Pengantar spektroskopi IR

Transkripsi

1 Pengantar spektroskopi IR

2 Interaksi radio elektro magnetik & materi Radiasi Elektromagnetik mempunyai spektrum pd beberapa daerah yang berbeda ini dapat digunakan untuk untuk informasi kualitatif dan kuantitatif Perbedaan jenis informasi

3

4 Spektrum IR

5 Bila sinar IR dilewatkan melalui cuplikan senyawa organik, maka sejumlah frekuensi diserap sedangkan frekuensi yg lain diteruskan.

6 Molekul-molekul alkana rantai panjang (parafin cair atau nujol) menunjukan pita serapan pada daerah sekitar 3000 cm-1 dan 1400 cm-1, sedangkan frekuensi lainnya tidak berinteraksi dengan cuplikan dan sebagai akibat semuanya di teruskan

7 Satuan-satuan Frekuensi, Panjang gelombang, dan bilangan gelombang Kedudukan pita serapan dapat dinyatakan dalam satuan-satuan frekuensi ( det-1 atau Hz), atau panjang geombang, lambda (mikrometer µm) atau bilangan gelombang (kebalikan cm, cm-1) Contoh : serapan rentang ikatan C-H muncul pada 9,3 x 1013 detik-1= 9,3 x 1013 Hz = 3,3 µm = 3000 cm-1

8 Sebagian kimiawan menggunakan satuan bilangan gelombang (cm-1), dan meggunakan panjang gelombang (µm). Frekuensi yang sebenarnya justru tidak digunakan

9 Teori serapan IR Energy foton IR Prinsip Muatan elektrik Molekul (dipole moment) berinteraksi dengan foton IR Magnitude of dipole moment determined by Kehilangan yang disebabkan eksitasi electronik Dapat menyebabkab eksitasi dan rotasi charge separation of charge Vibration or rotation causes varying separation

10 Perubahan Momen Dipol Molekul harus mempunyai perubahan moment dipol untuk dapat mengabsorpsi radiasi sinar IR Absorption menyebabkan bertambahnya amplitudo vibrasi/ frekuensi rotasi Molecules dengan momen dipol yg tetap (µ) merupakan senyawa yg tidak aktif IR HCl, CO, H2, N2, CO2

11 Type Vibrasi Molekular Stretching Perubahan panjang ikatan Symetrik / asymetrik bending Perubahan pada sudut ikatan symmetric scissoring asymmetric wagging rocking twisting/torsion

12 Getaran Molecular

13

14 Molekul yang tersusun dengan banyak atom mempunyai sangat banyak frekuensi vibrasi Untuk molekul non linier dengan n atom, jumlah ragam vibrasi adalah (3n-6) Sehingga secara teoritis metana mempunyai 9, etana mempunyai 18 ragam vibrasi

15 Infrared Spectrometer

16 Instrumentasi IR Bagian pokok dari spektrometer IR adalah sumber cahaya IR, monokromator dan detektor. Cahaya dari sumber yang dilewatkan melalui cuplikan dipecah menjadi frekuensi2x individual dalam monokromator dan intensitas relatif dari frekuensi individu di ukur oleh detektor

17 Sumber IR Sumber yang umum digunakan adalah merupakan batang yang dipanaskan oleh listrik yang berupa : Nerst glower (campuran oksida dari Zr, Y, Er dsb) Globar (Silikon karbida) Berbagai bahan keramik

18 Monokromator Prisma dan grating kedua nya dapat digunakan Kebanyakan prisma yang digunakan adalah NaCl, hal ini disebabkan karena NaCl hanya transparan di bawah 625cm-1. Sedang halida logam lainnya harus digunakan pada pekerjaan dengan frekuensi yang rendah Grating dan prisma mempunyai peranan dalam meresolusi spektra dan dapat di buat dari berbagai macam bahan

19 Pada umumnya grating memberikan hasil yang lebih baik daripada prisma pada frekuensi yang tinggi. Kerugian NaCl adalah sifatnya yang higroskopik hingga cermin-cermin harus di lindungi dari kondensasi uap

20

21 Detektor Alat-alat yang modern kebanyakan memakai detektor Thermopile. Dasar kerja dari thermopile adalah : Jika dua kawat logam berbeda dihubungkan antara ujung kepala dan ekor meyebabkan adanya arus yang mengalir dalam kawat Dalam spektometer IR arus ini akan sebanding dengan intensitas radiasi yang jatuh pada thermopile

22 Energi dipindah kan dari foton pada atom atau molekul Pada temperatur ruangan kebanyakan molekul dalam dalam keadaan elektronik dan vibrasi terendah Radiasi IR dapat mengeksitasi tingkat getaran dan selanjut nya melepaskan energi

23 Prinsip IR Penyerapan energi pada berbagai frekuensi Memplot nilai radiasi yang di trasmisikan melalui sampel sebagai fungsi dari frekuensi Komponen mempunyai area fingerprint sebagai daerah identitas

24 Infrared Spectrometry Digunakan khusunya untuk analisis kualitatif Gugus Fungsi

25 Cara kerja Continuous beam of radiation Frekuensi menunjukan perbedaan serapan Sinar masuk melaluui entrance slit Molekul menyerap radiasi yang dapat mengeksitasi ikatan dalam molekul

26 How Does It Work? Monokromator membagi radiasi menjadi spektrum satu frequency melewati exit slit radiation dilewatkan ke detector detector merubah energi menjadi sinyal Sinyal diperkuat dan dicatat

27 Instrumentation Optical double-beam instruments Radiation diteruskan langsung dengan menggunakan cermin sample beam and reference beam chopper diffraction grating

28 Double beam

29 Instrumentation III Celah keluar detektor hasil spektrum adalah plot dari intensitas radiasi yang ditrasmisikan versus panjaneg gelombang

30 Cara penanganan cuplikan Cara penanganan cuplikan tergantung dari pada jenis cuplikan yaitu apakah berbentuk gas, cairan atau padatan Gaya-gaya intermolekul sangat berbeda yang melalui dari padatan ke cairan ke gas dan spektrum IR biasanya akan menunjukan efek dari perbedaan ini, dalam bentuk pergeseran frekuensi atau pita-pita tambahan, dsb)

31 Gas Cuplikan harus dimasukan ke dalam sel gas, sl ini menghadap langsung pada berkas sinar. Dalam bentuk yang dimodifikasi, cermin internal yg digunakan dapat memantulkan berkas sinar berulang kali melalui cuplikan untuk menaikan sensitivitas. Sejumlah kecil senyawa2x organik dapat di tentukan dalam bentuk gas, bahkan dalam selsel yang dipanaskan

32 Cairan Menempatkan cuplikan sebagai film yang tipis diantara dua lapisan NaCl yang transparan Karena digunakan NaCl maka setelah selesai harus di bersihkan dengan mencuci dengan pelarut seperti toluen, kloroform dan sebagianya NaCl harus dijaga agar tetap kering dan di pegang ujung2x nya Untuk spektra di bawah 250 cm-1 maka diginakan Csl untuk cuplikan yang mengandung air

33 Padatan Wujud cuplikan padat bisa bermacam-macam diantara nya kristal, amorf, serbuk. Gel dan lain-lain Ada 3 cara yg umum untuk mencatat spektra bentuk padatan : pelet KBr, Mull, dan lapisan film/lapisan tipis Padatan juga dapat ditentukan dalam larutan tetapi spektra larutan mungkin memberikan kenampakan yang berbeda dari spektra bentuk padat, karena adanya perubahan gaya inter molekul

34 Pelet KBr Di buat dengan menumbuk cuplikan (0,1 2,0 % berat) dengan KBr kemudian ditekan hingga diperoleh pelet. KBr harus kering dan akan baik bila penumbukan dilakukan di bawah lampu IR untuk mencegah terjadinya kondensasi uap dari atmosfer yang akan memberikan serapan lebar pada 3500cm-1

35 Mull atau pasta Di buat dengan mencapur cuplikan dengan setetes minyak : pasata kemudian dilapiskan di antara dua keping NaCl yang transaparan Bahan pasta harus transparan terhadap IR Yang sering digunakan sebagai bahan pasta adalah parafin cair (Nujol)

36 Lapisan Tipis Padatan Dapat di lapiskan pada kepingan NaCl dengan cara meneteskan larutan dalam pelarut yang mudah menguap pada permukaan kepingan NaCl dan dibiarkan hingga pelarut menguap. Polimer-polimer berbagai lilin atau bahan lemak sering memberikan hasil yang baik Tetapi ada juga yang membentuk kristal yang tajam hingga tidak memberikan serapan

37 Problems with IR Tidak kuantitaif resolution terbatas tidak reproducible sensitivitas terbatas waktu analisis yang lama hanya untug gugus fungsi

38 Limitations Kebanyakn alat hanya dapat menggunakan 1 panjang gelombang pada satu waktu Konsumsi waktu A solution?

39 Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) Pemecahannya!

40 FTIR Menganalisis semua panjang gelombang secara bersamaan signal di dikumpulkan untuk spketrum yang lengkap Dapat diselesaikan dengan cepat Resolusi lebih baik

41 Fourier Transform IR Sederhana secara mekanik Cepat, sensitive, accurate Kalibrasi Internal

42 New FTIR Applications Quality control--speed, accuracy Micro, trace analysis--nanogram levels, small samples Kinetic studies--milliseconds Internal reflection Telescopic

43