spektrofotometri infra merah ii

S T A T E P O L Y T E C H N I C O F S R I W I J A Y A Chemical Engineering Department

Kimia Analitik Instrument ( Spektrofotometer Infra Merah II )

SPEKTROFOTOMETRI INFRA MERAH (IR) II

1. TUJUAN PERCOBAAN

Setelah melakukan percobaan ini, mahasiswa diharapkan mampu:

- Menjelaskan teori mengenai spektrofotometri infra merah.

- Mengoperasikan peralatan spektrofotometri infra merah dengan baik dan benar.

- Menganalisi suatu senyawa kimia dengan menggunakan peralatan Spektrofotometri

Infra Merah.

2. ALAT YANG DIGUNAKAN

- Seperangkat alat Spektrofotometri Infra Merah

3. GAMBAR ALAT (TERLAMPIR)

4. BAHAN YANG DIGUNAKAN

- KBr

- Asam Benzoate

5. DASAR TEORI

Radiasi eletromagnetik ialah energi yang dipancarkan menembus ruang dalam

bentuk gelombang-gelombang. Yang termasuk radiasi elektromagnetik antara lain:

gelombang radio, sinar infra merah, sinar tampak, sinar ultra violet dan sinar X. Setiap

jenis radiasi elektromagnetik dicirikan oleh panjang gelombangnya (wavelenght), yaitu

jarak antara suatu puncak panjang gelombang dengan puncak berikutnya. Panjang

gelombang infra merah adalah 10-4 sampai 10-2 cm. Radiasi elektromagnetik dapat

dicirikan juga oleh frekuensinya, yang didefinisikan banyaknya getaran per detik.

Biasanya, spektrum infra merah dialurkan dengan % T sebagai koordinat, dan sering

dengan bilangan gelombang (u, cm-1) sebagai absis. Hal ini disebabkan energi sinar (E)

berbanding lurus, baik frekuensi (u) maupun dengan bilangan panjang gelombang (u).



E=hu=hc / λ = hcuFrekuensi sinar (v) dapat dikaitkan dengan frekuensi getaran molekul. Inti-inti atom

yang berikatan oleh ikatan kovalen mengalami getaran (vibrasi) atau osilasi, yang serupa

dengan dua bola yang terikat oleh suatu pegas. Bila molekul menyerap radiasi infra

merah, energi yang diserap menyebabkan kenaikan dalam amplitudo getaran-getaran

atom-atom yang terikat. Jadi, molekul berada dalam keadaan vibrasi tereksitasi (excited

vibrational state) energi yang diserap ini akan dilepaskan dalam bentuk panas bila

molekul itu kembali ke keadaan dasar. Panjang gelombang absorbsi oleh suatu jenis

ikatan tertentu, bergantung pada macam getaran dari ikatan tersebut. Oleh karena itu,

type ikatan yang berlainan (C-H, C-C, O-H) dan sebagainya menyerap radiasi infra merah

pada panjang gelombang yang berlainan.

Suatu ikatan dalam sebuah molekul dapat menjalin berbagai macam osilasi. Hal ini

menyebabkan suatu ikatan tertentu dapat menyerap energi lebih besar dari satu panjang

gelombang. Misalnya suatu ikatan O-H menyerap energi radiasi em pada kira-kira 3300

cm-1 energi pada panjang ini akan menyebabkan kenaikan vibrasi ulur (stretch vibration)

ikatan pada panjang gelombang inikenaikan vibrasi tekukan (bending vibration). Jenis

vibrasi yang berbeda-beda ini desebut cara fundamental vibrasi (fundamental mode of

viration).

Banyaknya energi yang diserap juga beraneka ragam dari suatu ikatan ke ikatan

yang lain. Hal ini disebabkan oleh perubahan momen ikatan pada saat diserap. Ikatan non

polar seperti C-H dan C-C menyebabkan absorbsi lemah. Ikatan polar seperti C=O

menunjukkan absobsi yang kuat.



Rangkaian alat spektrofotometri infra merah

Instrument yang digunakan untuk mengukur absorbsi radiasi infra merah pada

berbagai gelombang disebut spektrometer infra merah, dengan skema seperti gambar

berikut ini:

1 2 3 4 5 6Keterangan:

1. Sumber radiasi

2. Sampel kompartemen

3. Monokromator

4. Detector

5. Amplier atau penguat

6. Rekorder

Pada gambar diatas terlihat sumber sinar memancarkan siar infra merah pada lebih

dari satu panjang gelombang. Sinar sumber ini di pecah oleh system cermin menjadi dua

berkas sinar, yaitu berkas rujukan (reference) dan berkas cuplikan (sampel). Setelah

masing-masing cuplikan melewati sel rujukan (pelarut murni, jika pelarut itu digunakan

dalam cuplikan tidak mengandung pelarut) dan sel cuplikan, kedua berkas ini

digabungkan kembali dalam pemenggal (chopper, suatu cermin) menjadi satu berkas

yang berasal dari kedua berkas itu, yang berselang-seling.

Berkas berselang-seling itu difraksi oleh suatu kisi, sehingga berkas itu terpecah

menurut panjang gelombangnya. Detektor mengukur beda intensitas antara kedua

macam berkas itu pada tiap-tiap panujang gelombag dan meneruskan informasi inike

rekorder (perekam), akhirnya menghasilkan spektrum infra merah.



Pita-pita infra merah dalam sebuah spektrum dapat dikelompokkan menurut

intensitasnya: kuat (strong, s); sedang (medium); dan lemah (weak). Suatu pita lemah

yang bertumpang tindih dengan suatu pita kuat disebut bahu (sholder, sh). Istilah-istilah

ini relative dan bersifat kuantitatif.

Peta korelasi

Peta korelasi adalah semacam daftar secara singkat memberikan julat-julat

frekuensi serapan infra merah yang kemungkinan suatu gugus fungsi akan menyerap.

Berdasarkan peta korelasi ini dapat dilakukan perkiraan jenis-jenis gugus fungsi, atau ada

tidaknya gugus fungsi tertentu dalam suatu molekul bila spektrum molekul ini diketahui.

Langkah diatas hanya untuk tahap pertama saja mengindentifikasi suatu molekul. Untuk

tahap selanjutnya, dibutuhkan data-data yang diperoleh dari peralatan lain, misalnya

NMR, spektrofotometer massa, dan spektroskopi UV.

Sumber Sinar Infra Merah

Pada umumnya, sumber sinar infra merah yang biasa dipakai adalah berupa zat

padat inert yang dipanaskan dengan listrik sehingga mencapai suhu antara 1500-2000oK.

Akibat pemanasan ini akan dipancarkan sinar infra merah yang continue.

Jenis-jenis Sumber Infra Merah

1. Nerst Glower

Terbuat dari campuran oksida unsur lantanida.

2. Globar

Berbentuk batang yang terbuat dari silikom karbida.

3. Kawan Ni-Cr yang dipijarkan

Sumber radiasi untuk instrument ini berbentuk gulungan kawan Ni-Cr yang

dipanaskan dan diletakkan pada tiang keramik. Gulungan kawat tersebut

dipanaskan sampai kira-kira mencapai 1000oC, menghasilkan suatu spektrum

kontinyu dari energy elektromagnetic mencakup daerah dari 4000-2000 cm -1

bilangan gelombang. Energy yang diradiasi oleh sumbe sinar akan dibagi

menjadi dua bentuk kaca sferik M1 dan M2.



Penyiapan Cuplikan untuk Spektrofotometer Infra Merah

Spektrofotometer infra merah dapat digunakan untuk menganalisis cuplikan

yang berupa cairan, zat padat, maupun gas. Cara penyiapan cuplikan dalam bentuk

sel tempat cuplikan harus terbuat daribahan tembus sinar infra merah (tidak boleh

menyerapnya). Bahan demikian itu antara lain ialah NaCl dan Kbr. Cuplikan yang

berbentuk cairan dapat berupa larutan suatu senyawa atau berupa senyawa murni

yang cair (pure and neat liquid).

1. Cuplikan Berupa Larutan

Disini diperlukan pelarut yang mempunyai daya yang melarut cukup

tinggi terhadap senyawa yang akan dianalisis, tetapi tak ikut melakukan

penyerapan didaerah infra merah yang dianalisi. Selain itu, tidak boleh

terjadi reaksi antara pelarut dengan senyawa cuplikan.

Pelarut-pelarut yang biasa digunakan adalah:

a. Carbon Disulfide (CS2)

Untuk daerah spektrum 1330-625 per cm.

b. Carbon Tertachloride (CCl4)

Untuk daerah spektrum 4000-1330 per cm.

c. Pelarut-pelarut polar

Misalnya kloroform, dioksan, dimetil formamida.

2. Cuplikan Berupa Cairan Murni (neat liquid)

Cuplikan murni dipakai bila jumlah cuplikam sedikit sekali atau bila

tidak ditemukan pelarut yang memadai. Dalam hal ini, biasanya setetes

cairan itu diapit dan ditekan diantara dua lempeng hablur NaCl, sehingga

merupakan lapisan yang tebalnya 0,01 mm atau kurang.

Sel infra Merah Untuk Cuplikan Yang Berupa Larutan Atau Cairan

Sel untuk larutan dan cairan terdiri dari dua lempeng yang terbuat

dari bahan tembus infra merah, misalnya hablur NaCl. Diantara kedua

lempeng itu ditempatkan specer, sehingga ada jarak diantara kedua

lempeng itu. Biasanya, jarak itu antara 0,1 – 1 mm. Karena bahan pembuat

sel infra merah harus kebanyakan bersifat higroskopik, maka sel-sel infra



merah harus disimpan dalam desikator dan pengerjaannya dilakukan

dalam ruangan yang udaranya kering (gunakan alat dehumidifier).

3. Cuplikan Padat

Zat padat yang tidak dapat dilarutkan dalam pelarut yang tembus

infra merah, dapat dicampurkan dengan medium cairan yang tembus IR,

sehingga membentuk suatu campuran yang terdiri dari dua fase yang

disebut mull. Cairan yang kerap digunakan adalah nujol dan flouruble.

Selain itu, sampel padatan dapat pula dicampur dengan senyawa garam

anorganik tembus infra merah, misalnya KBr. Campuran itu selanjutnya

dibentuk pelet pipih tembus IR dengan bantuan suatu alat perekam.

4. Cuplikan Gas

Sampel gas ditiempatkan dalam sebuah bejana gelas atau plastik

yang kedua ujungnya ditutup oleh lempengan NaCl atau KBr. Pengisian gas

kedalam bejana itu dilakukan setelah bejana itu divakumkan terlebih

dahulu.

Cara menganalisis Spektrum IR

Dalam usah untuk menganalisis sp. IR suatu senyawa yang tak

diketahui, sebagai pemula harus mengutamakan penentuan ada atau

tidaknya gugus-gugus fungsional utama. Puncak-puncak spektra dari

ikatan C=O, O-H, N-H, C-O, C=C, C≡C dan C≡N adalah puncak-puncak yang

menonjol dan memberikan informasi kemungkinan struktur apabila

ikatan-ikatan tersebut ada didalam senyawa yang diidentifikasi.

Sebagai pemula, dianjurkan untuk tidak menganalisa secara detail terhadap

penyerapan ikatan C-H didekat daerah 3000 cm-1 (3,33µ) karena hampir seluruh senyawa

mempunyai serapan C-H.



Berikut ini 7 (tujuh) langkah-langkah umum sebagai pemula untuk memerikasa pita-

pita serapan tersebut.

1. Apakah terdapat Gugus Karbonil?

Gugus C=O terdapat pada daerah 1820-1660 cm-1 (5,6-6,1µ), puncak ini biasanya

yang terkuat dengan lebar madium dalam spektrum. Serapan tersebut sangat

karateristik.

2. Bila gugus C=O ada, ujilah daftar berikut, bila tidak ada langsung pada nomor 3.

Asam : Apakah ada –OH (asam karboksilat)?

Serapan melebar didekat 3400-2400 cm-1 (biasanya tumpang tindih

dengan C-H yang muncul pada daerah 3000 cm-1.Tumpang tindihnya gugus O-H dengan gugus C-H ini mengakibatkan sulitnya membedakan antara

karboksilat alifatik dan karboksilat aromatik (lihat keterangan langkah 4).

Amida : Apakah ada N-H?

Serapan medium didekat 3500 cm-1 (2,85µ) kadang-kadang puncak

rangkap dengan ukuran yang sama.

Ester : Apakah ada C-O?

Serapan kuat didekat 1300-1000 cm-1 (7,7-10µ).

Anhidrida : Mempunyai dua serapan C=O didekat 1810 dan 1760 cm -1 (5,5 dan

5,7µ).

Aldehida : Apakah ada CH aldehida?

Serapan lemah didekat 1850 dan 2750 cm-1 (3,5 dan 3,65µ) yaitu

disebelah kanan serapan CH.

Keton : Apabila kelima kemungkinan diatas tidak ada, maka spektra tersebut

adalah senyawa keton.



3. Jika tidak terdapat gugus C=O perikasa gugus-gugus fungsional berikut:

Alkohol/Fenol : Adakah gugus O-H?

Gugus O-H merupakan puncak dengan serapan kuat dan lebar

(tetappi lebih sempit dari serapan O-H karboksilat) pada daerah

3600-3300 cm-1 (2,8-3,0µ). Pastikan gugus O-H ini dengan melihat

puncak gugus alkohol (C-O) didekat 1300-1000 cm-1 (7,7-10µ).

Amina : Ujilah untu N-H

Merupakan puncak dengan serapan medium didekat 3500 cm-1

(2,85µ).

Ester : Ujilah serapan C-O (serapan O-H tidak ada) didekat 1300-1000

cm-1 (7,7-10µ).

4. Ikatan rangkap dua dan cincin aromatik.

C=C memiliki serapan lemah didekat 1650 cm-1 (6,1µ). Serapan medium tinggi kuat

pada daerah 1650-1450 cm-1 (6,7µ) sering menunjukkan adanya cincin

aromatic. Buktikanlah kemungkinan diatas dengan memperhatikan serapan

didaerah CH. Aromatik dan Vinil CH terdapat disebelah kiri 3000 cm -1 (3,3µ),

sedangkan CH alifatik terjadi disebelah kanan daerah tersebut.



5. Ikatan rangkap tiga

C≡N memiliki serapan medium dan tajam didekat 2250 cm-1 (4,5µ).

C≡C memiliki serapan lemah tapi tajam didekat 2150 cm-1 (4,65µ).

Ujilah C-H asetilenik didekat 3300 cm-1.

6. Gugus Nitro

Dua serapan kuat pada 1600-1500 cm-1 (6,25-66,7µ) dan 1390-1300 cm-1 (7,2-7,7µ)

7. Hidrokarbon

Bila keenam serapan di atas tidak ada.

Serapan utama untuk CH didekat 3000 cm-1 (3,3µ), spektrumnya sangat sederhana

hanya terdapat serapan lain-lain didekat 1450 cm-1 (6,9µ) dan 1375 cm-1 (7,27µ).

6. PROSEDUR KERJA

1. Menghidupkan alat spektrofotometer Infra Merah, memanaskan alat ± 20 menit

sebelum memulai percobaan. Membiarkan alat melakukan self test hingga alat siap

digunakan (penunjukkan 4000 cm-1) pada layar wavenumber.

2. Memasang pena pada saat.

3. Menekan angka 0,5 pada chart expansion untuk mengatur lebar kertas grafik pada

alat.

4. Menekan angka 3 pada scan time untuk mengatur waktu scan.

5. Menekan tombol wavenumber 1x diikuti dengan penekanan ↓ atau ↑ untuk

mengatur angka gelombang.

6. Menekan tombol chat 1x diikuti penekanan ↓ atau ↑ untuk mengatur kertas grafik.

7. Meletakkan film polystyrene pada jendela alat dibagian didepan.

8. Menekan scan untuk memulai menindai.

9. Menganalisis spektra yang didapat terhadap gambar spektra pada film polystyrene,

terutama pada angka sel 1600 cm-1.



Catatan:

1. Pada alat spektrofotometer IR terdapat wavenumber yang berfungsi untuk mengatur bilangan

gelombang yang diinginkan.

2. Untuk mengatur bilangan gelombang, dilakukan hal-hal berikut:

a. Menekan tombol wavenumber, tombol akan menyala dan tampilan. Menekan tombol

parameter adjust atau untuk mendapatkan bilangan gelombang yang diinginkan (arah

untuk bilangan golombang yang lebih kecil)

b. Setelah semua percobaan selesai dilakukan, semua alat dikembalikan dan bahan-bahan

yang digunakan dikembalikan kembali ketempat semula.

7. KESELAMATAN KERJA

Instrument IR harus bebas debu. Jangan sekali-kali menyentuk atau memegang

permukaan optik. Instrument tidak boleh mengandung uap embun dan uap korosif.

8. DATA PENGAMATAN

Sampel PuncakWavenumber

(cm-1) Kemungkinan

Nujol

A 2810-2990 C-H

B ± 1450 CH2

C ± 720 Monosubstituted Benzene

Nujol + Asam

Benzoate

A ± 1650 C=O

B ± 2910 O-H

C ± 1650 C=O

D ± 1450 Aromatic

E ± 1010 C-O

KBr + Asam

Benzoate

A ± 1690 C=O

B ± 2500-3090 O-H

C 1650 C=C

D ± 1450 Aromatic

E 1300 C-O

F ± 710 Monosubstituted Benzene



KBr + Asam Benzoate



Nujol + Asam Benzoate



9. ANALISA PERCOBAAN

Pada percobaan kali ini, menggunakan sampel padat yang berupa asam benzoate

yang dicampurkan dengan KBr dalam bentuk pelet serta asam benzoate yang

dicampurkan dengan minyak nujol. Sebelum dianalisis sampel padatan asam benzoate

digerus dan dicampurkan dengan KBr yang telah dipanaskan agar menghilang kadar

airnya. Setelah itu campuran ini di press dengan menggunakan press hidrolik agar didapat

lempengan tipis yang dapat ditembus oleh sinar infra merah. Begitu juga dengan asam

benzoate yang dicampurkan dengan nujol yang makan membentuk “mull” atau pasta

dengan menggunakan cakram NaCl.

Pada sampel campuran asam benzoate dengan KBr, dibuat pellet, dalam hal ini

campuran ini dipress dengan tekanan antara 8-20 ton, kerugian menggunakan metode ini

adalah sifat dari KBr yang hidroskopis hingga sukar untuk memperoleh pellet yang bebas

sempurna terhadap kontaminan uap air. Pada sampel ini didapat puncak serapan dari

sampel yang disinari infra merah sebanyak 6 puncak, puncak A, B, C, D, E, dan F.

Mempunyai rentang wavenumber ± 1690, ± 2500-3090, 1650, ± 1450, 1300, dan ± 710.

Kemudian sampel berikutnya yaitu campuran nujol dengan asam benzoate, yang

mana telah diketahui nujol merupakan campuran senyawa hidrokarbon jenuh rantai

panjang. Nujol hanya memberikan empat serapan pada daerah 5000 hingga 650 cm -1.

Dalam menggunakan metode nujol ini memiliki kelemahan yaitu bila senyawa

hidrokarbon alifatik akan mempunyai serapan yang sama karena diakibatkan oleh nujol

itu sendiri.

Sampel ini menghasilkan puncak serapan sebanyak 5 puncak, diantaranya puncak A

± 1650 C=O, puncak B ± 2910 O-H, puncak C ± 1650 C=O, puncak D ± 1450 Aromatic, dan

puncak E ± 1010 C-O.

Dan sampel terakhir yaitu hanya nujol saja. Sampel ini digunakan sebagai media

pembantu sampel (untuk sampel padatan) pada alat spektrofotometer IR, yang pada saat

percobaan didapat 3 puncak, diantaranya puncak A 2810-2990 C-H, puncak B ± 1450 CH2,

dan puncak C ± 720 Monosubstituted Benzene.



10. KESIMPULAN

Dari percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa:

1. Sampel Nujol kemungkinan termasuk gugus hidrokarbon.

2. Sampel asam benzoate + nujol kemungkinan termasuk dalam asam karboksilat.

3. Sampel KBr + asam benzoate kemungkinan termasuk salam asam karboksilat.

11. PERTANYAAN

1. Apakah perbedaan Sp. IR dengan Sp. UV/Vis?

- Bila dibedakan, Sp. IR kebanyakan digunakan untuk menganalisis senyawa

organik, sedangkan Sp. UV/Vis digunakan untuk senyawa anorganik.

2. Senyawa kimia apakah yang dapat dianalisa dengan alat sp. IR?

- Senyawa kimia yang dapat dianalisa dengan alat Sp. IR adalah senyawa yang

memiliki ikatan polar dan non polar, mengandung gugus fungsi tertentu yang

dapat dideteksi sp. IR, misalnya senyawa polimer aldehid, benzene, dsb yang

mempunyai gugus CH.

3. Mengapa alat Sp. IR jarang digunakan untuk analisa kuantitatif?

- Karena alat ini tidak memberikan informasi mengenai kadar suatu senyawa

yang dianalisis, melainkan hanya memberikan informasi gugus apa yang

terdapat dalam suatu senyawa. Selain itu, Sp. IR hanya dapat menganalisis

senyawa tertentu yang termasuk IR dan tidak bereaksi dengan senyawa

campuran.

4. Bila cuplikan berbentuk padatan, langkah-langkah apa saja yang harus dilakukan

agar dapat dianalisis oelh sp. IR?

- Langkah-langkahnya:

1. Mengambil x gram cuplikan yang telah digerus halus.

2. Mencampurkan cuplikan dengan ± x gram serbuk KBr.

3. Mengeringkan campuran yang telah dihomogenkan dalam oven selama 1

jam, kemudian didinginkan dalam desikator.



4. Menekan campuran ini dengana alat penekan hidrofolik (Kbr pellet die)

dengan tekanan 10000-15000 psi sehingga membentuk suatu lempeng

tipis dan bulat yang tembus sinar IR.

5. Memasang lempeng KBr ini dalam sel, ditempatkan dalam jalan berkas

sinar untuk membuat spektrum IR-nya.



GAMBAR ALAT



DAFTAR PUSTAKA

______, Rusdianasari, dkk. Penuntun Praktikum Kimia Analitik Instrument. Spektrofotometer

Infra Merah. Politeknik Negeri Sriwijaya. 2011.

spektrofotometri infra merah ii

Documents