Spektroskopi Molekular

SPEKTROSKOPI MOLEKULAR
Spektroskopi
• Spektroskopi molekuler adalah ilmu yang
mempelajari interaksi antara gelombang
elektromagnetik dengan materi
• Metode spektroskopi digunakan untuk
menentukan, mengkonfirmasi struktur molekul,
dan untuk mengetahui kemurnian suatu senyawa
Spektroskopi Konvensional
Tipe Spektroskopi
• Spektroskopi Ultraviolet (UV) ---- Keadaan energi elktronik
• Digunakan untuk ---- molekul konjugasi, gugus karbonil, gugus nitro
• Spektroskopi Infrared (IR) ---- keadaan energi vibrasi
• Digunakan untuk ---- gugus fungsional, struktur ikatan
• Spektroskopi NMR ---- keadaan spin inti
• Digunakan untuk ---- bilangan, tipe dan posisi relatif dari proton (inti
hidrogen dan inti karbon 13)
• Spektroskopi Massa ---- Penembakan elektron berenergi tinggi
• Digunakan untuk ---- berat molekul, keberadaan nitrogen, halogen
Bentuk Interaksi Radiasi dengan Materi
ABSORPSI
EMISI
REFLEKSI
SCATTERING
Absorpsi
• Berkas radiasi elektromagnet bila dilewatkan pada
sampel kimia maka sebagian akan terabsorpsi
• Energi elektromagnet yang ditransfer ke molekul
sampel akan menaikan tingkat energi (tingkat
tereksitasi)
• Eksitasi energi dapat berupa eksitasi elektronik,
vibrasi dan rotasi
• Molekul akan dieksitasi sesuai dengan panjang
gelombang yang diserapnya
• Hampir semua gugus fungsi organik memiliki
bilangan gelombang serapan khas di daerah yang
tertentu
Vibrasi molekul
• Jenis vibrasi:
1. Vibrasi ulur (Stretching Vibration), yaitu
vibrasi yang mengakibatkan perubahan
panjang ikatan suatu ikatan
2. Vibrasi tekuk (Bending Vibrations), yaitu
vibrasi yang mengakibatkan perubahan
sudut ikatan antara dua ikatan
Spektroskopi Infra Merah
• Merupakan suatu metode yang mengamati
interaksi molekul dengan radiasi
elektromagnetik yang berada pada daerah
panjang gelombang 0.75 – 1.000 µm atau
pada bilangan gelombang 13.000 – 10 cm-1
• Umumnya digunakan dalam penelitian dan
industri
• Menggunakan teknik absorpsi
1. Sumber Radiasi
• Argon
• Tungsten
• Deuterium
• Xenon
100 – 160 nm
350 – 800 nm
160 – 360 nm
200 – 900 nm
Cara Kerja Spektroskopi Molekular
InfraRed (IR)
Spektrofotometer
Absorbansi tinggi : Digunakan untuk larutan yang
sangat pekat.
- Skala alat dapat diatur menjadi 100 satuan dengan
1. Memperbesar lebar celah
2. Memperbesar intensitas sumber
3. Memperbesar sensitivitas detektor
- Standar dengan konsentrasi lebih rendah dari sample
Spektrofotometer
Absorbansi rendah : Digunakan untuk larutan yang
sangat encer
- Standar dengan konsentrasi lebih tinggi dari sample
Perbandingan plot absorbansi terdekat digunakan
untuk ketelitian analisis dan kemudahan pengukuran
absorbansi sample (kalibrasi)
I
II
III
IV
V
VI
VII
Konsentrasi
( µg/ml)
0
5
10
40
80
200
280
Absorbansi
0
0,025
0,40
1,00
1,4
0,050 0,20
Tabel 1. Absorbansi Tinggi (S.M. Khopkar)
Metode Spektroskopi Infrared
Identifikasi Gugus Fungsi
Frekuensi dapat dijadikan penentu gugus
fungsi dengan persamaan :
ð= 1/(2πc)√(K/µ)
Interaksi Materi-Radiasi Inframerah
•Senyawa berikatan kovalen mempunyai kemampuan
menyerap radiasi elektromagnetik dalam daerah spektrum
inframerah.
•Absorpsi radiasi IR pada material tertentu berkaitan dengan
fenomena bergetarnya molekul atau atom.
Vibrasi Molekul dan Atom
•Atom-atom dalam molekul selalu mengalami vibrasi (getaran
atom dalam molekul).
•Getaran atom dalam molekul (frekuensi getaran) dapat
digambarkan dalam tingkat energi vibrasi.
•Jika suatu molekul menyerap radiasi inframerah, maka
molekul tersebut akan tereksitasi ke tingkatan yang lebih
tinggi.
•Frekuensi radiasi yang diserap haruslah sama dengan
frekuensi getaran.
•Molekul atau atom bergetar dengan frekuensi yang
bersesuaian dengan frekuensi radiasi inframerah.
Metode Spektroskopi Infrared
Identifikasi Gugus Fungsi
Frekuensi dapat dijadikan penentu gugus fungsi, dengan
klasifikasi seluruh daerah frekuensi IR menjadi 3 atau 4
bagian.
Pembagian IR
1. Daerah dekat IR ( 0,2-2,5µ )
2. Daerah Fundamental (2,5-50µ)
3. Daerah jauh IR (50-500µ)
Berdasarkan daerah ulur hidrogen (2,7-3µ), daerah ikatan
rangkap 3 (3,7-5,4µ), daerah ikatan rangkap 2 (5,16,5µ),daerah sidik jari (6, 7-14µ).
Rata-Rata klasifikasi pada daerah fundamental
Penafsiran hasil spektroskopi
INFRAMERAH
Syarat-syarat yang harus dipenuhi untuk
penafsiran
1. Spektrum harus terselesaikan dan intensitas cukup
memadai.
2. Spektrum diperoleh dari senyawa murni.
3. Spektrofotometer harus dikalibrasi sehingga pita
yang teramati sesuai dengan frekuensi atau
panjang gelombangnya.
4. Metode persiapan sampel harus ditentukan. Jika
dalam bentuk larutan, maka konsentrasi larutan
dan ketebalan sel harus ditunjukkan.
Komponen grafik
baseline
peak
•
Transmitans % menyatakan banyaknya intensitas cahaya yang kembali ke detektor
M at h Com poser 1. 1. 5
ht t p: / / www. m at hcom poser . com
%T =
•
intensitas
x 100
intensitas orisinil
Wavenumber menyatakan panjang gelombang yang dipancarkan (cm-1)
CH3COOH
Analisis Kualitatif dengan Inframerah
• Daerah ulur hidrogen. (3700-2700 cm-1) Puncak
terjadi karena vibrasi ulur antara atom H dengan atom lainnya. Ikatan
hidrogen menyebabkan puncak melebar dan terjadi
pergeseran gelombang ke arah lebih pendek. Perubahan struktur dari
ikatan CH akan menyebabkan puncak bergeser ke arah yang maksimum.
• Daerah ikatan rangkap dua (1950-1550 cm-1)
konjugasi menyebabkan puncak lebih rendah sampai 1700 cm1.
• Semakin elektronegatif, uluran akan menyebabkan
perubahan besar dalam momen ikatan; oleh karena itu resapannya
bersifat kuat.
Pengaruh Ikatan Hidrogen
3350 – frekuensi vibrasi stretching OH
2950 -- frekuensi vibrasi stretching CH alifatik asimetris
(intensitas kurang dari 2860 adalah frekuensi vibrasi stretching simetris
1425 -- Karakteristik penyerapan CH2
1065 -- Penyerapan CO
Senyawa tersebut adalah cyclohexanol.
Spektrum Inframerah Beberapa Mineral
Mineral Montmorilonit
Dengan teknik pellet KBr, spectrum IR Montmorilonit
dicirikan oleh suatu pita lebar pada 3640 cm-1 untuk getaran
ulur OH yang diikuti oleh suatu pita air pada 3420 cm-1 dan
suatu pita lebar tambahan yang dominan pada 1050 cm-1
untuk getaran Si-O. Dengan menggunakan metode lapis tipis ,
getaran ulur OH pada 3640 cm-1 dan getaran Si-O pada 1050
cm-1 menjadi sangat kuat dan tajam. Intensitas pita-pita pada
1150, 910, 880 dan 850 cm-1 juga meningkat dengan tajam.
•Mineral Kaolinit
Spektrum infra merah Kaolinit biasanya dicirikan oleh dua
pita kuat untuk getaran ulur O-H Oktahedral antara 38003600 cm-1 bila disiapkan dengan teknik pellet KBr.
Dengan teknik lapis tipis akan terdapat pita ketiga pada
3670cm-1. Dengan teknik lapis tipis pada daerah sidik jari
menunjukkan adanya pita-pita tajam pada 1150 dan 1080
cm-1 untuk getaran O-Al-OH. Juga Nampak pita tajam
pada 1020 cm-1 untuk getaran Si-O dan pita-pita tajam
pada 910-920 cm-1 untuk getaran Al-OH. Dengan teknik
pellet KBr pita-pita pada 1080 dan 1020 cm-1 tampak
hanya sebagai pita kembar yang tersegeregasi lemah.