SPEKTROFOTOMETRI INFRA MERAH (IR)
0
komentar
SPEKTROFOTOMETRI
INFRA MERAH (IR)
I.
TUJUAN PERCOBAAN
Setelah
melakukan percobaan ini, mahasiswa diharapkan mampu:
-
Menjelaskan teori mengenai spektrofotometri infra
merah.
-
Mengoperasikan peralatan spektrofotometri infra merah
dengan baik dan benar.
-
Menganalisi suatu senyawa kimia dengan menggunakan
peralatan SpektrofotometriInfra Merah.
II.
ALAT DAN BAHAN
1.
Alat Yang Digunakan
-
Seperangkat alat Spektrofotometri Infra Merah
-
Martor
-
Kaca arloji
-
Spatula
-
Press Hidrolik
2.
Bahan Yang Digunakan
-
Plastik Rokok
III.
DASAR TEORI
Radiasi eletromagnetik ialah energi yang dipancarkan menembus ruang dalam
bentuk gelombang-gelombang. Yang termasuk radiasi elektromagnetik antara lain: gelombang
radio, sinar infra merah, sinar tampak, sinar ultraviolet dan sinar X. Setiap jenis
radiasi elektromagnetik dicirikan oleh panjang gelombangnya (wavelenght),
yaitu jarak antara suatu puncak panjang gelombang dengan puncak berikutnya.
Panjanggelombang infra merah adalah 10-4sampai 10-2 cm. Radiasi elektromagnetik dapatdicirikan
juga oleh frekuensinya, yang didefinisikan banyaknya getaran per detik.
Biasanya, spektrum infra merah dialurkan dengan % T sebagai koordinat, dan
seringdengan bilangan gelombang (u, cm-1) sebagai absis. Hal ini
disebabkan energisinar (E)berbanding lurus, baik frekuensi (u) maupun dengan
bilangan panjang gelombang (u).
E=hu=hc / λ = hcu
Frekuensi sinar (v) dapat dikaitkan dengan frekuensi getaran molekul.
Inti-inti atomyang berikatan oleh ikatan kovalen mengalami getaran (vibrasi)
atau osilasi, yang serupadengan dua bola yang terikat oleh suatu pegas. Bila
molekul menyerap radiasi inframerah, energi yang diserap menyebabkan kenaikan
dalam amplitudo getaran-getaranatom – atom yang terikat. Jadi, molekul berada
dalam keadaan vibrasi tereksitasi (excitedvibrational state) energi yang
diserap ini akan dilepaskan dalam bentuk panas bilamolekul itu kembali ke
keadaan dasar. Panjang gelombang absorbsi oleh suatu jenisikatan tertentu,
bergantung pada macam getaran dari ikatan tersebut. Oleh karena itu,type ikatan
yang berlainan (C-H, C-C, O-H) dan sebagainya menyerap radiasi infra merahpada
panjang gelombang yang berlainan.Suatu ikatan dalam sebuah molekul dapat
menjalin berbagai macam osilasi. Hal inimenyebabkan suatu ikatan tertentu dapat
menyerap energi lebih besar dari satu panjanggelombang. Misalnya suatu ikatan
O-H menyerap energi radiasi em pada kira-kira 3300 cm-1 energi pada
panjang ini akan menyebabkan kenaikan vibrasi ulur (stretch vibration)ikatan
pada panjang gelombang inikenaikan vibrasi tekukan (bending vibration).
Jenisvibrasi yang berbeda-beda ini desebut cara fundamental vibrasi
(fundamental mode of viration).
Banyaknya energi yang diserap juga beraneka ragam dari suatu ikatan ke
ikatanyang lain. Hal ini disebabkan oleh perubahan momen ikatan pada saat
diserap. Ikatan nonpolar seperti C – H dan C – C menyebabkan absorbsi lemah.
Ikatan polar seperti C=Omenunjukkan absobsi yang kuat.
Rangkaian
alat spektrofotometri infra merah
Instrument yang digunakan untuk mengukur absorbsi radiasi infra merah padaberbagai
gelombang disebut spektrometer infra merah, dengan skema seperti gambarberikut
ini:
Keterangan :
1.
Sumber radiasi
2.
Sampel Kompartemen
3.
Monokromator
4.
Detektor
5.
Amplifier atau penguat
6.
Rekorder
Diagram
Instrumentasi Spaktrofotometer IR
Pada gambar
diatas terlihat sumber sinar memancarkan siar infra merah pada lebihdari satu
panjang gelombang. Sinar sumber ini di pecah oleh system cermin menjadi
duaberkas sinar, yaitu berkas rujukan (reference) dan berkas cuplikan (sampel).
Setelahmasing-masing cuplikan melewati sel rujukan (pelarut murni, jika pelarut
itu digunakandalam cuplikan tidak mengandung pelarut) dan sel cuplikan, kedua
berkas inidigabungkan kembali dalam pemenggal (chopper, suatu cermin) menjadi
satu berkasyang berasal dari kedua berkas itu, yang berselang-seling.
Berkas
berselang-seling itu difraksi oleh suatu kisi, sehingga berkas itu
terpecahmenurut panjang gelombangnya. Detektor mengukur beda intensitas antara
keduamacam berkas itu pada tiap-tiap panujang gelombag dan meneruskan informasi
inikerekorder (perekam), akhirnya menghasilkan spektrum infra merah.
Pita-pita
infra merah dalam sebuah spektrum dapat dikelompokkan menurutintensitasnya:
kuat (strong, s); sedang (medium); dan lemah (weak). Suatu pita lemahyang
bertumpang tindih dengan suatu pita kuat disebut bahu (sholder, sh).
Istilah-istilahini relative dan bersifat kuantitatif.
Peta korelasi ( corelation charts )
Peta
korelasi adalah semacam daftar secara singkat memberikan julat-julatfrekuensi
serapan infra merah yang kemungkinan suatu gugus fungsi akan
menyerap.Berdasarkan peta korelasi ini dapat dilakukan perkiraan jenis-jenis
gugus fungsi, atau adatidaknya gugus fungsi tertentu dalam suatu molekul bila
spektrum molekul ini diketahui.Langkah diatas hanya untuk tahap pertama saja
mengindentifikasi suatu molekul. Untuktahap selanjutnya, dibutuhkan data-data
yang diperoleh dari peralatan lain, misalnyaNMR, spektrofotometer massa, dan
spektroskopi UV.
Sumber Sinar Infra Merah
Pada
umumnya, sumber sinar infra merah yang biasa dipakai adalah berupa zatpadat
inert yang dipanaskan dengan listrik sehingga mencapai suhu antara
1500-2000oK.Akibat pemanasan ini akan dipancarkan sinar infra merah yang
continue.
Jenis-jenis Sumber Infra Merah
1.
Nerst GlowerTerbuat dari campuran oksida unsur
lantanida.
2.
GlobarBerbentuk batang yang terbuat dari silikom
karbida.
3.
Kawan Ni-Cr yang dipijarkanSumber radiasi untuk
instrument ini berbentuk gulungan kawan Ni-Cr yangdipanaskan dan diletakkan
pada tiang keramik. Gulungan kawat tersebutdipanaskan sampai kira-kira mencapai
1000oC, menghasilkan suatu spektrumkontinyu dari energy
elektromagnetic mencakup daerah dari 4000 – 2000 cm-1 bilangan
gelombang. Energy yang diradiasi oleh sumbe sinar akan dibagimenjadi dua bentuk
kaca sferik M1dan M2.
Penyiapan
Cuplikan untuk Spektrofotometer Infra Merah
Spektrofotometer
infra merah dapat digunakan untuk menganalisis cuplikanyang berupa cairan, zat
padat, maupun gas. Cara penyiapan cuplikan dalam bentuk sel tempat cuplikan
harus terbuat daribahan tembus sinar infra merah (tidak bolehmenyerapnya).
Bahan demikian itu antara lain ialah NaCl dan Kbr. Cuplikan yangberbentuk
cairan dapat berupa larutan suatu senyawa atau berupa senyawa murniyang cair
(pure and neat liquid).
1.
Cuplikan
Berupa Larutan
Disini diperlukan pelarut yang mempunyaidaya yang melarut cukuptinggi
terhadap senyawa yang akan dianalisis, tetapi tak ikut melakukan penyerapan
didaerah infra merah yang dianalisi. Selain itu, tidak boleh terjadi reaksi
antara pelarut dengan senyawa cuplikan.
Pelarut-pelarut yang biasa digunakan adalah:
a.
Carbon Disulfide (CS2) Untuk daerah spektrum 1330 – 625
per cm.
b.
Carbon Tertachloride (CCl4) Untuk daerah spektrum 4000
– 1330 per cm.
c.
Pelarut – pelarut polar Misalnya kloroform, dioksan,
dimetil formamida.
2.
Cuplikan
Berupa Cairan Murni (neat liquid)
Cuplikan murni dipakai bila jumlah cuplikam sedikit sekali atau bila tidak
ditemukan pelarut yang memadai. Dalam hal ini, biasanya setetes cairan itu
diapit dan ditekan diantara dua lempeng hablur NaCl, sehingga merupakan lapisan
yang tebalnya 0,01 mm atau kurang.
Sel infra
Merah Untuk Cuplikan Yang Berupa Larutan Atau Cairan
Sel untuk larutan dan cairan terdiri dari dua lempeng yang terbuatdari
bahan tembus infra merah, misalnya hablur NaCl. Diantara kedualempeng itu
ditempatkan specer, sehingga ada jarak diantara kedualempeng itu. Biasanya,
jarak itu antara 0,1 dan 1 mm. Karena bahan pembuatsel infra merah harus
kebanyakan bersifat higroskopik, maka sel-sel infra merah harus disimpan dalam
desikator dan pengerjaannya dilakukandalam ruangan yang udaranya kering
(gunakan alat dehumidifier).
3.
Cuplikan
Padat
Zat padat yang tidak dapat dilarutkan dalam pelarut yang tembus infra
merah, dapat dicampurkan dengan medium cairan yang tembus IR, sehingga
membentuk suatu campuran yang terdiri dari dua fase yang disebut mull. Cairan yang kerap digunakan adalah
nujol dan flouruble. Selain itu, sampel padatan dapat pula dicampur dengan
senyawa garam anorganik tembus infra merah, misalnya KBr. Campuran itu
selanjutnya dibentuk pelet pipih tembus IR dengan bantuan suatu alat
perekam.
4.
Cuplikan Gas
Sampel gas ditiempatkan dalam sebuah bejana gelas atau plastik yang kedua
ujungnya ditutup oleh lempengan NaCl atau KBr. Pengisian gas ke dalam bejana
itu dilakukan setelah bejana itu divakumkan terlebih dahulu.
Cara menganalisis Spektrum IR
Dalam usah untuk menganalisis sp. IR suatu senyawa yang tak diketahui,
sebagai pemula harus mengutamakan penentuan ada atau tidaknya gugus – gugus
fungsional utama. Puncak – puncak spektra dari ikatan C=O, O-H, N-H, C-O, C=C,
C-C dan C-N adalah
puncak – puncak yang menonjol dan memberikan informasi kemungkinan struktur
apabila ikatan – ikatan tersebut ada didalam senyawa yang di identifikasi. Sebagai
pemula, dianjurkan untuk tidak menganalisa secara detail terhadap penyerapan
ikatan C-H didekat daerah 3000 cm-1 (3,33µ) karena hampir seluruh
senyawamempunyai serapan C-H.
Berikut ini 7 (tujuh) langkah-langkah umum sebagai pemula untuk memerikasa
pita-pita serapan tersebut.
1.
Apakah terdapat Gugus Karbonil?
Gugus C=O
terdapat pada daerah 1820-1660 cm-1 (5,6-6,1µ), puncak ini biasanya yang
terkuat dengan lebar madium dalam spektrum. Serapan tersebut sangat karateristik.
2.
Bila gugus C=O ada, ujilah daftar berikut, bila tidak
ada langsung pada nomor 3.
Asam : Apakah ada -OH (asam karboksilat) ?
Serapan
melebar didekat 3400-2400 cm-1 (biasanya tumpang tindih dengan C-H yang muncul
pada daerah 3000 cm-1.
Tumpang tindihnya gugus O-H dengan gugus C-H ini
mengakibatkan sulitnya membedakan antarakarboksilat alifatik dan karboksilat
aromatik (lihat keterangan langkah 4).
Amida : Apakah ada
N-H?
Serapan
medium didekat 3500 cm-1 (2,85µ) kadang – kadang puncak rangkap dengan ukuran
yang sama.
Ester : Apakah ada C-O?
Serapan kuat
didekat 1300 – 1000 cm-1 (7,7-10µ).
Anhidrida : Mempunyai dua serapan
C=O didekat 1810 dan 1760 cm-1
(5,5dan5,7µ).
Aldehida : Apakah ada CH aldehida?
Serapan
lemah didekat 1850 dan 2750 cm-1 (3,5 dan 3,65µ) yaitu disebelah kanan serapan
CH.
Keton : Apabila kelima kemungkinan diatas
tidak ada, maka spektra tersebut
adalah senyawa keton.
3.
Jika tidak terdapat gugus C=O perikasa gugus-gugus
fungsional berikut:
Alkohol/Fenol
: Adakah gugus O-H?
Gugus O-H
merupakan puncak dengan serapan kuat dan lebar(tetappi lebih sempit dari
serapan O-H karboksilat) pada daerah3600-3300 cm-1 (2,8-3,0µ). Pastikan gugus O-H
ini denga nmelihat puncak gugus alkohol (C-O) didekat 1300-1000 cm-1
(7,7-10µ).
Amina
: Ujilah untu N-H
Merupakan puncak dengan serapan medium didekat 3500 cm-1 (2,85µ).
Ester : Ujilah serapan
C-O (serapan O-H tidak ada) didekat 1300 – 1000
cm-1 (7,7-10µ).
4.
Ikatan rangkap dua dan cincin aromatik.
C=C memiliki serapan lemah didekat 1650 cm-1
(6,1µ). Serapan medium tinggi kuatpada daerah 1650 – 1450 cm-1
(6,7µ) sering menunjukkan adanya cincin aromatic. Buktikanlah kemungkinan
diatas dengan memperhatikan serapan di daerah CH. Aromatik dan Vinil CH
terdapat disebelah kiri 3000 cm-1 (3,3µ), sedangkan CH alifatik
terjadi disebelah kanan daerah tersebut.
5.
Ikatan rangkap
tiga
C≡N memiliki
serapan medium dan tajam didekat 2250 cm-1 (4,5µ). C – C memiliki
serapan lemah tapi tajam didekat 2150 cm-1 (4,65µ). Ujilah C-H
asetilenik didekat 3300 cm-1.
6.
Gugus Nitro
Dua serapan kuat pada 1600 – 1500 cm-1 (6,25 - 66,7µ) dan 1390 –
1300 cm-1 (7,2 - 7,7µ)
7.
Hidrokarbon
Bila keenam serapan di atas tidak ada Serapan utama
untuk CH di dekat 3000 cm-1 (3,3µ), spektrumnya sangat sederhana hanya
terdapat serapan lain-lain didekat 1450 cm-1 (6,9µ) dan 1375 cm-1
(7,27µ).
IV.
PROSEDUR
KERJA
V.
KESELAMATAN
KERJA
Instrument IR harus bebas debu. Jangan sekali – kali menyentuk atau
memegang permukaan optik. Instrument tidak boleh mengandung uap embun dan uap
korosif.
VI.
ANALISA
SPEKTRA
Spektrum plastik rokok
Langkah
– langkah analisa spektra
1. Apakah
terdapat gugus karbonil ?
Tidak terdapat, maka
langkah ke-2 tidak dikerjakan.
2. Jika
terdapat gugus C=O
Terdapat pita serapan
didekat 1300 – 1000 cm-1 menunjukan adanya gugus ester (C=O).
3. Ikatan
rangkap dua dan cincin aromatik
Serapan kuat pada
daerah 1650 cm-1 dan serapan medium tinggi kuat pada daerah 1650 –
1450 cm-1 menunjukan adanya cincin aromatik C=C. Hal ini diperkuat
dengan adanya C-H vinil didekat 995 – 985 cm-1 dan benzena 1,4
disubstitusi pada 830 cm-1 dengan serapan medium.
4. Ikatan
rangkap tiga
Tidak terdapat
5. Gugus
Nitro
Tidak terdapat
6. Hidrokarbon
Terdapat serapan utama
untuk C-H didekat 3000 cm-1 dan terdapat serapan lainnya didekat
1450 cm-1 dan 1375 cm-1 yang kuat dan juga gugus CH3
dengan pita kuat didaerah 1380 – 1368 cm-1.
Kesimpulan
Pada spektrum plastik roko mengandung
C=O ( ester ), C=C (cincin aromatik), C-H (vinil), benzena 1,4 disubstitusi,
C-H dan CH3.
Tabel.
Korelasi analisa infra merah plastik rokok
|
Gugus fungsi
|
Nama gugus fungsi
|
Posisi ( cm-1 )
|
Intensitas
|
|
C=O
C=C
C=C
C-H
C-H
C-H
C-H
|
Ester
Alkena
Cincin aromatik
Vivil
Benzena 1,4
Disubstitusi
Alkena
-CH3 metana
|
1300 – 1000
1680 – 1600
1650 – 1450
995 – 985
830
3000
1380 – 1368
|
S
W
M – W
S
M
S
S
|
VII.
PERTANYAAN
1. Apakah
perbedaan antara spektrofotometer IR dengan spektrofotometer UV/Visible ?
2. Senyawa
kimia apakah yang dapat dianalisis dengan alat spektrofotometri IR ?
3. Gambarkan
bagian-bagian penting dari peralatan spektrofotometer ?
4. Mengapa
alat spektrofotometri IR jarang digunakan dalam analisis kuantitatif ?
Jawaban :
1. Perbedannya
biasannya spektrofotometri IR kebanyakan digunakan untuk menganalisa
sampel-sampel berupa senyawa-senyawa organik, sementara itu spektrofotometer
UV/Vis kebanyakan digunakan untuk
menganalisa senyawa-senyawa anorganik.
2. Senyawa
yang dapat dianalisis dengan spektrofotometri IR adalah senyawa yang memiliki
ikatan polar dan non-polar, dan mengandung gugus fungsi tertentu yang dapat
dianalisa dengan alat spektrofotometri IR. Misal : Benzena.
3. Karen
Keterangan :
7.
Sumber radiasi
8.
Sampel Kompartemen
9.
Monokromator
10. Detektor
11. Amplifier
atau penguat
12. Rekorder
4. pada peralatan spektrofotometer IR ini tidak
memberikan informasi tentang kadar suatu senyawa yang dianalisis, peralatan ini
hanya memberikan grafik keluaran tentang zat apa saja yang terkandung didalam
sampel tersebut, dan data-data yang diperoleh kurang teliti pada sampel-sampel
yang mengandung air sehingga harus digunakan suatu pelarut khusus untuk
melarutkannya.
