SPEKTOSKOPI NUKLEAR MAGNETIK RESONANCE ( NMR )

Spektroskopi NMR mengandung muatan listrik yang pejal dan rumit, dimana kita harus menentukan elemen dasar. Kita harus ingat bahwa kita berhubunagn dengan intense magnetic field ( lading magnet yang kuat ) yang dibutuhkan sangat besar, suplai tenaga dengan control yang teliti, dan ketelitian control frekuensi.

Di tahun 1924, Pauli menduga bahwa inti atom mempunyai sifat spin dan momen magnetic. Bila inti diletakan dalam medan magnet, tigkat-tinakat energinya akan terurai. Bloch dan Purcell menunjukkan bahwa inti mengabsorpsi radiasi elektromagnetik pada medan magnet yang lebih kuat karena tingkat energi menginduksi gaya magnet.

Setiap inti dikelilingi oleh awan elektro yang selalu bergerak . pada pengaruh medan magnet, electron ini dipaksa bersirkulasi sedemikian rupa dalam usaha melawan medan magnet ini. Akibatnya, ini seakan-akan mendapat efek perlindungan ( shielding ) terhadap medan magnet luar. Dengan kata lain kuat medan atau frekwensi medan magnet harus ditambah agar inti dapat mengalami resonansi. Caranya yaitu dengan mengatur medan magnet melalui aliran arus searah yang akan menghasilkan sapuan ( sweeping ) pada periode yang sempit. Banyaknya medan tiang ditambahkan dapat dikonversikan menjadi frekwensinya yang ekuivalen.

Nilai pergeeran kimia tergantung pada lingkungan kimia suatu proton, sedang lingkungan lingkungan kimia suatu proton tergantung pada besar kecilnya efek perlindungan oleh electron-elektron di lingkunagn proton tersebut. Pergeseran kimia diukur dalam besaran medan atau frekwensi. Perbandingan perubahan frekwensi yang diperlukan terhadap frekwnsi standar, dinyatakan dalam δ ppm. Standar yang digunakan adalah zat yang protonnya mempunyai perlindungan sebesar mungkin untuk memudahkan perbandingan.

Makin besar nilai δ, makin besar medan yang diperlukan untuk mengkompensasikannya agar terjadi resonansi. Harga δ dipengaruhi juga, diantaranya pelarut dan adanya jembatan hydrogen.

Pergeseran kimia digunakan untuk identifikasi gugus fungsi dan dapat digunakan sebagai penolong untuk menentukan letak suatu gugus dalam penentuan stuktur molekul.

· Spektrum H-NMR

Spektroskopi NMR proton merupakan sarana untuk menentukan stuktur senyawa organic dengan mengukur momen magnet atom hydrogen. Pada kebanyakan senyawa, atom hydrogen terikat pada gugus yang berlainan ( seperti –CH₂-, -CH_3-, -CHO, -NH₂, -CHOH- ) dan spektum NMR proton merupakan rekaman sejumlah atom hydrogen yang berada dalam lingkungan yang berlainan. Spektum ini tidak dapat memberikan keterangan langsung mengenai sifat kerangka karbon molekul sehingga diperlukan spektum NMR C-13.

Larutan cuplikan dalam dalam pelarut lembam ditempatkan diantara kutub magnet yang kuat, dan proton mengalami geser kimia yang berlainan sesuai dengan lingkungan molekulnya di dalam molekul. Ini diukur dalam radar NMR, biasanya tetrametilsilan ( TMS ), yaitu senyawa lembam yang ditambahkan ke dalam larutan cuplikan tanpa ada kjemungkinan terjadinya reaksi kimia.

Adapun pelarut yang biasanya digunakan yaitu karbontetraklorida, deuterokloroform, deuteriumoksida, deuteroaseton, atau dimetilsulfoksida terdeuterasi.

Spektoskopi NMR dapat digui\nakan sebagai alat sidik jari.dan juga memberikan keterangan tentang jumlah setian tipe hydrogen. Ia juga memnerikan keterangan tentang sifat lingkungan dari setiap atom hydrogen tersebut.

Kegunaan yang besar dari resonansi magnet inti adalah karena tidak setiap proton dalam molekul beresonansi pada frekwensi yang identik sama. Ini disebabkan oleh kenyataan bahwa berbagai proton dalam molekul dikelilingielektron dan menunjukan sedikit perbedaan lingkungan elektronik dari 1 proton ke proton lainnya. Proton-proton dilindungi oleh electron-elektron disekelilingnya.

Spectrum NMR tidak hanya dapat membedakan beberapa banyak proton yang berbeda dalam molekul, teteapi ia juga mengungkapkan berapa banyak setiap tipe proton berbeda yang terkandung dalam molekulnya.

Langkah-langkah menginterpretasikan spekta NMR :

o jumlah sinyal, yang menerangkan tentang adanya beberapa macam perbedaan dari proton-proton yang terdapat dalam molekul

o kedudukan sinyal, yang menerangkan sesuatu tentang lingkungan elektronik dari setiap macam proton.

o Intensitas sinyal, yang menerangkan tentang berapa banyak proton dari setiap macxam proton yang ada.

o Pemecahan ( splinting ) dari sebuah sinyal menjadi beberapa puncak, yang menerangkan tentang lingkungan dari sebuah proton dengan lainnya.

Pada spectrum H-NMR dalam elusidasi struktur perlu diperhatikan :

o Luas di bawah puncak yang biasanya dinyatakan dengan intergrasi untuk melihat perbandingan jumlah proton pada masing-masing puncak.

o Terjadinya spin-spin splinting yang mengikuti segitiga pascal. Interaksi antara ikatan electron yang mempunyai kencerungan berpasangan spin dari electron dengan electron lainnya pada proton yang berdekatan.

o Geseran kimia (chemical shift), yaitu kedudukan proton dalam spektum tersebut.

Dalam spektroskopi ¹H NMR, pergeseran kimia diungkapkan sebagai nilai relatif terhadap frekuensi absorpsi (0 Hz) tetrametilsilan standar (TMS) (CH₃)₄Si??ergeseran kimia tiga jenis proton dalam etanol CH₃CH₂OH adalah sekitar 105??25 dan 490 Hz bila direkam dengan spektrometer dengan magnet 2 1140 T (90 MHz) (Gambar 13.6(a))??arena frekuensi absorpsi proton adalah 0,9 x 10⁸Hz (90 MHz), pergeseran kimia yang terlibat hanya bervariasi sangat kecil.

Gambar 13.6 1H spektra NMR etanol CH3CH2OH (a) spektrum resolusi rendah,
(b) resolusi tinggi. Garis bertangga adalah integral intensitas absorpsi.

Frekuensi resonansi (frekuensi absorpsi) proton (atau inti lain) sebanding dengan kekuatan magnet spektrometer. Perbandingan data spektrum akan sukar bila spektrum yang didapat dengan magnet berbeda kekuatannya. Untuk mencegah kesukaran ini, skala δ, yang tidak bergantung pada kekuatan medan magnet, dikenalkan. Nilai δ didefinisikan sebagai berikut.

δ = (ν/ν) x 106 (ppm) (13.7)

ν perbedaan frekuensi resonansi (dalam Hz) inti yang diselidiki dari frekuensi standar TMS (dalam banyak kasus) dan ν frek uensi (dalam Hz) proton ditentukan oleh spektrometer yang sama. Anda harus sadar bahwa Hz yang muncul di pembilang dan penyebut persamaan di atas dan oleh karena itu saling meniadakan. Karena nilai ν/ν sedemikian kecil, nilainya dikalikan dengan 10⁶. Jadi nilai δ diungkapkan dalam satuan ppm.

Penemuan pergeseran kimia memberikan berbagai kemajuan dalam kimia. Sejak itu spektroskopi NMR telah menjadi alat yang paling efektif untuk menentukan struktur semua jenis senyawa. Pergeseran kimia dapat dianggap sebagai ciri bagian tertentu struktur.

Tak tersedia resolusi yang lebih tinggi.
NMR-implementation-alanine.png‎ (236 × 172 piksel, ukuran berkas: 2 KB, tipe MIME: image/png)

· Spektum C-NMR

Sinyal dari atom C¹³ dalam alat NMR dapat dideteksi karena adanya sejumlah kecil atom karbon C-13 bersama-sama C-12. momen magnet yang dihasilkan oleh ¹³C lebih kecil, bila dibandingkan dengan momen magnet proton, berarti sinyalnya jauh lebih lemah.

Pelarut yang biasanya digunakan serupa dengan NMR proton, tetapi jangka resonansi C jauh lebih besar. Sehingga spektum NMR-¹³C jauh lebih teresolusi, umumnya setiap karbon dalam molekul dapat ditetapkan sinyalnya. Sama halnya seperti pada NMR proton, atom karbon penyulihannya berlainan akan menunjukkan geseran dalam jangka yang khas. Spectrum NMR ­¹³C pada hakikatnya merupakan pelengkap NMR proton.

Pada spectrum C-NMR dalam elusidasi struktur perlu diperhatikan :

o Luas di bawah puncak yang biasanya dinyatakan dengan intergrasi untuk melihat perbandingan jumlah carbon yang ekuivalen secara magnetic pada masing-masing puncak..

o Terjadinya spin-spin splinting yang mengikuti segitiga pascal. Interaksi antara ikatan electron yang mempunyai kencerungan berpasangan spin dari electron dengan electron lainnya pada proton yang diikat. Spin-spin slinting ini sering dihilangkan dengan cara di dekloping guna menghindari puncak-puncak yang tumpang tindih.

o Geseran kimia (chemical shift), yaitu kedudukan karbon dalam spektum tersebut. Ini juga menggambarkan letak dan kedudukan karbon dalam molekul.

DAFTAR PUSTAKA

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_dasar/struktur-material/spektroskopi-nmr/ dan id.wikipedia.org/wiki/Berkas:NMR-implementation-alanine.png

Khopkar, S.M., Konsep Dasar Kimia Analitik, 275-286,389-400, UI Press, Jakarta

Sastrohamidjojo, Hardjono, 2001, spektroskopi, 415, Liberty, Yogyakarta

Silverstein, R.M., 1991, Penyelidikan Spektrometrik Senyawa Organik, Edisi 4,

diterjemahkan olehHartomo, 249-278, Erlangga, Jakarta

Posted in: materi pengayaan (kimia analitik)