Spektrofotometer IR (Infra Red)

Spektrofotometri Infra Red sering disebut juga dengan Spektrofotometri Infra Merah. Nah….sekarang. Apa sih yang dimaksud dengan Spektrofotometri Infra Merah ???????? Spektrofotometri Infra Merah merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik. Akan tetapi g semua radiasi elektromagnetik bisa di gunakan. Tetapi hanya radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah panjang gelombang 0,75 – 1.000 µm saja. Sekarang…, apakah radiasi elektromagnetik itu????

Radiasi Elektromagnetik pertama kali dikemukakan oleh James Clark Maxwell. James Clark Maxwell menyatakan bahwa cahaya secara fisis merupakan gelombang elektromagnetik, yang artinya mempunyai vektor listrik dan vektor magnetik yang keduanya saling tegak lurus dengan arah rambatan.

Gambar 1: berkas radiasi elektromagnetik

1. Macam-macam gelombang elektromagnetik infra merah

Spektrum elektromagnetik merupakan kumpulan spektrum dari berbagai panjang gelombang. Ada berbagai macam gelombang elektromagnetik dengan rentang panjang gelombang tertentu. Berdasarkan panjang gelombangnya, sinar infra merah dapat dibagi menjadi tiga ( dapat dilihat pada tabel 1 dan gambar 2 ).

1. Daerah Infra Merah dekat.
2. Daerah Infra Merah pertengahan.
3. Daerah Infra Merah Jauh.

Tabel 1 : Pembagian Gelombang Elektromagnetik

Gambar 2 : Pembagian Gelombang Elektromagnetik

Dari pembagian daerah spektrum elektromagnetik tersebut diatas, daerah panjang gelombang yang digunakan pada alat spektrofotometer infra merah hanyalah pada daerah infra merah pertengahan, dengan panjang gelombang 2,5 – 50 µm.

2. Interaksi Sinar Infra Merah Dengan Molekul

Gambar 3 : dua buah bola yang saling terikat oleh pegas

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 3. Jika pegas direntangkan atau ditekan pada jarak keseimbangan tersebut maka energi potensial dari sistim tersebut akan naik.

Pada kaadaan tertentu setiap senyawa mempunyai tiga macam, 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

Bila ikatan senyawa bergetar, maka apakah yang terjadi dengan energi vibrasinya?? energi vibrasi akan bergetar secara periodik berubah dari energi kinetik ke energi potensial dan sebaiknya. Jumlah energi total adalah sebanding dengan frekuensi vibrasi dan tetapan gaya ( k ) dari pegas dan massa ( m1 dan m2 ) dari dua atom yang terikat. Energi yang dimiliki oleh sinar infra merah hanya cukup kuat untuk mengadakan perubahan vibrasi.

Panjang gelombang atau bilangan gelombang serta kecepatan cahaya mempunyai hubungan dengan frekuensi yang dapat dinyatakan  melalui persamaan berikut :

Serta energi yang ditimbulkan juga berbanding lurus dengan frekuensi, yang dapat dinyatakan dalam persamaan Max Plank :

keterangan :

E = Energi, Joule
h = Tetapan Plank ; 6,6262 x 10^-34 J.s
c = Kecepatan cahaya ; 3,0 x 10¹⁰ cm/detik
n = indeks bias (dalam keadaan vakum harga n = 1)
l = panjang gelombang ; cm
u = frekwensi ; Hertz

Dalam spektroskopi 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 ( v ) adalah frekwensi dibagi dengan kecepatan cahaya, yaitu kebalikan dari panjang gelombang dalam satuan cm^-1. Persamaan dari hubungan kedua hal tersebut diatas adalah

Posisi dari pita serapan tersebut dapat diprediksi berdasarkan teori mekanika tentang osilator harmoni, yaitu dengan cara diturunkan dari hukum Hooke tentang pegas sederhana yang bergetar, yaitu sebagai berikut:
Keterangan :
c = kecepatan cahaya : 3,0 x 10¹⁰ cm/detik
k = tetapan gaya atau kuat ikat, dyne/cm
µ = massa tereduksi
m = massa atom, gram
catatan :

Setiap molekul memiliki harga energi yang tertentu. Bila suatu senyawa menyerap energi dari sinar infra merah, maka tingkatan energi di dalam molekul itu akan tereksitasi ke tingkatan energi yang lebih tinggi. Sesuai dengan tingkatan energi yang diserap, maka yang akan terjadi pada molekul itu adalah perubahan energi vibrasi yang diikuti dengan perubahan energi rotasi.

Nah sekarang bagaimanakah perubahan energi vibrasinya????? OK….. Sekarang kita akan mempelajari tentang perubahan energi vibrasi…………………………..

3. Perubahan Energi Vibrasi

Atom-atom di dalam molekul tidak dalam keadaan diam, tetapi terjadi peristiwa vibrasi. Hal ini bergantung pada atom-atom dan kekuatan ikatan yang menghubungkannya. Vibrasi molekul sangat khas untuk suatu molekul tertentu dan biasanya disebut vibrasi finger print. Vibrasi molekul dapat digolongkan atas dua golongan besar, yaitu:

1. Vibrasi Regangan (Streching)
2. Vibrasi Bengkokan (Bending)
sekarang kita akan mempelajari tentang vibrasi regangan terlebih dahulu
1. Vibrasi Regangan (Streching)

Dalam vibrasi ini atom bergerak terus sepanjang ikatan yang menghubungkannya sehingga akan terjadi perubahan jarak antara keduanya, walaupun sudut ikatan tidak berubah.

Vibrasi Regangan sendiri di bagi menjadi dua macam, yaitu :

a. Regangan Simetri, unit struktur bergerak bersamaan dan searah dalam satu bidang datar.
b. Regangan Asimetri, unit struktur bergerak bersamaan dan tidak searah tetapi masih dalam satu bidang datar.

gambar 4 : contoh dari vibrasi regangan simetri dan asimetri

Kemudian jenis vibrasi yang kedua adalah Vibrasi Bengkokan (Bending).

2. Vibrasi Bengkokan (Bending)

Jika sistim tiga atom merupakan bagian dari sebuah molekul yang lebih besar, maka dapat menimbulkan vibrasi bengkokan atau vibrasi deformasi yang mempengaruhi osilasi atom atau molekul secara keseluruhan. Vibrasi bengkokan ini terbagi menjadi empat jenis, yaitu :

a. Vibrasi Goyangan (Rocking), unit struktur bergerak mengayun asimetri tetapi masih dalam bidang datar.

b. Vibrasi Guntingan (Scissoring), unit struktur bergerak mengayun simetri dan masih dalam bidang datar.

c. Vibrasi Kibasan (Wagging), unit struktur bergerak mengibas keluar dari bidang datar.

d. Vibrasi Pelintiran (Twisting), unit struktur berputar mengelilingi ikatan yang menghubungkan dengan molekul induk dan berada di dalam bidang datar.

Gambar 5 : contoh dari vibrasi bengkokan ( bending )

4. Daerah Spektrum Infra Merah

Para ahli kimia telah memetakan ribuan spektrum infra merah dan menentukan panjang gelombang absorbsi masing-masing gugus fungsi. Vibrasi suatu gugus fungsi spesifik pada bilangan gelombang tertentu. Dari Tabel 2 diketahui bahwa vibrasi bengkokan C–H dari metilena dalam cincin siklo pentana berada pada daerah bilangan gelombang 1455 cm-1. Artinya jika suatu senyawa spektrum senyawa X menunjukkan pita absorbsi pada bilangan gelombang tersebut tersebut maka dapat disimpulkan bahwa senyawa X tersebut mengandung gugus siklo pentana.

Tabel 2 : Pembagian jenis-jenis vibrasi

5. Daerah Identifikasi

Vibrasi yang digunakan untuk identifikasi adalah vibrasi bengkokan, khususnya goyangan (rocking), yaitu yang berada di daerah bilangan gelombang 2000 – 400 cm^-1. Karena di daerah antara 4000 – 2000 cm^-1 merupakan daerah yang khusus yang berguna untuk identifkasi gugus fungsional. Daerah ini menunjukkan absorbsi yang disebabkan oleh vibrasi regangan. Sedangkan daerah antara 2000 – 400 cm^-1 seringkali sangat rumit, karena vibrasi regangan maupun bengkokan mengakibatkan absorbsi pada daerah tersebut.

Dalam daerah 2000 – 400 cm^-1 tiap senyawa organik mempunyai absorbsi yang unik, sehingga daerah tersebut sering juga disebut sebagai daerah sidik jari (fingerprint region). Meskipun pada daerah 4000 – 2000 cm^-1 menunjukkan absorbsi yang sama, pada daerah 2000 – 400 cm^-1 juga harus menunjukkan pola yang sama sehingga dapat disimpulkan bahwa dua senyawa adalah sama.

sumber :

http://shatomedia.com/2008/12/daerah-spektrum-infra-merah/

http://id.wikipedia.org/wiki/Spektroskopi_inframerah

http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/kimia_analisis/spektrofotometri_infra_merah/

Posted in: materi pengayaan (kimia analitik)