Wednesday, 27 June 2012
I. TUJUAN PERCOBAAN
Setelah melakukan percobaan ini, mahasiswa diharapkan dapat:
ü Menjelaskan teori mengenai spektrofotometer infra merah.
ü Mengoperasikan peralatan spektrofotometer infra merah dengan baik dan benar.
ü Menganalisis suatu senyawa kimia dengan menggunakan peralatan spektrofotometer infra merah.
II. ALAT DAN BAHAN
Alat yang digunakan:
ü Seperangkat alat spektrofotometer infra merah
Bahan yang digunakan:
ü Film polystyrene
III. DASAR TEORI
Spektrofotometri merupakan suatu metoda analisa yang didasarkan pada pengukuran serapan sinar monokromatis oleh suatu lajur larutan berwarna pada panjang gelombamg spesifik dengan menggunakan monokromator prisma atau kisi difraksi dengan detektor fototube.
Spektrum Peresapan Inframerah suatu zat merupakan sifat fisika yang khas dan dapat digunakan sebagai pengenal. Daerah inframerah dalam spektrum radiasi elektromagnetik meliputi panjang gelombang antara 0,78 m, sesudai dengan 4000-1 cm sampai 667-1 cm, yaitu daerah yang paling banyak digunakan untuk identifikasi. Selain natrium klorida digunakan juga kisi-kisi sebagai monokromator.
Dari pembagian daerah spektrum elektromagnetik tersebut diatas, daerah panjang gelombang yang digunakan pada alat spektrofotometer infra merah adalah pada daerah infra merah pertengahan, yaitu pada panjang gelombang 2,5 – 50 µm atau pada bilangan gelombang 4.000 – 200 cm-1. Satuan yang sering digunakan dalam spektrofotometri infra merah adalah Bilangan Gelombang atau disebut juga sebagai Kaiser.
Dalam spektrofotometri infra merah panjang gelombang dan bilangan gelombang adalah nilai yang digunakan untuk menunjukkan posisi dalam spektrum serapan. Panjang gelombang biasanya diukur dalam mikron atau mikro meter ( µm ). Sedangkan bilangan gelombang adalah frekwensi dibagi dengan kecepatan cahaya, yaitu kebalikan dari panjang gelombang dalam satuan cm-1.
Atom-atom di dalam suatu molekul tidak diam melainkan bervibrasi (bergetar). Energi dari kebanyakan vibrasi molekul berhubungan dengan daerah infra merah. Vibrasi molekul dapat dideteksi dan diukur pada spektrum infra merah. Bila radiasi infra merah dilewatkan melalui suatu cuplikan, maka molekul-molekulnya dapat menyerap (mengabsorbsi) energi dan terjadilah transisi diantara tingkat vibrasi dasar (ground state) dan tingkat vibrasi tereksitasi (excited state). Pengabsorbsian energi pada berbagai frekuensi dapat dideteksi oleh spektrometer infra merah, yang memplot jumlah radiasi infra merah yang diteruskan melalui cuplikan sebagai fungsi frekuensi (atau panjang gelombang) radiasi. Plot itu disebut spektrum infra merah yang akan memberikan informasi penting tentang gugus fungsional suatu molekul.
Interaksi Sinar Infra Merah Dengan Molekul
Dasar Spektroskopi Infra Merah dikemukakan oleh Hooke dan didasarkan atas senyawa yang terdiri atas dua atom atau diatom yang digambarkan dengan dua buah bola yang saling terikat oleh pegas seperti tampak pada gambar disamping ini. Jika pegas direntangkan atau ditekan pada jarak keseimbangan tersebut maka energi potensial dari sistim tersebut akan naik.
Setiap senyawa pada keadaan tertentu telah mempunyai tiga macam gerak, yaitu:
1. Gerak Translasi, yaitu perpindahan dari satu titik ke titik lain.
2. Gerak Rotasi, yaitu berputar pada porosnya, dan
3. Gerak Vibrasi, yaitu bergetar pada tempatnya.
Rangkaian alat spektrofotometer infra merah
instrumen yang digunakan untuk mengukur absorpsi radiasi infra merah pada berbagai panjang gelombang disebut spektrofoometer infra merah, denan skema seperti gambar berikut in
1 2 3 4 5 6
Keterangan:
1. Sumber radiasi
2. Sampel kompartemen
3. Monokromator
4. Detector
5. Amplifier atau penguat
6. Rekorder
Sinar dari sumber dibagi dalam 2 berkas yang sama, satu berkas melalui cuplikan dan satu berkas lainnya sebagai baku. Fungsi model berkas ganda adalah mengukur perbedaan intensitas antara 2 berkas pada setiap panjang gelombang. Kedua berkas itu dipantulkan pada ”chopper” yang berupa cermin berputar. Hal ini menyebabkan berkas cuplikan dan berkas baku dipantulkan secara bergantian ke kisi difraksi. Kisi difraksi berputar lambat, setiap frekuensi dikirim ke detektor yang mengubah energi panas menjadi energi listrik.
Jika pada suatu frekuensi cuplikan menyerap sinar maka detektor akan menerima intensitas berkas baku yang besar dan berkas cuplikan yang lemah secara bergantian. Hal ini menimbulkan arus listrik bolak-balik dalam detektor dan akan diperkuat oleh amplifier. Jika cuplikan tidak menyerap sinar, berarti intensitas berkas cuplikan sama dengan intensitas berkas baku dan hal ini tidak menimbulkan arus bolak-balik, tetapi arus searah. Amplifier dibuat hanya untuk arus bolak-balik.
Arus bolak-balik yang terjadi ini digunakan untuk menjalankan suatu motor yang dihubungkan dengan suatu alat penghalang berkas sinar yang disebut baji optik. Baji optik ini oleh motor dapat digerakkan turun naik ke dalam berkas baku sehingga akan mengurangi intensitasnya yang akan diteruskan ke detektor. Baji optik ini digerakkan sedemikian jauh ke dalam berkas baku sehingga intensitasnya dikurangi dengan jumlah yang sama banyaknya dengan jumlah pengurangan intensitas berkas cuplikan, jika cuplikan melakukan penyerapan. Gerakan baji ini dihubungkan secara mekanik dengan pena alat rekorder sehingga gerakan baji ini merupakan pita serapan pada spektrum tersebut.
Secara singkat sistem kerjanya seperti ini sebuah cuplikan ynag ditempatkan di dalam spektrofotometer infra merah dan dikenai radiasi infra merah yang berubah panjang gelombangnya secara berkesinambungan menyerap cahaya jika radiasi yang masuk bersesuaian dengan energi getaran molekul tertentu. Spektrofotometer infra merah memayar daerah rentangan dan lenturan molekul. Penyerapan radiasi dicatat dan menghasilkan sebuah spektrum infra merah. Hadirnya sebuah puncak serapan dalam daerah gugus fungsi sebuah spektrum infra merah hampir selalu merupakan petunjuk pasti bahwa beberapa gugus fungsi tertentu terdapat dalam senyawa cuplikan. Demikian pula, tidak adanya puncak dalam bagian tertentu dari daerah gugus fungsi sebuah spektrum infra merah biasanya berarti bahwa gugus tersebut yang menyerap pada daerah itu tidak ada.
Penyiapan cuplikan untuk spektrofotometer infra merah
Ada berbagai tehnik untuk persiapan sampel, bergantung pada bentuk fisik sampel yang akan dianalisis.
A. Cuplikan berupa padatan
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.
Setetes sampel ditempatkan antara dua plat KBr atau plat NaCl untuk membuat film tipis.
C. Cuplikan berupa larutan
Disini diperlukan pelarut yang mempunyai daya yang melarut cukup tinggi terhadap senyawa yang akan dianalisis, tetapi tak ikut melakukan penyerapam di daerah infra merah yang di analisis. Selain itu, tidak boleh terjadi reaksi antara pelarut dengan senyawa cuplikan.
Pelarut-pelarut yang biasa digunakan adalah:
ü Karbon disulfide (CS2), untuk daerah spectrum 1330-625/cm.
ü CCl4, untuk daerah spectrum 4000-1330/cm.
ü Pelarut-pelarut polar, misalnya kloroform, dioksan, dimetil formamida.
D. 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.
IV. CARA KERJA
Dalam usaha untuk menganalisis spekta IR suatu senyawa yang tak diketahui, sebagai pemula harus mengutamakan penentuan ada atau tidaknya gugu-gugus fungsional utama. Puncak-puncak spectra dari ikatan C=O, O-H, N-H, C-O, C=C, C C dan C N adalah puncak-puncak yang menonjol dan memberikan informasi kemungkinan struktur apabila ikatan-ikatan tersebut ada di dalam senyawa yang diindentifikasi. janganlah menbuat analisis yang detail terhadap pita serapan CH dekat 3000 cm-1. hampir semua senyawa mwpunyai pita serapan pada daerah tersebut.Berikut adalah 7 langkah-langkah umum sebagai pemula untuk memeriksa pita-pita serapan tersebut.
1. Apakah terdapat gugus karbonil ?
Gugus C = 0 terdapat pada daerah 1820 – 1600 cm-1 (5,6 – 6,1 µ) puncak ini biasanya yang terkuat dengan lebar medium dalam spektrum. Serapan tersebut sangat karekteristik.
2. Bila gugus C = 0 ada, ujilah seperti berikut, bila tidak ada langsung pada nomor 3.
Asam : apakah ada –OH (asam karboksilat)?
Serapan melebar didekat 3400-2400 cm-1 (biasanya tumpang tindih dengan C-H yang muncul pada daerah 3000 cm-1).
Amida : apakah ada –NH ?
Serapan medium didekat 3500 cm-1 (2,85 µ) kadang puncak rangkap dengan ukuran yang sama.
Ester : Apakah ada C-O ?
Serapan kuat didekat 1300 – 1000 cm-1 (7,7 – 10 µ).
Anhidrida : Mempunyai dua serapan C = 0 didekat 1810 dan 1760 cm-1.
Aldehida: Apakah ada CH aldehida ?
Dua serapan lemah didekat 2850 dan 2750 cm-1 (3,50 µdan 3,65µ), yaitu disebelah kanan serapan CH.
Keton : Bila kelima kemungkinan diatas tidak ada.
3. Bila gugus C = 0 tidak ada maka periksalah gugus-.gugus fungsional berikut:
Alkohol : Ujilah untuk OH
ü Serapan melebar didekat 3600 sampai 3300 cm-1.
ü Pembuktian selanjutnya yaitu adanya serapan C-O didekat 1300 – 1000 cm-1.
Amina : Ujilah untuk NH.
ü Serapan medium didekat 3500 cm-1
Ester : Ujilah serapan C – O (serapan OH tidak ada) didekat 1300- 1000 cm-1 (7,7 – 10µ).
4. Ikatan rangkap dua atau cincin aromatik.
ü C = C memiliki serapan lemah didekat 1650 cm-1 (6,1µ).
ü Serapan medium tinggi kuat pada daerah 1650 sampai 1450 cm-1 (6,7 µ). Sering menunjukkan adanya cincin aromatic.
ü Aromatik dan vinil CH terdapat disebelah kiri 3000 cm-1 (3,3 µ). Sedangkan CH alifatik terjadi disebelah kanan daerah tersebut.
5. Ikatan rangkap tiga.
ü C N memiliki serapan medium dan tajam didekat 2250 cm-1 (4,5 µ).
ü C C memiliki serapan lemah tapi tajam didekat 2150 cm-1 (4,65 µ). Ujilah CH asetilenik didekat 3300 cm-1 (3,3 µ).
6. Gugus nitro
Dua serapan kuat pada 1600 – 1500 cm-1 (6,25 – 6,67 µ) dan 1390 – 1300 cm-1 (7,2 – 7,7 µ).
7. Hidrokarbon
ü Keenam serapan diatas tidak ada.
ü Serapan utama untuk CH didekat 3000 cm-1 (3,3 µ).
ü Spektrumnya sangat sederhana , hanya terdapat serapan lain-lain didekat 1450 cm-1 (6,90 µ) dan 1375 cm-1 (7,27 µ).
