bahan kuliah spektrometri infra merah

1. 1
SPEKTROMETRI
INFRA MERAH (IR)
Sri Wahyu Murni
Jurusan Teknik Kimia FTI
UPN “Veteran” Yogyakarta

2. 2
Deskripsi
Bab ini membahas tentang dasar
spekrometri infra merah (IR), prinsip
kerja alat spektrometer IR serta
penggunaannya untuk analisis
kualitatif dan kuantitatif.

3. 3
Tujuan Instruksional Khusus (TIK)
Setelah membaca bab ini,
mahasiswa mampu menjelaskan
dasar spektrometri infra merah (IR),
cara kerja alat spektrometer infra
merah (IR) dan penggunaannya
untuk analisis kualitatif dan
kuantitatif

4. 4
Pendahuluan
Analisa menggunakan Infra Merah
(IR) dipakai:
1. Analisa kualitatif untuk penentuan gugus
fungsional yang tidak diketahui dari
suatu senyawa, jadi bukan untuk
penentuan unsur
2. Analisa kuantitatif menggunakan Hukum
Lambert-Beer.

5. 5
Pendahuluan (lanjutan)
 Apabila molekul cuplikan dilewati sinar IR, maka
sebagian sinar akan diserap dan sebagian
diteruskan.
 Molekul hanya menyerap sinar IR pada frekuensi
tertentu, yaitu jika dalam molekul ada transisi
energi sebesar E=h.
 Transisi yang terjadi akibat serapan sinar IR
berkaitan dengan perubahan vibrasi di dalam
molekul.
 Jadi bila sinar IR (4000-650 cm-1) diabsorbsi oleh
molekul, maka energi radiasi diubah menjadi
energi vibrasi dan rotasi.

6. 6
1. Vibrasi Molekul
 Vibrasi molekul tidak terjadi secara random,
tetapi pada frekuensi khusus yang
ditentukan oleh massa atom dan kekuatan
ikatan kimianya.
 Untuk molekul diatomik: (Ingat H. Hook)
= frekuensi
c= kec. cahaya
k=tetapan
m1, m2 = masa atom
= m1.m2/(m1+m2)
=massa tereduksi






k
k
c
m
m
m
m
k
c
12
,
4
2
1
)
/(
.
2
1
2
/
1
2
1
2
1













7. 7
Contoh 1.
1. Hitung frekuensi rentangan ikatan C=C,C-H;
C-O dalam metanol;
C=O dalam aseton; serta CN.
Penyelesaian:
a. Ikatan C=C
k= 10 x 105 dyne/cm
6
12
12
12
.
12
.





C
C
C
C
m
m
m
m

)
(
1682
6
10
.
10
12
,
4
1
5
hitungan
cm



)
(
1650 1
percobaan
cm



8. 8
Contoh 1 (lanjutan)
b. Ikatan C-H
k=5x105 dyne/cm
)
(
3000 1
percobaan
cm


)
(
3032
923
,
0
10
.
5
12
,
4
1
5
hitungan
cm



923
,
0
1
12
1
.
12
.





H
C
H
C
M
M
M
M


9. 9
Contoh (lanjutan)
c. Ikatan C-O dalam metanol
k=5x105 dyne/cm
d. C=O dalam aseton
k=5x105 dyne/cm
)
(
1100
85
,
6
10
.
5
12
,
4
1
5
hitungan
cm



)
(
1730
85
,
6
10
.
12
12
,
4
1
5
hitungan
cm



85
,
6
16
12
16
.
12
.





O
C
O
C
M
M
M
M


10. 10
Contoh (lanjutan)
d. CN
k=15x105 dyne/cm
5
,
6
14
12
14
.
12
.





N
C
N
C
M
M
M
M

)
(
2000
5
,
6
10
.
15
12
,
4
1
5
hitungan
cm




11. 11
1. Vibrasi Molekul (lanjutan)
 Umumnya ikatan rangkap 3 lebih kuat dari
pd ikatan rangkap 2 atau ikatan tunggal;
diantara atom yang sama mempunyai 
vibrasi lebih tinggi
 Kenaikan massa atom,  naik,  turun

12. 12
Vibrasi Molekul (lanjutan)
o Gerakan lengkung/bending lebih mudah
dari pada gerakan rentangan/streching,
sehingga k lebih kecil
 Senyawa dengan gugus yang sama dapat
menyerap pada  yang berbeda, karena
mengikat gugus lain yang berbeda

13. 13
2. Macam-Macam Vibrasi
 Posisi relatif atom dalam molekul
tidak tetap melainkan berubah-ubah
karena vibrasi
 Molekul dengan 2 atau 3 atom
sederhana, gerak vibrasi dan
energinya dapat dihitung dengan
mudah.
 Untuk molekul poliatomik menjadi
sukar.

14. 14
Macam-Macam Vibrasi (lanjutan)
Dalam molekul triatom (AX2) dapat
terjadi vibrasi:
1. Streching (rentangan)
perubahan secara kontinu dalam jarak antar atom,
sepanjang sumbu ikatan antar atom yang
berikatan

15. 15
Macam-Macam Vibrasi (lanjutan)
2.Bending (lengkungan)
perubahan kontinu dalam sudut ikatan dan
dibagi 4 macam gerakan:
a) scissoring (menggunting)
b) Rocking
c) Wagging
d) Twisting

16. 16
Macam-Macam Vibrasi (lanjutan)

17. 17
Macam-Macam Vibrasi (lanjutan)
a) Scissoring
Kedua atom yang terikat pada atom pusat bergerak
menuju dan menjauh satu dengan yang lainnya
dengan deformasi sudut ikatan (dalam bidang)
b) Rocking
Seluruh unit bergerak maju mundur dalam bidang
simetri (dalam bidang)
c) Wagging
Seluruh unit bergerak maju mundur dalam bidang
tegak lurus pada bidang simetri (keluar bidang)
d) Twisting
seluruh unit berputar maju mundur mengelilingi
ikatan (keluar bidang)

18. 18
 Agar terjadi absorbsi sinar IR, molekul2 harus
mengalami perubahan momen dipol selama vibrasi
Contoh:
 Molekul NO dan CO mempunyai distribusi elektron yang tidak
simetris, atom yang satu mempunyai kerapatan elektron lebih
besar dari yang lain
 Bila jarak antara 2 pusat atom berubah, seperti terjadi pada
vibrasi; maka akan terjdi medan listrik yang akan beraksi
dengan medan listrik radiasi
 Bila  radiasi =  molekul, maka akan terjdi perpindahan
energi yang menyebabkan perubahan amplitudo vibrasi
molekul. Inilah penyebab terjadinya absorbsi
o Molekul simetri: O2, N2, Cl2 tidak dapat mengabsorbsi sinar IR.

19. 19
3. Spektra Infra Merah (IR)
A. Sumbu horizontal : bilangan
gelombang -1 (cm-1)
B. Sumbu vertikal: %T
 -1 IR : 4000cm-1- 625 cm-1
 -1 : 900cm-1- 1400 cm-1: finger print
 -1 : < 900cm-1 dan >1400 cm-1:
vibrasi pokok

20. 20
Contoh spektrum IR

21. 21
Contoh spektrum IR

22. 22
Contoh spektrum IR

23. 23
4. Penggunaan Spektrum IR
1. Identifikasi finger print
-1 : 900cm-1 - 1400 cm-1
 Tidak dapat untuk identifikasi gugus,
spektra pada daerah ini rumit tetapi
karakteristik
 Untuk identifikasi senyawa tak dikenal
bandingkan spektra IR dengan
sederet spektra standar yang dibuat
pada kondisi yang sama

24. 24
2. Identifikasi gugus fungsional
-1 : < 900cm-1 dan >1400 cm-1

25. 25
5. Cara Menganalisa Spektra IR
 Untuk analisa spektra yang tidak
diketahui, pusatkan pada ada atau
tidaknya gugus-gugus fungsional
utama:
C=C, O-H, N-NH, C=C, CC, CN,
NO2

26. 26
Langkah analisa spektra IR
1.Apakah terdapat gugus karbonil?
C=O: 1820-1600 cm-1
2.Bila gugus C=O ada, ujilah daftar berikut.
Bila tidak ada, lanjutkan ke no. 3
 Asam: apa ada OH, serapan melebar 3400-2400 cm-1
 Amida: apa ada –NH, serapan medium 3500 cm-1
 Ester: apa ada C-O, srapan kuat dekat 1300-1000 cm-1
 Anhidrida: mempunyai 2 serapan C=O dekat 1810 dan 1760
cm-1
 Aldehida: apa ada C-H aldehida, 2 serapan lemah dekat 2850
dan 2750 cm-1
 Keton: bila ke-5 kemungkinan di atas tidak ada

27. 27
Langkah analisa spektra IR (lanjutan)
3. Bila gugus C=O tidak ada
 alkohol: uji O-H
serapan melebar 3600-3300 cm-1
selanjutnya C-O dekat 1300-1000 cm-1
 Amida: uji N-H
serapan medium dekat 3500 cm-1
 Eter: uji C-O (serapan OH tidak ada)
dekat 1300-1000 cm-1

28. 28
Langkah analisa spektra IR (lanjutan)
4. Ikatan rangkap 2 dan atau
aromatik
 C=C : serapan lemah 1650 cm-1
 Cincin aromatik: serapan medium
tinggi kuat 1650-1450 cm-1
 Buktikan kemungkinan di atas dengan
memperhatikan serapan daerah C-H
aromatik dan vinil, sebelah kiri 3000
cm-1
C-H alifatik: sebelah kanan 3000 cm-1

29. 29
Langkah analisa spektra IR (lanjutan)
5. Ikatan rangkap 3
 CN: serapan medium tajam dekat
2250 cm-1
 CC: serapan lemah tapi tajam
dekat 2150cm-1
uji C-H asetilen dekat 3300 cm-1
6. Gugus Nitro
dua serapan kuat 1600-1500 cm-1 dan
1390-1300 cm-1

30. 30
Langkah analisa spektra IR (lanjutan)
7. Hidrokarbon
 Ke enam serapan di atas tidak ada
 Serapan utama untuk C-H dekat 3000
cm-1
 Spektrum sangat sederhana, hanya
terdapat serapan lain-lain dekat 1450
cm-1

31. 31
Manganalisa Spektrum IR

32. Interpretasi senyawa
gugus Senyawa I Senyawa II
1. Gugus karbonil C=O;
1820-1600 cm-1
1740, C=O ada 1710; C=O ada
2.
a. asam: -OH serapan
melebar dekat 3400-2400
cm-1
Tidak ada Tidak ada
b.Amida –NH serapan
medium dekat 3500 cm-1
Tidak ada Tidak ada
c. ester: C-O serapan kuat
dekat 1300-1000 cm-1
Serapan kuat 1220
cm-1, C-O ada
Tidak ada,
C-O tidak ada
d.Anhidrida Tidak ada Tidak ada
e.Aldehida Tidak ada Tidak ada
f. Keton
7. Gugus alkil serapan CH
dekat 3000 cm-1
Serapan kuat
sekitar 2800 cm-1
Serapan kuat
sekitar 2800 cm-
1
Kesimpulan Ester keton
32

33. 33
6. Instrumentasi
Bagian-bagian pokok Spektrofotometer IR
1. Sumber cahaya IR
2. Monokromator
3. detektor

34. 34
DIAGRAM SPEKTOMETER IR

35. 35
1. Sumber Cahaya
Sumber cahaya IR:
a. Nerst glower: batang/tabung yang panjangnya 3
cm dan diameter 2 mm, terbuat dari campuran
oksida Se, Zr, Th dan Y. Stabil pada suhu tinggi
dan tidak teroksidasi oleh udara
b. Campuran globar: batang dari SiC, ukuran lebih
besar dari Ners glower, p=5 cm dan diameter 4
mm. dapat bekerja s/d T=1300oC
c. Bahan keramik

36. 36
2. Monokromator
 Dapat digunakan : grating atau prisma
 Prisma terbuat dari NaCl, karena
transparan
 Grating memberi hasil yang lebih baik
 NaCl bersifat higroskopis, sehingga cermin
harus dilindungi dari uap air

37. 37
3. Detektor
 Jenis: detektor thermopile
 Cara kerja:
 Jika 2 kawat logam yang berbeda
dihubungkan antara ujung kepala dan
ekor menyebabkan adanya arus yang
mengalir dalam kawat
 Arus sebanding dengan intensitas yang
jatuh pada thermopile

38. 38
7. Kalibrasi Skala Frekuensi
 Sebelum melakukan pekerjaan, skala
pencatat harus dikalibrasi
 Senyawa yang digunakan sebagai standar
adalah polistirena
 Frekuensi telah diketahui dg tepat
 Puncak yang biasa dipakai sebagai
kalibrasi dari polistirena adalah 1601
cm-1

39. 39
8. Cara penanganan Cuplikan
Beda dengan cara-cara yang
digunakan spektrometer lainnya
1. Gas
Cuplikan harus dimasukkan dalam sel gas
(hampa). Sel menghadap langsung berkas
sinar dan dipantulkan berulangkali melalui
cuplikan, untuk menaikkan intensitas

40. 40
8. Cara penanganan Cuplikan
2. Cairan
 Satu tetes cairan ditempatkan sebagai
film tipis diantara 2 lapis NaCl yang
transparan terhadap IR
 NaCl setelah dipakai dicuci dengan
toluen, CH3Cl dll
 NaCl harus tetap kering
 Cuplikan yang mengandung air:
digunakan CaF2

41. 41
8. Cara penanganan Cuplikan
3. Padatan
a. Pelet KBr
0,1-2% berat cuplikan dan KBr, dicampur
kemudian ditekan; sehingga diperoleh
pelet yang trasparan. Selama pengerjaan
harus dihindari kondensasi uap dr
atmosfer
b. Mull/Pasta
cuplikan dicampur dengan 1 tetes minyak.
Pasta kemudian dilapiskan diantara 2
keping NaCl yang trasparan. Bahan pasta
harus transparan terhadap IR
c. Lapisan tipis padatan

42. Soal-soal
1. Bagaimanakah membedakan pasangan senyawa
berikut menggunakan infra merah. Tunjukkan pita
serapan karakteristik dari masing-masing senyawa.
dan
2. Berlangsungnya reaksi oksidasi isopropanol
menjadi aseton dapat diikuti dengan spektroskopi
infra merah. Jelaskan.
3. Pita serapan C=O selalu kuat, sedangkan pita
serapan gugus C=C intensitasnya bervariasi.
Mengapa demikian? jelaskan
42
H
C
O
CH3CH2 CH3 CH3
C
O

43. Soal-soal
4. Dua macam komponen penyusun minyak sereh
mempunyai rumus molekul yang sama. Spektra
inframerah komponen A (C10H12O) mempunyai pita
serapan kuat pada 1700 cm-1 dan lemah pada 1640
cm-1 disamping pita C-H lemah didekat 3050 cm-1,
2800 dan 2700 cm-1. Komponen B mempunyai
serapan kuat dekat 3500 cm-1 dan serapan lemah
pada 3050 dan 1640 cm-1. Senyawa A dapat
direduksi menjadi senyawa B.
Tunjukkan masing-masing gugus fungsional pada
senyawa A dan B.
43

44. Jawaban soal-soal
1. Gugus keton dan aldehid dapat dibedakan dari
adanya serapan C-H aldehida yaitu dua serapan
lemah pada 2850 dan 2750 cm-1.
2. Gugus –OH pada alkohol serapan melebar dekat
3600-3300 cm-1
gugus C=O pada keton serapan pada 1820-1600
cm-1 .
Jadi reaksi oksidasi isopropanol menjadi aseton
dapat diikuti dengan menghilangnya serapan
melebar pada 33600-3300 cm-1
munculnya gugus C=O serapan pada 1820-1600
cm-1 .
44

45. 3. Pita serapan C=O selalu kuat karena jenisa vibrasi
C=O adalah streching, vibrasi strechinh selalu
kuat.
Pita serapan C=C intensitasnya bervariasi, karena
jenis vibrasinya berbeda-beda mengingat struktur
ikatan C=C juga berbeda,misalnya:
C=C trans, maka C-H def 970 cm-1
C=C cis, maka C-H pada 700 cm-1
45

46. 4. Senyawa A: Serapan kuat pada 1720 cm-1 adalah
gugus C=O
C-H lemah 3050, 2800 dan 2700 cm-1 adalah C-H
aldehida
Senyawa B: serapa kuat dekat 3500 cm-1 adalah
gugus OH alkohol
Lemah di 3050 dan 1640 cm-1 . Adalah gugus….
Maka Senyawa A:aldehida senyawa B: alkohol
46