Scanning Electron Microscopy (SEM)Elektron memiliki resolusi yang lebih tinggi daripada cahaya. Cahaya hanya mampu mencapai 200nm sedangkan elektron bisa mencapai resolusi sampai 0,1 0,2 nm. Dibawah ini diberikan perbandingan hasil gambar mikroskop cahaya dengan elektron.

Disamping itu dengan menggunakan elektron kita juga bisa mendapatkan beberapa jenis pantulan yang berguna untuk keperluan karakterisasi. Jika elektron mengenai suatu benda maka akan timbul dua jenis pantulan yaitu pantulan elastis dan pantulan non elastis seperti pada gambar dibawah ini.

Pada sebuah mikroskop elektron (SEM) terdapat beberapa peralatan utama antara lain: 1. Pistol elektron, biasanya berupa filamen yang terbuat dari unsur yang mudah melepas elektron misal tungsten.

2. Lensa untuk elektron, berupa lensa magnetis karena elektron yang bermuatan negatif dapat dibelokkan oleh medan magnet. 3. Sistem vakum, karena elektron sangat kecil dan ringan maka jika ada molekul udara yang lain elektron yang berjalan menuju sasaran akan terpencar oleh tumbukan sebelum mengenai sasaran sehingga menghilangkan molekul udara menjadi sangat penting. Prinsip kerja dari SEM adalah sebagai berikut: 1. Sebuah pistol elektron memproduksi sinar elektron dan dipercepat dengan anoda. 2. Lensa magnetik memfokuskan elektron menuju ke sampel. 3. Sinar elektron yang terfokus memindai (scan) keseluruhan sampel dengan diarahkan oleh koil pemindai. 4. Ketika elektron mengenai sampel maka sampel akan mengeluarkan elektron baru yang akan diterima oleh detektor dan dikirim ke monitor (CRT). Secara lengkap skema SEM dijelaskan oleh gambar dibawah ini:

(sumber:iastate.edu) Ada beberapa sinyal yang penting yang dihasilkan oleh SEM. Dari pantulan inelastis didapatkan sinyal elektron sekunder dan karakteristik sinar X sedangkan dari pantulan elastis didapatkan sinyal backscattered electron. Sinyal -sinyal tersebut dijelaskan pada gambar dibawah ini.

Perbedaan gambar dari sinyal elektron sekunder dengan backscattered adalah sebagai berikut: elektron sekunder menghasilkan topografi dari benda yang dianalisa, permukaan yang tinggi berwarna lebih cerah dari permukaan rendah. Sedangkan backscattered elektron memberikan perbedaan berat molekul dari atom atom yang menyusun permukaan, atom dengan berat molekul tinggi akan berwarna lebih cerah daripada atom dengan berat molekul rendah. Contoh perbandingan gambar dari kedua sinyal ini disajikan pada gambar dibawah ini.

Mekanisme kontras dari elektron sekunder dijelaskan dengan gambar dibawah ini. Permukaan yang tinggi akan lebih banyak melepaskan elektron dan menghasilkan gambar yang lebih cerah dibandingkan permukaan yang rendah atau datar.

Sedangkan mekasime kontras dari backscattered elektron dijelaskan dengan gambar dibawah ini yang secara prinsip atom atom dengan densitas atau berat molekul lebih besar akan memantulkan lebih banyak elektron sehingga tampak lebih cerah dari atom berdensitas rendah. Maka teknik ini sangat berguna untuk membedakan jenis atom.

Namun untuk mengenali jenis atom dipermukaan yang mengandung multi atom para peneliti lebih banyak mengunakan teknik EDS (Energy Dispersive Spectroscopy). Sebagian besar alat SEM dilengkapi dengan kemampuan ini, namun tidak semua SEM punya fitur ini. EDS dihasilkan dari Sinar X karakteristik, yaitu dengan menembakkan sinar X pada posisi yang ingin kita ketahui komposisinya. Maka setelah ditembakkan pada posisi yang diinginkan maka akan muncul puncak puncak tertentu yang mewakili suatu unsur yang terkandung. Dengan EDS kita juga bisa membuat elemental mapping (pemetaan elemen) dengan memberikan warna berbeda beda dari masing masing elemen di permukaan bahan. EDS bisa digunakan untuk menganalisa

secara kunatitatif dari persentase masing masing elemen. Contoh dari aplikasi EDS digambarkan pada diagram dibawah ini.

(sumber: umich.edu)

Aplikasi dari teknik SEM EDS dirangkum sebagai berikut: 1. Topografi: Menganalisa permukaan dan teksture (kekerasan, reflektivitas dsb) 2. Morfologi: Menganalisa bentuk dan ukuran dari benda sampel 3. Komposisi: Menganalisa komposisi dari permukaan benda secara kuantitatif dan kualitatif.

Sedangkan kelemahan dari teknik SEM antara lain: 1. Memerlukan kondisi vakum 2. Hanya menganalisa permukaan 3. Resolusi lebih rendah dari TEM 4. Sampel harus bahan yang konduktif, jika tidak konduktor maka perlu dilapis logam seperti emas.

Transmission Electron Microscopy (TEM)Perbedaan mendasar dari TEM dan SEM adalah pada cara bagaimana elektron yang ditembakkan oleh pistol elektron mengenai sampel. Pada TEM, sampel yang disiapkan sangat tipis sehingga elektron dapat menembusnya kemudian hasil dari tembusan elektron tersebut yang diolah menjadi gambar. Sedangkan pada SEM sampel tidak ditembus oleh elektron sehingga hanya pendaran hasil dari tumbukan elektron dengan sampel yang ditangkap oleh detektor dan diolah. Skema perbandingan kedua alat ini disajikan oleh gambar dibawah ini.

Prinsip kerja dari TEM secara singkat adalah sinar elektron mengiluminasi spesimen dan menghasilkan sebuah gambar diatas layar pospor. Gambar dilihat sebagai sebuah proyeksi dari spesimen. Skema dari TEM lebih detil dapat dilihat pada gambar berikut ini.

(sumber: hk-phy.org) Sedangkan sinyal utama yang dapat dihasilkan oleh TEM dideskripsikan pada gambar berikut.

Sinyal utama yang dapat ditangkap atau dihasilkan dari TEM cukup banyak antara lain: 1. Diffraction Contrast Dipakai untuk mengkarakterisasi kristal biasa digunakan untuk menganalisa defek, endapan,

ukuran butiran dan distribusinya. 2. Phase Contrast Dipakai untuk menganalisa kristalin material (defek, endapan, struktur interfasa, pertumbuhan kristal) 3. Mass/Thickness Contrast Dipakai untuk karakterisasi bahan amorf berpori, polimer, material lunak (biologis) 4. Electron Diffraction 5. Characteristic X-ray (EDS) 6. Electron Energy Loss Spectroscopy (EELS + EFTEM) 7. Scanning Transmission Electron Microscopy (STEM) Sehingga aplikasi utama TEM adalah sebagai berikut: analisis mikrostruktur, identifikasi defek, analisis interfasa, struktur kristal, tatanan atom pada kristal, serta analisa elemental skala nanometer. Sementara itu kelebihan dari analisa menggunakan TEM adalah: 1. Resolusi Superior 0.1~0.2 nm, lebih besar dari SEM (1~3 nm) 2. Mampu mendapatkan informasi komposisi dan kristalografi dari bahan uji dengan resolusi tinggi 3. Memungkinkan untuk mendapatkan berbagai signal dari satu lokasi yang sama. Sedangkan kelemahannya adalah: 1. Hanya meneliti area yang sangat kecil dari sampel (apakah ini representatif?) 2. Perlakuan awal dari sampel cukup rumit sampai bisa mendapatkan gambar yang baik. 3. Elektron dapat merusak atau meninggalkan jejak pada sampel yang diuji.

Spektrofotometer Inframerah Transformasi Fourier

Pada dasarnya Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (disingkat FTIR) adalah sama dengan Spektrofotometer Infra Reddispersi, yang membedakannya adalah pengembangan pada sistim optiknya sebelum berkas sinar infra merah melewati contoh. Dasar pemikiran dari Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red adalah dari persamaan gelombang yang dirumuskan oleh Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) seorang ahli matematika dari Perancis. Dari deret Fourier tersebut intensitas gelombang dapat digambarkan sebagai daerah waktu atau daerah frekwensi. Perubahan gambaran intensitas gelobang radiasi elektromagnetik dari daerah waktu ke daerah frekwensi atau sebaliknya disebut Transformasi Fourier (Fourier Transform). Selanjutnya pada sistim optik peralatan instrumen Fourier Transform Infra Red dipakai dasar daerah waktu yang non dispersif. Sebagai contoh aplikasi pemakaian gelombang radiasi elektromagnetik yang berdasarkan daerah waktu adalah interferometer yang dikemukakan oleh Albert Abraham Michelson (Jerman, 1831). Perbedaan sistim optik Spektrofotometer Infra Red dispersif danInterferometer Michelson pada Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red tampak pada gambar disamping.

Cara Kerja Alat Spektrofotometer Fourier Transform Infra RedSistim optik Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red seperti pada gambar disamping ini dilengkapi dengan cermin yang bergerak tegak lurus dan cermin yang diam. Dengan demikian radiasi infra merah akan menimbulkan perbedaan jarak yang ditempuh menuju cermin yang bergerak ( M ) dan jarak cermin yang diam ( F ). Perbedaan jarak tempuh radiasi tersebut adalah 2 yang selanjutnya disebut sebagai retardasi ( ). Hubungan antara intensitas radiasi IR yang diterima detektor terhadap retardasi disebut sebagai interferogram. Sedangkan sistim optik dari Spektrofotometer Infra Red yang didasarkan atas bekerjanya interferometer disebut sebagai sistim optik Fourier Transform Infra Red. Pada sistim optik Fourier Transform Infra Red digunakan radiasi LASER (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 secara utuh dan lebih baik. Detektor yang digunakan dalam Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red adalah Tetra Glycerine Sulphate (disingkat TGS) atau Mercury Cadmium Telluride (disingkat MCT). Detektor MCT lebih banyak digunakan karena memiliki beberapa kelebihan dibandingkan detektor TGS, yaitu memberikan respon yang lebih baik pada frekwensimodulasi tinggi, lebih sensitif, lebih cepat, tidak dipengaruhi oleh temperatur, sangat selektif terhadap energi vibrasi yang diterima dari radiasi infra merah.

Keunggulan Spektrofotometer Fourier Transform Infra RedSecara keseluruhan, analisis menggunakan Spektrofotometer ini memiliki dua kelebihan utama dibandingkan metoda konvensional lainnya, yaitu :

Dapat digunakan pada semua frekwensi dari sumber cahaya secara simultan sehingga analisis dapat dilakukan lebih cepat daripada menggunakan cara sekuensial atau pemindaian. Sensitifitas dari metoda Spektrofotometri Fourier Transform Infra Red lebih besar daripada cara dispersi, sebab radiasi yang masuk ke sistim detektor lebih banyak karena tanpa harus melalui celah.

Spektroskopi NMRa. Prinsip Banyak inti (atau lebih tepat, inti dengan paling tidak jumlah proton atau neutronnya ganjil) dapat dianggap sebagai magnet kecil. Inti seperti proton (1H atau H-1) dan inti karbon-13 (13C atau C-13; kelimpahan alaminya sekitar 1%). Karbon -12 (12C), yang dijadikan standar penentuan massa, tidak bersifat magnet. Bila sampel yang mengandung 1H atau 13C (bahkan semua senyawa organik) ditempatkan dalam medan magnet, akan timbul interaksi antara medan magnet luar tadi dengan magnet kecil (inti). Karena ada interaksi ini, magnet kecil akan terbagi atas dua tingkat energi (tingkat yang sedikit agak lebih stabil (+) dan keadaan yang kurang stabel (-)) yang energinya berbeda. Karena dunia

inti adalah dunia mikroskopik, energi yang berkaitan dengan inti ini terkuantisasi, artinya tidak kontinyu. Perbedaan energi antara dua keadaan diberikan oleh persamaan. E = hH/2 (13.4) H kuat medan magnet luar (yakni magnet spektrometer), h tetapan Planck, tetapn khas bagi jenis inti tertentu, disebut dengan rasio giromagnetik dan untuk proton nilainya 2,6752 x 108 kg1

s A (A= amper)??

Bila sampel disinari dengan gelombang elektromagnetik yang berkaitan dengan perbedaan energi E, yakni, E = h (13.5) inti dalam keadaan (+) mengabsorbsi energi ini dan tereksitasi ke tingkat energi (-). Proses mengeksitasi inti dalam medan magnetik akan mengabsorbsi energi (resonansi) disebut nuclear magnetic resonance (NMR)?? Frekuensi gelombang elektromagnetik yang diabsorbsi diungkapkan sebagai fungsi H. = H/2 (13.6) Bila kekuatan medan magnet luar, yakni magnet spektrometer, adalah 2,3490 T(tesla; 1 T = 23490 Gauss), yang diamati sekitar 1 x 108 Hz = 100 MHz??ilai frekuensi ini di daerah gelombang mikro. Seacara prinsip, frekuensi gelombang elektromagnetik yang diserap ditentukan oleh kekuatan magnet dan jenis inti yang diamati. Namun, perubahan kecil dalam frekuensi diinduksi oleh perbedaan lingkungan kimia tempat inti tersebut berada. Perubahan ini disebut pergeseran kimia. Dalam spektroskopi 1H NMR, pergeseran kimia diungkapkan sebagai nilai relatif terhadap frekuensi absorpsi (0 Hz) tetrametilsilan standar (TMS) (CH3)4Si??ergeseran kimia tiga jenis proton dalam etanol CH3CH2OH adalah sekitar 105??25 dan 490 Hz bila direkam dengan spektrometer dengan magnet 2 1140 T (90 MHz) (Gambar 13.6(a))??arena frekuensi absorpsi proton adalah 0,9 x 108Hz (90 MHz), pergeseran kimia yang terlibat hanya bervariasi sangat kecil.

Gambar 13.6 1H spektra NMR etanol CH3CH2OH (a) spektrum resolusi rendah, (b) resolusi tinggi. Garis bertangga adalah integral intensitas absorpsi. Frekuensi resonansi (frekuensi absorpsi) proton (atau inti lain) sebanding dengan kekuatan magnet spektrometer. Perbandingan data spektrum akan sukar bila spektrum yang didapat dengan magnet berbeda kekuatannya. Untuk mencegah kesukaran ini, skala , yang tidak bergantung pada kekuatan medan magnet, dikenalkan. Nilai didefinisikan sebagai berikut. =( / ) x 106 (ppm) (13.7)

perbedaan frekuensi resonansi (dalam Hz) inti yang diselidiki dari frekuensi standar TMS (dalam banyak kasus) dan frek uensi (dalam Hz) proton ditentukan oleh spektrometer yang sama. Anda harus sadar bahwa Hz yang muncul di pembilang dan penyebut persamaan di atas dan oleh karena itu saling meniadakan. Karena nilai / sedemikian kecil, nilainya dikalikan dengan 106. Jadi nilai diungkapkan dalam satuan ppm. Untuk sebagian besar senyawa, nilai proton dalam rentang 0-10 ppm. Nilai tiga puncak etanol di Gambar 13. 6 adalah 1,15; 3,6 dan 5,4?? Penemuan pergeseran kimia memberikan berbagai kemajuan dalam kimia. Sejak itu spektroskopi NMR telah menjadi alat yang paling efektif untuk menentukan struktur semua jenis senyawa. Pergeseran kimia dapat dianggap sebagai ciri bagian tertentu struktur. Misalnya, pergeseran kimia proton dalam gugus metil sekitar 1 ppm apappun struktur bagian lainnya. Lebih lanjut, seperti yang ditunjukkan di Gambar 13.6, dalam hal spektra 1H NMR, intensitas sinyal

terintegrasi sebanding dengan jumlah inti yang relevan dengan sinyalnya. Hal ini akan sangat membantu dalam penentuan struktur senyawa organik.Selingan- Penemuan pergeseran kimia

Tahun 1964 adalah tahun yang tidak terlupakan sejarah kimia organik Jepang. Spektroskopi NMR awalnya diteliti oleh fisikawan yang tertarik pada sifat magnetik inti. Pengamatan pertama sinyal NMR dilakukan secara independen dan hampir simultan oleh dua fisikawan Amerika Felix Bloch (1905-1983) dan Edward Mills Purcell (1912-1987). Keduanya mendapatkan hadiah Nobel tahun 1952. Menurut teori ini, frekuensi resonansi proton air dan parafin (hidrokarbon) identik sepanjang inti, proton yang sama yang diukur. Namun, beberapa perbedaan kecil mungkin diamati antara nilai satu frekuensi resonansi dua sampel. Pertanyaan yang timbul adalah apakah perbedaan ini adalah sifat khas alami, atau karena ketidakpastian percobaan. Tak sengaja masalah ini diketahui oleh kimiawan yang kemudian menyarankan agar mereka mengukur spektrum etanol, dengan mengatakan bahwa etanol memiliki dua jenis proton, satu seperti air dan satunya seperti parafi. Saran ini diterima dan hasilnya sungguh menakjubkan. Jadi, pergeseran kimia ditemukan akibat kerjasama fisika dan kimia.

Contoh soal 13.3 spektrum 1H NMR

Sketsakan bentuk kira-kira spektrum 1H NMR 1-propanol CH3CH2CH2OH, dan identifikasi asal tiap sinyal. Prosedur ini disebut dengan penandaan (assignment). Jawab Pola spektrumnya dekat dengan pola spektrum etanol kecuali satu sinyal tambahan dari -CH2. Sinyal ini diharapkan muncul antara 1 dan 5 di Gambar 13.5. Anda harus memperhatikan bahwa proton dekat atom oksigen akan beresonansi pada medan rendah (yakni spektrum sisi kiri). b. Kopiling spin-spin Bahkan bila pergeseran kimia adalah satu-satunya informasi yang dihasilkan oleh spektroskopi NMR, nilai informasi dalam penentuan struktural senyawa organik sangat besar maknanya. Selain itu, spektroskopi NMR dapat memberikan informasi tambahan, yakni informasi yang terkait dengan kopling spin-spin. Sebagaimana sudah Anda pelajari, tingkat energi inti (yakni, proton) terbelah menjadi keadaan berenergi tinggi dan rendah. Selain itu, tingkat-tingkat energi ini membelah lebih lanjut karena interaksi dengan inti tetangganya (inti-inti adalah magnet-magnet sangat kecil juga). Pembelahan ini sangat kecil tetapi akan memiliki akibat yang penting, yakni, pembelahannya tidak

dipengaruhi oleh kekuatan medan magnet spektrometer. Pembelahannya hanya bergantung pada interaksi inti-inti. Bila spektrum 1H NMR etanol diukur dengan kondi si lebih baik (uakni resolusi lebih baik), sinyal CH3- dan CH2- tebelah menjadi multiplet (Gambar 13.6(b)). Pembelahan ini karena adanya kopling spin-spin antar proton. Spektra yang menunjukkan pembelahan kopling spin-spin ini disebut spektra resolusi tinggi. Sedang spektra yang tidak menunjukkan pembelahan ini disebut spektra resolusi rendah. Latihan Pertanyaan 13.1 Prediksi spektrum 1H NMR Gambarkan sketsa spektra 1H NMR resolusi rendah dengan grafik batang. (a) etil asetat CH3COOCH2CH3, (b) isopropil asetat CH3COOCH(CH3)2 Jawab 13.1 Lihat Gambar berikut, angka di samping angka dalam tanda kurung menunjukkan jumlah proton yang relevan.

SpektraNMRResolusiTinggi Bagian ini menjelaskan bagaimana menginterpretasikan spektra sederhana dari resonansi magnetik inti (RMI) yang beresolusi tinggi. Pada bagian ini diasumsikan anda telah membaca mengenai latar belakang RMI sehingga anda mengetahui seperti apakah spektrum RMI dan memahami pengertian tentang pergeseran kimia . Anda juga dianggap telah mengerti bagaimana menginterpretasikan spektra sederhana RMI resolusi rendah. Perbedaan antara spektra resolusi tinggi dan resolusi rendah

Apakah yang dapat diketahui dari spektrum RMI resolusi rendah?

Ingat:y y

Jumlah puncak menunjukkan jumlah lingkungan hidrogen yang berbeda Perbandingan luas area di bawah puncak menunjukan perbandingan jumlah atom hidrogen pada tiap lingkungan yang berbeda

y

Pergeseran kimia menunjukan informasi yang penting tentang jenis lingkungan atom hidrogen Spektra RMI resolusi tinggi Pada spektrum resolusi tinggi, anda dapat menemukan puncak-puncak yang terlihat sebagai puncak tunggal pada spektrum resolusi rendah akan terpisah dalam suatu kumpulan puncak.

Pertama-tama, anda perlu memperhatikan hal-hal berikut:

1 puncak 2 puncak in the cluster 3 puncak in the cluster 4 puncak in the cluster

singlet doublet triplet quartet

Informasi yang dapat diperoleh dari spektrum resolusi tinggi adalah sama dengan spektrum resolusi rendah anda dapat menyederhanakan tiap kumpulan puncaksebagai satu puncak tunggal seperti pada resolusi rendah.

Tetapi sebagai tambahan, banyaknya pemisahan/splitting puncak memberikan informasi tambahan yang penting. Menginterpretasikan spektrum resolusi tinggi

Aturan n+1

Banyaknya pemisahan menunjukan jumlah hidrogen yang terikat pada atom karbon atau atom-

atom tetangga yang berikatan langsung dengan atom karbon yang diamati.

Jumlah sub-puncak dalam suatu kumpulan sama dengan jumlah hidrogen yang terikat pada karbon tetangga ditambah satu (n+1).

Jadi asumsinya adalah ada satu atom karbon yang diamati dan atom karbon tetangga dengan atom-atom hidrogen yang diikat.

singlet doublet triplet quartet

bertetangga dengan atom karbon yang tidak mengikat hydrogen bertetangga dengan gugus CH bertetangga dengan gugus CH2 bertetangga dengan gugus CH3

Menggunakan aturan n+1

Informasi apakah yang dapat diperoleh dari spektrum RMI ini?

Asumsikan anda mengetahui senyawa di atas mempunyai rumus molekul C4H8O2.

Untuk memulainya, anggaplah spektrum tersebut seperti spektrum resolusi rendah, ada tiga kumpulan puncak, berarti ada tiga lingkungan hidrogen yang berbeda. Hidrogen pada ketiga lingkungan mempunyai rasio 2:3:3, sehingga jumlahnya 8 hidrogen, ini menunjukkan satu gugus CH2 dan dua gugus CH3. Bagaimana dengan pemisahan puncak?

Gugus CH2 pada 4,1 ppm adalah quartet. Hal ini menunjukan gugus CH2 bertetangga dengan atom karbon yang mengikat tiga atom hidrogen yaitu gugus CH3. Gugus CH3 pada 1,3 ppm adalah triplet, berarti bertetangga dengan gugus CH2.

Kombinasi dari dua kumpulan puncak ini kuartet dan triplet biasanya berupa gugus etil, CH3CH2. Hal ini sangat umum, kenalilah! Terakhir, gugus CH3 pada 2,0 ppm adalah singlet. Artinya bertetangga dengan karbon yang tidak mempunyai hidrogen.

Jadi senyawa apakah ini? Anda dapat juga menggunakan data pergeseran kimia untuk membantu mengidentifikasi tiap gugus, dan akhirnya anda dapatkan:

Dua kasus khusus

1. Alkohol

Dimanakah posisi puncak -O-H ?

Ini sangat membingungkan! Berbagai sumber memberikan pergeseran kimia yang sangat berbeda untuk atom hidrogen pada gugus -OH dalam alkohol sering tidak konsisten. Sebagai contoh:y

Buku data Nuffield menunjukan puncaknya pada 2,0 4,0, tetapi buku teks Nuffield menunjukannya di sekitar 5,4

y y

Data dari OCR yang digunakan dalam ujian memberikan 3,5 5,5. Buku teks kimia organik yang dapat dipercaya memberikan 1,0 5,0, tetapi kemudian menunjukan suatu spektrum RMI untuk etanol dengan puncak pada 6,1.

y

Spektrum RMI untuk etanol, CH3CH2OH sumber SDBS

Data SDBS (yang digunakan pada bagian ini) memberikan puncak -OH dalam etanol pada 2,6.

Masalah ini menunjukan bahwa posisi puncak -OH bervariasi, tergantung pada kondisinya sebagai contoh, pelarut apa yang digunakan, konsentrasi, dan kemurnian alkohol terutama apakah mengandung air atau tidak. Cara untuk mengamati puncak -OH

Jika anda ingin menentukan spektrum RMI alkohol misalnya etanol, tambahkan beberapa tetes deuterium oksida, D2O, ke dalam larutan, lakukan dan tentukan kembali spektrumnya, puncak OH tidak muncul! Dengan membandingkan dua spektra, anda dapat menunjukan puncak yang

disebabkan oleh gugus -OH. Catatan: deuterium oksida (kadang disebut juga dengan air berat) adalah air yang atom hidrogennya (Hidrogen bermassa atom 1) diganti dengan isotopnya, yaitu deuterium (Hidrogen bermassa atom 2).

Alasan hilangnya puncak dapat dijelaskan pada interaksi antara deuterium oksida dengan alkohol. Semua alkohol, termasuk etanol, merupakan asam yang sangat sangat lemah. Hidrogen pada gugus -OH mentranfer satu pasangan elektron bebas pada oksigen dari molekul air. Faktanya kita mendapatkan air berat yang tidak berbeda.

Ion negatif yang terbentuk cenderung menyerang molekul deuterium oksida lain untuk menghasilkan alkohol. Sekarang gugus -OH telah berubah menjadi -OD.

Atom-atom deuterium tidak menghasilkan puncak pada spektrum RMI seperti atom hidrogen, sehingga tidak ada lagi puncak -OH. Bagaimana dengan ion positif pada persamaan pertama dan OD- pada persamaan kedua. Keduanya mengalami kesetimbangan membentuk molekul air berat.

Kelemahan pemisahan oleh gugus -OH Meskipun alkohol benar-benar bebas air, hidrogen pada gugus -OH dan beberapa hidrogen pada karbon tetangga tidak dapat berinteraksi untuk menghasilkan pemisahan. Puncak -OH adalah singlet dan anda tidak perlu memikirkan pengaruh hidrogen dari atom tetangga.

Kumpulan puncak di sebelah kiri muncul oleh adanya gugus CH2. Merupakan quartet, karena ada tiga hidrogen pada karbon tetangga (gugus CH3). Anda dapat mengabaikan pengaruh hidrogen pada -OH.

Demikian juga puncak -OH di tengah spektrum adalah singlet. Puncak ini tidah berubah menjadi triplet oleh pengaruh gugus CH2. Atom-atom hidrogen yang ekivalen Atom-atom hidrogen yang terikat pada atom karbon yang sama disebut atom hidrogen yangekivalen. Atom-atom hidrogen yang ekivalen ini tidak saling mempengaruhi sehingga satu hidrogen pada gugus CH2 tidak akan menyebabkan pemisahan puncak spektrum satu sama lain. Atom-atom hidrogen pada atom karbon tetangga dapat juga ekivalen jika benar-benar mempunyai lingkungan kimia yang sama. Sebagai contoh:

Keempat atom hidrogen tersebut ekivalen. Anda akan mendapatkan puncak tunggal tanpa adanya pemisahan. Hanya dengan mengubah molekul tersebut sedikit saja, anda akan mendapatkan spektrum yang berbeda.

Sekarang molekul tersebut mengandung atom yang berbeda pada kedua ujungnya, hidrogen tidak berada dalam lingkungan kimia yang sama. Senyawa ini akan memberikan dua puncak terpisah pada spektrum RMI resolusi rendah. Spesktrum resolusi tinggi menunjukkan kedua puncak terpecah menjadi triplet karena masing-masing bertetangga dengan gugus CH2.

LIQUID CROMATHOGRAPY MASS SPECTROSCOPY WITH ELECTROSPRAY IONIZATION METHODE

Liquid Chromatograpy mass spectroscopy adalah dua alat yang digabungkan menjadi satu, dimana berfungsi untuk memisahkan beberapa senyawa atau campuran senyawa berdasarkan kepolarannya (prinsip kerja kromatograpi), dimana setelah campuran senyawa tersebut terpisah, maka senyawa yang murni tersebut akan diidentifikasi berat moleculnya. Berbeda dengan Gas Chromatograpy mass spectroscopy, LC-MS pada output datanya sangat jarang sekali terjadi pola fragmentasi, dikarenakan tidak ada proses fragmentasi. Sehingga yang didapatkan adalah berat molekul ditambah beberapa muatan ditambah lagi berat molekul pelarut (terkadang). ESI adalah salah satu methode untuk mendapatkan berat molekul yang digunakan dalam LC-MS dimana jika pada metode biasanya (lupa-red) menggunakan fragmentasi (pemecahan molekul), maka pada metode ESI menggunakan spray (Penyemprotan). AKibatnya tidak akan ditemukan fragmen fragmen dari molekul tersebut. Adapun cara kerja liquid chromatograpi adalah sama dengan HPLC atau liquid chromatograpy lain pada umumnya. Sedangkan kerja Mass spectroscopy metode ESI adalah sebagai berikut :

1. Analyte bersama dengan eluent dari syringe pump atau LC masuk ke dalam cappilary. Di dalam kappilary terdapat anoda (kutup negatif) pada taylor cone dan katoda (kutup negatif) didekat masukkan analyte dan eluent. Kutup ini berfungsi agar muatan yang berkumpul pada

taylor cone adalah muatan positif sehingga nantinya saat terjadi penyemprotan dan terbentuk droplet (tetes tetes) tidak bergabung gabung menjadi droplet yang lebih besar lagi. 2. Analylet dan solven(eluent) di semprotkan (spray) melalui taylor cone. Akan terbentuk droplet droplet dimana droplet droplet itu akan mengalami tahap evaporasi solven untuk mengurangi solven yang menempel di analyte. Karena suatu saat , apabila terjadi evaporasi secara terus menerus maka solven yang meliputi analyte terkungkung dalam muatan positif yang berlebih, dalam bahasa inggris tahap seperti ini disebut the rayleigh limit is reached, maka akan terjadi explosion yang disebut coulombic explosion dimana akan terjadi pemecahan droplet (tetesan) tadi. Ada beberapa kemungkinan yang terjadi pada droplet droplet tersebut . a. Yang pertama analyte akan tertambahi satu muatan positif b. yang kedua analyte akan tertambahi beberapa muatan positif c. yang ketiga analyte akan tertambahi satu muatan positif dan satu molekul solven d. yang keempat analyte akan tertambahi satu muatan positif dan beberapa molekul solven e. yang kelima analyte akant tertambahi beberapa muatan positif dan beberapa molekul solven. 3. Droplet yang mengalami coulombic exsploison tersebut akan masuk ke dalam cone dimana di sisi kiri dan kanannya sudah mengalir gas Nitrogen (N2). Gas ini berfungsi agar analyte yang terjadi tadi stabil dalam bentuknya dan tidak terganggu oleh pengaruh gas oksigen. Droplet masuk ke dalam cappilary transfer lalu akan di analisis melalui mass spectrometer.