Teori singkat spektrofotometeri infra merah

1. MELVIA SUNDALIAN

2.  Interaksi antara Radiasi Elektromagnetik
(REM) dengan sampel di daerah yang
bersesuaian dengan daerah IR pada daerah
REM
 REM (Foton) bersifat sebagai gelombang dan
partikel
 Foton: partikel kecil tak bermassa terdiri dari
paket gelombang elektromagnetik (kuantum)
 REM terdiri dari medan magnet dan medan
listrik

5. Tipe Radiasi Frekuensi (Hz)
Panjang
Gelombang
gamma-rays 1020-1024 <1 pm
X-rays 1017-1020 1 nm-1 pm
ultraviolet 1015-1017 400 nm-1 nm
visible 4-7.5x1014 750 nm-400 nm
near-infrared 1x1014-4x1014 2.5 µm-750 nm
infrared 1013-1014 25 µm-2.5 µm
microwaves 3x1011-1013 1 mm-25 µm
radio waves <3x1011 >1 mm

6. E=Energi (J)
h=Konstanta Planck (6,6 x 10-34 J.s)
ν=Frekuensi (Hz) ν
E = h.ν
Ada hubungan antara energi, frekuensi dan panjang
gelombang.
Dapat dikatakan besarnya energi berbanding lurus
besarnya frekuensi

7.  Turunan persamaan planks
v = c/λ
ν=Frekuensi (Hz)
c=kecepatan cahaya (3 x 108 km/s)
λ=panjang gelombang
Dapat dikatakan besarnya frekuensi berbanding terbalik besarnya
panjang gelombang

8.  Selain panjang gelombang Satuan lain biasa
digunakan yaitu bilangan gelombang.
 Bilangan gelombang merupakan
seperpanjang gelombang ( 1/ λ ) dengan
satuannya cm -1.

9. Contoh :suatu senyawa menyerap radiasi
inframerah pada bilangan gelombang 2000
cm -1. tentukan Panjang gelombangnya?

10.  Level energi absorbsi suatu molekul:
elektronik > vibrasional > rotasional
 Radiasi IR menyebabkan vibrasi pada ikatan
molekul.
 Absorpsi radiasi IR dipengaruhi oleh nilai
momen dipol
 Semakin besar perbedaan elektronegativitas,
semakin besar absorpsi radiasi IR
 Molekul seperti O2, N2, Br2 tidak dapat
mengabsorpsi radiasi IR.

13.  Molekul polar e.g. HCl memiliki nilai momen
dipol cukup besar
 Jika frekuensi radiasi sesuai dg frekuensi
vibrasi-> terjadi perubahan amplitudo pada
vibrasi molekular

14. chemwiki.ucdavis.edu

15. Osilasi terjadi pada ikatan kovalen senyawa -> menghasilkan
gelombang elektromagnetik
Semakin besar perubahan momen dipol->semakin
intens gelombang yang dihasilkan

16. Saat gelombang IR bertemu dengan gelombang
elektromagnetik yang dihasilkan senyawa-
>terjadi absorpsi IR
Gelombang tersebut terkopling (coupled) dan
bervibrasi dua kali amplitudo
IR beam from spectrometer
EM oscillating wave
from bond vibration
“coupled” wave

17. m1
m2
k
Dipengaruhi : Kekuatan ikatan dan massa atom
k : kostanta kekuatan
m : massa atom
Hal yang perlu diperhatikan :
1. Ikatan-ikatan kuat akan memiliki nilai K yang besar sehingga
frekuensi vibrasi akan lebih besar juga.
2. Ikatan antar atom bermassa besar akan bervibrasi pada
frekuensi yang lebih rendah dibandingkan ikatan antar atom
bermassa kecil.

18. Jika frekuensi dianggap suatu pegas dapat didapatkan
persamaan yang didasarkan hukum Hookes untuk
pegas yang bergerak (vibrasi) yaitu
ν=frekuensi vibrasi
m=massa atom
µ=

19.  Terdiri dari 2 tipe:
◦ Stretch (Ulur) => perubahan panjang ikatan
◦ Bend (Tekuk)=> perubahan sudut ikatan
H
H
C
H
H
C
Simetris Asimetris
H
H
CC
H
H
CC
H
H
CC
H
H
CC
Gunting Bergoyang Berputar Kibasan
Asimetris > Simetris
Vibrasi Ulur > Vibrasi Tekuk

20. Infrared Spectral Region
REGIONS WAVELENGTH (λ)
RANGE, μm
WAVENUMBER (σ)
RANGE, cm-1
NEAR 0.78-2.5 12800-4000
MIDDLE 2.5-50 4000-200
FAR 50-1000 200-10
MOST USED 2.5-15 4000-670

21. Sumbu x: bilangan
gelombang (wavenumber)
cm-1
Bilangan gelombang=
104/λ(μm)
Sumbu y: %transmitan
Absorbans=2-log %T
Daerah yang diamati: 670-
4000 cm-1

23.  Jumlah peak pada spektra IR menunjukkan
jumlah teoretis vibrasi ikatan suatu molekul
 Namun tidak semua akan teramati dalam spektra
 Beberapa faktor yang berpengaruh a.l.:
 Frekuensi yang berada diluar range bilangan
gelombang teramati
 Pita serapan yang terlalu lemah sehingga tidak
teramati
 Beberapa peak yang berdekatan sehingga tampak
bergabung
 Molekul yang cukup simetris
 Kurangnya perubahan momen dipol pada suatu ikatan

24. IINSTRUMENTASI
IFOURIER-
TRANSFORM
IDISPERSIVE

25.  Pertama kali digunakan pada 1940
 Awalnya menggunakan prisma dari bahan
NaCl sebelum digantikan dengan kisi pada
tahun 1960an
 Elemen dispersif pada instrumen berasal dari
monokromator

26. DISPERSIVE IR
Single Beam Double Beam

27. Source
SampleReference
Chopper
Monochromator
Detector

29.  Dispersi terjadi ketika energi yang melalui celah masuk
(entrance slit) dipantulkan ke arah elemen pendispersi
 Radiasi kemudian dipantulkan kembali ke arah celah keluar
(exit slit), menuju ke arah detektor
 Spektrum terdispersi akan dipindai sepanjang celah keluar
(exit slit)

30.  Jenis detektor yang digunakan adalah thermal
detector (thermocouple, pyroelectric)
 Sumber emisi IR: Globar (SiC), filamen Nernst
(Oksida dr Zirkonium, Yttrium, dan Erbium)

31.  Kelemahan:
 Monokromator memiliki celah yg cukup sempit
(entrance & exit)->membatasi range bilangan
gelombang yang mengarah ke detektor
 Tidak dapat menganalisis sampel dengan cepat
Sensitivitasnya rendah

32.  Konsep berdasar pada interferensi radiasi
antara dua sinar untuk menghasilkan
interferogram
 Radiasi dari sumber menuju ke sampel
dilewatkan dahulu ke interferometer
 Setelah amplifikasi sinyal, dilakukan konversi
dari analog ke digital
 Sinyal digital ditransfer ke komputer untuk
proses Fourier-Transformation

34. A. INTERFEROMETER MICHELSON
 Interferometer : Instrumen yang digunakan untuk mengukur
gelombang melalui pola interferensi
 Interferometer Michelson terdiri dari 2 cermin datar
(stationary mirror dan moving mirror) yang saling tegak
lurus
 Diantara keduanya diletakkan beamsplitter dengan posisi
diagonal
 Material beamsplitter: Germanium atau Besi Oksida-> utk
melapisi KBr atau CsI (mid-, and near- IR), PETF (far-IR)
 Sinar monokromatik->beamsplitter->50% radiasi
dipantulkan ke satu cermin, 50% sisanya diteruskan ke
cermin lainnya
 Pantulan sinar dr cermin kembali ke beamsplitter-> terjadi
interferensi-> 50% radiasi diteruskan ke sampel, 50%
sisanya kembali sumber radiasi

36. B. SUMBER RADIASI
 Globar atau filamen Nernst (mid- Infrared)
 Lampu Merkuri bertekanan tinggi (far-
Infrared)
 Lampu wolfram-halogen (near- Infrared)

37. C. DETEKTOR
 DTGS (Deuterium Triglycine Sulphate) atau
MCT (Mercury Cadmium Telluride) untuk
mid- IR
 Germanium atau Indium-Antimoni untuk
far- IR
 Fotokonduktor Pb-Sulfida untuk near- IR

38. D. FOURIER TRANSFORM
 Ditemukan oleh Joseph Fourier pada abad 19
 Suatu persamaan matematis digunakan untuk
mentransformasikan satu fungsi ke fungsi yang
lain
 Mengubah fungsi dari domain waktu ke domain
frekuensi
 Manfaat: membuat data mentah (raw data) dari
Interferogram dapat diterjemahkan menjadi
sebuah spektra

39. Contoh interferogram
(domain waktu) dan
proses Fourier Transform
menjadi spektra (domain
frekuensi)

40.  Keuntungan FT-IR dibanding dispersive IR:
 Fellgett advantage: meningkatnya SNR (Signal-to-
noise ratio) seiring dengan banyaknya jumlah
elemen resolusi yang dimonitor secara simultan
 Jacquinot advantage: meningkatnya SNR seiring
dengan tingginya jumlah energi yang tertangkap
oleh detektor
 Speed advantage: penggunaan moving mirror
memungkinkan spektra dapat diperoleh dalam
waktu yang singkat

41. Pengolahan Sampel
Transmisi
Pantulan
(reflectance)
1. Padat
2. Cair
3. Gas
1. ATR
2.
Reflektan Spekular
1. Pantulan Diffuse
2. Foto akustik

42.  Melewatkan berkas sinar IR melalui sampel
 Ketebalan sampel antara 1-20 mikron
 Keuntungan
mempunyai rasio sinyal-noise yang tinggi
tidak mahal
 Kekurangan
Penyiapan sampel relatif lama

43. Sumber Sinar
Sampel
Detektor

44.  Padat
1. Pelet KBr
KBr merupakan bahan Inert, transparan terhadap sinar
IR,
Penyiapan sampel
Sampel dan KBr harus digerus untuk mengurangi ukuran
partikelnya < 2 mikron.
 serbuk KBr + sampel, kemudian dikempa dengan tekanan
sebesar 10,000-15,000 psi

46.  2. Mull /Lumpuran
 Mull: 2-5 mg sampel digerus dengan penambahan
1-2 tetes mulling agent seperti Nujol® (minyak
parafin) untuk kemudian dianalisis sebagai lapisan
film tipis

47.  3. Lapisan tipis
 Lpaisan tipis padatan cuplikan pada lempeng
natrium klorida diperleh dengan meneteskan
larutan cuplikan pada permukaan lempeng
NaCl. Karena pelarut mudah menguap,amka
akan didapatkan lapisan tipis lempeng NaCl.

48.  Cairan
Pelarut yang digunakan harus sesuai
Faktor penting :
Pelarut harus melarutkan sampel, Pelarut yang
digunakan setidaknya non polar ,emeninimlan
interkasi solut pelarut,
 Neat liquid: 10 mg sampel dianalisis sebagai lapisan film
tipis
 Larutan: 0.1-1 ml sampel dianalisis menggunakan cell.
Selain itu, juga digunakan compensating cell berisi
solven yang diletakkan pada reference beam. Solven
yang umum digunakan a.l. CCl4 dan CS2

50.  Gas

51.  1. Pengukuran pantulan internal dengan
menggunakan sel Attenuated total reflectance
(ATR) yang bersinggungan (kontak) langsung
dengan sampel
 2. Pengukuran pantulan eksternal yang
melibatkan berkas sinar IR yang dipantulkan
secara langsung dari permukaan sampel.

52. Attenuated Total Reflectance (ATR)
Untuk sampel padat, cair, semi-padat, dan lapisan tipis.
ATR menggunakan kristal sebagai media Pemantulan.
Kristal ATR dibat dari bahan yang memiliki kelarutan
dalam air yang rendah dan memiliki Indeks Bias yang
tinggi,
Kristal yang sering digunakan seng Selenida (ZnSe),
KRS-5 (Talium Iodida/Talium Bromida), dan
Germanium.

54. ANALISIS
KUALITATIF KUANTITATIF

55.  Digunakan sebagai salah satu metode dalam
determinasi struktur kimia suatu senyawa
 Berfungsi untuk menentukan gugus fungsi
yang terdapat dalam suatu senyawa
 Penetapan senyawa dalam campuran (FT-IR)

56.  Terdapat dua daerah yang cukup penting dalam
analisis kualitatif spektra IR
Daerah gugus fungsi (4000-1300 cm-1)
mendeteksi gugus fungsi yang umum terdapat dalam
senyawa kimia (-OH, -NH, -C=O)
Daerah sidik jari (1300-900 cm-1)
daerah dengan pola absorbsi cukup kompleks sehingga
dapat digunakan sebagai pembeda identitas antara satu
senyawa dengan senyawa lain

58. Gugus Fungsi Tipe Vibrasi Absorbsi Karakteristik
(cm-1)
Intensitas
Alkohol (O-H) Ulur (ik. Hidrogen) 3600-3200 Kuat, lebar
Alkohol (O-H) Ulur (tanpa ik. Hidrogen) 3700-3500 Kuat, tajam
Alkohol (C-O) Tekuk 1150-1050 Kuat
Alkana (C-H) Ulur 3000-2850 Kuat
Alkana (C-H) Tekuk 1480-1350 Bervariasi
Alkena (C-H) Ulur 3100-3010 Sedang
Alkena (C-H) Tekuk 1000-675 Kuat
Alkena (C=C) Ulur 1680-1620 Bervariasi
Alkuna (C-H) Ulur 3300 Kuat, tajam
Alkuna (C≡C) Ulur 2260-2100 Bervariasi, tidak muncul
pd alkuna simetris

59. Gugus Fungsi Tipe Vibrasi Absorbsi Karakteristik
(cm-1)
Intensitas
Amina (N-H) Ulur 3500-3300 Medium (double band –
NH2, single band –NH,
no band –N)
Amina (C-N) Ulur 1360-1080 Medium-lemah
Amina (N-H) Tekuk 1600 Medium
Aromatik (C-H) Ulur 3100-3000 Medium
Aromatik (C=C) Ulur 1600-1400 Medium-lemah, multiple
bands
Eter (C-O) Ulur 1300-1000 Kuat
Nitril (C≡N) Ulur 2260-2210 Medium
Nitro (N-O) Ulur 1560-1515 & 1385-
1345
Kuat, two bands

60. Gugus Fungsi Tipe Vibrasi Absorbsi Karakteristik
(cm-1)
Intensitas
Karbonil (C=O) Ulur 1820-1670 Kuat
Aldehida (C=O) Ulur 1740-1720 Kuat
Aldehida (C-H) Ulur 2850-2820 & 2750-
2720
Medium, two bands
Amida (C=O) Ulur 1690-1640 Kuat
Amida (N-H) Ulur 3500-3100 (-NH2, two bands)
Amida (N-H) Tekuk 1640-1550
Anhidrida (C=O) Ulur 1830-1800 & 1775-
1740
Two bands
Asam Karboksilat (C=O) Ulur 1725-1700 Kuat
Asam Karboksilat (O-H) Ulur 3300-2500 Kuat, sangat lebar
Asam Karboksilat (C-O) Ulur 1320-1210 Kuat

61. Gugus Fungsi Tipe Vibrasi Absorbsi Karakteristik
(cm-1)
Intensitas
Ester (C=O) Ulur 1750-1735 Kuat
Ester (C-O) Ulur 1300-1000 Two bands
Keton asiklik (C=O) Ulur 1725-1705 Kuat
Keton siklik (C=O) Ulur 3-membered - 1850
4-membered - 1780
5-membered - 1745
6-membered - 1715
7-membered - 1705
Kuat
Keton α,β-tak jenuh Ulur 1685-1665 Kuat
Aril keton Ulur 1700-1680 Kuat

62.  The C = O group gives rise to a strong absorption
in the region 1820 –1660 cm−1. The peak is often
the strongest in the spectrum

63. Broad absorption near 3400 -2400 cm-1 (usually overlap C-H)

64.  Medium absorption near 3400 cm-1,
sometimes a double peak with equivalent
halves.

65.  Medium absorption(s) near 3400 cm-1

66.  Spektroskopi Inframerah juga dapat
digunakan dalam analisis kuantitatif
 Dasar teori yang digunakan adalah Hukum
Beer-Lambert
A=log (I0/It)=abc= 2 - log10 %T
 A=Absorbansi
 a=absorbtivitas (ml/gr.cm)
 b=panjang sel (cm)
 c=konsentrasi (gr/ml)
 %T=Persen transmitan

67.  Untuk uji kuantitatif diperlukan koreksi dari
hamburan dan absorbsi dari solven dan sel
 Dapat digunakan dua metode:
Cell in/cell out
Baseline

68. • Pada metode cell-in/cell-out spektrometer diset pada
bilangan gelombang yang dikehendaki
• Sel kemudian diisi dengan larutan sampel dan
dianalisis untuk mendapatkan nilai T
• Pada sel yang sama kemudian diisi solven dan
dianalisis untuk mendapatkan nilai T0
• Absorbansi kemudian dapat diukur menggunakan
hukum Beer-Lambert dengan mengurangi absorban
larutan sampel dengan solven

69. •Pada metode baseline, sebuah garis (DE)
ditarik diantara maksima transmitan pada
kedua sisi pita
•Kemudian digambar garis lurus ABC
paralel terhadap sumbu y
•Titik B merupakan puncak absorbansi
maksimum, Titik C merupakan titik
tengah antara garis DE
•Absorbansi pada bilangan gelombang
ini:
A=log (T0/T)=log (AC/AB)
•Untuk determinasi yang lebih akurat
dapat dilakukan pengukuran pada
seluruh area yang terdapat pada spektra
•Umumnya, area yang diukur hanya pada
pita dengan absorbansi maksimum
•Hasil yang didapatkan menjadi kurang
akurat apabila terjadi tumpang tindih pita

70.  Kelemahan:
Deviasi dari Hukum Beer-Lambert
Fenomena ini sama seperti yang ditemui pada
spektrofotometer UV-Vis. Deviasi ini dikarenakan
pita serapan IR yang cukup sempit
Kompleksitas spektra
Sangat dimungkinkan terjadinya tumpang tindih
pada pita absorbsi
Stray radiation
Radiasi yang tidak dikehendaki yang ikut lolos pada
celah keluar (exit slit) akibat dari hamburan dan
pantulan dari permukaan internal

71. Contoh Aplikasi:
 Penetapan kadar Polidimetilsiloksan
(Simetikon) (H3C)3Si-[-(CH3)2SiO-]n-CH3 +
SiO2 (USP, Farmakope Indonesia)
 Penetapan kadar polutan (OSHA)

72.  Spektrum diubah dari %T menjadi Absorban
 Analisis selanjutnya seperti pada
spektrofotometer UV-vis
 Hal yang harus diperhatikan:
◦ Tentukan spektrum spesifik
◦ Tumpang tindih spektrum
◦ Terdapat lebih dari 1 spektrum spesifik

74. Larkin, Peter. (2011). Infrared and Raman Spectroscopy:
Principles and Spectral Interpretation. Amsterdam,
Netherlands: Elsevier.
Sathyanarayana, D.N. (2007). Vibrational Spectroscopy:
Theory and Applications. New Delhi, India: New Age
International Publishers.
Silverstein, R.M., et al. (2011). Spectrometric Identification of
Organic Compounds (7th ed.). Hoboken, USA: Wiley.
Skoog, D.A., et al. (2013). Fundamentals of Analytical
Chemistry (9th ed.) Belmont, USA: Brooks/Cole, Cengage
Learning.
Skoog, D.A., et al. (1998). Principles of Instrumental Analysis
(5th ed.) Orlando,USA: Harcourt Brace College Publishers.
Stuart, B.H. (2004). Infrared Spectroscopy: Fundamentals and
Applications. Hoboken, USA: Wiley.