I. Spektrofotometer Infra Reda. Teori Dasar

Pada spektrofotometer IR meskipun bisa digunakan untuk analisa kuantitatif, namun biasanya lebih kepada analisa kualitatif. Umumnya spektrofotometer IR digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsi pada suatu senyawa, terutama senyawa organik. Setiap serapan pada panjang gelombang tertentu menggambarkan adanya suatu gugus fungsi spesifik. Dasar Spektroskopi Infra Red 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 :

Gerak Translasi, yaitu perpindahan dari satu titik ke titik lain. Gerak Rotasi, yaitu berputar pada porosnya, dan 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 frekuensi 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.

Prinsip dari spektrofotometer IR adalah ketika suatu molekul dari suatu senyawa diberikan energi radiasi inframerah, maka molekul tersebut akan mengalami vibrasi dengan syarat energi yang diberikan terhadap molekul cukup untuk mengalami vibrasi. Macam macam vibrasi ada 2 yaitu ada vibrasi regangan atau sterching dan vibrasi bending. Vibrasi streching ada dua tipe yaitu streching asimetris dan stretching simetris. Perbedaannya, streching simetris merupakan perubahan panjang ikatan menjadi lebih panjang atau lebih pendek namun tidak menyebabkan perubahan momen dipol (momen dipol 0) sehingga tidak

IR aktif. Streching bending merupakan perubahan sudut ikatan yang pasti menyebabkan perubahan momen dipol sehingga IR aktif. Ada 4 tipe vibrasi bending yaitu vibrasi goyangan (rocking), vibrasi guntingan (scissoring), vibrasi pelintiran (twisting), dan vibrasi kibasan (wagging).

b. Parameter Kualitatif

Sektrofotometer IR dapat digunakan untuk mengidentifikasi suatu senyawa yang parameter kualitatif pada spektrofotometer IR adalah bilangan gelombang dimana muncul akibat adanya serapan oleh gugus fungsi yang khas dari suatu senyawa.

Daerah 4000-1500 cm-1 berguna untuk identifkasi gugus fungsional. Daerah ini menunjukkan absorbsi yang disebabkan oleh vibrasi regangan, sedangkan daerah antara 1000-1500 cm-1 seringkali sangat rumit, karena vibrasi regangan maupun bengkokan mengakibatkan absorbsi yang beragam, sehingga daerah tersebut sering juga disebut sebagai daerah sidik jari (fingerprint region). Daerah finger print ini untuk setiap senyawa tidak akan ada yang sama sehingga merupakan identias dari suatu senyawa. Berikut adalah contoh serapan yang khas dari beberapa gugus fungsi :

c. Parameter KuantitatifSpektrofotometer IR dapat digunakan dalam analisis secara kuantitatif jika

dihubungkan atau dilanjutkan analisis dengan bantuan dari instrumentasi lain misalnya GC-MS, MS, dan sebagainya. Biasanya spektrosfotometer IR digunakan sebagai analisis kuantitatif yaitu dalam menentukan indeks kemurnian yaitu seberapa besarkah sampel yang dianalisis jika spektrum IR sampel dibandingkan dengan spektrum IR baku pembanding atau reference standard dari sampel yang dianalisis.

d. Komponen Alat Spektrofotometer1. Sumber radiasi.Prinsipnya sumber radiasi IR dipancarkan oleh padatan lembam yang dipanaskan sampai pijar dengan aliran listrik. Ada 3 macam sumber radiasi yaitu :- Globar source : tabung silica carbida dengan ukuran diameter 5mm dan panjang 5cm.- Nernst Glower : senyawa-senyawa oksida.- Tungsten Filament Lamp : untuk analisis dengan nir-IR.- Incandescent Wire : merupakan lilitan kawat nikrom.Pada sistim optik FTIR 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.2. Sampel kompartemen.Cuplikan atau sampel yang dianalisis dapat berupa cairan, padatan atau pun gas. Karena energi vibrasi tidak terlalu besar sampel dapat diletakan langsung berhadapan dengan sumber radiasi IR. Karena gelas kuarsa atau mortar yang terbuat dari porselene dapat memberikan kontaminasi yang menyerap radiasi IR, maka pemakaian alat tersebut harus dihindari. Preparasi cuplikan harus menggunakan mortar yang terbuat dari batu agate dan pengempaan dilakukan dengan menggunakan logam monel.3. Monokromator.Monokromator merupakan suatu alat yang berfungsi untuk mendispersikan sinar dari sinar polikromatik menjadi sinar monokromatik. Ada dua macam tipe monokromator yaitu monokromator prisma dan monokromator gratting (kisi difraksi). Monokromator IR terbuat dari garam NaCl, KBr, CsBr, atau LiF. Monokromator celah berfungsi untuk lebih memurnikan radiasi IR yang drai cuplikan sehingga masuk ke dalam rentang bilangan gelombang yang dikehendaki. Monokromator prisma yang terbuat dari bahan garam anorganik berfungsi sebagai pengurai dan pengarah radiasi IR menuju detektor. Monokromator prisma terbuat dari hablur NaCl yang paling banyak digunakan sebab memberikan resolusi radiasi IR terbaik dibandingkan dengan yang lainnya. Prisma leburan garam-garam bromida pada umumnya dipakai sebagai resolusi radiasi IR jauh sedangkan garam fluorida untuk radiasi sinar IR dekat. Monokromator yang umum digunakan adalah monokromtor kisi difraksi atau gratting. Kisi difraksi terbuat dari bahan gelas atau palstik yang tertoreh dengan halus permukaannya dan terlapisi oleh kondensasi uap aluminium. Jenis monokrotaor kisi difraksi sudah banyak digunakan pada spektrofotometer IR yang modern. Keunggulannya memberikan resolusi yang lebih bagus dengan dispersi yang surambung lurus, disamping itu tetap menjaga keutuhan radiasi IR menuju detektor. Kelemahannya adalah timbulnya percikan radiasi IR pada monokromator kisi difraksi. Hal ini diusahakan dengan memakai monokromator ganda yang merupakan kombinasi dari monokromator prisma dan monokromator kisi difraksi.4. DetektorBerfungsi mengubah sinyal radiasi IR menjadi sinyal listrik. Selain itu detektor dapat mendeteksi adanya perubahan panas yang terjadi karena adanya pergerakan molekul. Detektor spelktrofotometer yang bersifat menggandakan elektron tidak dapat dipakai pada spektrofotometer IR sebab radiasi IR sanngat lemah dan tidak dapat melepaskan elektron dari katoda yang ada pada system detektor. Ada tiga tipe detektor yang dapat digunakan pada spektrofotometer IR, yaitu :- Thermal transducer : terdiri dari dua logam bercabang dimana suhu tergantung pada

potensialnya. Intrumen yang menggunakan detektor ini harus disimpan pada tempat yang ber-AC atau bersuhu konstan karena dapat dipengaruhi oleh suhu sehingga dapat terjadi kesalahan dalam mendeteksi suatu senyawa. Responnya lambat sehingga jarang digunakan.

- Pyroelectric transducer : berupa kristal cairan dari triglisin sulfat (TGS) dimana temperatur dipengaruhi oleh polaritas senyawa. Memiliki respon yang cepat dalam menganalisis suatu senyawa.

- Photoconducting transducer : terbuat dari bahan semikonduktor seperti timbal sulfida, eaksa telurida, dan cadmium telurida, indium antimonida. Harus menggunakan pendingin gas nitrogen sehingga responnya cepat.

Detektor yang digunakan dalam Spektrofotometer FTIR adalah TGS (Tetra Glycerine Sulphate) atau MCT (Mercury Cadmium Telluride). Detektor MCT lebih banyak digunakan karena memiliki beberapa kelebihan dibandingkan detektor TGS, yaitu memberikan respon yang lebih baik pada frekuensi modulasi tinggi, lebih sensitif, lebih cepat, tidak dipengaruhi oleh temperatur, sangat selektif terhadap energi vibrasi yang diterima dari radiasi infra merah.5. Amplifier/penguat dan read out. Penguat dalam sistem optik spektrofotometer IR sangat diperlukan karena sinyal radiasi IR sangat kecil atau lemah. Penguat berhubungan erat dengan derau instrumen serta celah monokromator, jadi keduanya harus diselaraskan dengan tujuan mendapatkan resolusi puncak spektrum yang baik dengan derau maksimal. Sedangkan pencatat atau read out harus mampu mengamati spektrum IR secara keseluruhan pada setiap frekuensi dengan seimbang. Rentang bilangan gelombang 4000cm-1 sampai 650cm- 1 dalam keadaan normal harus dapat teramati dalam selang waktu 10 – 15 menit. Untuk maksud pengamatan pendahuluan selang waktu tersebut dapat dipersingkat ataupun diperlambat untuk mendapatkan hasil resolusi puncak spektrum IR yang baik.