MAKALAH KARAKTERISTIK FTIR DAN RAMAN SPECTROSCOPY Disusun oleh Nama : Nazla Aulia Hisran NIM : F1C316012 MATKUL : Metode Pemrosesan Bahan FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS JAMBI JAMBI 2019 A. FTIR Spektrofotometer adalah alat untuk mengukur transmitan atau absorban suatu sampel sebagai fungsi panjang gelombang dan pengukuran menggunakan spektrofotometer ini, metoda yang digunakan sering disebut dengan spektrofotometri. FT-IR merupakan suatu teknik yang digunakan untuk menganalisa komposisi kimia dari senyawa-senyawa organik, polimer, coating atau pelapisan, material semikonduktor, sampel biologi, senyawa-senyawa anorganik, dan mineral. FT-IR mampu menganalisa suatu material baik secara keseluruhan, lapisan tipis, cairan, padatan, pasta, serbuk, serat, dan bentuk yang lainnya dari suatu material. Spektroskopi FT-IR tidak hanya mempunyai kemampuan untuk analisa kualitatif, namun juga bisa untuk analisa kuantitatif. Fourier Transformed Infrared (FTIR) merupakan salah satu alat atau instrument yang dapat digunakan untuk mendeteksi gugus fungsi, mengidentifikasi senyawa dan menganalisis campuran dari sampel yang dianalisis tanpa merusak sampel. Daerah inframerah pada spektrum gelombang elektromagnetik dimulai dari panjang gelombang 14000 cm-1 hingga 10-1. Berdasarkan panjang gelombang tersebut daerah inframerah dibagi menjadi tiga daerah, yaitu IR dekat (14000-4000 cm-1) yang peka terhadap vibrasi overtone, IR sedang (4000-400 cm-1) berkaitan dengan transisi energi vibrasi dari molekul yang memberikan informasi mengenai gugus-gugus fungsi dalam molekul tersebut, dan IR jauh (400-10 cm-1) untuk menganalisis molekul yang mengandung atom-atom berat seperti senyawa anorganik tapi butuh teknik khusus. Terbentuknya spektroskopi FT-IR adalah dengan mengasumsikan semua molekul menyerap sinar infra merah, kecuali molekul-molekul monoatom ( He, Ne, Ar, dll) dan molekul-molekul homopolar diatomik (H2, N2, O2, dll). Molekul akan menyerap sinar infra merah pada frekuensi tertentu yang mempengaruhi momen dipolar atau ikatan dari suatu molekul. Komponen utama spektroskopi FTIR adalah interferometer Michelson yang mempunyai fungsi menguraikan (mendispersi) radiasi inframerah interferometer dibandingkan menjadi Michelson metode komponen-komponen tersebut spektroskopi memberikan inframerah frekuensi. keunggulan konvensional Penggunaan metode maupun FTIR metode spektroskopi yang lain. Diantaranya adalah informasi struktur molekul dapat diperoleh secara tepat dan akurat (memiliki resolusi yang tinggi). Spektroskopi inframerah 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 Spektrofotometer FTIR merupakan alat yang dapat digunakan untuk identifikasi senyawa, khususnya senyawa organik, baik secara kualitatif maupun kuantitatif. a. Analisis kualitatif Analisis kualitatif dengan spektroskopi FTIR secara umum digunakan untuk identifikasi gugus-gugus fungsional yang terdapat dalam suatu senyawa yang dianalisis (Silverstein dan Bassler, 1998). b. Analisis kuantitatif Analisis kuantitatif dengan spektroskopi FTIR secara umum digunakan untuk menentukan konsentrasi analit dalam sampel. Analisis kuantitatif dengan FTIR digunakan hukum Lambert. Dasar pemikiran dari Spektrofotometer FTIR adalah dari persamaan gelombang yang dirumuskan oleh Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) seorang ahli matematika dari Perancis. Fourier mengemukakan deret persamaan gelombang elektronik sebagai : Skema Spektrofotometer FTIR FTIR terdiri dari 5 bagian utama, yaitu : 1. Sumber sinar, terbuat dari filament nernst atau globar yang dipanaskan menggunakan listrik hingga temperatur 1000-1800°C. Pemijar globar merupakan batangan silikon karbida yang dipanasi hingga 1200oC dan merupakan sumber radiasi yang sangat stabil . Pijar Nernst merupakan bidang cekung dari sirkonium dan yutrium oksida yang dipanasi hingga sekitar 1500oC dengan arus listrik serta kurang stabil dibandingkan dengan pemijar globar dan memerlukan pendingin air. 2. Pencerminan, sistem utama FTIR adalah interferometer yang berfungsi sebagai kombinasi peralatan atau pengatur seluruh frekuensi inframerah yang dihasilkan oleh sumber cahaya. Interferometer terdiri dari 3 komponen yaitu lensa statik, lensa dinamis, dan beamsplitter. 3. Daerah cuplikan, dimana berkas acuan dan cuplikan masuk ke dalam daerah cuplikan dan masing-masing menembus sel acuan dan cuplikan secara bersesuaian.Detektor, berfungsi untuk mendeteksi sinar infra merah atau energi pancaran yang lewat akibat panas yang dihasilkan. 4. Detektor yang sering digunakan adalah termokopel, sel golay dan balometer. Ketiga detektor bekerja berdasarkan efek pemanasan yang ditimbulkan oleh sinar IR. 5. Elektronik, detektor inframerah menghasilkan tegangan yang merespon interferogram yang masuk melalui sampel, tegangan ini akan membentuk analog sebelum spektrofotometer dapat mengirim interferogram ke sistem data, maka sinyal harus dikonversikan dari bentuk analog ke bentuk digital. Cara Kerja Alat Spektrofotometer FTIR Prinsip kerja FTIR adalah interaksi antara energi dan materi. Infrared yang melewati celah ke sampel, dimana celah tersebut berfungsi mengontrol jumlah energi ysng disampaikan kepada sampel. Kemudian beberapa infrared diserap oleh sampel dan yang lainnya di transmisikan melalui permukaan sampel sehingga sinar infrared lolos ke detektor dan sinyal yang terukur kemudian dikirim ke komputer dan direkam dalam bentuk puncak-puncak. Sistem optik FTIR digunakan radiasi LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) yang berfungsi sebagai radiasi yang diinterferensikan dengan radiasi infra merah agar sinyal radiasi infra merah yang diterima oleh detektor secara utuh. Sistem optik Spektrofotometer FTIR seperti pada gambar di bawah ini dilengkapi dengan cermin yang bergerak tegak lurus dan cermin yang diam. Dengan demikian radiasi infra merah akan menimbulkan perbedaan jarak yang ditempuh menuju cermin yang bergerak (M) dan jarak cermin yang diam (F). Perbedaan jarak tempuh radiasi tersebut adalah 2 yang selanjutnya disebut sebagai retardasi (δ). Hubungan antara intensitas radiasi IR yang diterima detektor terhadap retardasi disebut sebagai interferogram. Sedangkan sistem optik dari Spektrofotometer IR yang didasarkan atas bekerjanya interferometer disebut sebagai sistem optik Fourier Transform Infra-Red. Untuk menghasilkan spektrum inframerah, radiasi yang mengandung semua frekuensi di wilayah IR dilewatkan melalui sampel. Mereka frekuensi yang diserap muncul sebagai penurunan sinyal yang terdeteksi. Informasi ini ditampilkan sebagai spektrum radiasi dari% ditransmisikan bersekongkol melawan wavenumber. Spektroskopi inframerah sangat berguna untuk analisis kualitatif (identifikasi) dari senyawa organik karena spektrum yang unik yang dihasilkan oleh setiap organik zat dengan puncak struktural yang sesuai dengan fitur yang berbeda. Selain itu, masing-masing kelompok fungsional menyerap sinar inframerah pada frekuensi yang unik. Sebagai contoh, sebuah gugus karbonil, C = O, selalu menyerap sinar inframerah pada 1670-1780 cm-1 meregangkan. (Silverstein, 2002) Teknik spektroskopi IR digunakan untuk mengetahui gugus fungsional mengidentifikasi senyawa , menentukan struktur molekul, mengetahui kemurnian dan mempelajari reaksi yang sedang berjalan. Senyawa yang dianalisa berupa senyawa organik maupun anorganik. Hampir semua senyawa dapat menyerap radiasi inframerah. Secara keseluruhan, analisis menggunakan Spektrofotometer FTIR memiliki dua kelebihan utama dibandingkan metoda konvensional lainnya, yaitu : 1. Dapat digunakan pada semua frekuensi dari sumber cahaya secara simultan sehingga analisis dapat dilakukan lebih cepat daripada menggunakan cara sekuensial atau scanning. 2. Sensitifitas dari metoda Spektrofotometri FTIR lebih besar daripada cara dispersi, sebab radiasi yang masuk ke sistem detektor lebih banyak karena tanpa harus melalui celah (slitless). B. SPEKTROKSKOPI RAMAN Spektroskopi Raman adalah metode penentuan senyawa berdasarkan gerakan molekul, yang dinamakan vibrasi molekul. Senyawa yang terukur pada Raman Spektrometer adalah senyawa yang mengalami perubahan polarisasi karena vibrasi. Spektroskopi ini berhubungan dengan hamburan foton sampel bila disinari dengan laser. Spektroskopi Raman dapat digunakan untuk tujuan analisis kualitatif dan kuantitatif serta sampel dapat berupa fasa padatan, cairan, dan gas, sebuah teknik spektroskopi yang digunakan untuk mengamati mode vibrasional, rotasional, dan mode frekuensi-rendah lainnya dalam suatu sistem. Teknik ini bergantung pada hamburan inelastik, atau hamburan Raman, pada cahaya monokrom, biasanya dari suatu laser dalam rentang kasatmata, dekat inframerah, atau dekat ultraviolet. Cahaya laser berinteraksi dengan vibrasi molekul, fonon atau eksitasi lainnya dalam sistem, menghasilkan energi pada foton laser mengalami pergeseran naik atau turun. Spektrum geseran Raman hampir mirip dengan spektrum absorpsi inframerah suatu senyawa. Kedua spektrum ini merupakan spektrum vibrasional dari gugus fungsi kimia penyusun suatu molekul. Spektrum geseran Raman sangat khas dan karakteristik untuk gugus fungsi tersebut. Raman dikembangkan dari gejala hamburan cahaya ke segala arah oleh materi yang diamati Rayleigh . Jika ukuran partikel yang menghamburkan cahaya mendekati panjang gelombang cahaya radiasi ,maka hamburan akan tampak sebagai turbiditas larutan,yang disebut “Efek Tyndall” Raman menemukan ada sebagian kecil fraksi yang dihamburkan ini terbukti mempunyai λ yang berbeda sedikit dari λ sinar datang.(tergantung pada besarnya molekul yang dikenai radiasi) Efek Raman berhubungan ; Kuanta dengan cahaya getaran yang molekul diberikan mempunyai karena energi efek yang inframerah tidak langsung. Spektroskopi Raman diturunkan dari transisi-transisi vibrasi dalam molekul. Ketika cahaya tampak mengenai molekul-molekul, cahaya tersebut dihamburkan, frekuensi dari cahaya terhambur tersebut bervariasi menurut model-model vibrasi dari molekul-molekul yang berhamburan. Gejala tersebut dinamakan efek Raman, pada efek Raman merespons model-model vibrasi simetris. Raman diturunkan dari transisi-transisi vibrasi dalam molekul. Ketika cahaya tampak mengenai molekul-molekul, cahaya tersebut dihamburkan, frekuensi dari cahaya terhambur tersebut bervariasi menurut model-model vibrasi dari molekul-molekul yang berhamburan. Gejala tersebut dinamakan efek Raman, pada efek Raman merespons model-model vibrasi simetris. Ada 3 tipe hamburan spektrum yang cukup intensif : 1. Garis Stokes yang lumayan intensif 2. Garis Anti-Stokes yang kurang intensif 3. Puncak Rayleigh yang sangat intensif Pergeseran Stokes , pergeseran spektrum Raman ke daerah energi rendah (λ besar) Pergeseran Anti-Stokes , pergeseran ke arah energi tinggi (λ kecil) Pola pergeseran dan besarnya pergeseran (ΔT) sama persis apabila dianalisis dengan sistem lain Spektrum pergeseran Raman merupakan karakter molekul , karena garis-garis ini khas untuk setiap molekul dan gejala pergeseran ini erat hubungannya dengan vibrasi molekuler. Prinsip kerja Radiasi hamburan elastis pada panjang gelombang yang sesuai dengan garis laser (hamburan Rayleigh) dipisahkan baik menggunakan notch filter, edge pass filter, atau band pass filter, sementara sisa cahaya yang terkumpul didispersikan pada suatu detektor. Hamburan Raman spontan secara khusus sangat lemah, dan sebagai hasilnya kesulitan utama pada spektroskopi Raman adalah memisahkan hamburan cahaya tidak elastis yang lemah dari hamburan Rayleigh pada cahaya laser yang intens. Dalam sejarah, spektrometer Raman menggunakan grating hologram dan dispersi multi-tahap untuk mendapat rejeksi laser dengan derajat yang tinggi. Di masa lampau, fotomultiplier merupakan detektor pilihan untuk pengaturan dispersif Raman, yang menghasilkan waktu perolehan panjang. Namun, instrumentasi modern yang hampir secara universal mempekerjakan notch atau edge filters untuk rejeksi laser dan spektrograf baik berupa transmisif aksial (AT), Monokromator Czerny– Turner (CT), atau FT (berbasis spektroskopi transformasi Fourier), dan detektor CCD. Spektroskopi Raman umum digunakan dalam ilmu kimia, karena informasi vibrasional spesifik untuk ikatan kimia dan simetri molekul. Karenanya, ia memberikan sidik jari di mana molekul dapat diidentifikasi. Misalnya, frekuensi vibrasional untuk SiO, Si2O2, dan Si3O3 diidentifikasi dan ditetapkan atas dasar koordinat analisis yang normal menggunakan spektrum inframerah dan Raman. Daerah sidik jari bagi molekul organik adalah pada rentang (bilangan gelombang) 500–2000 cm−1. Cara lainnya bahwa teknik ini digunakan adalah untuk mempelajari perubahan ikatan kimia, seperti ketika substrat ditambahkan pada enzim.
