dasar teori ir

7/25/2019 Dasar Teori IR

http://slidepdf.com/reader/full/dasar-teori-ir 1/9

I. DASAR TEORI

Spektroftometri infra merah merupakan suatu metode mengamati interaksi molekul

dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah panjang gelombang 0,75 – 1000

µm. Radiasi elektromagnetik dikemukakan pertama kali oleh ames !lark "a#$ell, yang

menyatakan bah$a %ahaya se%ara fisis merupakan gelombang elektromagnetik, artinya

mempunyai &ektor listrik dan &ektor magnetik yang keduanya saling tegak lurus dengan arah

rambatan.

Saat ini telah dikenal berbagai ma%am gelombang elektromagnetik dengan rentang

panjang gelombang tertentu. Spektrum elektromagnetik merupakan kumpulan spektrum dari

berbagai panjang gelombang. 'erdasarkan pembagian daerah panjang gelombang, sinar infra

merah dibagi atas tiga daerah( daerah infra merah dekat, daerah infra merah pertengahan,

daerah infra merah jauh.



)alam pembagian daerah spektrum infra merah tersebut, daerah panjang gelombang

yang digunakan pada alat spektrofotometer infra merah adalah pada daerah infra merah

pertengahan, yaitu pada panjang gelombang *,5 – 50 µm.

'ila ikatan bergetar, maka energi &ibrasi terus menerus dan se%ara periodik berubah

dari energi kinetik ke energi potensial dan sebaliknya. umlah energi total adalah sebanding

dengan frekuensi &ibrasi dan tetapan gaya +k dari pegas dan massa +m1 dan m* dari dua

atom yang terikat. -nergi yang dimiliki oleh sinar infra merah hanya %ukup kuat untuk

mengadakan perubahan &ibrasi.

Perubahan Energi Vibrasi

tom – atom di dalam molekul tidak dalam keadaan diam, tetapi biasanya terjadi

peristi$a &ibrasi. /al ini bergantung pada atom – atom dan kekuatan ikatan yang

menghubungkannya. ibrasi molekul sangat khas untuk suatu molekul tertentu dan biasanya

disebut finger print. ibrasi molekul dapat digolongkan atas dua golongan besar, yaitu(

ibrasi regangan +Stre%hing, adalah peristi$a bergeraknya atom terus sepanjang ikatan yajng

menghubungkannya sehingga akan terjadi perubahan jarak antara keduanya, $alaupun sudut

ikatan tidak berubah. ibrasi regangan ada dua, yaiut regangan simetri +unit struktur bergerak

bersamaan dan searah dalam satu bidang datar dan regangan asimetri +unit struktur bergerak

bersamaan dan tidak searah tetapi masih dalam satu bidang datar.

Vibrasi Bengkokan (Bending)

ika sistem tiga atom merupakan bagian dari sebuah molekul yang lebih besar, maka

dapat menimbulkan &ibrasi bengkokan atau &ibrasi deformasi yang mempengaruhi osilasi

atom molekul se%ara keseluruhan. ibrasi bengkokan ini terbagi menjadi empat jenis, yaitu(

ibrasi goyangan+ro%king, &ibrasi guntingan +S%issoring, &ibrasi kibasan +agging, &ibrasi

pelintiran +2$isting.

Daerah Spektrum Inra !erah

3ara ahli kimia telah memetakan ribuan spektrum infra merah dan menentukan panjang gelombang absorbsi masing4masing gugus fungsi. ibrasi suatu gugus fungsi



spesifik pada bilangan gelombang tertentu. )ari 2abel * diketahui bah$a &ibrasi bengkokan

!–/ dari metilena dalam %in%in siklo pentana berada pada daerah bilangan gelombang 155

%m41. rtinya jika suatu senya$a spektrum senya$a 6 menunjukkan pita absorbsi pada

bilangan gelombang tersebut tersebut maka dapat disimpulkan bah$a senya$a 6 tersebut

mengandung gugus siklo pentana.

Daerah Identiikasi



ibrasi yang digunakan untuk identifikasi adalah &ibrasi bengkokan, khususnya

goyangan +rocking , yaitu yang berada di daerah bilangan gelombang *000 – 00 %m 41.

arena di daerah antara 000 – *000 %m41merupakan daerah yang khusus yang berguna untuk

identifkasi gugus fungsional. )aerah ini menunjukkan absorbsi yang disebabkan oleh &ibrasi

regangan. Sedangkan daerah antara *000 – 00 %m41 seringkali sangat rumit, karena &ibrasi

regangan maupun bengkokan mengakibatkan absorbsi pada daerah tersebut.)alam daerah

*000 – 00 %m41 tiap senya$a organik mempunyai absorbsi yang unik, sehingga daerah

tersebut sering juga disebut sebagai daerah sidik jari +fingerprint region. "eskipun pada

daerah 000 – *000 %m41menunjukkan absorbsi yang sama, pada daerah *000 – 00 %m 41 juga

harus menunjukkan pola yang sama sehingga dapat disimpulkan bah$a dua senya$a adalah

sama.

Sumber sinar inra merah

3ada umumnya, sumber infra merah yang sering di pakai adalah berupa 8at pada inert

yang dipanaskan dengan listrik hingga men%apai suhu antara 15004*000 . kibat

pemanasan ini akan dipan%arkan sinar infra merah yang kontinyu. dapun jenis sinar

inframerah yaitu (

1. Nerst glower, terbuat dari %ampuran oksida unsur lantanida

*. 9lobar, berbentuk batang yang terbuat dari sili%on karbida

:. a$at ;i4!r yang dipijarkan, sumber radiasi untuk instrument ini berbentuk gulungan

ka$at ;i4!r yang dipanaskan kira4kira sampai 1000 !, menghasilkan suatu spektrum

kontinyu dari energi elektromagnetik yang men%akup daerah dari 0004*00 %m41 bilangan

gelombang. -nergi yang diradiasi oleh sumber sinar akan dibagi menjadi dua bentuk ka%a

sferik "1 dan "*.

Instrumen Spektrootometer Inra !erah

omponen dasar spektrofotometer <R sama dengan = tampak , tetapi

sumber,detektor dan komponen optiknya sedikit berbeda. "ula4mula sinar infra marah di

le$atkan melaui sampel dan larutan pambanding kemudian di le$atkan pada monokromator

untuk menghilangkan sinar yang tidak diinginkan. 'erkas ini kemudian dididspersikan

melalui prisma atau gratting. )engan mele$atkannya melalui slit, sinar akan di fokuskan

pada detektor. lat <R biasanya dapat merekam sendiri absorbansinya sendiri. 2emperatur dan

kelembapan juga harus di atur yaitu maksimum 50> dan apabila melebihi batas tersebut

maka menbuat permukaan prisma dan sel alkali halida menjadi suram.



Sumber radiasi yang sering di gunakan adalah ;ernest atau lampu 9lo$er yang di

buat dari oksida4oksida 8irkonium dan natrium, berupa batang berongga denga diameter *mm

dan panjang :0mm. 'atang ini di panaskan sampai suhu 15004*0000! dan akan memberikan

radiasi diatas 7000%m41. Sumber 9lo$er juga di gunakan dalam instrumen dengan absorbansi

sekitar 5*00%m41. "onokromator yang di gunakan dalam infra merah terbuat dari berbagai

ma%am bahan antara lain gelas, lelehan silika, ?i@, !a@*, 'a@*,;a!l, g!l, 'r, !sl. 2etapi

pada umumnya prisma ;a!l di gunakan untuk daerah 0004A000%m41 dan prisma bruntuk

00%m41. =ntuk detektor dalam infra merah digunakan detektor termal. )i antara detektor

termal , termokope lah yang banyak di gunakan. 'olometer memberikan sinyal listrik sebagai

hasil perubahan dalam tahanan konduktor metal dengan temperatur .

=ntuk instrumen yang di gunakan umumnya ada * ma%am instrumen yaitu untuk

analisis kuantitatif dan untuk analisis kualitatif. arena kompleksnya spektrum <R maka di

gunakan re%order . umunya alat <R digunakan berkas ganda yang di ran%ang lebih sederhana

daripada berkas tunggal. )alam semua instrumen selalu ada %hopper frekuensi rendah untuk

menyesuaikan output sumber. Ran%angan optisnya mirip denga spektrofotometer =4tampak

ke%uali tempat sampel dan pembandingan di tempatkan di antara sumber dan monokromator

untuk menghamburkan sinar yang berasal dari sampel dan untuk men%egah terjadinya

penguraian se%ara fotokimia. Sumber sinar di bagi menjadi dua berkas , satu di le$atkan pada

sampel dan yang satu mele$ati pembanding, kemudian se%ara berturt4turut mele$ati

attenuator dan %hopper. Setelah melalui prisma, berkas jatuh pada detektor dan di ubah

menjadi sinyal listrik yang di rekam oleh re%order. adang – kadang di perlukan amplifier

bila sinyal lemah. 3ada pengukuran kuantitatif model berkas ganda kurang begitu

memuaskan karena banyak gangguan dari sirkuit elektronik dan pengaturan titik nol besar

sehinngga menyebabkan kesalahan.

Sinar dari sumber dibagi dalam * berkas yang sama, satu berkas melalui %uplikan dan

satu berkas lainnya sebagai baku. @ungsi model berkas ganda adalah mengukur perbedaan

intensitas antara * berkas pada setiap panjang gelombang. edua berkas itu dipantulkan pada

B%hopperB yang berupa %ermin berputar. /al ini menyebabkan berkas %uplikan dan berkas

baku dipantulkan se%ara bergantian ke kisi difraksi. isi difraksi berputar lambat, setiap

frekuensi dikirim ke detektor yang mengubah energi panas menjadi energi listrik.

ika pada suatu frekuensi %uplikan menyerap sinar maka detektor akan menerima

intensitas berkas baku yang besar dan berkas %uplikan yang lemah se%ara bergantian. /al ini

menimbulkan arus listrik bolak4balik dalam detektor dan akan diperkuat oleh amplifier. ika

%uplikan tidak menyerap sinar, berarti intensitas berkas %uplikan sama dengan intensitas



berkas baku dan hal ini tidak menimbulkan arus bolak4balik, tetapi arus searah. mplifier

dibuat hanya untuk arus bolak4balik. rus bolak4balik yang terjadi ini digunakan untuk

menjalankan suatu motor yang dihubungkan dengan suatu alat penghalang berkas sinar yang

disebut baji optik. 'aji optik ini oleh motor dapat digerakkan turun naik ke dalam berkas

baku sehingga akan mengurangi intensitasnya yang akan diteruskan ke detektor. 'aji optik ini

digerakkan sedemikian jauh ke dalam berkas baku sehingga intensitasnya dikurangi dengan

jumlah yang sama banyaknya dengan jumlah pengurangan intensitas berkas %uplikan, jika

%uplikan melakukan penyerapan. 9erakan baji ini dihubungkan se%ara mekanik dengan pena

alat rekorder sehingga gerakan baji ini merupakan pita serapan pada spektrum tersebut.

Pen"iapan #up$ikan untuk spektrootometer inra merah

da berbagai tehnik untuk persiapan sampel, bergantung pada bentuk fisik sampel yang akan

dianalisis.

A. %up$ikan berupa padatan

&. 'uo$ !u$$

Sampel digerus dengan mortar dan pestle agar diperoleh bubuk yang halus. , di%ampur

dengan ;ujol agar terbentuk pasta, kemudian beberapa ditempatkan antara dua plat sodium

klorida+;a!l +plat ini tidak mengabsorbsi inframerah pada $ilayah tersebut

. Pe$et *Br

Sedikit sampel padat +kira4kira 1 – * mg, kemudian ditambahkan bubuk 'r murni

+kira4kira *00 mg dan diaduk hingga rata. !ampuran ini kemudian ditempatkan dalam

%etakan dan ditekan dengan menggunakan alat tekanan mekanik. kemudian sampel +pelet

'r yang terbentuk diambil dan dianalisis.

B. %up$ikan berupa #airan

Setetes sampel ditempatkan antara dua plat 'r atau plat ;a!l untuk membuat film

tipis.

%. %up$ikan berupa $arutan

)isini diperlukan pelarut yang mempunyai daya yang melarut %ukup tinggi terhadap

senya$a yang akan dianalisis, tetapi tak ikut melakukan penyerapam di daerah infra merah

yang di analisis. Selain itu, tidak boleh terjadi reaksi antara pelarut dengan senya$a %uplikan.

3elarut4pelarut yang biasa digunakan adalah(

arbon disulfide +!S*, untuk daerah spe%trum 1::04A*5C%m.

!!l, untuk daerah spe%trum 00041::0C%m.

3elarut4pelarut polar, misalnya kloroform, dioksan, dimetil formamida.

http://id.wikipedia.org/wiki/Padat


http://id.wikipedia.org/wiki/Sodium_klorida


http://id.wikipedia.org/wiki/Cairan



http://id.wikipedia.org/wiki/Cairan




D. +as

=ntuk menghasilkan sebuah spektrum inframerah pada gas, dibutuhkan sebuah sel

silinderCtabung gas dengan jendela pada setiap akhir pada sebuah material yang tidak aktif

inframerah seperti 'r, ;a!l atau !a@*. Sel biasanya mempunyai inlet dan outlet dengan

keran untuk mengaktifkan sel agar memudahkan pengisian dengan gas yang akan dianalisis.

*omponen a$at spektrootometer

Sumber radiasi.

3rinsipnya sumber radiasi <R dipan%arkan oleh padatan lembam yang dipanaskan

sampai pijar dengan aliran listrik. da : ma%am sumber radiasi yaitu (

9lobar sour%e ( tabung sili%a %arbida dengan ukuran diameter 5mm dan panjang 5%m.

;ernst 9lo$er ( senya$a4senya$a oksida.

2ungsten @ilament ?amp ( untuk analisis dengan nir4<R.

<n%andes%ent ire ( merupakan lilitan ka$at nikrom.

3ada sistim optik @2<R digunakan radiasi ?S-R + Light Amplification by Stimulated

Emmission of Radiation yang berfungsi sebagai radiasi yang diinterferensikan dengan radiasi

infra merah agar sinyal radiasi infra merah yang diterima oleh detektor se%ara utuh dan lebih

baik.

Sampe$ kompartemen.

!uplikan atau sampel yang dianalisis dapat berupa %airan, padatan atau pun gas.

arena energi &ibrasi tidak terlalu besar sampel dapat diletakan langsung berhadapan dengan

sumber radiasi <R. arena gelas kuarsa atau mortar yang terbuat dari porselene dapat

memberikan kontaminasi yang menyerap radiasi <R, maka pemakaian alat tersebut harus

dihindari. 3reparasi %uplikan harus menggunakan mortar yang terbuat dari batu agate dan pengempaan dilakukan dengan menggunakan logam monel.

!onokromator

"onokromator merupakan suatu alat yang berfungsi untuk mendispersikan sinar dari

sinar polikromatik menjadi sinar monokromatik. da dua ma%am tipe monokromator yaitu

monokromator prisma dan monokromator gratting +kisi difraksi. "onokromator <R terbuat

dari garam ;a!l, 'r, !s'r, atau ?i@. Dleh sebab itu spektrofotometer <R harus diletakkan di

suatu tempat dengan kelembaban yang rendah untuk men%egah kerusakan pada peralatan

http://id.wikipedia.org/wiki/Gas

http://id.wikipedia.org/wiki/Tabung

http://id.wikipedia.org/wiki/Gas

http://id.wikipedia.org/wiki/Tabung



optiknya. "onokromator %elah berfungsi untuk lebih memurnikan radiasi <R yang drai

%uplikan sehingga masuk ke dalam rentang bilangan gelombang yang dikehendaki.

"onokromator prisma yang terbuat dari bahan garam anorganik berfungsi sebagai pengurai

dan pengarah radiasi <R menuju detektor. "onokromator prisma terbuat dari hablur ;a!l

yang paling banyak digunakan sebab memberikan resolusi radiasi <R terbaik dibandingkan

dengan yang lainnya. 3risma leburan garam4garam bromida pada umumnya dipakai sebagai

resolusi radiasi <R jauh sedangkan garam fluorida untuk radiasi sinar <R dekat.

"onokromator yang umum digunakan adalah monokromtor kisi difraksi atau gratting. isi

difraksi terbuat dari bahan gelas atau palstik yang tertoreh dengan halus permukaannya dan

terlapisi oleh kondensasi uap aluminium. enis monokrotaor kisi difraksi sudah banyak

digunakan pada spektrofotometer <R yang modern. eunggulannya memberikan resolusi

yang lebih bagus dengan dispersi yang surambung lurus, disamping itu tetap menjaga

keutuhan radiasi <R menuju detektor. elemahannya adalah timbulnya per%ikan radiasi <R

pada monokromator kisi difraksi. /al ini diusahakan dengan memakai monokromator ganda

yang merupakan kombinasi dari monokromator prisma dan monokromator kisi difraksi.

Detektor

'erfungsi mengubah sinyal radiasi <R menjadi sinyal listrik. Selain itu detektor dapat

mendeteksi adanya perubahan panas yang terjadi karena adanya pergerakan molekul.

)etektor spelktrofotometer yang bersifat menggandakan elektron tidak dapat dipakai pada

spektrofotometer <R sebab radiasi <R sanngat lemah dan tidak dapat melepaskan elektron dari

katoda yang ada pada system detektor. da tiga tipe detektor yang dapat digunakan pada

spektrofotometer <R, yaitu (

2hermal transdu%er ( terdiri dari dua logam ber%abang dimana suhu tergantung pada

potensialnya. <ntrumen yang menggunakan detektor ini harus disimpan pada tempat yang ber4

! atau bersuhu konstan karena dapat dipengaruhi oleh suhu sehingga dapat terjadi

kesalahan dalam mendeteksi suatu senya$a. Responnya lambat sehingga jarang digunakan.

3yroele%tri% transdu%er ( berupa kristal %airan dari triglisin sulfat +29S dimana

temperatur dipengaruhi oleh polaritas senya$a. "emiliki respon yang %epat dalam

menganalisis suatu senya$a.

3hoto%ondu%ting transdu%er ( terbuat dari bahan semikonduktor seperti timbal sulfida,

eaksa telurida, dan %admium telurida, indium antimonida. /arus menggunakan pendingin gas

nitrogen sehingga responnya %epat.



)etektor yang digunakan dalam Spektrofotometer @2<R adalah 29S +Tetra Glycerine

Sulphate atau "!2 + ercury !admium Telluride. )etektor "!2 lebih banyak digunakan

karena memiliki beberapa kelebihan dibandingkan detektor 29S, yaitu memberikan respon

yang lebih baik pada frekuensi modulasi tinggi, lebih sensitif, lebih %epat, tidak dipengaruhi

oleh temperatur, sangat selektif terhadap energi &ibrasi yang diterima dari radiasi infra

merah.

Amp$iier , penguat dan read out.

3enguat dalam sistem optik spektrofotometer <R sangat diperlukan karena sinyal radiasi <R

sangat ke%il atau lemah. 3enguat berhubungan erat dengan derau instrumen serta %elah

monokromator, jadi keduanya harus diselaraskan dengan tujuan mendapatkan resolusi pun%ak

spektrum yang baik dengan derau maksimal. Sedangkan pen%atat atau read out harus mampu

mengamati spektrum <R se%ara keseluruhan pada setiap frekuensi dengan seimbang. Rentang

bilangan gelombang 000%m41 sampai A50%m4 1 dalam keadaan normal harus dapat teramati

dalam selang $aktu 10 – 15 menit. =ntuk maksud pengamatan pendahuluan selang $aktu

tersebut dapat dipersingkat ataupun diperlambat untuk mendapatkan hasil resolusi pun%ak

spektrum <R yang baik.

nsep )asar imia nalitik. akarta( =< 3ress

dasar teori ir

Documents