SPEKTROSKOPI INFRA MERAHGUSRIZAL, M.Si LIA DESTIARTI, M.Si

Spektrum Infra-Merah (12800-10 cm-1)Daerah Dekat Tengah 4000-200 Jauh Umumnya 670 (nm) 0,78-25 2,5-50 50-1000 2,5-15 Bil gel. cm-1 12800-4000

200-10 4000-

TEORI SPEKTROMETRI INFRA RED Absorpsi dari radiasi IR bergantung dari

peningkatan energi vibrasi/rotasi yang bergabung dengan ikatan kovalen dalam molekul. Untuk dapat mengabsorpsi radiasi IR molekul harus mengalami perubahan momen dipol sebagai akibat dari vibrasi Hal ini menunjukkan hampir semua molekul dengan ikatan kovalen akan menunjukkan absorpsi yang selektif. Pada molekul O2 N2 Cl2 tidak terjadi absorpsi

What is a vibration in a molecule?Any change in shape of the moleculestretching of bonds, bending of bonds, or internal rotation around single bonds

Can a vibration change the dipole moment of a molecule?Asymmetrical stretching/bending and internal rotation change the dipole moment of a molecule. Asymmetrical stretching/bending are IR active. Symmetrical stretching/bending does not. Not IR active

Spektra IR biasanya diplotkan dengan %T

sebagai ordinat, dan bilangan gelombang sebagai absis. Plot spektrum IR memberikan informasi : gugus fungsional suatu molekul Pita absorpsi IR berbentuk menurun tajam, beda halnya dengan maksimum UV/Vis Pita-pita absorpsi IR disebut pita/puncak, menunjukkan absorpsi radiasi IR pada frekuensi sampel. Jika T = 0%, maka radiasi seluruhnya Jika T = 100%, maka radiasi tidak diserap sama sekali

IR SpectrumC-H stretching Increasing absorption of IR radiation C-H bending

C-C bending

Increasing wavelength

Increasing wavenumber (energy, frequency)

toluene

Vibrasi MolekulMolekul-molekul poliatom menunjukkan 2 jenis vibrasi : -Stretching (ulur) -Bending (tekuk)Vibrasi ikatan yang meilbatkan hidrogen sangat berarti. Makin rumit sruktur makin banyak vibrasi yang Stretching energies mungkin terjadi. > bending energies > internal rotation energies (occur at higher wavelengths)

Hukum Hooke :dimana

c m1 m2 k

= bilangan gelombang (cm-1) = kecepatan cahaya (cm/s) = massa atom 1 (g) = massa atom 2 (g) = tetapan gaya (dyne/cm)

The greater the mass - the lower the wavenumber

Semakin besar tetapan gaya, semakin besar frekuensi

vibrasi dan makin besar jarak energi di antara tingkattingkat kuantum vibrasi. Tetapan gaya : Tetapan gaya ikatan tunggal : 5 x 105 dyne/cm Tetapan gaya ikatang rangkap dua : 10 x 105 dyne/cm Tetapan gaya ikatan rangkap tiga : 15 x 105 dyne/cm

Perkirakan frekuensi stretching C-H Perkirakan frekuensi stretching C=O (k=1x103 N/m) Rentang absorpsi IR untuk CH : 2850-3000 cm-1

Rentang absorpsi IR untuk CO : 1600-1800 cm-1

TERDIRI DARI 4 BAGIAN UTAMA :-SUMBER RADIASI -DAERAH CUPLIKAN -KISI DIFRAKSI (MONOKROMATOR ) -DETEKTOR

Spektrofotometer IR

Sumber Radiasi Infra MerahSumber radiasi IR merupakan padatan inert yang dipanaskan secara elektrik pada temperatur 1500 2200 K Nernst Glower

Globar Source Incandescent Wire Source Mercury Arc

Tungsten Filament Lamp Laser

Pemijar Globar : batangan silikon karbida yang dipanasi 1200oC, memancarkan radiasi kontinu pada 1-40 mPemijar Nernst : batang cekung dari zirkonium dan yitrium oksida yang dipanasi 1500oC dengan arus listrik, memncarkan radiasi antara 0,4-20 m dan kurang stabil dibandingkan Globar, tetapi Globar membutuhkan pendinginan.

Monokromator : t. d sistem celah masuk dan celah keluar, alat pendispersi yang berupa kisi difraksi atau prisma, dan beberapa cermin untuk memantulkn dan memfokuskan berkas sinar. Bahan yang digunakan untuk prisma : NaCl, KBr, CeBr, dan LiF. Kisi difraksi lebih sering digunakan, krena : -Resolusi lebih baik -Energi sinar yang hilang lebih sedikit, shg lebar celah

Sampel IR : Gas, Larutan/cairan, PadatGas: Cuplikan gas dimasukkan ke dalam sel gas

Cairan : Setetes cairan murni diapit dan ditekan di antara dua lempeng NaCl. Ketebalan dapat diatur antara 0,1-0,3 mm.Padatan : (i) Lempeng KBr :menggerus cuplikan (0,1-2,0%berat dengan KBr dalam mortir, kemudian ditekan sehingga diperoleh lempeng transparan. (ii) Mull atau pasta : menggerus cuplikan sampai halus + 1-2 tetes Nujol sehingga terbentuk pasta. Mull nujol ini dipindahkan ke lempeng NaCl (iii) Lapisan tipis : padatan dilarutkan kemudian diteteskan ke

IR Transducers1.Thermal transducers Termocouples Bolometer 2. Pyroelectric transducers3. Photoconducting transducers

Daerah spektrum Gugus fungsi 4000-2000 (regangan) Sidik jari 2000-400 (regangan&bengkokan)

Some characteristic infrared absorption frequencies BOND C-H COMPOUND TYPE alkanes alkenes RCH=CH2 R2C=CH2 cis-RCH=CHR trans-RCH=CHR aromatic rings monosubst. ortho-disubst. meta-disubst. para-disubst. alkynes O-H C=C alcohols or phenols alkenes aromatic rings CC C-O alkynes primary alcohols secondary alcohols tertiary alcohols phenols alkyl ethers aryl ethers all abs. strong unless marked: m, moderate; v, variable; b, broad 3300 3200-3640 (b) 1640-1680 (v) 1500 and 1600 (v) 2100-2260 (v) 1050 (b) 1100 (b) 1150 (b) 1230 (b) 1060-1150 1200-1275(b) and 1020-1075 (m) 675-730 (v) 965-975 3000-3100 (m) and 690-710 and 730-770 735-770 690-710 and 750-810 (m) 810-840 (m) FREQUENCY RANGE, cm-1 2850-2960 and 1350-1470 3020-3080 (m) and 910-920 and 990-1000 880-900

DAERAH ABSORPSI INFRA MERAH

Sidik Jari

Analisis Kualitatif

Penentuan baseline

C-H stretching region Alkanes C-H sp3 stretch < 3000 cm-1

Alkenes C-H sp2 stretch > 3000 cm-1 Alkynes C-H sp

stretch ~ 3300 cm-1

C-H bending region CH2 bending ~ 1460 cm-1

CH3 bending (asym) appears near the same value CH3 bending (sym) ~ 1380 cm-1

Hexane

CH3 CH2 CH2 CH2 CH2 CH3

CH3 bend

CH2 bend

C-H stretch

H O H

Cl Cl OH3C

CH3

O

FORMALDEHYDE

PHOSGENE

ACETONE

How does the C=O stretching energy compare for these three molecules?

2053 cm-1

1951 cm-1

2063 cm-1

The carbonyl group has a range of 1700-3000 cm-1.

1-Hexene

CH2 CH CH2 CH2 CH2 CH3

sp2 C-H

C=C stretch out of plane bendings (oops)

sp3 C-H stretch

Cyclohexanol

OH

O-H stretch sp3 C-H stretch

bending

C-O stretch

Toluene

sp2 sp3 C-H C-H

CH3

aromatic C=C aromatic oops

Butanoic Acid

O CH3 CH2 CH2 C OH

O-H stretch

C=O stretch

Propanenitrile

CH3 CH2 C

N

sp3 C-H

CN

1-Butanamine

N-H stretch doublet sp3 C-H stretch

N-H bend

CH2 CH3 bendCH3 CH2 CH2 CH2 NH2

4-Methyl-2-pentanoneC-H < 3000, C=O @ 1715 cm-1

CH3

O CH3

CH3 CH CH2 C

C-H stretch

C=O stretch

4-Methyl-3-penten-2-one

C-H stretchO CH3 C CH3 C H C CH3

C=O C=C stretch stretch

Carbon Tetrachloride

no C-H!

Cl Cl C Cl Cl

C-Cl stretch