sub capaian pembelajaran menjelaskan konsep dasar dan
TRANSCRIPT
MATERI -3 (2) SPEKTROSKOPI INFRA MERAH
Sub Capaian Pembelajaran
Menjelaskan konsep dasar dan metode analisis struktur secara IR, menganalisis data
spektroskopi IR.
Materi Pembelajaran
Aplikasi spektroskopi IR dalam analisis struktur
SPEKTROSKOPI INFRA MERAH Karakteristik Spektrum Inframerah Beberapa Senyawa Organik
Alkohol dan Fenol
Etanol memiliki ikatan kovalen C-H; C-C; C-O; dan OH. Gugus yang spesifik yang
mudah teramati adalah OH yang nampak sebagai puncak melebar pada daerah 3500-3000
cm-1. Etanol yang memiliki gugus OH memiliki ikatan hidrogen intermolekul, sehingga
menghasilkan serapan yang melebar pada daerah sekitar 3500 -3000 cm-1. Serapan C-H
alifatik akan muncul di daerah 2900 cm-1, sedangkan serapan dari ikatan C-C dan C-O
terdapat di daerah sidik jari, sekitar 1000-1100 cm-1. Bentuk spektrum inframerah dari etanol
terdapat dalam Gambar III.7.
Gambar III.7. Spektrum inframerah etanol
Seperti halnya etanol fenol juga memiliki gugus hidroksil, sehingga muncul serapan
melebar pada daerah sekitar 3300 cm-1. Selain itu fenol juga memiliki cincin benzena, ikatan
kovalen C=C aromatik muncul sebagai tiga puncak dengan intensitas tinggi pada daerah 1600
-1450 cm-1. Tiga puncak tajam tersebut sebagai ciri khas dari adanya cincin aromatik sampel
yang dianalisis menggunakan spektroskopi inframerah. Serapan lainnya dengan intensitas
tinggi pada daerah 1300 cm-1 berasal dari vibrasi C-O. Spektrum inframerah fenol ditunjukkan
pada Gambar III.4.
Serapan melebar pada daerah 3400 -3300 cm-1 spektrum inframerah dari alkohol dan
fenol yang diakibatkan adanya ikatan hidrogen intermolekul dapat dihilangkan dengan
melarutkan senyawa tersebut ke dalam CCl4. Sebagai contoh spektrum inframerah alkohol
CH3CH2OH
http://sdbs.riodb.aist.go.jp/sdbs
yang dibuat larutan dengan CCl4 akan menunjukkan serapan OH stretching pada 3600 cm-1,
dan apabila dibuat larutan sangat encer maka yang muncul hanya serapan OH bebas pada
daerah 3600 cm-1. Namun, senyawa yang memiliki ikatan hidrogen intramolekul seperti metil
salisilat serapan melebar di daerah sekitar 3350 cm-1 tidak akan mengalami perubahan
meskipun dalam larutan encer CCl4.
Gambar III.8. Spektrum inframerah alkohol murni (A), alkohol dalam CCl4
(B), dan larutan encer alkohol dalam CCl4
Metil salisilat
Gambar III. 9. Spektrum IR metil salisilat dalam CCl4
OH
O
OMe
Ikatan hidrogen intramolekul
Ikatan hidrogen intramolekul
http://sdbs.riodb.aist.go.jp/sdbs
Asam etanoat Asam etanoat memiliki beberapa ikatan kovalen dari gugus fungsi C-H; C-C; C=O; C-
O; dan O-H. Ikatan C-C mempunyai penyerapan cahaya yang terjadi pada gelombang dalam
jangkauan yang luas di daerah sidik jari, sehingga sangat sulit untuk mengidentifikasinya.
Ikatan tunggal C-O juga mempunyai penyerapan pada daerah 1000 – 1300 cm-1 yang juga
termasuk daerah sidik jari, namun kadang-kadang juga mudah dikenali karena memiliki
intensitas yang sangat tajam. Ikatan C-H menyerap pada daerah sekitar 2853-2962 cm-1.
Ikatan rangkap antara karbon-oksigen, C=O, adalah salah satu penyerapan yang sangat
berguna, terdapat pada daerah sekitar 1680-1750 cm-1. Posisinya sedikit terpengaruh oleh
jenis senyawa yang mempunyai ikatan tersebut. Ikatan lainnya yang sangat berguna adalah
ikatan O-H. Ikatan ini menyerap sinar yang berbeda-beda, tergantung pada kondisi
lingkungannya. Ikatan ini akan sangat mudah dikenali dalam sebuah asam karena akan
menghasilkan daerah serapan yang sangat luas pada daerah sekitar 2500-3300 cm-1.
Serapan yang melebar tersebut disebabkan karena adanya ikatan hidrogen intermolekul
dalam asam etanoat.
Spektrum inframerah untuk asam asetat adalah sebagai berikut:
Gambar III.10. Spektrum inframerah asam asetat
Ester Etil etanoat merupakan ester yang memiliki ikatan kovalen pada senyawa ini terdiri
dari C-C; C-H; C=O; C-O; sehingga akan muncul serapan pada daerah gugus fungsi utama
pada daerah 1752 cm-1 dari gugus C=O; serapan 2961 cm-1 dari C-H; serapan pada daerah
1250 cm-1 dari C-O, serta beberapa puncak lainnya di daerah sidik jari. Bentuk spektrum
inframerah yang akan diperoleh seperti tercantum dalam Gambar III.11.
Gambar III. 11. Bentuk spektrum inframerah etiletanoat
Pada ester serapan dari gugus karbonil dipengaruhi oleh lingkungannya, yang dapat
bergeser ke arah kanan (ke bilangan gelombang yang lebih pendek) atau ke kiri (ke arah
bilangan gelombang yang lebih besar). Adanya gugus pemberi elektron menyebabkan
terjadinya geseran elektron ke arah gugus karbonil, sehingga kekuatan ikatan rangkap
menjadi berkurang. Serapan gugus karbonil beberapa senyawa ester yaitu pada etil butirat
1735 cm-1, metil metakrilat 1720 cm-1, metil benzoat 1720 cm-1, metil salisilat 1680 cm-1.
Sebaliknya, apabila konjugasi berasal dari atom oksigen dari gugus karbonil akan
menyebakan karakter ikatan rangkap menjadi bertambah, sehingga serapan gugus karbonil
bergeser ke arah kiri.
O-CH=CH2
O O
O-R
O
CH2=CH O-R
O
O
O
O-R
R R
R
1770 cm-1 1735 cm-1 normal
1720 cm-1
konjugasi dengan Oksigen konjugasi atau aril
Spektrum inframerah dari beberapa senyawa tersebut terdapat pada Gambar III. 12
sampai III.14.
Gambar III.12 Spektrum inframerah etil butirat
Gambar III.13. Spektrum inframerah metil metakrilat
C=O C-O
C-H
http://sdbs.riodb.aist.go.jp/sdbs
http://sdbs.riodb.aist.go.jp/sdbs
Gambar III. 14. Spektrum inframerah etil benzoat
Propanon
Propanon hanya memiliki ikatan kovalen dari gugus fungsi C-H; C-C; dan C=O,
sehingga serapan gugus fungsi utama yang dapat diidentifikasi dengan jelas terdiri dari ikatan
C-H alifatik pada daerah 2900 cm-1, dan C=O pada daerah 1700 cm-1 yang terlihat sangat
tajam. Serapan C-H alifatik pada senyawa ini terlihat lebih lemah dibanding pada etanol, etil
etanoat, maupun asam etanoat. Hal ini memang sering ditemukan pada spektrum inframerah
yang menyebabkan analisis menjadi lebih rumit. Bentuk spektrum inframerah propanon
seperti terdapat pada Gambar III.15.
Gambar III.15. Spektrum inframerah dari propanon
Aldehida Selain gugus karbonil yang muncul sebagai vibrasi ulur C=O pada 1725 cm-1, aldehid
memilki ikatan C-H alifatik yang muncul sebagai serapan doublet pada daerah 2750 cm-1 dan
2850 cm-1, dan serapan vibrasi yang diakibatkan oleh overton (2 x vibrasi C=O) pada daerah
3450 cm-1. Sebagai contoh spektrum inframerah dari asetaldehida pada Gambar III.16.
Seperti halnya asetaldehida, benzaldehida merupakan aldehida aromatik, selain
menunjukkan serapan yang khas untuk aldehida juga memiliki serapan vibrasi ulur C=C
aromatik pada daerah 1600-1450 cm-1, dan serapan vibrasi ulur dari C-H aromatik pada
daerah 3100 cm-1, sperti yang ditunjukkan pada Gambar III.17.
Gambar IV.17. Spektrum IR benzaldehida
Asam 2-hidroksipropanoat (asam laktat) Asam laktat memiliki dua macam ikatan O-H, yang satu terikat pada asam dan yang
satunya lagi merupakan alkohol yang terikat pada rantai golongan -COOH. Ikatan O-H dalam
golongan asam timbul pada daerah sekitar 2500-3300 cm-1, sedangkan yang terikat pada
Gambar III.16. Spektrum inframerah asetaldehida
Overtone 2 x C=O
C-H ulur C=O ulur
C-H ulur C-H aromatik
C=O C=C
overtonC
O
H
CH3COH
rantai pada daerah sekitar 3230-3550 cm-1. Bila digabungkan, akan menjadi daerah serapan
dengan jangkauan yang sangat besar pada 2500-3550 cm-1. Serapan yang diakibatkan oleh
adanya ikatan C-H alifatik tertutup oleh serapan yang ditimbulkan oleh gugus OH. Serapan
dari gugus C=O terdapat pada daerah sekitar 1730 cm-1. Spektrum asam laktat dapat dilihat
pada Gambar III.18.
Gambar IV.18. Spektrum inframerah dari asam laktat
Senyawa amina Amina primer ini mempunyai gugus -NH2 yang juga termasuk ikatan N-H. Penyerapan
gugus ini timbul pada daerah sekitar 3100-3500 cm-1. Dua puncak serapan medium muncul
pada daerah tersebut sebagai ciri khas senyawa amina primer, sedangkan pada amina
sekunder (yang hanya memiliki satu ikatan N-H) hanya muncul satu puncak saja dan untuk
amina tersier yang sudah tidak memiliki ikatan N-H tidak memiliki serapan di daerah tersebut.
Serapan N-H tersebut dapat digunakan untuk membedakan jenis-jenis amina primer,
sekunder, dan tersier. Selanjutnya serapan spesifik lainnya adalah pada daerah 2900 cm-1
berasal dari ikatan C-H alifatik dengan puncak yang sangat tajam. Bentuk spektrum
inframerah dari 1-aminobutan, 1,2-dietilamina, dan trietilamina dapat dilihat pada Gambar
III.19 sampai III.21.
Gambar III.19. Spektrum inframerah 1-aminobutan
Gambar III. 20. Spektrum inframerah 1,2-dietilamina
Gambar III.21. Spektrum inframerah trietilamina
Pola spektrum inframerah senyawa amina aromatik, anilin terdapat pada Gambar
III.22, yang juga menunjukkan serapan yang spesifik untuk C=C aromatik pada daerah 1600-
1500 cm-1 yang menunjukkan dua puncak yang tajam, serta adanya vibrasi tekuk N-H pada
1619 cm-1.
Gambar III.22. Spektrum inframerah anilin
Senyawa aromatik disubstitusi Pola spektrum IR dari senyawa disubstitusibenzena struktur para, orto, dan meta akan
menunjukkan serapan gugus fungsi utama pada daerah 3500 cm-1 dari N-H, gugus fenol
ditunjukkan dengan adanya serapan melebar daerah 3300 – 2700 cm-1. Serapan di daerah
1600-1450 cm-1 spesifik untuk C=C aromatik. Untuk membedakan ketiga senyawa tersebut
dapat dilihat dari puncak-puncak pada daerah antara 900-700 cm-1. Struktur para
menunjukkan adanya dua puncak pada daerah 900 dan 750 cm-1, struktur orto terdapat satu
puncak tajam disekitar 700 cm-1, sedangkan struktur meta terdapat dua puncak tajam pada
daerah sekitar 850 dan 750 cm-1. Sebagai contoh struktur p-aminofenol , o-aminofenol, dan
m-amino fenol masing-masing dalam pelet KBr, dapat dilihat pada Gambar III.23, III.24, dan
III.25.
Gambar III.23. Spektrum IR dari p-aminofenol (pelet KBr)
Gambar III.24. Spektrum IR dari o-aminofenol (pelet KBr)
OH
NH2
http://sdbs.riodb.aist.go.jp/sdbs
OH
NH2
Sumber :http://sdbs.riodb.aist.go.jp/sdbs
Gambar III.25. Spektrum IR dari m-aminofenol (pelet KBr)
Cara Mudah Analisis Spektrum Inframerah
Identifikasi pita absorpsi khas yang disebabkan oleh berbagai gugus fungsi merupakan
dasar penafsiran spektrum inframerah. Kegunaan yang penting dari spektroskopi inframerah
ini adalah memberikan informasi mengenai jenis gugus fungsional yang ada dalam senyawa
yang tidak dikenal. Serapan setiap tipe ikatan (N–H, C–H, O–H, C–X, C=O, C–O, C–C, C=C,
C=N, dan sebagainya) hanya diperoleh dalam bagian-bagian kecil tertentu dari daerah vibrasi
inframerah. Daerah stretching O–H dan N–H pada spektrum (3750-3000 cm-1) dapat diadakan
pembedaan. Absorpsi vibrasi ikatan O–H bebas (tidak ada ikatan hidrogen) terjadi dalam
daerah 3700-3500 cm-1 dan mempunyai intensitas lebih rendah dari pada pita O–H terikat,
absorpsi O–H terikat hidrogen terlihat pada daerah 3450-3200 cm-1 sebagai pita yang agak
lebar dan kuat. Amina tak terikat menunjukkan pita dalam daerah 3500-3300 cm-1, sedangkan
amina terikat memberikan pita dalam daerah 3500-3100 cm-1 pita-pita ini lebih lemah tetapi
jauh lebih tajam daripada pita O–H terikat. Untuk memudahkan analisis spektrum inframerah
dapat digunakan tabel korelasi serapan berbagai ikatan terdapat pada Tabel III.1.
OH
NH2
Sumber :http://sdbs.riodb.aist.go.jp/sdbs
Tabel III.1. Daftar Korelasi Serapan Inframerah
Jenis vibrasi Frekuensi (cm-1) Intensitas
C – H alkana 3000-2850 tajam
C – H alkena 3100-3000 sedang
C – H aromatik 3150-3050 tajam
C-H alkuna ± 3300 tajam
C – H aldehida 2900-2800 lemah
C=C alkena 1680-1600 sedang-lemah
C=C aromatik 1600-1475 sedang-lemah
C=O aldehida 1740-1720 tajam
C=O keton 1725-1705 tajam
C=O as. karboksilat 1725-1700 tajam
C=O ester 1750-1730 tajam
C=O amida 1670-1640 tajam
C=O anhidrida 1810-1760 tajam
O – H alkohol, fenol 3650-3600 sedang
O – H as. karboksilat 3400-2400 sedang
N – H amida primer &
sekunder &amina
3500-3100 sedang
C – O eter, ester & alkohol 1300-1000 tajam
Dalam daerah stretching (ulur) O-H; N-H pada spektrum (3750 -3000 cm-1) dapat dibedakan
atas :
- Getaran ulur O-H bebas (tidak ada ikatan hidrogen) terjadi dalam daerah 3700 –
3500 cm-1. getaran O-H fenol bebas cenderung akan mempunyai absorpsi pada
bagian ujung rendah di daerah ini (3500 cm-1). Pita O-H bebas mempunyai
intensitas lebih rendah daripada pita O-H terikat dan hanya akan nyata dalam
larutan encer (atau dalam fasa gas)
- Absorpsi O-H terikat hidrogen, terlihat pada daerah 3450 -3200 cm-1 sebagai pita
yang agak lebar dan kuat.
- Amina tak terikat menunjukkan pita dalam daerah 3500 -3300 cm-1, sedangkan
amina terikat memberikan pita dalam daerah 3500 -3100 cm-1, pita-pita ini lebih
lemah tetapi jauh lebih tajam daripada pita O-H terikat. Amina primer memberikan
dua pita, amina sekunder dan imina memberikan satu pita, dan amina tersier tidak
memberikan pita. Amida dan laktam juga menunjukkan absorpsi N-H dalam
daerah 3500 – 3300 cm-1.
- Asam karboksilat dalam keadaan padat dan bahkan dalam larutan relatif encer
terdapat dalam bentuk dimer dan tidak menunjukkan absorpsi O-H pada daerah
3500 cm-1,namun terjadi absorpsi lebar dan kuat dalam daerah 3000 – 2500 cm-1.
Selain menggunakan Tabel korelasi III.1 tersebut terdapat cara yang lebih cepat untuk
menganalisis suatu spektra yang tak diketahui, perhatian harus dipusatkan pada ada atau
tidaknya beberapa gugus fungsional utama seperti C=0, 0-H, N-NH, C-O, C=C, C≡C, C=N,
dan NO2. Selanjutnya, tidak perlu menganalisis secara detail terhadap pita serapan CH dekat
3000 cm-1, oleh karena hampir semua senyawa mempunyai pita serapan pada daerah
tersebut. Serapan yang dianalisis pusatkan pada puncak-puncak yang intensitasnya tajam.
Cara cepat dalam analisis untuk memeriksa pita-pita yang penting dapat dilakukan dengan
cara sebagai berikut:
1. Apakah terdapat gugus karbonil ?
Gugus C = 0 terdapat pada daerah 1820 cm-1 – 1600 cm-1 puncak ini biasanya memiliki
intensitas tajam, kadang agak lebar, karakteristik, sehingga mudah dikenali.
a. Bila gugus C = 0 ada, ujilah seperti berikut :
1) Asam : apakah ada –OH ?
Serapan melebar pada daerah 3400 cm-1 -2400 cm-1 (biasanya
tumpang tindih dengan C-H).
2) Amida : apakah ada –NH ?
Serapan medium pada daerah 3500 cm-1 , jika amida primer akan muncul
sebagai puncak kembar, sedang jika amida sekunder muncul puncak tunggal,
dan jika amida tersier pada daerah ini tidak ada puncak.
3) Ester : Apakah ada C-O ?
Serapan dengan intensitas kuat akan terlihat pada daerah1300 cm-1 –
1000 cm-1
4) Anhidrida, mempunyai dua serapan C = 0 pada daerah sekitar 1810
cm-1 dan 1760 cm-1,
5) Aldehida, mempunyai CH aldehida yang biasanya akan muncul
sebagai dua serapan dengan intensitas medium pada daerah sekitar
2950 sampai 2800 cm-1
6) Keton : Bila kelima kemungkinan di atas tidak ada.
b. Bila gugus C = 0 tidak ada.
1) Alkohol : Ujilah untuk OH, apakah terdapat serapan melebar pada daerah
3600 sampai 3300 cm-1, selanjutnya perlu pembuktian yang lainnya
yaitu adanya serapan C-O didekat 1300 cm-1 – 1000 cm-1
2) Amina : Ujilah untuk NH, serapan medium pada daerah sekitar 3500 cm-1,
amina primer akan muncul sebagai puncak dublet, amina
sekunder puncak tunggal, sedang kalau amina tersier tidak muncul
pucak.
3) Eter : Ujilah serapan C – O (serapan OH tidak ada) pada daerah sekitar
1300 cm-1 – 1000 cm-1.
2. Ikatan rangkap dua atau cincin aromatik.
a. C = C memiliki serapan lemah pada daerah1650 cm-1.
b. Serapan medium, tinggi kuat pada daerah 1650 cm-1 sampai 1450 cm-1 ,
adanya cincin aromatik biasanya ditunjukkan adanya dua sampai tiga puncak
pada daerah tersebut.
c. Selanjutnya amatilah adanya serapan CH pada daerah sekitar 3000 cm-1,
aromatik dan vinil serapan CH terdapat di sebelah kiri 3000 cm-1 , sedangkan
CH alifatik terjadi disebelah kanan (sekitar 2950 cm-1).
3. Ikatan rangkap tiga.
a. C≡ N memiliki serapan medium dan tajam didekat 2250 cm-1
b. C≡C memiliki serapan lemah tapi tajam didekat 2150 cm-1.
Amati juga apakah ada serapan CH asetilenik di dekat 3300 cm-1
4. Gugus nitro, terdapat dua serapan kuat pada 1600 cm-1 – 1500 cm-1 dan
1390 cm-1 – 1300 cm-1
5. Hidrokarbon, jika tidak ada serapan spesifik seperti tersebut di atas, amatilah
adanya serapan CH di dekat 3000 cm-1, dan hanya terdapat beberapa puncak
pada daerah 1450 cm-1 dan 1375 cm-1 .
Cara kerja spektrofotometer IR
Komponen-komponen pokok dari spektrofotometer IR meliputi sumber cahaya
inframerah, monokromator dan detektor. Cahaya dari sumber dilewatkan melalui cuplikan,
dipecah menjadi frekuensi-frekuensi tunggal dalam monokromator dan intensitas relatif dari
frekuensi masing-masing diukur oleh detektor. Skema masing-masing komponen dalam IR
terdapat pada diagram Gambar III.20
Gambar III.26. Diagram instrumen spektrofotometer IR
Contoh peralatan spektrofotometer FTIR yang banyak digunakan antara lain pada
Gambar III.27, berikut:
Gambar III.27. Contoh peralatan spektrofotometer FTIR
Metode preparasi sampel Preparasi sampel dalam analisis spektrofotometer IR ada beberapa cara, tergantung
jenis sampel yang tersedia. Jika sampelnya berbentuk padat maka biasanya diambil
sebanyak kurang lebih 1 mg kemudian dicampurkan dengan KBr kristal dengan cara digerus
sehingga tercampur sempurna. Setelah tercampur dengan KBr selanjutnya dapat langsung
dimasukkan ke tempat sampel atau dibuat pelet KBr. Untuk membuat pelet ini digunakan
piranti khusus yang sudah tersedia dalam set alat FTIR. Selanjutnya, apabila sampelnya
Sumber: http://www.ssi.shimadzu.com/products
berwujud cair atau minyak dapat langsung dioleskan dalam NaCl window, kemudian
dimasukkan ke dalam tempat sampel. Cara lain yang dapat digunakan adalah dibuat film tipis
terutama untuk sampel berupa polimer. Beberapa peralatan tersebut dapat dilihat pada
Gambar III.28 dan III.29.
Gambar III.28. Peralatan untuk membuat pelet KBr
Gambar III.29. Contoh NaCl window untuk sampel cair
http://www.chemistry.nmsu.edu/Instrumentation/
Sumber: http://www.shimadzu.com/an/ftir/support