Infra-Red (IR) Spektroscopy (bagian 1) JURUSAN FARMASI FKIK UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN Infra-Red (IR) Spektroscopy (bagian 1) Oleh : Hendri Wasito, S. Farm., Apt. (http : // www.hendriapt.wordpress.com)

Tinjauan umum 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

Spektrum Infra Merah (IR) Daerah Spektra Sinar X UV Vis IR Gel Mikro Panjang Gelombang Bilangan Gelombang Proses Elektron Valensi Vibrasi dan Rotasi Mol Rotasi Mol 780 nm 0,78 mm 10 nm 380 nm 50 mm 106/cm 26300/cm 4000/cm 200/cm

Spektrum IR 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

Perubahan Momen Dwi Kutub 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.

Vibrasi molekuler 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: Vibrasi ulur (stretching) Vibrasi Tekuk (bending vibrations)  scisoring (v. gunting), rocking (v. Goyang), wagging (v. Kibasan), dan twisting (v. Pelintir).

Vibrasi ulur (streching) 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.

Vibrasi Tekuk (bending vibration) Terjadi perubahan sudut antara dua ikatan kimia. Ada 2 bidang : Tekuk dalam bidang (in-plane bending)  v. Scissoring dan v. Rocking 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 Scissoring Wagging Asimetric streching Rocking Twisting

Frekuensi Vibrasi (... 1) Jia ikatan antara pasangan atom ibarat pegas, berdasar hukum Hook : 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: Jadi energi vibrasi molekul hanya dapat memiliki nilai-nilai tertentu saja.

Calculation of stretching frequencies for different types of bonds 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 = 1650/cm (eksperimental) 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 = 3000/cm (eksperimental)

Frekuensi vibrasi ( ... 2) 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)

Cara Vibrasi Molekul 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: 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.

Penyerapan Sinar Infra Merah (IR) oleh molekul 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.

Instrumentasi Spektro-IR (...1) 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

Instrumentasi Spektro-IR (...2) 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)

Penyiapan Sampel 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 (2222-1540/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. Padat 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.

Interpretasi Spektrum (...pengantar) 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)

Latihan Soal Tentukan gugus-gugus fungsi yang terdapat dalam spektra-IR berikut dan tentukan struktur molekul sampel yang memberikan spektra-IR sebagai berikut :

JAWABAN :

HATUR NUHUN PISAN ...... Jangan lupa untuk membaca literatur lainnya baik dari buku maupun internet serta banyak latihan soal ... Kita BISA karena BIASA ...