Transcript Infra-Red (IR) Spektroscopy Bagian 1

JURUSAN FARMASI FKIK
UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN
Oleh : Hendri Wasito, S. Farm., Apt.
(http : // www.hendriapt.wordpress.com)
Spektroskopi-IR digunakan untuk penentuan struktur
(khususnya organik) juga untuk analisis kuantitatif.
Spektrum absorbsi dibuat dengan bilangan gelombang (sumbu
x) dan % transmitan (sumbu y).
Radiasi-IR terbatas pada perubahan energi setingkat molekul.
Untuk dapat mengabsorbsi, molekul harus memiliki perubahan
momen dipol sebagai akibat dari vibrasi.
Contoh senyaw Tidak memilki perubahan momen dipol : O2, N2.
Transisi vibrasi dan rotasi berhubungan dengan daerah 13000 –
675 / cm. Dan pada IR 650 -4000/cm
Daerah
Spektra
Sinar X
UV
Vis
IR
Gel
Mikro
Panjang
Gelombang
10 nm
380 nm
780 nm
0,78 mm
50 mm
Bilangan
Gelombang
106/cm
26300/cm
4000/cm
200/cm
Proses
Elektron
Valensi
Elektron
Valensi
Vibrasi
dan Rotasi Rotasi Mol
Mol
Transisi karena serapan infra merah berkaitan dengan
perubahan-perubahan vibrasi dalam molekul.
 Infra merah:
 dekat jika bilangan gelombang > 4000 cm-1 (ltransisi
vibrasional)
 jauh jika bilangan gelombang < 650 cm-1 (transisi
vibrasional)
 Pada IR dekat (650-4000nm) , selalu disertai transisi
rotasional sehingga diperoleh spektrum dengan
puncak-puncak yang lebar karena ada saling pengaruh
antara transisi vibrasional dan rotasional


Supaya molekul dapat menyerap energi infra
merah, maka gerakan vibrasi atau rotasinya harus
disertai perubahan momen dwi kutub / dipole.
N
O
Oksigen memiliki keelektronegatifan sehingga N  merupakan
molekul yang dipole. Jadi muatan (+) dan (-) terpisah
medan listrik
antaraksi
medan listrik bolak-balik
dari sinar
Jika frekuensi sinar tepat sama dengan salah satu natural
vibrational frequency dari molekul, maka sinar akan diserap 
perubahan amplitudo vibrasi dari molekul.
Posisi relatif suatu atom dengan atom lainnya dalam
suatu molekul selalu berubah-ubah akibat dari
gerakan vibrasi.

Untuk molekul dwi-atom atau tri-atom, vibrasi
berhubungan dengan energi absorbsi, namun tuk
poliatom, vibrasi tidak mudah diperkirakan karena
banyaknya pusat vibrasi yang berinteraksi.

Vibrasi molekul ada 2:
1. Vibrasi ulur (stretching)
2. Vibrasi Tekuk (bending vibrations)  scisoring (v.
gunting), rocking (v. Goyang), wagging (v.
Kibasan), dan twisting (v. Pelintir).

Simetri
(~ 2853 /cm)
Tak Simetri
(~ 2926 /cm)
Pada vibrasi ini terjadi perubahan terus menerus dari
jarak antara 2 atom didalam suatu molekul (konstanta
vibrasi antara dua atom sepanjang sumbu ikatan).
Contoh : -CH3, -CH2-, -NO2, -NH2, dan anhidrida.


Terjadi perubahan sudut antara dua ikatan kimia.
Ada 2 bidang :
a. Tekuk dalam bidang (in-plane bending)  v.
Scissoring dan v. Rocking
b. Tekuk keluar dalam bidang (out-of-plane)  v.
wagging dan v. Twisting
Keempat vibrasi tersebut hanya mungkin bagi
molekul yang memiliki lebih dari dua atom.
(~ 720 /cm)
(~ 1450 /cm)
(~ 1250 /cm)
(~ 1250 /cm)
Simetric
streching
Asimetric
streching
Scissoring
Wagging
Rocking
Twisting

Jia ikatan antara pasangan atom ibarat pegas,
berdasar hukum Hook :
Vm 
1
k
2
m

1
k ( m1  m 2 )
2
m1  m 2
k = tetapan gaya untuk
ikatan kimia,
m1 dan m2 = massa dari
atom-atom
Berdasarkan tinjauan secara mekanika kantum, maka energi vibrasi
itu adalah “quantisized”. Sehingga energi potensial molekul yang
bervibrasi:
1
1 h
k
E  (  ) hVm
E  (  )
2 2 u
2
Jadi energi vibrasi molekul hanya dapat memiliki nilai-nilai
tertentu saja.
C = C BONDING
C - H BONDING
υ = 1/2π √ (k/µ)
K = 10 x 105 dyne/cm
µ = (Mc.Mc) / (Mc+Mc)
= ((12) (12)) / (12 + 12)
=6
υ = 4,12 √ (10 x 105 /6)
= 1682/cm (calculated)
υ = 1/2π √ (k/µ)
K = 5 x 105 dyne/cm
µ = (Mc.Mc) / (Mc+Mc)
= ((12) (1)) / (12 + 1)
= 0,923
υ = 4,12 √ (5 x 105 /0,923)
= 3032/cm (calculated)
υ = 1650/cm (eksperimental)
υ = 3000/cm (eksperimental)
Setiap jenis ikatan kimia memiliki frekuensi vibrasi
berbeda, dan jenis ikatan kimia yang sama juga
berbeda frekuensi vibrasinya jika diikat oleh senyawa
yang berlainan karena lingkungan berbeda.
 Tidak ada molekul yang berbeda strukturnya yang
memiliki pola absorbsi-IR atau spektrum-IR yang sama
(fingerprint spectrum)

Berapakah vibrasi fundamental dari suatu molekul
1. Untuk molekul linear
Vibrasi fundamental = 3n - 5
n = banyaknya atom
Misal: CO2  O = C = O
2. Untuk molekul tidak linear
= 3n – 6
Dapat terjadi penyimpangan jika:
a.
b.
c.
d.
Vibrasi tersebut tidak disertai dengan perubahan netto
moment dwi kutub
Energi dari 2 jenis vibrasi fundamental adalah identik  1
puncak serapan saja
Intensitas serapan vibrasi fundamental sangat kecil sehingga
tidak terdeteksi oleh alat
Energi suatu jenis vibrasi fundamental terletak di  yang di luar
jangkauan alat pendispersi.


Jika energi sinar –IR diserap oleh molekul, maka energi sinar
tersebut akan menyebabkan transisi tingkat energi vibrasi
molekul dari tingkat yang rendah ke yang lebih tinggi.
Tetapi transisi terjadi jika:
 Energi sinar infra merah tersebut = ∆E dari kedua tingkat
energi vibrasi yang bersangkutan.
 Vibrasi yang berubah tingkat energinya itu menyebabkan
perubahan netto momen dwikutub.
Av3
Av2
Av1
Av0
Energi yang diperlukan
untuk transisi dari Av0 ke
Av1= Av1 – Av2
sama dengan Av2 – Av3.





Komponen dasar spektro-IR sama dengan UV-Visibel,
namun sumber radiasi, detektor, dan komponen
optiknya sedikit berbeda.
Umumnya alat IR menggunakan berkas ganda yang
dirancang ebih sederhana daripada berkas tunggal.
Temperatur dan kelembaban (max. 50 %) ruang harus
dikontrol.
Kelembaban tinggi mengakibatkan permukaan prisma
dan sel alkali-halida akan jadi suram
Perubahan suhu berpengaruh pada ketepatan dan
kalibrasi λ
Sumber radiasi umum digunakan Nernest atau
lampu Glower (oksida-ksida zirkonium dan
ytrium)
 Monokromator yang digunakan terbuat dari
berbagai bahan (prisma dan celah dari gelas,
lelehan silika, CaF2, NaCl, AgCl, KBr, CsI)
 Prisma NaCl (4000-60/cm) dan prisma KBr
(400/cm)
 Detektor yang digunakan umumnya termal
(termokopell), dan yang non termal (sel
fotkonduktif)







Alkali halida sebagai window material (NaCl-626/cm,
KBr-385/cm, CSI-250/cm) ditempat terbuka permukaan
jadi kusam.
Umumnya sampel dikerjakan pada suhu kamar dalam
keadaan murni dengan ketebalan film 0,01-0,05 mm.
Bila sampel padat maka dilarutkan dengan CS2 (22221540/cm) atau CCl4 (800-740cm)
Serbuk dan padatan harus diperkecil dengan
menggerus dalam cairan kental (Nujol mull)
Semua pelarut yang digunakan harus bebas air
Zat taransparan jika dapat mentransmisikan sinar >
75%
Ada berbagai tehnik untuk persiapan sampel, bergantung pada bentuk fisik
sampel yang akan dianalisis.
A. Padat
1. Nujol Mull
Sampel digerus dengan mortar dan pestle agar diperoleh bubuk yang
halus. , dicampur dengan Nujol agar terbentuk pasta, kemudian beberapa
ditempatkan antara dua plat sodium klorida(NaCl) (plat ini tidak
mengabsorbsi inframerah pada wilayah tersebut.
2. Pelet KBr
Sedikit sampel padat (kira-kira 1 - 2 mg), kemudian ditambahkan bubuk KBr
murni (kira-kira 200 mg) dan diaduk hingga rata. Campuran ini kemudian
ditempatkan dalam cetakan dan ditekan dengan menggunakan alat tekanan
mekanik. kemudian sampel (pelet KBr yang terbentuk) diambil dan dianalisis.
B. Cairan
Setetes sampel ditempatkan antara dua plat KBr atau plat NaCl untuk
membuat film tipis
C. Gas
Untuk menghasilkan sebuah spektrum inframerah pada gas, dibutuhkan
sebuah sel silinder/tabung gas dengan jendela pada setiap akhir pada sebuah
material yang tidak aktif inframerah seperti KBr, NaCl atau CaF2. Sel biasanya
mempunyai inlet dan outlet dengan keran untuk mengaktifkan sel agar
memudahkan pengisian dengan gas yang akan dianalisis.
Spek tro-IR menentukan posisi dan ukuran relatif
absorbsi atau puncak serapan.
 Spektrum IR menggambarkan hubungan intensitas
absorbsi (% T) dengan bilangan gelombang (cm-1).
 Untuk mempermudah interpretasi dapat digunakan
bagan korelasi dan tabel
 Kuat lemahnya intensitas puncak dinyatakan dengan
huruf S (strong = kuat), M (medium = sedang), dan W
(weak = lemah)


Tentukan
gugus-gugus fungsi yang terdapat dalam
spektra-IR berikut dan tentukan struktur molekul sampel
yang memberikan spektra-IR sebagai berikut :
HATUR NUHUN
PISAN ......
Jangan lupa
untuk membaca
literatur lainnya
baik dari buku
maupun internet
serta banyak
latihan soal ...
Kita BISA karena
BIASA ...