MATERI -3 (2) SPEKTROSKOPI INFRA MERAH

Sub Capaian Pembelajaran

Menjelaskan konsep dasar dan metode analisis struktur secara IR, menganalisis data

spektroskopi IR.

Materi Pembelajaran

Aplikasi spektroskopi IR dalam analisis struktur

SPEKTROSKOPI INFRA MERAH Karakteristik Spektrum Inframerah Beberapa Senyawa Organik

Alkohol dan Fenol

Etanol memiliki ikatan kovalen C-H; C-C; C-O; dan OH. Gugus yang spesifik yang

mudah teramati adalah OH yang nampak sebagai puncak melebar pada daerah 3500-3000

cm-1. Etanol yang memiliki gugus OH memiliki ikatan hidrogen intermolekul, sehingga

menghasilkan serapan yang melebar pada daerah sekitar 3500 -3000 cm-1. Serapan C-H

alifatik akan muncul di daerah 2900 cm-1, sedangkan serapan dari ikatan C-C dan C-O

terdapat di daerah sidik jari, sekitar 1000-1100 cm-1. Bentuk spektrum inframerah dari etanol

terdapat dalam Gambar III.7.

Gambar III.7. Spektrum inframerah etanol

Seperti halnya etanol fenol juga memiliki gugus hidroksil, sehingga muncul serapan

melebar pada daerah sekitar 3300 cm-1. Selain itu fenol juga memiliki cincin benzena, ikatan

kovalen C=C aromatik muncul sebagai tiga puncak dengan intensitas tinggi pada daerah 1600

-1450 cm-1. Tiga puncak tajam tersebut sebagai ciri khas dari adanya cincin aromatik sampel

yang dianalisis menggunakan spektroskopi inframerah. Serapan lainnya dengan intensitas

tinggi pada daerah 1300 cm-1 berasal dari vibrasi C-O. Spektrum inframerah fenol ditunjukkan

pada Gambar III.4.

Serapan melebar pada daerah 3400 -3300 cm-1 spektrum inframerah dari alkohol dan

fenol yang diakibatkan adanya ikatan hidrogen intermolekul dapat dihilangkan dengan

melarutkan senyawa tersebut ke dalam CCl4. Sebagai contoh spektrum inframerah alkohol

CH3CH2OH

http://sdbs.riodb.aist.go.jp/sdbs

yang dibuat larutan dengan CCl4 akan menunjukkan serapan OH stretching pada 3600 cm-1,

dan apabila dibuat larutan sangat encer maka yang muncul hanya serapan OH bebas pada

daerah 3600 cm-1. Namun, senyawa yang memiliki ikatan hidrogen intramolekul seperti metil

salisilat serapan melebar di daerah sekitar 3350 cm-1 tidak akan mengalami perubahan

meskipun dalam larutan encer CCl4.

Gambar III.8. Spektrum inframerah alkohol murni (A), alkohol dalam CCl4

(B), dan larutan encer alkohol dalam CCl4

Metil salisilat

Gambar III. 9. Spektrum IR metil salisilat dalam CCl4

OH

O

OMe

Ikatan hidrogen intramolekul

Ikatan hidrogen intramolekul

http://sdbs.riodb.aist.go.jp/sdbs

Asam etanoat Asam etanoat memiliki beberapa ikatan kovalen dari gugus fungsi C-H; C-C; C=O; C-

O; dan O-H. Ikatan C-C mempunyai penyerapan cahaya yang terjadi pada gelombang dalam

jangkauan yang luas di daerah sidik jari, sehingga sangat sulit untuk mengidentifikasinya.

Ikatan tunggal C-O juga mempunyai penyerapan pada daerah 1000 – 1300 cm-1 yang juga

termasuk daerah sidik jari, namun kadang-kadang juga mudah dikenali karena memiliki

intensitas yang sangat tajam. Ikatan C-H menyerap pada daerah sekitar 2853-2962 cm-1.

Ikatan rangkap antara karbon-oksigen, C=O, adalah salah satu penyerapan yang sangat

berguna, terdapat pada daerah sekitar 1680-1750 cm-1. Posisinya sedikit terpengaruh oleh

jenis senyawa yang mempunyai ikatan tersebut. Ikatan lainnya yang sangat berguna adalah

ikatan O-H. Ikatan ini menyerap sinar yang berbeda-beda, tergantung pada kondisi

lingkungannya. Ikatan ini akan sangat mudah dikenali dalam sebuah asam karena akan

menghasilkan daerah serapan yang sangat luas pada daerah sekitar 2500-3300 cm-1.

Serapan yang melebar tersebut disebabkan karena adanya ikatan hidrogen intermolekul

dalam asam etanoat.

Spektrum inframerah untuk asam asetat adalah sebagai berikut:

Gambar III.10. Spektrum inframerah asam asetat

Ester Etil etanoat merupakan ester yang memiliki ikatan kovalen pada senyawa ini terdiri

dari C-C; C-H; C=O; C-O; sehingga akan muncul serapan pada daerah gugus fungsi utama

pada daerah 1752 cm-1 dari gugus C=O; serapan 2961 cm-1 dari C-H; serapan pada daerah

1250 cm-1 dari C-O, serta beberapa puncak lainnya di daerah sidik jari. Bentuk spektrum

inframerah yang akan diperoleh seperti tercantum dalam Gambar III.11.

Gambar III. 11. Bentuk spektrum inframerah etiletanoat

Pada ester serapan dari gugus karbonil dipengaruhi oleh lingkungannya, yang dapat

bergeser ke arah kanan (ke bilangan gelombang yang lebih pendek) atau ke kiri (ke arah

bilangan gelombang yang lebih besar). Adanya gugus pemberi elektron menyebabkan

terjadinya geseran elektron ke arah gugus karbonil, sehingga kekuatan ikatan rangkap

menjadi berkurang. Serapan gugus karbonil beberapa senyawa ester yaitu pada etil butirat

1735 cm-1, metil metakrilat 1720 cm-1, metil benzoat 1720 cm-1, metil salisilat 1680 cm-1.

Sebaliknya, apabila konjugasi berasal dari atom oksigen dari gugus karbonil akan

menyebakan karakter ikatan rangkap menjadi bertambah, sehingga serapan gugus karbonil

bergeser ke arah kiri.

O-CH=CH2

O O

O-R

O

CH2=CH O-R

O

O

O

O-R

R R

R

1770 cm-1 1735 cm-1 normal

1720 cm-1

konjugasi dengan Oksigen konjugasi atau aril

Spektrum inframerah dari beberapa senyawa tersebut terdapat pada Gambar III. 12

sampai III.14.

Gambar III.12 Spektrum inframerah etil butirat

Gambar III.13. Spektrum inframerah metil metakrilat

C=O C-O

C-H

http://sdbs.riodb.aist.go.jp/sdbs

http://sdbs.riodb.aist.go.jp/sdbs

Gambar III. 14. Spektrum inframerah etil benzoat

Propanon

Propanon hanya memiliki ikatan kovalen dari gugus fungsi C-H; C-C; dan C=O,

sehingga serapan gugus fungsi utama yang dapat diidentifikasi dengan jelas terdiri dari ikatan

C-H alifatik pada daerah 2900 cm-1, dan C=O pada daerah 1700 cm-1 yang terlihat sangat

tajam. Serapan C-H alifatik pada senyawa ini terlihat lebih lemah dibanding pada etanol, etil

etanoat, maupun asam etanoat. Hal ini memang sering ditemukan pada spektrum inframerah

yang menyebabkan analisis menjadi lebih rumit. Bentuk spektrum inframerah propanon

seperti terdapat pada Gambar III.15.

Gambar III.15. Spektrum inframerah dari propanon

Aldehida Selain gugus karbonil yang muncul sebagai vibrasi ulur C=O pada 1725 cm-1, aldehid

memilki ikatan C-H alifatik yang muncul sebagai serapan doublet pada daerah 2750 cm-1 dan

2850 cm-1, dan serapan vibrasi yang diakibatkan oleh overton (2 x vibrasi C=O) pada daerah

3450 cm-1. Sebagai contoh spektrum inframerah dari asetaldehida pada Gambar III.16.

Seperti halnya asetaldehida, benzaldehida merupakan aldehida aromatik, selain

menunjukkan serapan yang khas untuk aldehida juga memiliki serapan vibrasi ulur C=C

aromatik pada daerah 1600-1450 cm-1, dan serapan vibrasi ulur dari C-H aromatik pada

daerah 3100 cm-1, sperti yang ditunjukkan pada Gambar III.17.

Gambar IV.17. Spektrum IR benzaldehida

Asam 2-hidroksipropanoat (asam laktat) Asam laktat memiliki dua macam ikatan O-H, yang satu terikat pada asam dan yang

satunya lagi merupakan alkohol yang terikat pada rantai golongan -COOH. Ikatan O-H dalam

golongan asam timbul pada daerah sekitar 2500-3300 cm-1, sedangkan yang terikat pada

Gambar III.16. Spektrum inframerah asetaldehida

Overtone 2 x C=O

C-H ulur C=O ulur

C-H ulur C-H aromatik

C=O C=C

overtonC

O

H

CH3COH

rantai pada daerah sekitar 3230-3550 cm-1. Bila digabungkan, akan menjadi daerah serapan

dengan jangkauan yang sangat besar pada 2500-3550 cm-1. Serapan yang diakibatkan oleh

adanya ikatan C-H alifatik tertutup oleh serapan yang ditimbulkan oleh gugus OH. Serapan

dari gugus C=O terdapat pada daerah sekitar 1730 cm-1. Spektrum asam laktat dapat dilihat

pada Gambar III.18.

Gambar IV.18. Spektrum inframerah dari asam laktat

Senyawa amina Amina primer ini mempunyai gugus -NH2 yang juga termasuk ikatan N-H. Penyerapan

gugus ini timbul pada daerah sekitar 3100-3500 cm-1. Dua puncak serapan medium muncul

pada daerah tersebut sebagai ciri khas senyawa amina primer, sedangkan pada amina

sekunder (yang hanya memiliki satu ikatan N-H) hanya muncul satu puncak saja dan untuk

amina tersier yang sudah tidak memiliki ikatan N-H tidak memiliki serapan di daerah tersebut.

Serapan N-H tersebut dapat digunakan untuk membedakan jenis-jenis amina primer,

sekunder, dan tersier. Selanjutnya serapan spesifik lainnya adalah pada daerah 2900 cm-1

berasal dari ikatan C-H alifatik dengan puncak yang sangat tajam. Bentuk spektrum

inframerah dari 1-aminobutan, 1,2-dietilamina, dan trietilamina dapat dilihat pada Gambar

III.19 sampai III.21.

Gambar III.19. Spektrum inframerah 1-aminobutan

Gambar III. 20. Spektrum inframerah 1,2-dietilamina

Gambar III.21. Spektrum inframerah trietilamina

Pola spektrum inframerah senyawa amina aromatik, anilin terdapat pada Gambar

III.22, yang juga menunjukkan serapan yang spesifik untuk C=C aromatik pada daerah 1600-

1500 cm-1 yang menunjukkan dua puncak yang tajam, serta adanya vibrasi tekuk N-H pada

1619 cm-1.

Gambar III.22. Spektrum inframerah anilin

Senyawa aromatik disubstitusi Pola spektrum IR dari senyawa disubstitusibenzena struktur para, orto, dan meta akan

menunjukkan serapan gugus fungsi utama pada daerah 3500 cm-1 dari N-H, gugus fenol

ditunjukkan dengan adanya serapan melebar daerah 3300 – 2700 cm-1. Serapan di daerah

1600-1450 cm-1 spesifik untuk C=C aromatik. Untuk membedakan ketiga senyawa tersebut

dapat dilihat dari puncak-puncak pada daerah antara 900-700 cm-1. Struktur para

menunjukkan adanya dua puncak pada daerah 900 dan 750 cm-1, struktur orto terdapat satu

puncak tajam disekitar 700 cm-1, sedangkan struktur meta terdapat dua puncak tajam pada

daerah sekitar 850 dan 750 cm-1. Sebagai contoh struktur p-aminofenol , o-aminofenol, dan

m-amino fenol masing-masing dalam pelet KBr, dapat dilihat pada Gambar III.23, III.24, dan

III.25.

Gambar III.23. Spektrum IR dari p-aminofenol (pelet KBr)

Gambar III.24. Spektrum IR dari o-aminofenol (pelet KBr)

OH

NH2

http://sdbs.riodb.aist.go.jp/sdbs

OH

NH2

Sumber :http://sdbs.riodb.aist.go.jp/sdbs

Gambar III.25. Spektrum IR dari m-aminofenol (pelet KBr)

Cara Mudah Analisis Spektrum Inframerah

Identifikasi pita absorpsi khas yang disebabkan oleh berbagai gugus fungsi merupakan

dasar penafsiran spektrum inframerah. Kegunaan yang penting dari spektroskopi inframerah

ini adalah memberikan informasi mengenai jenis gugus fungsional yang ada dalam senyawa

yang tidak dikenal. Serapan setiap tipe ikatan (N–H, C–H, O–H, C–X, C=O, C–O, C–C, C=C,

C=N, dan sebagainya) hanya diperoleh dalam bagian-bagian kecil tertentu dari daerah vibrasi

inframerah. Daerah stretching O–H dan N–H pada spektrum (3750-3000 cm-1) dapat diadakan

pembedaan. Absorpsi vibrasi ikatan O–H bebas (tidak ada ikatan hidrogen) terjadi dalam

daerah 3700-3500 cm-1 dan mempunyai intensitas lebih rendah dari pada pita O–H terikat,

absorpsi O–H terikat hidrogen terlihat pada daerah 3450-3200 cm-1 sebagai pita yang agak

lebar dan kuat. Amina tak terikat menunjukkan pita dalam daerah 3500-3300 cm-1, sedangkan

amina terikat memberikan pita dalam daerah 3500-3100 cm-1 pita-pita ini lebih lemah tetapi

jauh lebih tajam daripada pita O–H terikat. Untuk memudahkan analisis spektrum inframerah

dapat digunakan tabel korelasi serapan berbagai ikatan terdapat pada Tabel III.1.

OH

NH2

Sumber :http://sdbs.riodb.aist.go.jp/sdbs

Tabel III.1. Daftar Korelasi Serapan Inframerah

Jenis vibrasi Frekuensi (cm-1) Intensitas

C – H alkana 3000-2850 tajam

C – H alkena 3100-3000 sedang

C – H aromatik 3150-3050 tajam

C-H alkuna ± 3300 tajam

C – H aldehida 2900-2800 lemah

C=C alkena 1680-1600 sedang-lemah

C=C aromatik 1600-1475 sedang-lemah

C=O aldehida 1740-1720 tajam

C=O keton 1725-1705 tajam

C=O as. karboksilat 1725-1700 tajam

C=O ester 1750-1730 tajam

C=O amida 1670-1640 tajam

C=O anhidrida 1810-1760 tajam

O – H alkohol, fenol 3650-3600 sedang

O – H as. karboksilat 3400-2400 sedang

N – H amida primer &

sekunder &amina

3500-3100 sedang

C – O eter, ester & alkohol 1300-1000 tajam

Dalam daerah stretching (ulur) O-H; N-H pada spektrum (3750 -3000 cm-1) dapat dibedakan

atas :

- Getaran ulur O-H bebas (tidak ada ikatan hidrogen) terjadi dalam daerah 3700 –

3500 cm-1. getaran O-H fenol bebas cenderung akan mempunyai absorpsi pada

bagian ujung rendah di daerah ini (3500 cm-1). Pita O-H bebas mempunyai

intensitas lebih rendah daripada pita O-H terikat dan hanya akan nyata dalam

larutan encer (atau dalam fasa gas)

- Absorpsi O-H terikat hidrogen, terlihat pada daerah 3450 -3200 cm-1 sebagai pita

yang agak lebar dan kuat.

- Amina tak terikat menunjukkan pita dalam daerah 3500 -3300 cm-1, sedangkan

amina terikat memberikan pita dalam daerah 3500 -3100 cm-1, pita-pita ini lebih

lemah tetapi jauh lebih tajam daripada pita O-H terikat. Amina primer memberikan

dua pita, amina sekunder dan imina memberikan satu pita, dan amina tersier tidak

memberikan pita. Amida dan laktam juga menunjukkan absorpsi N-H dalam

daerah 3500 – 3300 cm-1.

- Asam karboksilat dalam keadaan padat dan bahkan dalam larutan relatif encer

terdapat dalam bentuk dimer dan tidak menunjukkan absorpsi O-H pada daerah

3500 cm-1,namun terjadi absorpsi lebar dan kuat dalam daerah 3000 – 2500 cm-1.

Selain menggunakan Tabel korelasi III.1 tersebut terdapat cara yang lebih cepat untuk

menganalisis suatu spektra yang tak diketahui, perhatian harus dipusatkan pada ada atau

tidaknya beberapa gugus fungsional utama seperti C=0, 0-H, N-NH, C-O, C=C, C≡C, C=N,

dan NO2. Selanjutnya, tidak perlu menganalisis secara detail terhadap pita serapan CH dekat

3000 cm-1, oleh karena hampir semua senyawa mempunyai pita serapan pada daerah

tersebut. Serapan yang dianalisis pusatkan pada puncak-puncak yang intensitasnya tajam.

Cara cepat dalam analisis untuk memeriksa pita-pita yang penting dapat dilakukan dengan

cara sebagai berikut:

1. Apakah terdapat gugus karbonil ?

Gugus C = 0 terdapat pada daerah 1820 cm-1 – 1600 cm-1 puncak ini biasanya memiliki

intensitas tajam, kadang agak lebar, karakteristik, sehingga mudah dikenali.

a. Bila gugus C = 0 ada, ujilah seperti berikut :

1) Asam : apakah ada –OH ?

Serapan melebar pada daerah 3400 cm-1 -2400 cm-1 (biasanya

tumpang tindih dengan C-H).

2) Amida : apakah ada –NH ?

Serapan medium pada daerah 3500 cm-1 , jika amida primer akan muncul

sebagai puncak kembar, sedang jika amida sekunder muncul puncak tunggal,

dan jika amida tersier pada daerah ini tidak ada puncak.

3) Ester : Apakah ada C-O ?

Serapan dengan intensitas kuat akan terlihat pada daerah1300 cm-1 –

1000 cm-1

4) Anhidrida, mempunyai dua serapan C = 0 pada daerah sekitar 1810

cm-1 dan 1760 cm-1,

5) Aldehida, mempunyai CH aldehida yang biasanya akan muncul

sebagai dua serapan dengan intensitas medium pada daerah sekitar

2950 sampai 2800 cm-1

6) Keton : Bila kelima kemungkinan di atas tidak ada.

b. Bila gugus C = 0 tidak ada.

1) Alkohol : Ujilah untuk OH, apakah terdapat serapan melebar pada daerah

3600 sampai 3300 cm-1, selanjutnya perlu pembuktian yang lainnya

yaitu adanya serapan C-O didekat 1300 cm-1 – 1000 cm-1

2) Amina : Ujilah untuk NH, serapan medium pada daerah sekitar 3500 cm-1,

amina primer akan muncul sebagai puncak dublet, amina

sekunder puncak tunggal, sedang kalau amina tersier tidak muncul

pucak.

3) Eter : Ujilah serapan C – O (serapan OH tidak ada) pada daerah sekitar

1300 cm-1 – 1000 cm-1.

2. Ikatan rangkap dua atau cincin aromatik.

a. C = C memiliki serapan lemah pada daerah1650 cm-1.

b. Serapan medium, tinggi kuat pada daerah 1650 cm-1 sampai 1450 cm-1 ,

adanya cincin aromatik biasanya ditunjukkan adanya dua sampai tiga puncak

pada daerah tersebut.

c. Selanjutnya amatilah adanya serapan CH pada daerah sekitar 3000 cm-1,

aromatik dan vinil serapan CH terdapat di sebelah kiri 3000 cm-1 , sedangkan

CH alifatik terjadi disebelah kanan (sekitar 2950 cm-1).

3. Ikatan rangkap tiga.

a. C≡ N memiliki serapan medium dan tajam didekat 2250 cm-1

b. C≡C memiliki serapan lemah tapi tajam didekat 2150 cm-1.

Amati juga apakah ada serapan CH asetilenik di dekat 3300 cm-1

4. Gugus nitro, terdapat dua serapan kuat pada 1600 cm-1 – 1500 cm-1 dan

1390 cm-1 – 1300 cm-1

5. Hidrokarbon, jika tidak ada serapan spesifik seperti tersebut di atas, amatilah

adanya serapan CH di dekat 3000 cm-1, dan hanya terdapat beberapa puncak

pada daerah 1450 cm-1 dan 1375 cm-1 .

Cara kerja spektrofotometer IR

Komponen-komponen pokok dari spektrofotometer IR meliputi sumber cahaya

inframerah, monokromator dan detektor. Cahaya dari sumber dilewatkan melalui cuplikan,

dipecah menjadi frekuensi-frekuensi tunggal dalam monokromator dan intensitas relatif dari

frekuensi masing-masing diukur oleh detektor. Skema masing-masing komponen dalam IR

terdapat pada diagram Gambar III.20

Gambar III.26. Diagram instrumen spektrofotometer IR

Contoh peralatan spektrofotometer FTIR yang banyak digunakan antara lain pada

Gambar III.27, berikut:

Gambar III.27. Contoh peralatan spektrofotometer FTIR

Metode preparasi sampel Preparasi sampel dalam analisis spektrofotometer IR ada beberapa cara, tergantung

jenis sampel yang tersedia. Jika sampelnya berbentuk padat maka biasanya diambil

sebanyak kurang lebih 1 mg kemudian dicampurkan dengan KBr kristal dengan cara digerus

sehingga tercampur sempurna. Setelah tercampur dengan KBr selanjutnya dapat langsung

dimasukkan ke tempat sampel atau dibuat pelet KBr. Untuk membuat pelet ini digunakan

piranti khusus yang sudah tersedia dalam set alat FTIR. Selanjutnya, apabila sampelnya

Sumber: http://www.ssi.shimadzu.com/products

berwujud cair atau minyak dapat langsung dioleskan dalam NaCl window, kemudian

dimasukkan ke dalam tempat sampel. Cara lain yang dapat digunakan adalah dibuat film tipis

terutama untuk sampel berupa polimer. Beberapa peralatan tersebut dapat dilihat pada

Gambar III.28 dan III.29.

Gambar III.28. Peralatan untuk membuat pelet KBr

Gambar III.29. Contoh NaCl window untuk sampel cair

http://www.chemistry.nmsu.edu/Instrumentation/

Sumber: http://www.shimadzu.com/an/ftir/support