektrum H-NMR
Spektum C-NMR
Sinyal dari atom C13 dalam alat NMR dapat dideteksi karena adanya sejumlah kecil atom karbon C-13 bersama-sama C-12. momen magnet yang dihasilkan oleh
13
C lebih kecil,
bila dibandingkan dengan momen magnet proton, berarti sinyalnya jauh lebih lemah. Pelarut yang biasanya digunakan serupa dengan NMR proton, tetapi jangka resonansi C jauh lebih besar. Sehingga spektum NMR-13C jauh lebih teresolusi, umumnya setiap karbon dalam molekul dapat ditetapkan sinyalnya. Sama halnya seperti pada NMR proton, atom karbon penyulihannya berlainan akan menunjukkan geseran dalam jangka yang khas. Spectrum NMR 13C pada hakikatnya merupakan pelengkap NMR proton. Pada spektrum C-NMR dalam elusidasi struktur perlu diperhatikan :
Luas di bawah puncak yang biasanya dinyatakan dengan intergrasi untuk melihat perbandingan jumlah carbon yang ekuivalen secara magnetic pada masing-masing puncak..
Terjadinya spin-spin splinting yang mengikuti segitiga pascal. Interaksi antara ikatan electron yang mempunyai kencerungan berpasangan spin dari electron dengan electron lainnya pada proton yang diikat. Spin-spin slinting ini sering dihilangkan dengan cara di dekloping guna menghindari puncak-puncak yang tumpang tindih.
Geseran kimia (chemical shift), yaitu kedudukan karbon dalam spektum tersebut. Ini juga menggambarkan letak dan kedudukan karbon dalam molekul.
Contoh spektrum C-NMR
Spektrum C-NMR kopling dan dekopling
BAB VI AAS (Atomic Absorption Spectrometri) dan AES (Atomic Emission Spectrometer)
AAS (Atomic Absorption Spectrometri)
Metode AAS berprinsip pada absorbsi cahaya oleh atom. Atom-atom menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat unsurnya. Transisi elektronik suatu unsur bersifat spesifik. Dengan absorpsi energi, berarti memperoleh energi yang lebih banyak, suatu atom dinaikkan tingkat energinya dari keadaan dasar ke tingkat eksitasi. Kita dapat memilih di antara panjang gelombang ini yang menghasilkan garis spectrum yang tajam dan dengan intensitas maksimum. Prinsip dasar AAS:
Pada AAS terjadi penyerapan sumber radiasi (sinar tampak atau ultraviolet) oleh atomatom netral dalam keadaan gas yang berada dalam nyala.
Untuk jadi atom netral dalam keadaan gas butuh perlakuan khusus dipanaskan pada suhu tinggi.
Nyala digunakan untuk membuat atom netral dalam keadaan gas.
Bila dianalogikan dengan spektrofotometri UV-Vis: kuvet adalah nyala api , sedangkan sampelnya adalah atom-atom netral dalam keadaan gas. Namun AAS tidak dimasukkan dalam spektrofotometri UV-Vis karena ada perbedaan diantara keduanya yaitu dalam:
AAS termasuk anggota metode spektrofotometri nyala karena butuh nyala dalam mengubah bentuk molekul menjadi bentuk atom. Spektrum molekul cenderung merupakan pita serapan karena suatu molekul bila dikenai radiasi elektromagnetik akan terjadi tumpang tindih posisi energi rotasi, vibrasi dan elektronik, sedangkan spektrum pada atom merupakan garis-garis serapan karena yang ada hanya energi elektronik. Pada AAS tidak didapat garis-garis spektrum, melainkan suatu pelebaran garis-garis spektrum sampai (0,02-0,05 A) lebih lebar dari garis spektrum alamiah atom 10-4 A. Ada dua penyebab pelebaran yaitu : 1. Pelebaran Doppler disebabkan karena atom-atom netral di dalam nyala bergerak dengan kecepatan yang tinggi mendekati atau menjauhi radiasi yang datang. Akibat kedua peristiwa tersebut
maka panjang gelombang radiasi yang datang akan diperkecil atau diperbesar. Perbedaan terhadap panjang gelombang puncak serapan akan menyebabkan pelebaran garis puncak serapan, karena puncak serapan masih juga diserap. 2. Pelebaran tekanan disebabkan peristiwa tumbukan antar atom sendiri dalam nyala. Tumbukan-tumbukan atom akan menyebabkan perubahan tingkat energi asas atom tersebut. Sedangkan tingkat energi asas semula kalau tidak terjadi tumbukan antar atom juga masih terhitung. Perbedaan tingkat energi asas atom-atom tersebut akan menimbulkan perbedaan panjang gelombang, yang akan berakibat pelebaran garis-garis spektrum serapan. Gas Pembakar
Gas pembakar pada spektrofotometri nyala sangat penting yang berfungsi untuk mengubah fase sampel yang cair dalam bentuk tetesan kabut (s) dan selanjutnya segera berubah menjadi gas. Pada AAS digunakan 2 macam gas pembakar yaitu :
Gas yang bersifat oksidasi: udara, udara (dan O 2 ) dan campuran O2 + N2O
Gas sebagai bahan bakar: gas alam, propana, butana, asetilen dan H 2, asetilen
Gas pembakar dalam AAS dapat saja merupakan campuran keduanya: udara dengan propana, udara dengan asetilen (terbanyak dipakai) dan N2O dengan asetilen. Perlu diperhatikan disini adalah profil nyala gas pembakar, sebab proses absorbsi radiasi terjadi nyala. Profil nyala tiap unsur berbeda tapi pada umumnya tinggi nyala api gas pembakar dibuat ± 5 cm. Pemilihan Panjang Gelombang
Pada penentuan dengan AAS dipilih satu panjang gelombang dengan intensitas yang cukup tinggi dan memberikan kelurusan rentang dinamik pada penentuan kuantitatif. Sebaiknya penentuan dilakukan pada panjang gelombang di atas 220 nm untuk mancegah absorpsi non atomik dan mencegah radiasi sesatan. Absorpsi Garis Resonansi Atom
atom-atom netral suatu unsur di dalam nyala api mempunyai sifat yang khas yaitu akan menyerap radiasi yang datang.
λ radiasi yang diserap sesuai dengan energi eksitas i ke salah satu tingkat energi eksitasi
Setiap unsur memerlukan sumber radiasi yang tertentu dan sesuai agar persyaratan hukum Lambert – Beer terpenuhi
Analisis Kuantitatif
Kegunaan AAS adalah untuk analisis kuantitatif logam – logam alkali dan alkali tanah. Beberapa hal yang diperhatikan adalah:
larutan sampel diusahakan seencer mungkin (kadar unsur yang dianalisis tidak lebih dari 5% dalam pelarut yang sesuai)
Hindari pemakaian pelarut aromatik atau halogenida. Pelarut organik yang umum : keton, ester, dan etil asetat. Hendaklah dipakai pelarut-pelarut untuk analisis (p.a)
Dilakukan perhitungan atau kalibrasi dengan zat standar, sama pelaksanaanya dengan spektrofotometri UV-Vis.
Instrumentasi
Alat AAS terdiri dari 3 komponen yaitu: Unit atomisasi, sumber radiasi dan sistem pengukur fotometrik Spektofotometer absorbsi atom dikenal ada 2 macam sistem optik yaitu berkas tunggal dan ganda. Gambar:
Sumber radiasi yang terbaik adalah sinambung dengan monokrom resolusi yang baik, serta intensitas radiasi cukup kuat. Contoh : Lampu katoda berongga dan tabung awan muatan gas (Gas Discharge Tubes)
Monokromator harus mampu memberikan resolusi yang terbaik. Ada 2 bentuk monokromator yaitu monokromator celah dan kisi difraksi. Monokromator ditempatkan diantara nyala dan detektor.
Radiasi nyala dan radiasi yang diteruskan akan bergabung menuju detektor seperti yang diterangkan pada pernyataan di bawah ini: Pt = Po-Pa.........(1) Pt = Po-Pa+Pe...(2)
Po = intensitas radiasi sumber radiasi Pt = intensitas yang diteruskan oleh monokromator Pa = intensitas yang diserap oleh sampel Pe = intensitas emisis nyala Kalau pada AAS terjadi keadaan persamaan (1) maka hukum Beer-Lambert dapat diberlakukan pada kenyataannnya pada AAS yang terjadi keadaan persamaan (2), jadi hukum Beer – Lambert tidak dapat diberlakukan (karena gangguan Pe). Untuk menghilangkan adanya gangguan Pe ditempuh modulasi Pt dengan cara elektronik atau mekanik, sehingga didapat intensitas radiasi yang diteruskan berselang-seling (fluktuasi). Alat pembakar untuk mendapatkan nyala api yang dikehendaki juga harus diperhatikan.
Nyala api atau teknik tanpa nyala diharapkan untuk memperoleh uap-uap atom netral suatu unsur dalam sampel. Teknik nyala api gas adalah yang terbanyak, sedang yang perlu dikembangkan adalah panjang/ lebar nyala api (karena dianggap sebagai kuvet) sehingga akan memenuhi hukum Beer-Lambert. Gas pembakar untuk AAS dapat dikombinasi dengan gas pengoksida untuk tujuan
peningkatan temeratur. Untuk unsur yang dianalisis perlu dicari capuran pembakar dan pengoksida yang sesuai.
Detektor pada AAS berfungsi mengubah intensitas radiasi yang datang menjadi arus Atomic Emission Spectrometer (AES)
Prinsip dasar: Spektorkopi emisi atom atau Atomic Emission Spectroscopy (AES) adalah suatu alat yang dapat digunakan untuk analisa logam secara kualitatip maupun kuantitatip yang didasarkan pada pemancaran atau emisi sinar dengan panjang gelombang yang karakteristik untuk
unsur
yang
dianalisa.
Sumber
dari
pengeksitasi
dari
Atomic
Emission
Spectroscopy bisa didapat dari nyala api gas atau Busur listrik. Sumber eksitasi dari nyala gas biasanya disebut ICP (Inductively Couple Plasma) sedangkan sumber eksitasi dari busur listrik biasa disebut “ ARC ” atau “SPARK ”, sedangkan alat detector sinarnya adalah Tabung Penggandaan Foton atau “ Photo Multiplier Tube (PMT)” Prinsip dasar (AES) ini yaitu : Apabila atom suatu unsur ditempatkan dalam suatu sumber energi kalor (sumber pengeksitasi), maka elektron di orbital paling luar atom tersebut yang tadinya dalam keadaan dasar atau „ groud state‟ akan tereksitasi ke tingkat-tingkat energi elektron yang lebih tinggi. Karena keadaan tereksitasi itu merupakan keadaan yang sangat tidak setabil maka elektron yang tereksitasi itu secepatnya akan kembali ke tingkat energi
semula yaitu kekeadaan dasarnya (ground st ate). Pada waktu atom yang tereksitasi itu kembali ketingkat energi lebih rendah yang semula, maka kelebihan energi yang dimilikinya sewaktu masih dalam keadaan tereksitasi akan „dibuang‟ keluar berupa „emisi sinar‟ dengan panjang gelombang yang karakteristik bagi unsur yang bersangkutan. Sumber Pengeksitasi atom
Untuk sumber pengeksitasi atom suatu unsur diperlukan suatu sumber energi kalor yang mampu mengeksitasikan elektron di orbital paling luar dari atom tersebut ke tingkat energi atom yang lebih tinggi. Pada spektrofotometri Emisi nyala, sumber pengeksitasinya adalah nyala api gas, tetapi kelemahan dari nyala api ini adalah energi kalor yang dihasilkan nya relatif rendah. Misalnya campuran gas Acetilen dan O2 murni hanya akan menghasilkan suhu sekitar 3000oC. Dengan kombinasi gas ini maka unsur-unsur yang dapat dieksitasikan dengan menghasilkan intensitas sinar emisi yang baik biasanya adalah logam-logam alkali (Na, K, Li, Ca dll). Sedangkan untuk mengeksitasikan atom logam-logam yang lebih berat maka diperlukan nyala api dengan kombinasi gas lain yang dapat memberikan suhu lebih tinggi dan juga memberikan energi kalor yang lebih tinggi. Oleh karena itu telah diusahakan adanya sumber-sumber pengeksitasi atom yang dapat menghasilkan energi kalor yang lebih tinggi. Ada dua jenis sumber pengeksitasi yang mampu memberikan energi kalor dan suhu yang lebih tinggi, yaitu „bunga api listrik‟ yang disebut „Arc‟ atau “Spark” dan “Plasma” yang ditimbulkan secara induksi (Inductively Couple plasma atau ICP). Dengan kedua jenis sumber eksitasi ini maka hampir semua unsur logam dapat dieksitasikan. Yang dimaksud dengan bunga api listrik atau awan muatan listrik (electrical discharge) adalah loncatan muatan listrik antara ujung batang elektroda dan sampel dimana ujung elektroda dan sampel tidak saling bersentuhan dan apabila antara keduanya diberikan tegangan listrik yang tinggi, maka akan terjadi loncatan muatan elektron dan akan menimbulkan tahanan sehingga hal ini akan menimbulkan kalor yang sangat tinggi, Suhu yang dihasilkan oleh muatan listrik tersebut berkisar antara 4000 0C sampai dengan 70000C. Jadi jauh lebih tinggi dari pada yang dihasilkan oleh nyala api gas acetilen dan O2. Analisa Kualitatif dan kuantitatif
Untuk analisa kualitatif, garis-garis emisi yang khas bagi suatu unsur logam akan tergambar pada film foto sebagaigaris-garis hitam, letak suatu garis hitam tersebut pada film foto menentukan nilai panjang gelombang yang khas bagi unsur logam bersangkutan. Suatu unsur logam tertentu dapat menghasilkan banyak sekali garis hitam pada film foto, dengan intensitas yang berbeda.
Untuk mengidentifikasi unsur logam secara kualitatif dengan cara
ini maka dibuat spectrum emisi cuplikan yang mengandung logam X pada film foto, sehingga pada film tersebut timbul garis-garis hitam dengan panjang gelombang yang khas bagi logam X tersebut, kemudian spectrum logamX tersebut dibandingkan dengan spectrum standar (juga dalam film foto) yang mengandung garis-garis hitam yang khas untuk berbagai unsur logam yang telah diketahui jenisnya dan biasanya disebut “Master Spectrum”. Untuk analisa Kuantitatif, dahulu banyak dilakukan dengan menggunakan alat spektrograf emisi yang detektornya film foto. Dibuat beberapa cuplikan standar unsur X dengan konsentrasi yang sudah diketahui, kemudian tiap cuplikan standar itu di dieksitasi dalam “Spark” sehingga diperoleh spectrum emisi X tersebut pada film foto. Dari berbagai garis spectrum yang dihasilkan pada film foto tersebut, kemudian dipilih salah satu garis yang intensitasnya kuat dan dengan menggunakan alat “Densitometer” diukur derajat kehitaman dari garis yang dipilih itu pada berbagai berbagai konsentrasi X. Semakin
tinggi
konsentrasi
X
maka
semakin
hitam
garisnya (dan
sebaliknya). Sehingga dapat disimpulkan“Tingkat kehitaman garis spectrum emisi pada film foto itu berbanding lurus dengan Intensitas (I) garis emisi itu”. Densitometer memberikan langsung nilai Intensitas untuk berbagai konsentrasi. Sehingga dapat dibuat kurva hubungan antara Intensitas dan Konsentrasi pada suatu panjang gelombang yang diukur. Banyak kerumitan dan kesulitan yang diperoleh dengan cara atau metoda analisa yang menggunakan detektor film foto ini, karena waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan analisanya tidak singkat. Dengan berkembangannya ilmu elektronik yang semakin maju, maka detektor film foto ini sekarang diganti dengan“Tabung Penggandaan Foto” (Photo Multi Plier Tube) / PMT. Sistem Monokromator
Dahulu untuk alat Atomic Emission spectrometri digunakan prisma sebagai alat pendispersi sinar dalam monokromatornya. Sekarang banyak digunakan kisi difraksi yang biasanya berbentuk cekung, kisi difraksi ini biasanya ditempatkan pada suatu system susunan yang disebut „Lingkaran Rowland‟ (Rowland Circle). Lingkaran Rowland = lingkaran panjang radiusnya (jari-jarinya) = ½ X radius kisi difraksi yang cekung. Dengan kisi difraksi ini, sinar yang akan didifraksikan oleh kisi difraksi tersebut akan difokuskan tepat pada bagian lain lingkaran tersebut. Jadi apabila alat detektor ditempatkan tepat pada lingkaran Rowland tersebut, maka sinar yang didifraksikan akan difokuskan tepat pada alat detector tersebut.
Detektor yang digunakan dapat berupa Film foto atau tabung penggandaan foton (Photo Multiplier tube / PMT). Karena sinar yang didifraksikan itu tadinya melalui celah masuk sinar yang bentuknya persegi panjang tipis, seperti garis, maka gambar foto yang diperoleh adalah garis-garis hitam pada film foto (apabila detektornya film foto). Bila film foto digunakan sebagai detector sinar, maka antara kisi difraksi dan detektor tersebut tidak ada celah keluar sinar. Akibatnya semua garis emisi dari cuplikan yang didifraksikan dengan berbagai sudut difraksi oleh kisi difraksi akan tergambar pada film foto berupa garis garis hitam. Setiap garis hitam pada film foto tersebut mewakili suatu nilai panjang gelombang sinar yang telah dipancarkan oleh suatu atom logam dalam cuplikan. Nilai panjang gelombang suatu garis hitam dapat ditentukan berdasarkan kalibrasi terhadap suatu skala panjang gelombang yang sudah diketahui nilainya. Letak suatu garis hitam, yang berasal dari suatu logam, pada film foto, menentukan nilai panjang gelombang yang khas bagi logam yang bersangkutan. Suatu logam tertentu dapat menghasilkan banyak sekali garis hitam pada film foto, dengan Intensitas yang berbeda. Berikut ini skematik bagian dari emission spektrometer. Sistem Peralatan
Blok Diagram Analisa Atomic Emission Spectrometer yang menggunakan spark atau arc telah lama digunakan secara luas pada beberapa aplikasi sebagai metoda untuk melakukan analisa kuantitatif lebih dari satu unsur secara bersamaan dalam suatu sample. Terutama dalam industri logam, cara ini menjadi sangat dibutuhkan untuk mengontrol secara langsung komposisi kimia dalam suatu proses peleburan secara cepat dan akurat. Baru-baru ini, dengan memanfaatkan perkembangan teknologi elektronika dalam analisa Emission Spectrochemical, beberapa perbaikan atau peningkatan telah dibuat dengan tujuan untuk meningkatkan kapekaan dan ketepatan. Hal yang istimewa dalam metoda ini adalah kecepatan analisanya yang hanya memerlukan waktu sekitar 20 detik, dari mulai sample dimasukan dalam sumber spark samapi data terdisplay pada CRT. Prinsip dari alat ini tidak jauh berbeda dengan metoda konvensional yang menggunakan metoda spektrograp, perbedaan utamanya pada penggantian pelat fotografis diganti dengan Photomultiplier (PMT) (tabung penggandaan foton) yang menagkap sinar monokromatis dan kemudian merubahnya kedalam Intensitas . Sinar polikromatis yang dihasilkan dari sumber pengeksitasi (Sprak stand) yang tidak lain adalah sampel dan elektroda. Proses spark akan menyebabkan atom-atom
dalam sampel tereksitasi dan memancarkan sinar polikromatik. Sinar polikromatik ini selanjutnya dilewatkan melalui lensa kondenser kemudian masuk melalui celah masuk (Entrance slit), selanjutnya akan mengenai suatu kisi difraksi yang kemudian mendispersikannya menjadi sinar-sinar monokromatik. Sinar-sinar monokromatik ini lau dilewatkan melalui suatu celah keluar (exit slit) dan selanjutnya akan ditangkap oleh photomultiplier tube (PMT) yang bertindak sebagai detektor dan merubahnya menjadi photocurrent.
Spark Stand Spark stand, adalah bagian dimana Sampel dan elektroda yang biasanya terbuat dari logam wolfram dialiri arus yang dibangkitkan oleh suatu unit pembangkit t egangan tinggi (High Voltage Discharge) sehingga akan timbul spark atau Arc. Proses spark ini akan menyebabkan molekul-molekul dalam sample akan ter atomisasi dan kemudian tereksitasi. Banyak sumber energi yang dapat digunakan untuk membangkitkan spark atauArk. Seprti plasma yang ditimbulkan oleh RF Generator, dlam hal ini yang terpenting adalah Sumber dari pembangkit tersebut mampu mengeksitasikan atom-atom yang ada dalam sample.
Concave Diffraction Grating Concave Diffraction Grating adalah sebuah alat untuk mendispersikan spectrum polikromatis menjadi spectrum monokromatis. Alat ini adalah sebuah lempengan cekung yang pada permukaannya diberikan alur-alur (grooves) yang sejajar dan biasanya sekitar 1200 – 3000 groove per mm.
Exit Slit (Celah keluar) Setelah sinar polikromatis didispersikan menjadi sinar monokromatis oleh oleh grating, kemudian keluar melalui sutu celah yang disebut Entrance slit atau secondary opic. Gambar berikut memperlihatkan sinar yang melalui celah keluar sebelum mencapai detector.
Detektor Ada tiga macam detector yang berbeda dalam rentang panjang gelombangnya, kecepatan respon, sensitivitas dll. Detektor dimaksudkan untuk merubah energi yang dipancarkan menjadi sebuah sinyal listrik yang kemudian diproses oleh sebuah amplifier sehingga dapat dapat di interpretasikan lebih lanjut. Ketiga detector tersebut adalah :
a. Photocell; Fungsinya adalah mengubah energi sinar menjadi arus listrik yang sebanding dengan Intensitasnya. Daerah kerja detector ini pada daerah sinar tampak (380 – 780 nm). Bentuknya adalah sebuah keeping logam yang dilapisi dengan bahan Selenium yang sensitive terhadap sinar. Sinar yang mengenai lapisan ini menyebabkan elektron terlepas dan akan terjadi perbedaan muatan yang dapat diukur besarnya
dengan microammeter, detektor
ini
kurang sensitive
dan
responnya rendah. b. Phototube; Kontruksi detektor ini adalah sebuah tabung vakum yang terbuat dari kuarsa, bagian dalamnya berisi katoda (Photocathode) logam berbentuk ½ silinder dengan permukaanya dilapisi oksida logam yang mudah melepaskan electron bila dikenai sinar, kemudian sebagai anoda adalah sebuah kawat berlubang (wire mesh). Antara Katoda dan Anoda dipasang selisih tegangan dan apabila sebuah sinar datang masuk melalui jendela kuarsa dan jatuh ke permukaan Katoda, energi sinar ini akan diserap oleh lapisan oksida logam dan elektron yang ada dilapisan ini akan terlempar dan berkumpul pada Anoda, sehingga dalam tabung foton akan timbul arus. Detector ini mampu membaca sinar tampak dan sinar ultra violet dengan panjang gelombang dari 190 – 650 nm dan dari 600 – 1000 nm. Jadi untuk menguji daerah dengan panjang gelombang dari 190 sampai 1000 nm diperlukan lebih dari satu detector. c. Photomultipliers; PMT atau Tabung Penggandaan Foton terdiri dari tabung kaca hampa udara yang sebagian dindingnya terbuat dari kuarsa, bagian dalam terdiri dari Katoda yang permukaannya dilapisi suatu bahan yang akan mengeluarkan electron bila dikenai sinar.
