Spektroskopi Inframerah Infrared (IR) Spectroscopy Analisis Fisikokimia Spektroskopi Inframerah Infrared (IR) Spectroscopy Harrizul Rivai HP. 081363049858 Email: harrizul@yahoo.co.id

Bahan kuliah tersedia di: http://redpoll.pharmacy.ualberta.ca http://www.pharmacy.ualberta.ca/pharm325/

Spektrum Elektromagnetik

Spektrum Elektromagnetik Hz 1021 1018 1015 1012 109 106 l (nm) 10-3 1 200 500 106 109 1012 Cosmic X-ray Ultraviolet Visible Infrared Microwave Radio

Jenis-jenis Inframerah (Infrared) Near Infrared (Inframerah Dekat) Panjang gelombang 1-3 mm digunakan dalam analisis partikel Middle Infrared (Inframerah Tengah) Panjang gelombang 3-50 mm digunakan terutama dalam karakterisasi senyawa organik Far Infrared (Inframerah Jauh) Panjang gelombang 50-1000 m m tidak digunakan dalam analisis kimia

Penggunaan IR dalam kehidupan sehari-hari Thermal Imaging (Thermography)

Penggunaan IR dalam kehidupan sehari-hari Night Vision Goggles

Spektroskopi Inframerah aspirin

Prinsip-prinsip Spektroskopi IR Spektroskopi IR mengukur energi panas atau energi termal dalam suatu molekul Spektroskopi IR mengukur absorpsi cahaya yang disebabkan oleh vibrasi regangan atau tekukan ikatan dalam molekul. Energi IR bersesuaian dengan energi regangan ikatan dalam molekul Jenis ikatan yang berbeda menyerap pada energi (frekuensi) sinar IR yang berbeda

Prinsip-prinsip Spektroskopi IR hn Energi Rendah Energi Tinggi

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 (vibrasi gunting), rocking (vibrasi goyang), wagging (vibrasi kibasan) dan twisting (vibrasi pelintir).

Vibrasi ulur (Stretching Vibration) Simetri (~ 2853 cm-1) Tak Simetri (~ 2926 cm-1) Pada vibrasi ini terjadi perubahan terus menerus dari jarak antara 2 atom di dalam 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 jenis vibrasi tekuk : Tekuk dalam bidang (in-plane bending)  scissoring (gunting) dan rocking (goyang) Tekuk keluar bidang (out-of-plane bending)  wagging (kibasan) dan twisting (pelintir) Keempat vibrasi tersebut hanya mungkin bagi molekul yang memiliki lebih dari dua atom.

(~ 720 cm-1) (~ 1450 cm-1) (~ 1250 cm-1) (~ 1250 cm-1)

Jenis-jenis Vibrasi Molekular Symmetric Stretch Asymmetric Stretch Wagging

Jenis-jenis Vibrasi Molekular Rocking Twisting Scissoring

Simetric stretching Scissoring Wagging Asimetric stretching Rocking Twisting

Vibrasi Khas IR

UV vs. IR IR has narrower peaks relative to UV IR yields more information than UV IR allows you to collect data on solids, liquids and gases UV is more quantitative than IR UV spectra are easier/faster to collect UV samples are easier to prepare UV spectrometers are cheaper

IR vs. UV Absorbance 230 240 250 260 270 280 290

A Modern FTIR instrument FT = Fourier Transfrom

FTIR Schematic x j- stop detector sample source 50% beamsplitter fixed mirror path “b” moving mirror path “a” a b x j- stop detector sample source

IR Sample Preparation Most flexible system for analyzing all 3 states of matter (solid, liquid, gas) “Neat” (analysis of liquids/oils) Pellet (analysis of solids) Thin Cell (analysis of dissolved solid samples - solutions) Long Cell (analysis of gases)

Preparing a “Neat” IR Sample

Preparing a KBr Disk

Apparatus for KBr Disk

Pressed Disk Preparation Use powdered, dry KBr, KI, CsI Mix reagent with KBr in 1:10 ratio Grind material to 2 m diameter using agate mortar or vibrating ball mill (Wig-L-Bug amalgamator) Place into die and press to 30 tons/in2 using hand press or wrench + nut Remove carefully, handle with gloves

IR Liquid Sample Cell

IR Gas Sample “Cell”

Analyzing IR Spectra Look for C=O peak (1820-1660 cm-1) If C=O check for OH (3400-2400 cm-1) indicates carboxylic acid If C=O check for NH (3500 cm-1) indicates amide If C=O check for C-O (1300-1000 cm-1) indicates ester If no OH, NH or C-O then ketone

Analyzing IR Spectra If no C=O check for OH (3600-3300 cm-1) indicates alcohol If no C=O check for NH (3500 cm-1) indicates amine If no C=O & no OH check C-O (1300 cm-1) indicates ether Look for C=C (1650-1450 cm-1) then aromatic

IR Characteristic Vibrations

Sample IR Spectrum #1 A - CO-OH stretch (3000) B - CH stretch (2800) C - C=O ester (1757) D - C=O carboxy (1690) E - C=C aromatic (1608) F - C=C aromatic (1460)

Sample IR Spectrum #2 C B A O C CH3 Acetophenone A) C=O (1730) B) C=C aromatic (1590) C) C-H aromatic (3050)

Applications Qualitative “fingerprint” check for identification of drugs Used for screening compounds and rapid identification of C=O groups Can be used to characterize samples in solid states (creams and tablets) Can detect different crystal isoforms (polymorphs) Water content measurement

Applications Analysis of urine and other biofluids (urea, creatinine, protein)

Applications Used in non-invasive measurement of glucose

Applications of Near IR (NIR) Quality control of pharmaceutical formulations Determination of particle size Determination of blend uniformity Determination or identification of polymorphic drugs