KONFIGURASI, INSTRUMENTASI DAN PENERAPAN SPEKTROFOTOMETER INFRA MERAH

Pembahasan Konfigurasi dan Instrumentasi Spektrofotometer Infra Merah Penerepan Spektrofotometri Infra Merah dalam Analisis Kuantitatif Penerepan Spektrofotometri Infra Merah dalam Analisis Permukaan (Surface Analysis)

Konfigurasi dan Instrumentasi Spektrofotometer Infra Merah

Dua Macam Konfigurasi Spektrofotometer Infra Merah 1 Spektrofotometer infra merah dispersif (metode konvensional) Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (FTIR) 2 Dua Macam Konfigurasi Spektrofotometer Infra Merah

Spektrofotometer Infra Merah Dispersif 1 Spektrofotometer Infra Merah Dispersif Monokromator yang digunakan mirip dengan monokromator yang digunakan oleh spektrofotometer UV-Vis tipe berkas ganda atau double beam. Biasanya digunakan secara primer untuk menganalisis senyawa secara kualitatif. Detektor yang digunakan adalah tipe thermal transducer. Responnya lambat sehingga sinar harus dipotong-potong terlebih dahulu oleh chopper. Sistemnya double beam, karena ada beberapa hal yaitu : Untuk mengurangi radiasi atmosferik (CO2 dan H2O). Mencegah ketidakstabilan radiasi sinar infra merah. Mengurangi radiasi percikan oleh partikel pengotor dalam spektrofotometer.  Memungkinkan pembacaan dan perekaman langsung.

Spektrofotometer Infra Merah Dispersif 1 Spektrofotometer Infra Merah Dispersif Terdiri dari: Sumber energi Tempat sampel Sistem untuk pemilihan panjang gelombang Detektor Alat pembaca atau pencatat (recorder)

Sumber Energi Nernst Glower Globar Campuran oksida Zirkom (Zr) dengan Yitrium (Y), atau Thorium (Th) dengan Cerium (Ce). Mempunyai radiasi maksimum pada panjang gelombang 1,4 mm atau bilangan gelombang 7100 cm-1. Globar Sebatang silicon karbida (SiC). Radiasi maksimum pada panjang gelombang 1,8 – 2,0 mm atau bilangan gelombang 5500–5000 cm-1.

Spektrofotometer Infra Merah Dispersif Mekanisme Kerja Spektrofotometer Infra Merah Dispersif

Spektrofotometer Infra Merah Dispersif Mekanisme Kerja Spektrofotometer Infra Merah Dispersif

Spektrofotometer Infra Merah Dispersif Mekanisme Kerja Spektrofotometer Infra Merah Dispersif Radiasi infra merah dihasilkan sebagai akibat pemanasan pada temperatur tinggi (1200-2000 K) oleh pemanasan listrik terhadap suatu bahan yang berada pada sumber energi tersebut

Spektrofotometer Infra Merah Dispersif Mekanisme Kerja Spektrofotometer Infra Merah Dispersif 2. Radiasi kemudian terbagi dua yaitu menuju tempat contoh dan pembanding (reference)

Spektrofotometer Infra Merah Dispersif Mekanisme Kerja Spektrofotometer Infra Merah Dispersif Setelah sinar IR di-split, sinar terbagi menjadi dua arus, yaitu sinar yang menuju sampel dan sinar yang menuju larutan baku pembanding.

Spektrofotometer Infra Merah Dispersif Mekanisme Kerja Spektrofotometer Infra Merah Dispersif 4. Kemudian kedua berkas sinar tersebut masuk ke chopper sehingga keluar output sinar yang diteruskan ke monokromator.

Spektrofotometer Infra Merah Dispersif Mekanisme Kerja Spektrofotometer Infra Merah Dispersif 5. Sinar masuk melalui celah masuk atau entrance pada monokromator.

Spektrofotometer Infra Merah Dispersif Mekanisme Kerja Spektrofotometer Infra Merah Dispersif 6. Sinar diarahkan masuk melalui celah masuk atau entrance pada monokromator ke bagian grating monokromator (pemisah panjang gelombang)

Spektrofotometer Infra Merah Dispersif Mekanisme Kerja Spektrofotometer Infra Merah Dispersif 7. Sinar difokuskan oleh grating.

Spektrofotometer Infra Merah Dispersif Mekanisme Kerja Spektrofotometer Infra Merah Dispersif Sinar keluar melalui celah keluar atau extrance slit dan masuk ke alat scan frekuensi, baru diteruskan ke detektor.

Spektrofotometer Infra Merah Dispersif Mekanisme Kerja Spektrofotometer Infra Merah Dispersif 9. Oleh detektor, sinar diubah menjadi sinyal elektrik dan diperkuat oleh amplifier. Kemudian sinyal tersebut diinterpretasikan dalam bentuk spektrum infra merah dengan bantuan perangkat lunak dalam komputer

Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (FTIR) 2 Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (FTIR) Pada dasarnya Spektrofotometer FTIR (Fourier Trasform Infra Red) sama dengan Spektrofotometer IR dispersi, yang membedakannya adalah pengembangan pada sistem optiknya sebelum berkas sinar infra merah melewati contoh.

Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (FTIR) 2 Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (FTIR) Perbedaan sistem optik Spektrofotometer IR dispersif (Hadamard Transform) dan Interferometer Michelson pada Spektrofotometer FTIR (Fourier Transform) tampak pada gambar berikut :

Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (FTIR) 2 Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (FTIR) Dasar pemikiran dari Spektrofotometer FTIR adalah dari persamaan gelombang yang dirumuskan oleh Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) seorang ahli matematika dari Perancis. Fourier mengemukakan deret persamaan gelombang elektronik sebagai berikut: a dan b merupakan suatu tetapan, t adalah waktu, ω adalah frekuensi sudut (radian per detik), ( ω = 2 Π f ) f adalah frekuensi dalam Hertz

Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (FTIR) 2 Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (FTIR) Dari deret Fourier tersebut, intensitas gelombang dapat digambarkan sebagai daerah waktu atau daerah frekuensi. Perubahan gambaran intensitas gelombang radiasi elektromagnetik dari daerah waktu ke daerah frekuensi atau sebaliknya disebut Transformasi Fourier (Fourier Transform).

Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (FTIR) 2 Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (FTIR) Selanjutnya, pada sistem optik peralatan instrumen FTIR dipakai dasar daerah waktu yang non dispersif. Sebagai contoh aplikasi pemakaian gelombang radiasi elektromagnetik yang berdasarkan daerah waktu adalah interferometer yang dikemukakan oleh Albert Abraham Michelson (Jerman, 1852-1931).

Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (FTIR) 2 Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (FTIR) Terdiri dari : Interferometer (sebagai pemisah gelombang) Detektor, seperti detektor pyroelectric litium tantalat (LiTaO3), mercury cadmium telluric (MCT), atau Tetra Glycerine Sulphate (TGS) MCT lebih banyak digunakan karena memberikan respon yang lebih baik pada frekuensi modulasi tinggi, lebih sensitif, lebih cepat, tidak dipengaruhi oleh temperatur, sangat selektif terhadap energi vibrasi yang diterima dari radiasi infra merah. 

Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (FTIR) 2 Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (FTIR) Memiliki dua macam konfigurasi optik, yaitu FTIR sinar tunggal (single beam) dan FTIR sinar ganda (double beam).

Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (FTIR) 2 Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (FTIR) Pada sistem optik FTIR, digunakan radiasi LASER (Light Amplification by Stimulated Emmission of Radiation) yang berfungsi sebagai radiasi yang diinterferensikan dengan radiasi infra merah agar sinyal radiasi infra merah yang diterima oleh detektor secara utuh dan lebih baik

www.tappsa.co.za

Spektrofotometer FTIR sinar tunggal Mekanisme Kerja Spektrofotometer FTIR sinar tunggal Energi dikeluarkan dari sumbernya, lalu melewati bagian interferometer

Spektrofotometer FTIR sinar tunggal Mekanisme Kerja Spektrofotometer FTIR sinar tunggal 2. Radiasi dibagi dua oleh beam splitter ke arah cermin diam dan cermin bergerak kemudian digabungkan kembali oleh beam splitter. Gelombang cahaya akan memperlihatkan variasi intensitas sesuai dengan pergerakan cermin.

Spektrofotometer FTIR sinar tunggal Mekanisme Kerja Spektrofotometer FTIR sinar tunggal 3. Radiasi melewati bagian sampel, lalu menuju detektor, dan terakhir ke komputer serta bagian pembacaan.

Detektor menangkap sinyal maksimum saat jarak antara beam splitter terhadap cermin diam sama dengan jarak terhadap cermin gerak. Atau saat perbedaan jarak optik sama dengan nol. Detektor tidak menangkap sinyal ketika cermin gerak ada di kedudukan ¼ panjang gelombang dari cermin, sehingga masing-masing cahaya akan berbeda 180˚.

Pada gambar ini diperlihatkan suatu gejala yang saling berpengaruh dari cahaya dengan panjang gelombang sama dengan 2,5 mikrometer (bilangan gelombang 4000 cm-1)

Keunggulan FTIR Pemilihan FTIR didasarkan atas kemampuan analisisnya yang sangat cepat dan mempunyai kepekaan tinggi sehingga dapat memantau seluruh daerah spektrum infra merah dari setiap puncak yang terelusi dengan kepekaan tinggi. Spectral infra merah tidak dapat mengidentifikasi secara utuh struktur molekul suatu zat dan masih diperlukan metofe lain, seperti Spektroskopi Massa (Mass Spectroscopy), Spektroskopi Resonansi Magnetik Inti (NMR), dan analisis elemental.

Semua frekuensi dari spektrum akan berkumpul secara simultan dengan waktu yang sangat cepat (dalam periode detik) → waktu analisisnya cepat. 1

Jumlah energi yang mencapai detektor jauh lebih besar, karena tidak dibatasi oleh lebar celah (slit) seperti pada spektrofotometer infra merah dispersive melainkan tergantung pada ukuran cermin yang berada pada alat interferometer → mempunyai kepekaan pengukuran yang sangat tinggi (dengan rasio S/N tinggi). 2

Spektrum yang dihasilkan sudah dalam bentuk digital → dapat dengan mudah komputer melakukan proses-proses pengolahan, seperti pengurangan, penambahan, pembentukan spektrum turunan, pembandingan spektrum, dan lain-lain. Hal ini sangat bermanfaat baik untuk analisis kualitatif ataupun kuantitatif. 3

Penerepan Spektrofotometri Infra Merah dalam Analisis Kuantitatif

PEMILIHAN PANJANG GELOMBANG pita regangan karbonil (C=O) pada bilangan gelombang 1700 cm-1 paling sering digunakan karena memiliki pita serapan yang kuat relatif bebas dari pengaruh pita serapan dari gugus fungsi lain Proses analisis dapat dilakukan dengan spektrum resapan awal atau dapat juga melalui spektrum turunan (derivatif)

Harga serapan yang sering digunakan : 0,3-0,6 karena : HARGA RESAPAN OPTIMUM DAN BATAS KONSENTRASI Harga serapan yang sering digunakan : 0,3-0,6 karena : Diperoleh linearitas yang baik (sesuai Lambert-Beer) Besarnya konsentrasi zat yang harus disesuaikan dengan batas tersebut

PENYIAPAN SAMPEL Homogen Gunakan teknik pelarutan yang sesuai Dalam analisis kuantitatif teknik pelarutan dalam pelarut organik umumnya lebih baik dibanding teknik lain karena kesalahan yang mungkin terjadi sebagai akibat dari ketidakhomogenan serta ketebalan yang tidak sama dari contoh dapat dihindari

Prinsipnya adalah Hukum Lambert-Beer Yaitu penentuan konsentrasi sebanding dengan serapan. Kita dapat menghitung absortivitas molar (ε) pada panjang gelombang tertentu, dimana salah satu komponennya mengabsorpsi dengan kuat sedang komponen lain lemah atau tidak mengabsorpsi. Hukum Beer tidak dapat digunakan pada nilai absorbansi yang tinggi Analisis kuantitatif menggunakan prinsip hukup lambert-beer (A=εbc) ε adalah absorbtivitas molar  menyerap panjang gelombang tertentu Panjang gelombang yang dipilih untuk analisis kuantitatif harus sesuai dengan ε yang dimiliki sampel Nilai serapan optimum  pada saat tidak ada/sedikit faktor lain yang mempengaruhi transmitans selain serapan IR itu sendiri  sekitar 0,3 – 0,6 Jika serapan optimum maka linearitas baik, serapan dan konsentrasi dalam keadaan linear Konsentrasi disesuaikan agar menghasilkan nilai serapan optimum Sampel harus homogen untuk mendapatkan hasil pengamatan yang akurat

Penerepan Spektrofotometri Infra Merah dalam Analisis Permukaan (Surface Analysis)

Informasi yang akan diperoleh dapat merupakan karakteristik bahan pada suatu permukaan atau bahan-bahan apa saja yang mungkin terserap oleh suatu permukaan. Untuk melaksanakan maksud tersebut umumnya dilakukan melalui beberapa peralatan tambahan dengan metode KCKT = Kromatografi Cahaya Kinerja Tinggi

ATR (Attenuated Total Reflectance) RAS (Reflection Absorption Spectrometry) DRS (Diffuse Reflection Spectrometry). Metode-metode tersebut sering digunakan dalam analisis bahan semi konduktor, polimer, analisis permukaan logam atau analisis katalis.

Prinsip ATR Dapat menghasilkan spektrum dari benda padat, cair, dan gas. Terkadang dibutuhkan banyak sampel untuk memberikan hasil spektrum yang tepat. Prinsip: mentransmisikan radiasi inframerah langsung melalui sampel. Spektrum yang dihasilkan bergantung pada ketebalan sampel, sampel yang digunakan tidak dapat lebih tebal dari beberapa puluh mikron. (Untuk sample padatan dan cairan) ATR bekerja dengan cara mengukur perubahan yang terjadi dalam proses pemantulan sinar inframerah ketika sinar datang menuju sampel. Sinar inframerah akan menuju kristal yang padat dengan indeks bias tinggi pada sudut tertentu. Refleksi internal ini akan menghasilkan gelombang evanescent yang berbentuk tipis dibawah permukaan kristal menuju sampel yang ada di permukaan kristal. Gelombang ini hanya menonjol sedikit dibawah permukaan kristal dan di atas sampel sehingga menghasilkan kontak yang bagus antara sampel dengan permukaan kristal. Pada bagian dimana sampel menyerap spektrum inframerah, gelombang akan dilemahkan atau diubah. Energi yang diubah dari gelombang ini akan dikembalikan pada sinar inframerah yang aakan keluar dari kristal dan kemudian diteruskan ke detektor.

ATR Sampel harus dalam kontak langsung dengan kristal ATR, karena gelombang evanescent hanya dapat melampaui kristal 0.5 µ - 5 µ. Indeks bias kristal harus lebih besar dari sampel Kalo indeks biasnya kristal lebih rendah nanti cahayanya malah di transmisikan bukan di refleksikan

ATR Pada spektroskopi FTIR, salah satu teknik penanganan sampel yang umum dilakukan adalah dengan teknik attenuated total reflection (ATR). Teknik ini merupakan salah satu metode solutif dalam spektroskopi IR dalam hal pengolahan sampel. ATR biasanya digunakan untuk analisis sampel-sampel yang sulit dianalisis dengan metode spektrofotometri FTIR transmitan karena terbentur preparasi sampel yang sulit.

ATR ATR cocok diterapkan untuk sampel-sampel padat yang tebal atau material-material cair yang pekat termasuk film, serbuk, polimer, sampel cair, semi-padat dan film tipis. Pada ATR hanya dibutuhkan sedikit preparasi sampel atau bahkan tidak ada preparasi sama sekali.

ATR ATR dilakukan dengan menggunakan aksesoris dalam kompartemen sampel spektrofotometer FTIR. Bagian inti aksesoris ATR adalah kristal dengan indeks bias yang tinggi. Jenis bahan yang digunakan adalah seng selenida (ZnSe), KRS-5 (talium iodida/talium bromida), dan germanium.

Mengukur perubahan yang terjadi dalam proses pemantulan sinar inframerah ketika sinar datang menuju sampel. Sinar inframerah akan menuju kristal yang padat dengan indeks bias tinggi pada sudut tertentu. Refleksi internal ini akan menghasilkan gelombang evanescent yang terbentuk tipis di bawah permukaan kristal menuju sampel yang berada di permukaan kristal. Gelombang ini hanya menonjol sedikit di bawah permukaan kristal dan di atas sampel sehingga menghasilkan kontak yang bagus antara sampel dengan permukaan kristal. Pada bagian dimana sampel menyerap spektrum inframerah, gelombang evanescent akan dilemahkan atau diubah. Energi yang diubah dari gelombang ini akan dikembalikan pada sinar inframerah yang akan keluar dari kristal dan kemudian diteruskan menuju detektor. Setelah itu, energi akan diubah menjadi spektra inframerah.

Pada pengukuran untuk sampel berbentuk cairan, sebelumnya kristal ATR harus dibersihkan terlebih dahulu. Setelah background dari inframerah diperoleh, sampel diteteskan secara merata pada permukaan kristal. Setelah permukaan kristal harus tertutup dengan rata oleh sampel. Hal ini sangat penting jika pengukuran dilakukan untuk analisa kualitatif dan kuantitatif. Teknik horizontal ATR sering digunakan sebagai cara analisa kuantitatif karena proses kemudahan dalam proses pengerjaannya.

Prinsip RAS (Reflection Absorption Spectrometry) Teknik untuk menganalisis permukaan Biasa disebut Grazing-Angle Infrared Spectroscopy Dapat mengidentifikasi bahan-bahan apa yang ada di dalam sebuah permukaan, begitu juga orientasi relatif dari permukaan reflektifnya Biasa digunakan pada permukaan dengan sifat reflektif yang tinggi

Dasar Teknik Prinsip RAS Molekul yang diletakkan di permukaan akan bergetar. Getaran tersebut dapat diketahui melalui cahaya inframerah yang nantinya akan memantulkan sinarnya ke permukaan. Setiap molekul memiliki momen dipol, dimana salah satu ujung molekul memiliki muatan positif dan ujung lainnya memiliki muatan negatif, oleh karena itu molekul dapat menyerap cahaya inframerah, tetapi hanya pada frekuensi tertentu. Spektrum cahaya inframerah yang dipantulkan dari permukaan akan menunjukkan puncak serapan yang menunjukkan karakteristik dari suatu molekul dan metode ikatan ke permukaan. Getaran hanya dapat dideteksi jika getaran yang terjadi tegak lurus ke permukaan.

Diffuse Reflectance Spectroscopy (DRS) Diffuse Reflectance Spectroscopy (DRS), Kadang disebut Elastic Scattering Spectroscopy; teknik non-invasif yang mengukur karakter reflektansi spektrum yang diproduksi saat cahaya melewati medium. Mekanisme utama adalah penyerapan (absorption) dan hamburan (scattering) , yang keduanya bervariasi sesuai dengan panjang gelombang, untuk menghasilkan spektrum reflektansi yang direkam. Spektrum ini berisi informasi tentang sifat-sifat optik dan struktur media yang diukur.

Penerapan penggunaan DRS pada hasil ekstraksi atau fraksi hasil KCKT

Daftar Pustaka Harmita. 2006. Buku Ajar Analisis Fisikokimia. Depok: Departemen Farmasi FMIPA Universitas Indonesia. Permanasari, Anna. Spektrofotometer Infra Merah. 2011 [Online], 15 halaman. Tersedia: http://anna-permanasari.staf.upi.edu/files/2011/03/IR.pdf. [Diakses 25 September 2014 Pukul 20.55 WIB]. 2 Tinjauan Pustaka. [Online], 9 halaman. Tersedia: http://digilib.itb.ac.id/files/disk1/622/jbptitbpp-gdl-febrinaldo-31070-3- 2008ta-2.pdf. [Diakses 25 September 2014 Pukul 21.33 WIB].

Daftar Pustaka Day dan Underwood. Analisis Kimia Kuantitatif Edisi Keenam. 2002 [Online]. Jakarta: Erlangga. Tersedia: http://books.google.co.id/books?id=63qleQuMe40C&pg=PA399&lpg=PA399&dq=spektrofotometer+inframerah+dispersif&source=bl&ots=6RnUoreGN8&sig=tHvdKCtRBCwANyMW6F-KmA20kT4&hl=en&sa=X&ei=1qw2VKeoNY2HuATaj4G4Bw&ved=0CGIQ6AEwCA#v=onepage&q=spektrofotometer%20inframerah%20dispersif&f=false. [Diakses 25 September 2014 Pukul 21.35 WIB].