MAKALAH SISTEM FOTONIKA SPEKTROSKOPI SPEKTROSKOPI FTIR
(FOU (FOURI E R TRANS TRANS F ORM I NFRARE D)
Oleh: 1. Yesika Eka Swastika Apsari
(0231 15 4000 0001)
2. Adelia Wahyu Puspitasari
(0231 15 4000 0016)
3. Aulia Rizka Yoranda
(0231 15 4000 0037)
Kelas: Sistem Fotonika B
DEPARTEMEN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER
SURABAYA 2018
DAFTAR ISI
Halaman Awal ..................................................................................................... Daftar Isi .............................................................................................................. Daftar Gambar .................................................................................................... BAB I SPEKTROSKOPI ................................................................................... 1.1 Pengertian Spektroskopi.......................................................................... 1.2 Jenis-jenis Spektroskopi .......................................................................... BAB II SPEKTROSKOPI FOURI ER TRANSFORM INF RARED (FTIR) .. 2.1 Definisi Spektroskopi F ouri er Transform I nfrared (FTIR) .................. 2.2 Prinsip Kerja............................................................................................. 2.3 Keuntungan FTIR .................................................................................... BAB III APLIKASI SPEKTROSKOPI FTIR ................................................. DAFTAR PUSTAKA ..........................................................................................
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Rancangan Spektroskopi FTIR.................................................... Gambar 2. Prinsip Kerja Spektroskopi FTIR................................................ Gambar 3. Grafik Spektrum dari diphenilacetic acid .................................. Gambar 4. Sistem Peralatan Spektroskopi FTIR dengan (1) sumber cahaya
infamerah,
(2)
Spektrometer,
terdiri
dari
interferometer, sampel susu, dan detektor, (3) Penguat dan
Analog to Digital Converter (ADC) 0804, (4) Port printer, (5) Komputer, (6) Periferal I/O, yaitu monitor, printer, disk drive/ hard disk, (7) Jaringan Syaraf Tiruan ...................... Gambar 5. Diagram Interferometer................................................................ Gambar 6. Proses Perubahan Sinyal pada Sistem Peralatan Spektroskopi FTIR.........................................................................
BAB I SPEKTROSKOPI
1.1 Pengertian Spektroskopi
Spektroskopi adalah teknik yang menggunakan interaksi energi dengan radiasi elektromagnetik yang diserap dan dipancarkan oleh suatu materi. Ada beberapa alat yang digunakan untuk melakukan analisis spektroskopi. Dalam istilah sederhana, spektroskopi membutuhkan sumber energi (umumnya laser, tetapi ini bisa menjadi sumber ion atau radiasi sumber) dan alat untuk mengukur perubahan dalam sumber energi setelah itu telah berinteraksi dengan sampel (sering spektrofotometer atau interferometer). Pada spektroskopi melibatkan gelombang elektromagnetik yang hanya caha ya tampak. Namun saat ini spektroskopi mencakup semua panjang gelombang, dari sinar gamma yang paling pendek hingga gelombang radio yang sangat panjang. Umumnya spektroskopi menggunakan cahaya ultraviolet (200-400nm), cahaya tampak (400-750 nm) dan inframerah (750 nm – 1mm). Alat didalam spektroskopi adalah spektroskop. Bagian utamanya merupakan pengurai cahaya menjadi komponen-komponennya yang mempunyai panjang gelombang yang berlainan. Ada tiga macam pengurai cahaya: prisma, kisi dan interferometer. Setelah diurai, komponen-komponen itu diamati dengan patau atau dipotret atau dideteksi dan diukur intensitasnya dengan satu atau lain jenis detektor. Spektrograf adalah spektroskop yang menggunakan pemotretan untuk merekam spektrum. Spektrometer adalah spektroskop yang dirancang untuk menetapkan panjang gelombang radiasi secara langsung atau tidak langsung dari suatu skala.
1.2 Jenis-jenis Spektroskopi a) Penyerapan
Penyerapan spektroskopi adalah teknik di mana kekuatan seberkas cahaya diukur sebelum dan sesudah interaksi dengan sampel dibandingkan. teknik
penyerapan spesifik cenderung disebut dengan panjang gelombang radiasi yang terukur seperti ultraviolet, inframerah atau spektroskopi penyerapan microwave. Penyerapan terjadi ketika energi dari foton sesuai dengan perbedaan energi antara dua negara material. b) Flouresensi
Fluoresensi spektroskopi menggunakan foton energi yang lebih tinggi untuk merangsang sampel, yang kemudian akan memancarkan foton energi yang lebih rendah. Teknik ini telah menjadi populer untuk biokimia dan aplikasi medis, dan dapat digunakan untuk mikroskopi confocal, fluoresensi mentransfer resonansi energi, dan pencitraan fluoresensi seumur hidup. c) Sinar X
Ketika X-ray dari frekuensi yang cukup (energi) berinteraksi dengan zat, elektron cangkang bagian dalam atom yang bersemangat untuk orbital kosong luar, atau mereka bisa dihapus sepenuhnya, ionisasi atom. Shell "lubang" batin kemudian akan diisi oleh elektron dari orbital luar. Energi yang tersedia dalam proses de-eksitasi yang dipancarkan sebagai radiasi (fluoresensi) atau akan menghapus elektron kurang-terikat lain dari atom (Auger effect). Frekuensi absorpsi atau emisi (energi) merupakan karakteristik dari atom tertentu. Selain itu, untuk atom tertentu, kecil frekuensi (energi) variasi yang merupakan ciri khas dari ikatan kimia terjadi. Dengan alat yang cocok, ini X-ray karakteristik frekuensi atau energi elektron Auger dapat diukur. Penyerapan sinar-X dan spektroskopi emisi yang digunakan dalam ilmu kimia dan bahan untuk menentukan komposisi unsur danikatankimia. X-ray kristalografi adalah proses hamburan; material kristalin scatter sinarX di sudut didefinisikan dengan baik. Jika panjang gelombang insiden sinar-X yang diketahui, hal ini memungkinkan perhitungan jarak antara bidang atom dalam kristal. Intensitas dari sinar-X yang tersebar memberikan informasi tentang posisi atom dan memungkinkan pengaturan atom-atom dalam s truktur kristal untuk dihitung. Namun, sinar X-ray maka tidak tersebar sesuai dengan panjang gelombang tersebut, yang ditetapkan pada nilai tertentu, dan X-ray difraksi dengan demikian bukanlah sebuah spektroskopi.
d) Api
Sampel cair solusi yang disedot ke dalam burner atau nebulizer / kombinasi burner, desolvated, dikabutkan, dan kadang-kadang bersemangat untuk keadaan energi yang lebih tinggi elektronik. Penggunaan api selama analisis membutuhkan bahan bakar dan oksidan, biasanya dalam bentuk gas. bahan bakar gas yang umum digunakan adalah asetilena (etuna) atau hidrogen. gas oksidan umum digunakan adalah oksigen, udara, atau nitrous oxide. Metode ini seringkali mampu menganalisis analit Unsur logam di bagian per juta, miliar, atau mungkin rentang konsentrasi yang lebih rendah. Light detektor diperlukan untuk mendeteksi cahaya dengan informasi analisis yang berasal dari api.
BAB II SPEKTROSKOPI FOURI ER TRANSFORM INFR ARED (FTIR)
2.1 Definisi Spektroskopi F ourier Transform I nfrared (FTIR)
Spektroskopi Fourier
Transform
Infrared (FTIR)
merupakan
instrument yang digunakan untuk mengukur resapan radiasi infra merah oleh sampel uji dan direpresentasikan dalam tampilan spektrum sehingga terbetuk sidik jari molekuler. Pada dasarnya spektroskopi ini dapat mengidentifikasi
Gambar 1. Rancangan Spektroskopi FTIR
material yang tidak diketahui, menentukan kualitas atau konsistensi dari sebuah sampel, dan dapat menentukan kuantitas dari komponen dalam campuran. Pada umumnya susunan komponen dapat digambarkan seperti Gambar 1.
2.2 Prinsip Kerja
Prinsip kerja spektroskopi FTIR dalam menganalisa sebuah sampel dapat dinyatakan seperti Gambar 2. a.
Sumber Energi dari infra merah diemisikan dari tabung laser. Energi yang dipancarkan bergantung pada bukaan/apparture.
b.
Interferometer Laser memasuki interferometer kemudian terjadi pengubahan menjadi sinyal interferogram.
c.
Sampel uji Sinar masuk kepada kompartmen sampel yang tertransmisi melalui atau terpantul dari permukaan sampel, dalam hal ini karakter sampel dapat dilihat dari frekuensi energi yang diserap material
d.
Detektor Detektor yang digunakan didisain khusus untuk mengenali sinyal interferogram khusus.
e.
Komputer Sinyal yang diukur diubah menjadi sinyal digital dan dikirim ke komputer dimana Transformasi Fourier dilakukan
Gambar 2. Prinsip Kerja Spektroskopi FTIR
2.3 Keuntungan FTIR
Terdapat beberapa keuntungan dari penggunaan FTIR dalam teknologi spektroskopi yakni:
a. Kecepatan : karena proses pengolahan data dilakukan secara simultan sehingga sistem beroperasi pada satuan detik bukan menit, atau disebut dengan Felgett Advantage b. Sensitivitas Tingkat sensitivitas yang tinggi dengan detektor yang lebih sensitif dan keluaran optisnya lebih tinggi pula atau dikenal dengan Jacquinot Advantage. Tingkat bising yang jauh lebih rendah dan pemindaian dilakukan cepat disebut dengan signal averaging c. Rangkaian Mekanik yang sederhana d. Kalibrasi Internal Instrumen ini menggunakan laser HeNe sebagai standar kalibrasi panjang gelombang internal (disebut Connes Advantage). Instrumen ini melakukan kalibrasi sendiri dan tidak perlu dikalibrasi oleh pengguna (Thermo Nicolet Corporation, 2001).
BAB III APLIKASI SPEKTROSKOPI FTIR
Dalam sebuah jurnal dijelaskan bahwa salah satu apliaksi dari spektroskopi FTIR ini adalah sebaga penentu kualitas susu sapi. Pada umumnya pengujian kualitas susu sapi dilakukan melalui empat tahapan yang dikenal dengan sebutan metode Kjeldahl yakni tahap destruksi, destilasi, titrasi, dan konversi yang membutuhkan energi, waktu, dan biaya yang lebih besar sehingga dilakukanlah penelitian dengan memanfaatkan teknologi spektroskopi dengan sumber cahaya near infrared berkisar antara 500-1200 nm pada mulanya. Seiring berkembangnya teknologi disempurnakanlah menjadi spektroskopi FTIR ini dengan keunggulan lebih cepat dalam proses pengoperasiannya karena dilakukan secara serenta k. Paada suhu kamar, molekul senyawa organic dalam kondisi diam dan memiliki frekuensi yang dapat menyerap infra merah dan dapat menyebabkan adanya vibrasi ulur(stretching vibration) dan vibrasi tekuk(bending vibration) pada setiap ikatannya. Energi ulur lebih besar dari energi tekuk sehingga serapan ulur terjadi pada frekuensi lebih tinggi dari serapan tekuk. Degan hukum Hooke dapat dicari besar frekunsi vibrasi
1 = 2 [( + )] dimana n adalah frekuensi spasial (cm-1), c kecepatan cahaya dalam ruang hampa, f tetapan gaya ikatan( 5x10 5 dyne/cm tiap ikatan), m1 dan m2 masingmasing massa dari atom 1 dan atom 2 yang saling berikatan. Bentuk spektrum cahaya dari senyawa-senyawa organik berkaitan erat dengan transisi-transisi diantara tingkatan-tingkatan energi elektronik. Sebagai contoh, yaitu salah satu bagian dari protein (asam amino) adalah diphenilacetic acid , dengan grafik spektrum seperti pada gambar 1.
Gambar 3. Grafik Spektrum dari diphenilacetic acid
Dapat ditunjukkan bahwa grafik spektrum tersebut mempunyai puncak pada setiap ikatan karena terjadi penyerapan intensitas cahaya inframerah, yang mempunyai karakteristik yakni :
Ikatan kuat C=O stretch (carbonyl ) pada panjang gelombang 1700 -1725 cm-1
Ikatan O-H terjadi puncak yang melebar pada 2700 – 3300 cm-1
Ikatan C-H stretch yang overlap dengan O-H sekitar 3000 cm -1
Ikatan C-O mempunyai puncak sempit (pita) sekitar 1100 – 1400 cm-1
Berikut merupakan gambaran dari sistem instrument spektroskopi FTIR
Gambar 4. Sistem Peralatan Spektroskopi FTIR dengan (1) sumber cahaya infamerah, (2) Spektrometer, terdiri dari interferometer, sampel susu, dan detektor, (3) Penguat dan Analog to Digital Converter (ADC) 0804, (4) Port printer, (5) Komputer, (6) Periferal I/O, yaitu monitor, printer, disk drive/ hard disk, (7) Jaringan Syaraf Tiruan
Terdapat dua perangkat besar yakni perangkat elektronik dan perangkat optic. Peralatan spektroskopi infra merah terdiri dari susunan perangkat optic yang
berfungsi untuk menghasilkan spektrum yang menunjukkan kandungan kimiawi dari susu, rangkaian elektronika mendukung sistem peralatan berjalan secara otomatis, mengirim data yang diperoleh ke computer untuk diproses lebih lanjut serta dapat ditampilkan hasilnya. Bagian-bagian instrument optic antara lai n: a. Interferometer Interferometer
untuk
mengubah
cahaya
inframerah
yang
polikromatik menghasilkan beberapa berkas cahaya membentuk sinyal interferogram. Susunannya seperti gambar berikut:
Gambar 5. Diagram Interferometer
b. Beam Splitter Beam splitter digunakan untuk membagi dan menaytukan berkas sinar c. Cermin Datar Cermin datar berjumlah 2 buah digunakan untuk memantulkan dari beam splitter kembali ke beam splitter lagi untuk digabung agar terjadi proses interferensi gelombang cahaya. Salah satu cermin (cermin 1) dapat digerakkan mendekati atau menjauhi beam splitter , sedangkan cermin yang lain (cermin 2) dibuat tetap. Ukuran cermin ini disesuaikan dengan lebar cahaya yang terbentuk yaitu dengan bentuk lingkaran dengan diameter sekitar 5 cm.
Sedangkan untuk perancangan elektronika terdiri dari power supply sebagai penyedia tegangan pada semua perangkat elektronik, penguat tegangan pada detektor IR, ADC ( Analog to Digital Converter ) 0804 untuk mengubah data analog
dari detektor menjadi data digital. Berikut merupakan gambaran proses perubahan sinyal sistem instrument
Gambar 6. Proses Perubahan Sinyal pada Sistem Peralatan Spektroskopi FTIR
Berikut keluaran tiap bagian sistem peralatan yaitu sumber cahaya IR menghasilkan cahaya polikromatik daerah inframerah, setelah melewati interferometer diubah menjadi sinyal interferogram, sinyal tersebut diserap sampel, yang diteruskan mengenai sensor diubah dalam bentuk tegangan yang sebanding dengan pola interferogram juga, nantinya setelah dilakukan proses di komputer menggunakan perhitungan FFT akan diperoleh grafik spektrum hubungan antara intensitas serapan sampel dan panjang gelombang. (Suseno & K., 2008)
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. (2010, Februari 13). Pengertian Spektroskopi. Retrieved from http://artidefinisi-pengertian.info/pengertian-spektroskopi/ Anonim. (2015, Maret 3). Pengertian Spektroskopi. Retrieved http://kliksma.com/2015/03/pengertian-spektroskopi.html
from
Suseno, J. E., & K., S. F. (2008). Rancang Bangun Spektroskopi FTIR (Fourier Transform Infrared) untuk Penentuan Kualitas Susu Sapi. Berkala Fisika, 28-28. Thermo Nicolet Corporation. (2001). Introduction to Fourier Transform Infrared Spectrometer. Madison, United State of America: A Thermo Elekctron Business.
