pendahuluan analisis spektroskopi

13/04/2023 KULIAH KA IIIB-1 1

1

13/04/2023 KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI 2


TEKNIK SPEKTROSKOPIAdalah analisis fisiko kimia yang membahas tentanginteraksi Radiasi Elektromagnetik ( REM ) dengan materi ( atom dan molekul )

SPEKTROSKOPI ATOM &SPEKTROSKOPI MOLEKUL

KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI

13/04/2023 4

Erasal dari kata

Berasal dari kata: kimia & spektrum Spektrum = gambaran antara intensitas

radiasi (REM) yang dipancarkan (emisi), diserap (absorpsi) maupun yang dihamburkan(scattering) oleh sampel terhadap jumlah energi foton(panjang gelombang; frekuensi)


13/04/2023 5

Menggunakan spektrum atau beberapa aspek spektrum untuk :–menentukan spesi kimia – Untuk menyelidiki interaksi spesi kimia

dengan REM


13/04/2023 6

Dapat melibatkan pengukuran optik secra langsung energi foton yang dipancarkan atau diteruskan

Pengukuran secara tidak langsung kuantitas optik yang dikaitkan dengan penyerapan energi foton

Misal: jumlah ion-ion yang dikaitkan dengan energi kinetik yang dihasilkan oleh serapan dapat dimonitor & di plot sebagai fungsi panjang gelombang untuk memperoleh spektrum


13/04/2023 7KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI

13/04/2023 8

RADIASI ELEKTROMAGNET (REM) Merupakan bentuk energi radiasi yang menunjukkan sifat

dualisme sebagai gelombang & sebagai partikel ditinjau dari medium perambatanya gelombang dibedankan

menjadi dua, yaitu gelombang mekanik yang butuh medium untuk perantara,

dan gelombang elektromagnetik yang tidak butuh medium

perantara. Gelombang merupakan rambatan energi dari sumber getar

yang merambat tanpa disertai perpindahan partikelnya. Fenomena ini ditunjukan pada peristiwa gelombang

permukaan air, gelombang pada tali, gelombang radio, dan sebagainya.


13/04/2023 9

Sifat-Sifat GelombangUntuk gelombang mekanik maupun

gelombang elektromagnetik, mempunyai 4 (empat) sifat dasar, di antaranya adalah :

pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), pembelokan (difraksi), dan penggabungan (interferensi).


13/04/2023 10

Pemantulan (refleksi) Gelombang


13/04/2023 11

Pembiasan (refraksi) Gelombang


13/04/2023 12

Pembelokan (difraksi) Gelombang

Gelombang lurus akan merambat keseluruh medium dalam bentuk secara lurus juga.

Jika gelombang dilewatkan penghalang/

rintangan berupa celah sempit maka gelombang yang datang akan dibelokan setelah melewati celah tersebut.

Pembelokan gelombang karena adanya penghalang berupa celah sempit disebut difraksi gelombang.


13/04/2023 14

Penggabungan (interferensi) Gelombang

Dua gelombang yang bertemu pada suatu titik akan mengalami interferensi.

Ada 2 macam interferensi gelombang :– Interferensi destruksi maksimum (saling meniadakan) ,

terjadi jika kedua gelombang yang bertemu fasenya berlawanan.

– Interferensi konstruktif maksimum (saling memperkuat) terjadi jika kedua gelombang tersebut memiliki fase yang sama.


13/04/2023 16

Hipotesis de Broglie :

Pertikel yang bergerak memiliki sifat gelombang. Fakta yang mendukung teori ini adalah petir dan kilat.Pernahkan Anda mendengar bunyi petir dan melihat kilat ketika hujan turun? Manakah yang lebih dulu terjadi, kilat atau petir?

Kilat akan lebih dulu terjadi daripada petir. Kilat menunjukan sifat gelombang berbentuk cahaya, sedangkan petir menunjukan sifat pertikel berbentuk suara.Hipotesis de Broglie dibuktikan oleh C. Davidson an LH Giermer (Amerika Serikat) dan GP Thomas (Inggris).


13/04/2023 17

KONSEP DASAR REM1.Al Haitsam:Kita dapat melihat suatu benda karena benda tersebut memantulkan cahaya. Dalam bahasa Arab cahaya dikenal sebagai An noor dan konsep ini telah dikenal sekitar abad ke X.

2.Sir Isaac Newton : Cahaya merupakan zarrah-zarrah atau partikel yang sangat kecil yang dipancarkan kesegala penjuru dengan kecepatan tinggi dan merupakan suatu paket energi ( foton ).

3.Christian Huygens : Cahaya merupakan pancaran gelombang yang merambat keseluruh penjuru dengan kecepatan yang tinggi.


13/04/2023 18

4. James Clark Maxwell : Cahaya secara fisis merupakan gelombang elektromagnetik artinya mempunyai vektor listrik dan vektor magnetik dimana keduanya saling tegak lurus dengan arah rambatannya.


13/04/2023 19

Max Planck

Max Planck mencoba menerangkan radiasi karakteristik yang dipancarkan oleh benda mampat,yang menunjukan sifat partikel dari gelombang.

Radiasi yang dipancarkan setiap benda terjadi secara tidak kontinyu (discontinue) dipancarkan dalam satuan kecil yang disebut kuanta (energi kuantum).


http://www.e-dukasi.net/mol/mo_full.php?moid=70&fname=

http://www.e-dukasi.net/mol/mo_full.php?moid=70&fname=

13/04/2023 20

Jadi : E = h.V

E = Energi kuantumh = Tetapan Planck = 6,626 x 10-34 J.sV = Frekuensi

Planck menganggap hawa energi elektromagnetik yang diradiasikan oleh benda, timbul secara terputus-putus walaupun penjalarannya melalui ruang merupakan gelombang elektromagnetik yang kontinyu.


13/04/2023 21

Einstein

Einstein menerangkan efek fotolistrik, yaitu REM terdiri dari partikel diskrit yang disebut foton, yang memiliki energi tertentu dan berjalan melewati ruang dengan kecepatan cahaya

E = hν Sifat dualisme cahaya dapat menjelaskan

sifat elektron dan sifat REM


13/04/2023 22

Electromagnetic WavesEM waves can be produced by an antenna, which is just some kind of wire that is connected to an ac source. The ac source produces oscillating + and - charges which set up electric field (due to the separation of charge) and a magnetic field (due to the current in the wire).

Note that the electric and magnetic fields are perpendicular to each other. This field begins to move away from the antenna and in a little while the ac source has caused the situation to reverse.


13/04/2023 23

Panjang gelombang

Amplitudo

Komponen listrik

Komponen magnet

Arah penjalaran gelombang


13/04/2023 24

E = hn = hc/ l = hcnE = hn = hc/ l = hcn

Adalah pemindahan dan penerusan energi dalam ruang dengan kecepatan tinggi sekali

Radiasi mempunyai bentuk :

cahaya tampak, panas, sinar X, gelombang mikro, gelombang radio dsb


13/04/2023 25

A. SIFAT GELOMBANG

DAPAT DILUKISKAN DG VEKTOR MEDAN LISTRIK E & VEKTOR MEDAN MAGNIT H YG TEGAK LURUS SATU SAMA LAINNYA DAN KE 2 VEKTOR ITU TEGAK LURUS PD ARAH RAMBATANNYA

B. SIFAT PARTIKEL :

CAHAYA TERJADI DARI RANGKAIN PARTIKEL (FOTON) /KUANTUM

HUBUNGAN E KUANTUM DG FREKUENSI DINYATAKAN OLEH

HUKUM PLANCK

E = hn = hc/ l = hcnE = hn = hc/ l = hcn


13/04/2023 27

RADIASI GELOMBANG MONOKROMATIS

Persamaan energi gelombang

E = hn = hc/ l = hcnE = hn = hc/ l = hcn E = energi radiasih = konstanta Plank ( 6.63 x 10-34J.s )c = kecepatan radiasi ( 2.99792 x 10 10 cm/s )l = panjang gelombang( nm ) v = frekuensi ( Heartz) v = bilangan gelombang (cm-1)KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI

13/04/2023 28

= panjang gelombang = jarak antara 2 puncak atau 2 lembah

Bilangan gelombang = jumlah gelombang pada satuan panjang & merupakan kebalikan

dari panjang gelombang

Kec. Gerak gelombang = C

Jumlah gelombang yang datang pada satu titik dalam satuan waktu dinamakan frekuensi (Hertz)

= 1/ dan C/n =

C = kecepatan cahaya dalam vakum ( 2.99792 x 10 10 cm/s )n = indeks refraksi (perbandingan kec cahaya dalam vakum

terhadap kec cahayan dalam medium ybs)



RADIASI ELEKTROMAGNETIK ( R E M )

13/04/2023 30

PEMBAGIAN SPEKTRUM ELEKTROMAGNETIK

Macam Sinar Panjang(Satuan biasa)

Gelombang( m)

Frekuesi (Hz)

BilanganGelombang(cm-1)

Sinar X 10-2-102 Ao 10-12- 10-8 1020-1016

Far UV 10-200 nm 2.10-8- 10-7 1016-1015

Near UV 200-400 nm 2.10-7- 4.10-7 1015-7,5.1014

Sinar tampak 400-750 nm 4.10-7- 7,5.10-7 7,5.1014-4.1014 25000-13000

Near IR 0,75-2 um 7.10-7- 2,5.10-6 4.1014-1,2.1014 10000-4000

Mid IR 2,5-50 um 2,5.10-6- 5.10-5 1,2.1014-6.1012 4000-200

Far IR 50-1000 um 5.10-5-10-3 6.1012-1011 200-10

Gel.mikro 0,1-100 cm 10-3-1 1011-108 10-10-2

Gel.radio 1-1000 m 1-103 108-105



COMPLEMENTARY COLOR

13/04/2023 32

Absorpsi :

energi elektromagnetik ditransfer pada atom/molekul sampel partikel pengabsorpsi dari keadaan normal

ke keadaan tereksitasi

M + h → M*

M = partikel pengabsorbsi (atom, molekul)

M* = partikel dalam keadaan tereksitasi


13/04/2023 33

1. Energi Translasi ( Et )

2. Energi Rotasi ( E r )

3. Energi Vibrasi ( Ev )

4. Energi Elektronik ( Ee )

>>E


13/04/2023 34

Adalah energi kinetik atom / molekul yang disebabkan oleh perpindahan atom / molekul tersebut dari satu tempat ke tempat lain dalam ruang. Perubahan kuantum pada tingkat energi translasi adalah tidak penting.

X

Y

Z

X’

y’

z’


13/04/2023 35

Adalah energi kinetik molekul yang disebabkan oleh rotasi molekul pada sumbu yang melalui titik berat molekul.


13/04/2023 36

Adalah energi kinetik dan energi potensial molekul yang disebabkan oleh gerakan vibrasi gugus-gugus molekul terhadap atom pada kerangka molekul.Dikenal sembilan macam jenis vibrasi.


13/04/2023 37

Gerakan getaran (vibrasi)

Atom dalam suatu molekul dapat dianggap sebgai titik massayang satu dengan lainnya terikat oleh ikatan yang berlaku seperti pegas

Karena molekul tidak kaku, kelenturannya menghasilkan gerakan vibrasi

Tetapan gaya (F) = ukuran energi yang dibutuhkan untuk merentangkan pegas tersebut


13/04/2023 38

Adalah energi atom atau molekul yang disebabkan oleh energi potensial dan energi kinetik dari elektron atom atau molekul tersebut.

R E M

Ground singlet state Singlet exited stateKULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI

13/04/2023 39

Perubahan tk. Energi dalam suatu molekul :

E = E elektronik + E vibr + Erot + Etransl

Setiap perubahan energi = terkuantisasi hanya terjadi dengan harga tertentu

Perubahan energi berlaku :

E elektronik >> E vibr >>Erot >>Etransl


13/04/2023 40

Umur partikel tereksitasi sangat pendek (~10-9 detik)

Energi yang terabsorbsi dapat diubah menjadi btk energi lain, misalnya panas

M* → M + panas

Perubahan terjadi bbrp saat setelah memancarkan kembali sinar yg sama

mis :pendar fluor (fluoresensi) & pendar fosfor (fosforesensi)


13/04/2023 41

Bila suatu zat dipanaskan E kinetik >>> terjadi proses kebalikan dari absorbsi energi energi listrik (energi kimia) diubah jadi radiasi elektromagnetik EMISI

Penynaran suatu zat oleh REM tertentu sbbkan perubahan energi ttt

Macam radiasi Perubahan kuantum Macam spektroskopi

Sinar X Elektron kulit K&L Abs atau emisi sinar X

Far UV Elektron pada kulit di tengah

Absorbsi UV

Near UV Elektron valensi Absi,emisi, fluoresensi

Sinar tampak (VIS) Elektron valensi Absi,emisi, fluoresensi

Near & Mid IR Vibrasi molekul Absorbsi IR

Far IR Rotasi + vibrasi molekul Absorbsi IR

Gelombang mikro Rotasi spin elektron ESR(electron spin rest)i

Gelombang radio Spin dibawah pengaruh medan magnit

NMR(Nuclear Magnetic resonance)


13/04/2023 43

TEKNIK SPEKTROSKOPIAdalah analisis fisiko kimia yang membahas tentanginteraksi Radiasi Elektromagnetik ( REM ) dengan materi (molekul )

PERPINDAHAN ELEKTRON &

PENGELUARAN E ROTASI & VIBRASI


13/04/2023 44

1. Energi Translasi ( Et )

2. Energi Rotasi ( E r )

3. Energi Vibrasi ( Ev )

4. Energi Elektronik ( Ee )

>>E


13/04/2023 45

Ev & Ee banyak memberikan informasi pada spektrofotometri

Er hanya sedikit memberikan informasi pada spektrofotometri IR

Et tidak memberikan informasi apapun dalam spektrofotometri

Hamburan menghasilkan spektrofotometri raman & non spektrofotometri (turbidi & neflometri)


13/04/2023 46

Interaksi REM – materi dapat: Melibatkan transisi diantara keadaan energi

(absorpsi & emisi) Tidak melibatkan transisi diantara keadaan

energi, tetapi hanya karena perubahan sifat optik radiasi (arah dan polarisasi)

Interaksinya seringkali berkaitan dengan sifat ruah sampel, bukan sifat kimianya

Misal: refleksi; refraksi; difraksi dan hamburan


13/04/2023 48

MODEL ATOM / MOLEKUL


13/04/2023 50

Setiap molekul mempunyai jumlah elektron tertentu

Elektron menempati berbagai orbital molekul secara berpasangan

Azas Pauli: Kedua elektron yang menempati setiap

orbital molekul secra berpasangan mempunyai spin dengan arah berlawanan

Sehingga setiap molekul tidak punya sisa spin elektron (net electron spin)


13/04/2023 51MF = 2 | s | + 1 = 1

Tk.Energi elektron singlet


13/04/2023 52

Tk Energi elektron singlet

Tidak terorientasi terhadap medan magnit Bersifat diamagnetik Tk. Energi elektron singlet pada keadaan

dasar (Singlet Ground state) bila dikenai REM akan mengalami eksitasi (Singlet excited state)


13/04/2023 53

MF = 2 | s | + 1 = 1

Tidak berpasangan dengan 1 elektron pasangannya yang masih ada pada keadaan dasar


13/04/2023 54

MF = 2 | s | + 1 = 3

Tk. E elektron molekul yg spinnya sama (tdk berpasangan)


13/04/2023 55

Molekul terorientasi terhadap medan magnet

Bersifat paramagnetik Suatu radikal bebas yang hanya punya satu

elektron & tk. Energi = doublet excited satate), sifatnya = elektron triplet terhadap medan magnet


13/04/2023 56

Simplified Energy Level Diagram

E Electronic Levels (2)

Vibrational Levels (4)

Rotational Levels (5)



SPEKTRUM ABSORBSI ELEKTRONIK SEDERHANA

13/04/2023 58

Eksitasi dari tingkat singlet ground state (So) ke singlet excited state (S1) atau

Eksitasi dari tingkat singlet ground state (So) ke triplet excited state(Tn)

Sangat mendukung spektrofotometri UV-Vis & spektrofluoresensi, fosforesensi

Tingkat energi elektron doublet sama sekali tidak memberikan informasi yang berarti



DISTRIBUSI ELEKTRON DAN p DALAM ORBITAL MOLEKUL


DIAGRAM EKSITASI ELEKTRONIK PADA SPEKTROSKOPI MOLEKUL


INTERAKSI REM DENGAN MOLEKUL

13/04/2023 KULIAH KA IIIB-1 6363

(LOD)


PERBANDINGAN KINERJA KOMPONEN DAN MATERIAL PADA INSTRUMEN SPEKTROSKOPI

pendahuluan analisis spektroskopi

Documents