I. TUJUAN PERCOBAAN
1. Menjelaskan teori mengenai spektrofotometri infra merah;
2. Mengoperasikan peralatan spektrofotometri infra merah dengan baik dan benar;
3. Menganalisis suatu senyawa kimia dengan menggunakan peralatan spektrofotometri infra merah.
II. ALAT DAN BAHAN
Alat yang digunakan :
1. Seperangkat alat spektrofotometri IR
2. Mortar
3. Kaca arloji
4. Spatula
5. Press hidrolik
Bahan yang digunakan :
1. KBr p.a
2. Asam benzoat
3. Film polystyrene
III. DASAR TEORI
Sktrofotometri 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.
Dasar spektrofotometri 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.
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.
Bila ikatan bergetar, maka energi vibrasi secara terus menerus dan secara periodik berubah dari energi kinetik ke energi potensial dan sebaiknya. Jumlah energi total adalah sebanding dengan frekwensi 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.
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.
Spektrofotometer adalah alat untuk mengukur transmitan atau absorban suatu sampel sebagai fungsi panjang gelombang. Sedangkan pengukuran menggunakan spektrofotometer ini, metoda yang digunakan sering disebut dengan spektrofotometri.
Spektrofotometri dapat dianggap sebagai perluasan suatu pemeriksaan visual dengan studi yang lebih mendalam dari absorbsi energi. Absorbsi radiasi oleh suatu sample diukur pada berbagai panjang gelombangdan dialirkan oleh suatu perkam untuk menghasilkan spektrum tertentu yang khas untuk komponen yang berbeda.
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.
Daerah panjang gelombang
Jenis
|
Panjang gelombang
|
Interaksi
|
Bilangan gelombang
|
< 10 nm
|
Emisi Inti
| ||
0,01 - 100 A
|
Ionisasi Atomik
| ||
Ultra ungu (UV) jauh
|
10-200 nm
|
Transisi Elektronik
| |
Ultra ungu (UV) dekat
|
200-400 nm
|
Transisi Elektronik
| |
400-750 nm
|
Transisi Elektronik
|
25.000 - 13.000 cm-1
| |
Inframerah dekat
|
0,75 - 2,5 µm
|
Interaksi Ikatan
|
13.000 - 4.000 cm-1
|
Inframerah pertengahan
|
2,5 - 50 µm
|
Interaksi Ikatan
|
4.000 - 200 cm-1
|
Inframerah jauh
|
50 - 1.000 µm
|
Interaksi Ikatan
|
200 - 10 cm-1
|
0,1 - 100 cm
|
serapan inti
|
10 - 0,01 cm-1
| |
1 - 1.000 meter
|
Serapan Inti
|
Dari pembagian daerah spektrum elektromagnetik tersebut di atas, daerah panjang gelombang yang digunakan pada alat spektroskopi inframerah adalah pada daerah inframerah pertengahan, yaitu pada panjang gelombang 2,5 – 50 µm atau pada bilangan gelombang 4.000 – 200 cm-1 . Daerah tersebut adalah cocok untuk perubahan energi vibrasi dalam molekul. Daerah inframerah yang jauh (400-10cm-1, berguna untuk molekul yang mengandung atom berat, seperti senyawa anorganik tetapi lebih memerlukan teknik khusus percobaan.
Metode Spektroskopi inframerah ini dapat digunakan untuk mengidentifikasi suatu senyawa yang belum diketahui,karena spektrum yang dihasilkan spesifik untuk senyawa tersebut. Metode ini banyak digunakan karena:
§ a. Cepat dan relatif murah
§ c. Spektrum inframerah yang dihasilkan oleh suatu senyawa adalah khas dan oleh karena itu dapat menyajikan sebuah fingerprint (sidik jari) untuk senyawa tersebut.
Tabel 2. Serapan Khas Beberapa Gugus fungsi
Gugus
|
Jenis Senyawa
|
Daerah Serapan (cm-1)
|
C-H
|
2850-2960, 1350-1470
| |
C-H
|
3020-3080, 675-870
| |
C-H
|
3000-3100, 675-870
| |
C-H
|
3300
| |
C=C
|
alkena
|
1640-1680
|
C=C
|
aromatik (cincin)
|
1500-1600
|
C-O
|
1080-1300
| |
C=O
|
1690-1760
| |
O-H
|
3610-3640
| |
O-H
|
alkohol, fenol (ikatan H)
|
2000-3600 (lebar)
|
O-H
|
asam karboksilat
|
3000-3600 (lebar)
|
N-H
|
3310-3500
| |
C-N
|
amina
|
1180-1360
|
-NO2
|
nitro
|
1515-1560, 1345-1385
|
Perubahan Energi Vibrasi
Atom-atom di dalam molekul tidak dalam keadaan diam, tetapi biasanya 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)
Bila ikatan bergetar, maka energi vibrasi secara terus menerus dan secara periodik berubah dari energi kinetik ke energi potensial dan sebaiknya. Jumlah energi total adalah sebanding dengan frekwensi 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.
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 ada dua macam, yaitu:
1. Regangan Simetri, unit struktur bergerak bersamaan dan searah dalam satu bidang datar.
2. Regangan Asimetri, unit struktur bergerak bersamaan dan tidak searah tetapi masih dalam satu bidang datar.
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 :
1. Vibrasi Goyangan (Rocking), unit struktur bergerak mengayun asimetri tetapi masih dalam bidang datar.
2. Vibrasi Guntingan (Scissoring), unit struktur bergerak mengayun simetri dan masih dalam bidang datar.
3. Vibrasi Kibasan (Wagging), unit struktur bergerak mengibas keluar dari bidang datar.
4. Vibrasi Pelintiran (Twisting), unit struktur berputar mengelilingi ikatan yang menghubungkan dengan molekul induk dan berada di dalam bidang datar.
Daerah Spektrum Infra Merah
Saat ini telah dikenal berbagai macam gelombang elektromagnetik dengan rentang panjang gelombang tertentu. Spektrum elektromagnetik merupakan kumpulan spektrum dari berbagai panjang gelombang. Berdasarkan pembagian daerah panjang gelombang, sinar infra merah dibagi atas tiga daerah, yaitu:
a.Daerah Infra Merah dekat., b.Daerah Infra Merah pertengahan. , c. Daerah infra merah jauh..
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.
Rangkaian alat spektrofotometri infra merah
Instrumen yang digunakan untuk mengukur absorpsi radiasi infra merah pada berbagai gelombang disebut spectrometer infra merah, dengan skema seperti gambar berikut ini :
Pada gambar di atas terlihat sumber sinar memancarkan sinar infra merah pada lebih dari satu panjang gelombang. Sumber ini dipecah oleh system cermin menjadi dua berkas sinar yaitu berkas rujukan(reference) dan cuplikan(sampel). Setelah masing-masing cuplikan melewati sel rujukan dan sel cuplikan, kedua berkas ini digabung kembali dalam pemenggal(chooper atau cermin), menjadi satu berkas yang berasal dari kedua berkas itu, yang berselang-seling.
Pita-pita infra merah dalam sebuah spectrum dapat di kelompokan menurut intensitasnya; kuat (strong,s); medium (medium,m); dan lemah (weak,w). Suatu pita lemah yang bertumpang tindih dengan suatu pita kuat disebut bahu (shoulder,s). Istilah-istilah ini relatif dan bersifat kuantitatif,
Sumber sinar infra merah
Pada umumnya, sumber infra merah yang sering di pakai adalah berupa zat pada inert yang dipanaskan dengan listrik hingga mencapai suhu antara 1500-2000 K. Akibat pemanasan ini akan dipancarkan sinar infra merah yang kontinyu.
Jenis-jenis Sumber Infra Merah
1. Nerst glower, terbuat dari campuran oksida unsur lantanida
2. Globar, berbentuk batang yang terbuat dari silicon karbida
3. Kawat Ni-Cr yang dipijarkan, sumber radiasi untuk instrument ini berbentuk gulungan kawat Ni-Cr yang dipanaskan kira-kira sampai 1000 ̊C, menghasilkan suatu spektrum kontinyu dari energi elektromagnetik yang mencakup daerah dari 4000-200 cm-1 bilangan gelombang. Energi yang diradiasi oleh sumber sinar akan dibagi menjadi dua bentuk kaca sferik M1 dan M2.
Menganalisis Spektrim infra merah
Menganalisis suatu spektra yang tak diketahui, perhatian harus dipusatkan pada ada atau tidaknya beberapa gugus fungsional utama seperti C=0, 0-H, N-NH, C-O, C=C, C?C, C?N, dan NO2. janganlah menbuat analisis yang detail terhadap pita serapan CH dekat 3000 cm-1. hampir semua senyawa mwpunyai pita serapan pada daerah tersebut. tidak perlu risau terhadap adanya suatu lingkungan yang tepat dari gugus fungsional yang diperoleh. beberapa langkah untuk memeriksa pita-pita yang penting.
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.
Bila gugus C = 0 ada, ujilah seperti berikut :
Asam : apakah ada –OH ?
Serapan melebar didekat 3400-2400 cm-1 (biasanya tumpang tindih dengan C-H).
Amida : apakah ada –NH ?
Serapan medium didekat 3500 cm-1 (2,85 µ) kadang puncak rangkap dengan perubahan 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 dan 3,65 µ), yaitu disebelah kanan serapan CH.
Keton : Bila kelima kemungkinan diatas tidak ada.
Bila gugus C = 0 tidak ada.
Alkohol : Ujilah untuk OH
o Serapan melebar didekat 3600 sampai 3300 cm-1
o Pembuktian selanjutnya yaitu adanya serapan C-O didekat 1300 – 1000 cm-1
Amida : Ujilah untuk NH.
o Serapan medium didekat 3500 cm-1
Eter : Ujilah serapan C – O (serapan OH tidak ada) didekat 1300- 1000 cm-1(7,7 – 10 µ).
Ikatan rangkap dua atau cincin aromatik.
o C = C memiliki serapan lemah didekat 1650 cm-1 (6,1 µ)
o Serapan medium tinggi kuat pada daerah 1650 sampai 1450 cm-1 (6,7 µ). Sering menunjukkan adanya cincin aromatik
o Aromatik dan vinil CH terdapat disebelah kiri 3000 cm-1 (3,3 µ). Sedangkan CH alifatik terjadi disebelah kanan daerah tersebut
Ikatan rangkap tiga.
o C Ξ N memiliki serapan medium dan tajam didekat 2250 cm-1(4,5 µ).
o C Ξ C memiliki serapan lemah tapi tajam didekat 2150 cm-1(4,65 µ). Ujilah CH asetilenik didekat 3300 cm-1 (3,3 µ).
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).
Hidrokarbon
o Keenam serapan diatas tidak ada
o Serapan utama untuk CH didekat 3000 cm-1 (3,3 µ).
o Spektrumnya sangat sederhana =, hanya terdapat serapan lain-lain didekat 1450 cm-1 (6,90 µ) dan 1375 cm-1 (7,27 µ).
V. PROSEDUR KERJA
Identifikasi Senyawa melalui Analisis Gugus Fungsional
a. Pembuatab spectrum(kalibrasi)
Ø Nyalakan spektrofotometri infra merah. Tunggu sampai display memperlihatkan 4000 cm-1
Ø Pasang pena pada alat IR
Ø Pilih “chart expension” , tekan 1
Ø Pilih chart paper dengan memilih “chart”, tekan “parameter adjust” untuk mengatur kertas dan panjang gelombang
Ø Tekan tombol “gain check”, bila tombol ini ditekan dengan baik, maka pena akan bergerak sebanyak 10%T
Ø Atur scan untuk mulai merekam. Alat akan merekam spectrum secara otomatis, gunakan polystyrene untuk kalibrasi alat IR
Ø Periksa ketelitian IR dengan membandingkan spectrum yang di dapat dengan table yang tersedia
b. Analisa sampel padat dengan Teknik Lempeng KBr
Untuk cara ini, ambil 1 mg cuplikan yang telah digerus halus dan campurkan dengan kira-kira 100 mg serbuk KBr yang kering. Tekan campuran ini dengan alat penekan hidrolik (KBr pellet die) dengan tekanan 10.000 – 15.000 psi. sehingga membentuk suatu lempeng bulat dan tipis yang tembus sinar infra merah. Kemudian, pasang lempeng KBr ini dalam sel dan tempatkan dalam jalan berkas sinar untuk dibuat spectrum infra merahnya.
VI. DATA PENGAMATAN
Sampel
Asam benzoat + KBr
|
Angka Gelombang (cm-1)
|
Kemungkinan
|
A
|
1600
|
C=O (asam karboksilat)
|
B
|
3200 - 2400
|
O-H (asam karnboksilat)
|
C
|
1500 - 1410
|
C=C (aromatic)
|
D
|
600 - 680
|
C-H (monosubtituted benzene)
|
VII. PERTANYAAN
1. Apakah perbedaan antara spektrofotometri IR dengan Spektrofotometri UV/VIS?
Jawab :
Perbedaanya adalah spektrofotometri IR kebanyakan digunakan untuk menganalisis senyawa organic, sedangkan spektrofotometri UV/VIS digunakan untuk senyawa anorganik.
2. Senyawa kimia apakah yang dapat dianalisis dengan alat spektrofotometer IR?
Jawab :
Senyawa kimia yang dapat dianalisis dengan alat spektrofotometri IR adalah senyawa kimia yang memiliki ikatan polar dan non polar, mengandung gugus fungsi tertentu yang dapat di deteksi spektrofotometri IR, misalnya senyawa polimer aldehid, benzene, dsb yang mempunyai gugus CH.
3. Mengapa alat Spektrofotometri IR jarang digunakan untuk analisa kuantitatif?
Jawab :
Karena alat ini tidak memberikan informasi mengenai kadar suatu senyawa yang dianalisis, melainkan hanya memberikan informasi gugus apa yang terdapat dalam suatu senyawa. Selain itu, spektrofotometri IR hanya dapat menganalisis senyawa tertentu yang termasuk IR dan tidak bereaksi dengan senyawa campuran.
4. Bila cuplikan berbentuk padatan, langkah-langkah apa saja yang harus dilakukan agar dapat dianalisis oleh spektrofotometri IR?
Jawab :
Langkah-langkahnya
1. Mengambil x gram cuplikan yang telah digerus halus
2. Mencampurkan cuplikan dengan ± x gram serbuk KBr
3. Mengeringkan campuran yang telah dihomogenkan dalam oven selama 1 jam, kemudian didinginkan dalam desikator.
4. Menekan campuran ini dengana alat penekan hidrofolik (Kbr pellet die)dengan tekanan 10000-15000 psi sehingga membentuk suatu lempengtipis dan bulat yang tembus sinar IR.
5. Memasang lempeng KBr ini dalam sel, ditempatkan dalam jalan berkassinar untuk membuat spektrum IR-nya.
5. Gambarkan bagian-bagian spektrofotometer IR?
Jawab :
VIII. ANALISIS PERCOBAAN
Pada percobaan spektrofotometri IR yang telah dilakukan, pertama-tama harus dilakukannya membuat pelet dengan menggunakan zat asam benzoat + KBr, zat tersebut harus benar-benar homegen dan sebaiknya tetap terjaga keringnya, pelet tersebut benar-benar tipis, agar dapat terbaca oleh alat IR. Adapun peng-kalibrasian terhadap intrument yang dipakai, dengan menggunakan film polystyrene. Pengkalibrasian instrument ini bertujuan agar alat kembali akurat selama pengukuran dan merupakan satuan standard pengukuran (literature) IR karena polystyrene tidak mengandung banyak campuran zat lain atau bisa dikatakan memiliki kemurnian yang tinggi sehingga menghasilkan spektrum yang jelas pada gugus fungsi yang dianalisis. Bisa atau tidaknya alat IR ini digunakan tergantung pada pengkalibrasian, jika spektrum yang dihasilkan tidak match dengan literature (1600 cm-1) maka alat tidak bisa digunakan.
IX. KESIMPULAN
Dari percobaan yang telah dilakukan di dapat gugus fungsi untuk zat asam benzoat + KBr yaitu C=O(asam karboksilat) pada gambar tinta berwarna biru bagian bawah dengan panjang gelombangnya bernilai 1600 cm-1, O-H(asam karboksolat) dengan panjang gelombang 3200 – 2400 cm-1, C=C(aromatic) dengan panjang gelombang 1500 – 1410 cm-1, C-H(monosubtituted benzene) dengan panjang gelombang 680 – 600 cm-1 .
X. DAFTAR PUSTAKA
Job sheet, Petunjuk praktikum kimia analitik instrumen. 2012. Politeknik negeri sriwijaya.
