BAB I

PENDAHULUAN

Teknik analisis spektroskopi termasuk salah satu tenik analisis instrumental. Teknik

tersebut memanfaatkan fenomena interaksi materi dengan gelombang elektromagnetik seperti

sinar-x, ultraviolet, cahaya tampak, dan inframerah. Fenomena interaksi bersifat spesifik baik

absorpsi maupun emisi. Interaksi tersebut menghasilkan signal-signal yang disadap sebagai

alat analisis kualitatif dan kuantitatif. Contoh teknik spektroskopi absorpsi adalah UV/VIS,

inframerah (FT-IR) dan absorpsi atom (AAS). Sedang contoh spektroskopi emisi adalah

spektroskopi nyala dan inductively coupled plasma (ICP), yang merupakan alat ampuh dalam

analisis logam.

Spektroskopi inframerah merupakan salah satu alat yang banyak dipakai untuk

mengidentifikasi senyawa, baik alami maupun buatan. Dalam bidang fisika bahan, seperti

bahan-bahan polimer, inframerah juga dipakai untuk mengkarakterisasi sampel. Suatu

kendala yang menyulitkan dalam mengidentifikasi senyawa dengan inframerah adalah tidak

adanya aturan yang baku untuk melakukan interpretasi spektrum. Karena kompleksnya

interaksi dalam vibrasi molekul dalam suatu senyawa dan efek-efek eksternal yang sulit

dikontrol seringkali prediksi teoretik tidak lagi sesuai. Pengetahuan dalam hal ini sebagian

besar diperoleh secara empiris.

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.

Metode spektroskopi inframerah merupakan suatu metode yang meliputi teknik

serapan (absorption), teknik emisi (emission), teknik fluoresensi (fluorescence). Komponen

medan listrik yang banyak berperan dalam spektroskopi umumnya hanya komponen medan

listrik seperti dalam fenomena transmisi, pemantulan, pembiasan, dan penyerapan. Penemuan

infra merah ditemukan pertama kali oleh William Herschel pada tahun 1800. Penelitian

selanjutnya diteruskan oleh Young, Beer, Lambert dan Julius melakukan berbagai penelitian

dengan menggunakan spektroskopi inframerah. Pada tahun 1892 Julius menemukan dan

membuktikan adanya hubungan antara struktur molekul dengan inframerah dengan

ditemukannya gugus metil dalam suatu molekul akan memberikan serapan karakteristik yang

tidak dipengaruhi oleh susunan molekulnya. Penyerapan gelombang elektromagnetik dapat

menyebabkan terjadinya eksitasi tingkat-tingkat energi dalam molekul. Dapat berupa eksitasi

elektronik, vibrasi, atau rotasi.

BAB II

ISI

Spektrofotometer Infrared dari namanya sudah bisa diketahui bahwa spektrofotometri

ini berdasar pada penyerapan panjang gelombang infra merah. Cahaya infra merah terbagi

menjadi infra merah dekat, pertengahan, dan jauh. Infra merah pada spektrofotometri adalah

infra merah jauh dan pertengahan yang mempunyai panjang gelombang 2.5-1000 μm.

Pada spektro IR meskipun bisa digunakan untuk analisa kuantitatif, namun biasanya

lebih kepada analisa kualitatif. Umumnya spektro IR digunakan untuk mengidentifikasi

gugus fungsi pada suatu senyawa, terutama senyawa organik. Setiap serapan pada panjang

gelombang tertentu menggambarkan adanya suatu gugus fungsi spesifik.

Konsep radiasi infra merah diajukan pertama kali oleh Sir William Herschel (1800)

melalui percobaannya mendispersikan radiasi matahari dengan prisma. Ternyata pada daerah

sesudah sinar merah menunjukkan adanya kenaikan temperatur tertinggi yang berarti pada

daerah panjang gelombang radiasi tersebut banyak kalori (energi tinggi). Daerah spektrum

tersebut selanjutnya disebut infrared. Spektroskopi inframerah ditujukan untuk maksud

penentuan gugus-gugus fungsi molekul pada analisa kualitatif, disamping untuk tujuan

analisis kuantitatif.

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,

3. Gerak Vibrasi, yaitu bergetar pada tempatnya.

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.

Panjang gelombang atau bilangan gelombang dan kecepatan cahaya dihubungkan

dengan frekwensi melalui bersamaan berikut: Setiap molekul memiliki harga energi yang

tertentu. Bila suatu senyawa menyerap energi dari sinar infra merah, maka tingkatan energi di

dalam molekul itu akan tereksitasi ke tingkatan energi yang lebih tinggi. Sesuai dengan

tingkatan energi yang diserap, maka yang akan terjadi pada molekul itu adalah perubahan

energi vibrasi yang diikuti dengan perubahan energi rotasi.

Metode spektroskopi FTIR (Fourier Transform Infrared), yaitu metode spektroskopi

inframerah modern yang dilengkapi dengan teknik transformasi Fourier untuk deteksi dan analisis

hasil spektrumnya. Dalam hal ini metode spektroskopi yang digunakan adalah metode

spektroskopi absorbsi, yaitu metode spektroskopi yang didasarkan atas perbedaan penyerapan

radiasi inframerah oleh molekul suatu materi. Absorbsi inframerah oleh suatu materi dapat terjadi

jika dipenuhi dua syarat, yakni kesesuaian antara frekuensi radiasi inframerah dengan frekuensi

vibrasional molekul sampel dan perubahan momen dipol selama bervibrasi.

Adapun prinsip dari FTIR adalah sebagai berikut:

Penyerapan sinar IR oleh molekul/ikatanyang bervibrasi

Penyerapan sinar IR menyebabkan berubahnya frekuensi vibrasi

Sinar yang diserap karakteristik untuk setiap ikatan

Pada dasarnya Spektrofotometer FTIR (Fourier Trasform Infra Red) adalah sama

dengan Spektrofotometer IR dispersi, yang membedakannya adalah pengembangan pada

sistim optiknya sebelum berkas sinar infra merah melewati contoh. 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 elektromagnetik.

Sebuah Spektrometer FT-IR adalah sebuah alat yang memperoleh broadband NIR

untuk spektrum FIR. Tidak seperti instrumen dispersif, yaitu grating monokromator atau

spektrograf, sebuah Spektrometer FT-IR mengumpulkan semua panjang gelombang secara

bersamaan. FT-IR Spektrometer sering hanya disebut FT-IR. Namun untuk puritan, sebuah

FT-IR (Fourier Transform InfraRed) adalah metode memperoleh spektrum inframerah

dengan pertama-tama mengumpulkan sebuah interferogram dari sinyal sampel menggunakan

interferometer, dan kemudian melakukan Transformasi Fourier (FT) pada interferogram

untuk mendapatkan spektrum. Sebuah Spektrometer FT-IR mengumpulkan dan

mendigitalkan interferogram tersebut, melakukan fungsi FT, dan menampilkan spektrum.

FTIR sangat berguna untuk mengidentifikasi bahan kimia yang baik organik atau

anorganik. Hal ini dapat dimanfaatkan menduga jumlah beberapa komponen dari suatu

campuran yang tidak diketahui. Hal ini dapat diterapkan pada analisis padatan, cairan, dan

gas. Istilah Fourier Transform Spektroskopi Inframerah (FTIR) mengacu pada perkembangan

yang lumayan baru dalam cara di mana data dikumpulkan dan dikonversi dari pola

interferensi untuk spektrum. Instrumen FTIR Hari ini adalah komputerisasi yang membuat

mereka lebih cepat dan lebih sensitif dibandingkan dengan instrumen dispersif tua.

FTIR dapat digunakan untuk mengidentifikasi bahan kimia dari tumpahan, cat,

polimer, coating, obat-obatan, dan kontaminan. FTIR mungkin merupakan alat yang paling

ampuh untuk mengidentifikasi jenis ikatan kimia (kelompok fungsional). Panjang gelombang

dari cahaya yang diserap adalah karakteristik dari ikatan kimia seperti dapat dilihat dalam

spektrum beranotasi.

Spektrofotometer inframerah konfensional dikenal sebagai alat dispersi. Dengan

terhubung pada komputer dan mikroposesor sebagai alat dasarnya, hal ini telah tersebar luas

dan dikenal dengan nama alat Fourier transform infrared (FTIR) spectrometer, yang mana

mempengaruhi sejumlah keuntungan. Dibandingkan suatu kinerja pada monokromator, alat

FTIR memakai suatu interferometer untuk mendeteksi peak yang mengandung pengganggu

yang terdeteksi.

Secara keseluruhan, analisis menggunakan Spektrofotometer FTIR memiliki dua

kelebihan utama dibandingkan metoda konvensional lainnya, yaitu :

1. Dapat digunakan pada semua frekwensi 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 sistim detektor lebih banyak karena tanpa harus melalui celah

(slitless).

Skema kerja dari FTIR.

Sistim optik Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red 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 sistim optik dari

Spektrofotometer Infra Red yang didasarkan atas bekerjanya interferometer disebut sebagai

sistim optik Fourier Transform Infra Red.

Pada sistim optik Fourier Transform Infra Red digunakan radiasi LASER (Light

Amplification by Stimulated Emmission of Radiation) yang berfungsi sebagai radiasi yang

diinterferensikan dengan radiasi infra merah agar sinyal radiasi infra merah yang diterima

oleh detektor secara utuh dan lebih baik.

Detektor yang digunakan dalam Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red adalah

Tetra Glycerine Sulphate (disingkat TGS) atau Mercury Cadmium Telluride (disingkat

MCT). Detektor MCT lebih banyak digunakan karena memiliki beberapa kelebihan

dibandingkan detektor TGS, yaitu memberikan respon yang lebih baik pada frekwensi

modulasi tinggi, lebih sensitif, lebih cepat, tidak dipengaruhi oleh temperatur, sangat selektif

terhadap energi vibrasi yang diterima dari radiasi infra merah.

Adapun perbedaan antara IR dan FTIR ialah terletak pada alat optiknya yaitu pada

FTIR dilengkapi dengan Interferometer, secara umum skema dari pada FTIR ialah sebagai

berikut:

Pada alat interferometer. Radiasi dari sumber IR konfensional dibedakan kedalam dua

alur oleh suatu pemisah berkas cahaya , satu alur menuju posisi cermin yang ditentukan, dan

yang lainnya menjauhi cermin. Ketika berkas cahaya dipantulkan, salah satu cahaya

dipindahkan (keluar dari tahap) dari yang lainnya sejak ia menjadi lebih kecil ( ataupun lebih

besar) tujuan jaraknya untuk menjauhi cermin, dan mereka dikombinasikan kembali untuk

menghasilkan suatu rumus gangguan (semua panjang gelombang dalam berkas cahaya)

sebelum melewati sampel. Sampel mendeteksi secara serentak semua panjang gelombang,

dan menukar rumus gangguan dengan waktu seperti cermin yang terusmenerus diteliti pada

percepatan linier.Hasil penyerapan radiasi oleh sampel merupakan suatu spectrum dalam

daerah waktu, yang disebut suatu interferogram, yang menyerap intensitas sebagai fungsi dari

lintasan optis yang membedakannya dengan kedua berkas cahaya tersebut

Interferogram adalah nama format sinyal diakuisisi oleh spektrometer FT-IR. Hal ini

biasanya jauh lebih kompleks daripada mencari sinusoida tunggal, yang akan diharapkan jika

hanya satu panjang gelombang cahaya hadir. Pada gambar menunjukkan jalan balok dari dua

sumber panjang gelombang; Gambar 4 adalah interferogram dari sumber cahaya broadband.

Lonjakan besar di tengah Gambar. 4 iadalah tanda tangan tanda dari suatu sumber broadband.

Asal terletak pada fakta bahwa semua panjang gelombang berada dalam fase di ZPD. Oleh

karena itu, kontribusi mereka semua di maksimum dan sinyal sangat kuat dihasilkan oleh

detektor sistem. Sebagai perbedaan jalur optik, OPD, tumbuh, panjang gelombang yang

berbeda menghasilkan pembacaan puncak pada posisi yang berbeda dan, untuk sinyal

broadband, mereka tidak pernah lagi mencapai puncaknya pada waktu yang sama. Dengan

demikian, seperti yang Anda menjauh dari centerburst, interferogram menjadi sebuah

kompleks mencari sinyal berosilasi dengan menurunnya amplitudo.

Suatu jenis interferogram yang mana tinggi bagian signal yang dihasilkan ketika

kedua kaca diletakkan sama jauh dari pemisah berkas cahaya, ketika gangguan yang merusak

diantara kedua cermin tersebut bernilai nol, dan disebut sebagai pusat masalah. Intensitas

mulai menjauh secara cepat dari ini, menuju gangguan. Ini disesuaikan dengan menggunakan

komputer, kedalam daerah frekuensi untuk mengetahui operasi matematika yang dikenal

sebagai Fourier transformation (karenanya lebih dikenal dengan nama Fourier transform

infrared spectrophotometer). Suatu hasil spektrum inframerah yang ditunnjukkan secara

konvensional

METODE

Sampel tanah diambil dari lokasi taman bunga dan hutan di Lincoln, UK area. Peta

lokasi direkam secara akurat untuk setiap lokasi. Pada setiap lokasi dilakukan transect

penggunaan pita ukuran dan sampel dibawa ke kedalaman 10 cm sepanjang transect interval

50 cm. Lima sampel diambil dari setiap situs dan label a-e. Sampel dalam keadaan kering

diikuti oleh penghapusan batu dan vegetasi oleh ATR. Perlakuan sampel dilakukan dengan

sieving (2 mm), grinding dan akhirnya sieving lagi (125 m). Sampel diukur secara langsung

pada aksesori Golden Gate dilemahkan Total-internal refleksi (ATR) yang bertempat di

Perkin-Elmer dengan spektrum 100 Fourier Transform inframerah spektrometer (FTIR).

Setelah rekaman spektrum tanah telah dihapus dari ATR dan lensa dibersihkan dengan

methanol, dilakukan pengaturan instrumen yang digunakan adalah 128 scan, resolusi 4 cm-1,

berkisar 4000-400 cm-1.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Gambar. 1 Menunjukkan spektrum yang diperoleh untuk lokasi sampling yang berbeda di

lokasi bedeng bunga yang sama. Spektrum dinormalisasi dengan skala baris terhadap total

konstan. Dari pra-teknik pemrosesan yang tersedia ini normalisasi sederhana terpilih sebagai

spektrum baku menunjukkan sedikit variasi di daerah dasar menunjukkan bahwa variasi

terlihat dalam spektrum mereplikasi terutama disebabkan oleh variasi dalam jumlah bahan

sampel pada lensa berlian ATR. Wilayah yang paling menarik dari spektrum adalah daerah

sidik jari dan analisis multivariat sehingga dari data dilakukan pada daerah spektral 1800-400

cm-1. Hal ini juga mengakibatkan satu set data yang lebih kecil yang secara signifikan

dipercepat waktu pemrosesan.

Gambar 1. Normalised spektrum untuk sampel yang diambil di lokasi sampling yang berbeda

di lokasi taman bunga yang sama.

PCA pemisahan spektra menunjukkan petak bunga dari ae lokasi di plot PC 1/2 skor (Gbr.2).

Situs dan b yang sangat berkorelasi dengan nilai-nilai positif dari PC1 sedangkan situs d

berkorelasi dengan nilai negatif dari PC1 dan berkorelasi negatif dengan situs dan b. Situs

dan c menunjukkan korelasi positif dengan nilai-nilai positif dari PC2 dan situs b dan e

berkorelasi dengan nilai negatif dari PC2. PC beban plot (Gbr.3) menunjukkan bahwa nilai-

nilai positif PC1 berhubungan dengan 400-550 daerah spektral, 900-1.050 cm-1 dan nilai-nilai

negatif yang terkait dengan region 1150-1550 cm-1 yang meliputi puncak pada sekitar 1.430

cm-1. PC2 memiliki nilai-nilai positif yang berkaitan dengan, daerah 550-675, 800-850 cm-1

dan 1600-1750 cm-1 dan nilai-nilai negatif dengan wilayah 1.050-1.150 cm-1. Daerah ini

menunjukkan perubahan spektroskopi yang tampaknya dikaitkan dengan lokasi pengambilan

sampel yang berbeda dari berbagai situs. Hal ini menunjukkan bahwa dimungkinkan untuk

membedakan antara tanah dari situs yang sama tetapi dari lokasi yang berbeda.

Fig.3. PC1/2 loadings plot with spectra from flowerbed sampling locations a-e.

Untuk mengetahui variasi antara berbagai jenis situs, data dari situs bedeng bunga

digabungkan dengan data yang sama ditetapkan dari situs hutan. Data dari hutan set juga

menunjukkan bahwa model PC dapat digunakan untuk membedakan antara lokasi

pengambilan sampel di lokasi yang sama menunjukkan pemisahan ulangan dari sampling

lokasi ae dalam plot PC1 / 2 skor. PCA dari data gabungan memberikan pemisahan dua situs

PCA_1_Axis_2 vs. PCA_1_Axis_1

PCA_1_Axis_2151050-5-10-15-20-25-30-35-40-45

PC

A_1

_Axi

s_1

30

25

20

15

10

5

0

-5

-10

-15

-20

-25

-30

-35

-40

-45

-50

-55

-60

FW1a

FW1b

FW1c

FW1d

FW1e

W1a

W1b

W1cW1d

W1e

di plot PC1 / 2 skor (gambar 4). Contoh individu yang digunakan adalah sampel spektrum

lokasi rata-rata dan itu menunjukkan bahwa lokasi bedeng bunga menunjukkan

pengelompokan yang baik. Lokasi hutan yang jauh lebih luas menyebar. Hal ini tampaknya

sebagian besar disebabkan b situs yang paling dekat dengan contoh bedeng bunga pada PC1

dan juga individual didiskriminasikan dari contoh-contoh lainnya (bedeng bunga dan hutan)

di sepanjang

PC2. Plot beban untuk PC2 mengungkapkan nilai-nilai negatif PC2 berhubungan dengan

daerah 700-800 cm dan 1.050-1.200-1. W1B memiliki absorbansi lebih tinggi dalam fitur

spektral ditunjukkan dalam daerah. Hal ini perlu diteliti sebagai outlier potensial.

BAB III

KESIMPULAN

Berdasarkan pengidentifikasian yang telah dilakukan menunjukkan bahwa prosedur

sederhana menggunakan ATR-FTIR tampaknya cukup sensitif untuk mendeteksi perbedaan

spektral antara sampel yang diambil dari lokasi yang berhubungan dengan lokasi

pengambilan sampel dalam situs. Hal ini ditunjukkan untuk dua lokasi yang berbeda. Analisis

spektrum dari lokasi yang berbeda menunjukkan bahwa pemisahan yang lebih baik dicapai

antara lokasi meskipun contoh yang digunakan disini menunjukkan bahwa perawatan harus

diambil dengan outlier. Ini hanya merupakan satu set data yang kecil tapi menunjukkan

bahwa dimungkinkan untuk membedakan antara jenis tanah untuk penyelidikan forensik.

Pekerjaan lebih lanjut akan berkonsentrasi pada peningkatan jumlah situs sampel dan lokasi

untuk menciptakan sebuah model representatif untuk jenis tanah yang ditemukan di wilayah

Lincoln. Sebuah model klasifikasi akan dibuat dengan data ini.

DAFTAR PUSTAKA

Arherthon, T., dkk., 2010, The Forensic Analysis of Soil by FTIR with Multivariate Analysis, 1-5.

Luntz, L., 1997, History of Forensic Dentistry, The Dental Clinics of North America, 2(3):6.

Standish, S., M., 1997, The Scope of Forensic, The Dental Clinics of North America, 21(1):3.