SPEKTROSKOPI MOLEKULAR
description
Transcript of SPEKTROSKOPI MOLEKULAR
Oleh:Chandra Paska Bakti (0806460420)
David Adiprakoso (0806460446)Ester Kristin (0806460471)
Republik Daudi Parthu (0806460585)
SPEKTROSKOPI MOLEKULAR
Spektroskopi
• Spektroskopi molekuler adalah ilmu yang
mempelajari interaksi antara gelombang
elektromagnetik dengan materi
• Metode spektroskopi digunakan untuk
menentukan, mengkonfirmasi struktur molekul,
dan untuk mengetahui kemurnian suatu senyawa
Spektroskopi Konvensional
Tipe Spektroskopi• Spektroskopi Ultraviolet (UV) ---- Keadaan energi elktronik• Digunakan untuk ---- molekul konjugasi, gugus karbonil, gugus nitro
• Spektroskopi Infrared (IR) ---- keadaan energi vibrasi• Digunakan untuk ---- gugus fungsional, struktur ikatan
• Spektroskopi NMR ---- keadaan spin inti• Digunakan untuk ---- bilangan, tipe dan posisi relatif dari proton (inti
hidrogen dan inti karbon 13)
• Spektroskopi Massa ---- Penembakan elektron berenergi tinggi• Digunakan untuk ---- berat molekul, keberadaan nitrogen, halogen
Bentuk Interaksi Radiasi dengan Bentuk Interaksi Radiasi dengan MateriMateri
ABSORPSIABSORPSI
EMISIEMISI
REFLEKSIREFLEKSI
SCATTERINGSCATTERING
Absorpsi• Berkas radiasi elektromagnet bila dilewatkan pada
sampel kimia maka sebagian akan terabsorpsi• Energi elektromagnet yang ditransfer ke molekul
sampel akan menaikan tingkat energi (tingkat tereksitasi)
• Eksitasi energi dapat berupa eksitasi elektronik, vibrasi dan rotasi
• Molekul akan dieksitasi sesuai dengan panjang gelombang yang diserapnya
• Hampir semua gugus fungsi organik memiliki bilangan gelombang serapan khas di daerah yang tertentu
Vibrasi molekul
• Jenis vibrasi:1. Vibrasi ulur (Stretching Vibration), yaitu
vibrasi yang mengakibatkan perubahan panjang ikatan suatu ikatan
2. Vibrasi tekuk (Bending Vibrations), yaitu vibrasi yang mengakibatkan perubahan sudut ikatan antara dua ikatan
Spektroskopi IR
Spektroskopi Infra Merah
• Merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah panjang gelombang 0.75 – 1.000 µm atau pada bilangan gelombang 13.000 – 10 cm-1
• Umumnya digunakan dalam penelitian dan industri
• Menggunakan teknik absorpsi
Spektroskopi UV-VIS • Umumnya spektroskopi dengan sinar ultraviolet (UV) dan
sinar tampak (VIS) dibahas bersama karena sering kedua pengukuran dilakukan pada waktu yang sama
• Berkaitan dengan proses berenergi tinggi yakni transisi elektron dalam molekul,maka informasi yang didapat cenderung untuk molekul keseluruhan bukan bagian-bagian molekulnya
• Sangat cocok untuk tujuan analisis karena metoda ini sangat sensitif
• Sangat kuantitatif dan jumlah sinar yang diserap oleh sampel diberikan oleh ungkapan hukum Lambert-Beer.
• Menurut hukum Beer, absorbans larutan sampel sebanding dengan panjang lintasan cahaya d dan konsentrasi larutannya c
Spektroskopi Fluoresensi
• Jenis spektroskopi elektromagnetik yang menganalisis fluoresensi dari sampel
• Fluoresensi adalah lepasnya energi dalam bentuk radiasi dengan energi yang lebih rendah atau panjang gelombang yang lebih tinggi berupa cahaya tampak
• Spektroskopi fluoresensi digunakan dalam, biokimia, kedokteran, dan bidang penelitian kimia untuk menganalisis senyawa organik
Skema Spektroskopi Flouresensi
Instrumen Pada Spektroskopi Molekuler
Spektroskopi IR, Spektrofotometri UV- Vis, dan Spektroskopi Pendar
Cahaya
Instrumen Spektroskopi Secara Umum
• Dengan sumber cahaya apapun, spektrometer terdiri atas sumber sinar, prisma, sel sampel, detektor dan pencatat.
1. Sumber Radiasi
• Argon 100 – 160 nm• Tungsten 350 – 800 nm• Deuterium 160 – 360 nm• Xenon 200 – 900 nm
2. Kuvet (Sample Container)
PRISMA
3. Monokromator
GRATING
Photovoltaic
Phototube
Diode array
4. Detektor
Spektroskopi IR
Instrumentasi Spektroskopi IR
• Sumber Radiasi- Nerst Glower
• Daerah Cuplikan/Sampel• Monokromator
– Prisma garam batu• Detektor
- Detektor termal• Signal Prosessor dan Readout
Spektrometer dispersif
Terdiri dari:
• sumber energi• tempat contoh• sistem untuk pemilihan panjang gelombang• detektor • alat pembaca atau pencatat (recorder).
Fourier Transform Infra Red
Fourier Transform Infra Red
Bruker Vertex 70
Instrumentasi Fourier
Diagram Skematik dari Spektrometer IR
Spektrofotometer UV-Vis
Shimadzu UV 2401PC
Komponen Instrumentasi UV-Vis
• Sumber Radiasi– Lampu wolfram
• Kuvet (Sample Container)– Kuarsa atau silika
• Monokromator– Prisma kaca atau kuarsa
• Detektor– Fotolistrik
• Pencatat
Spektrofotometer UV-Vis
• Menurut konfigurasi optiknya, spektrofotometer UV-Vis dibagi menjadi– Single Beam– Double Beam– Multi Channel
Single Beam
Double Beam
Multi Channel
•Tanpa monokromator•Mendispersikan cahaya dengan panjang gelombang yang sama•Mahal•Resolusi terbatas
Spektrofotometer Pendar Cahaya
Spektrofotometer Pendar Cahaya
Terdiri dari:• sumber• monokromator atau filter• sampel• monokromator atau filter• detektor• penguat• pembacaan
Bentuk Interaksi Radiasi dengan MateriBentuk Interaksi Radiasi dengan MateriBentuk Interaksi Radiasi dengan MateriBentuk Interaksi Radiasi dengan Materi
Cara Kerja Instrumen
Cara Kerja Spektroskopi Molekular Tampak, UV
Schematic of a Double Beam Spectrophotometer Bauer, H.H., Christian, G.D., and O'Reilly, J.E. 1978 Instrumental Analysis
Cara Kerja Spektroskopi MolekularInfraRed (IR)
Metode Pada Spektroskopi Molekuler IR
Cara Kerja Spektroskopi Pendar Molekular
Electronic transition energy level diagram
Skoog, Holler and Crouch: Chapter 15, sections 15A-15C
Fluorescence Detector Instrumental Analysis by Bauer, Christian and O'Reilly
Spektrofotometer
Absorbansi tinggi : Digunakan untuk larutan yang sangat pekat.
- Skala alat dapat diatur menjadi 100 satuan dengan 1. Memperbesar lebar celah2. Memperbesar intensitas sumber3. Memperbesar sensitivitas detektor
- Standar dengan konsentrasi lebih rendah dari sample
Spektrofotometer
Absorbansi rendah : Digunakan untuk larutan yang sangat encer
- Standar dengan konsentrasi lebih tinggi dari samplePerbandingan plot absorbansi terdekat digunakan untuk ketelitian analisis dan kemudahan pengukuran absorbansi sample (kalibrasi)
Tabel 1. Absorbansi Tinggi (S.M. Khopkar)
I II III IV V VI VII
Konsentrasi ( µg/ml)
0 5 10 40 80 200 280
Absorbansi 0 0,025 0,050 0,20 0,40 1,00 1,4
Titrasi
• Perubahan dalam absorbansi pada larutan dapat digunakan untuk mengikuti perubahan konsentrasi sample selama titrasi
• Absorbsi berbanding linear dengan konsentasi sample.
• Sample yang telah dititrasi membuat Plot absorbansi terhadap volume titran akan terdiri dari 2 garis lurus yang saling berpotongan pada satu titik
Skoog, Holler and Crouch
Titrasi
Hukum Bouger dalam Titrasi A = €bc = (V+v)/V
€ : absorpsivitas (M-1cm-1 , L μg-1 cm-1)b : jarak tempuh optik (cm)c : konsentrasi (M, μg L-1)
Analisis senyawa kompleks
Metode variasi kontinu :Metode untuk menganalisis komposis kation dan ligan dalam senyawa kompleks dengan mengukur absorbansi yang dibandingkan dengan fraksi salah satu reaktan
Xm= Vm/(Vm+VL) : XL = VL (Vm+VL)Vm : volum kation terlarutVL : volum kation terlarut
Metode variasi kontinu Skoog, Holler and Crouch
Analisis senyawa kompleks
Metode perbandingan mol Komposisi senyawa kompleks ditentukan dengan perbandingan Absorbansi beberapa konsentrasi salah satu spesi senyawa kompleks, Kation atau ligan.
Perbandingan absorbansi sebagai perbandingan mol ion logam dan ligan, maka didapatkan garis lurus melalui (0,0) dan akan berbelok pada titik ekivalen
Metode variasi kontinu Skoog, Holler and Crouch
Analisis senyawa kompleks
Metode perbandingan slopeMetode ini digunakan untuk senyawa kompleks lemah dengan asumsi
1.Pembentukan senyawa kompleks dapat dibuat dengan salah satu reaktan berlebih
2.Mengikuti Hukum Beer
Analisis senyawa kompleksxM + yL MxLy
cm = [M] + x[MxLy]cL = [L] + y [MxLy]cm, cL molar konsentrasi analitikalPada L berlebih maka, [M] << x[MxLy]Pada L berlebih maka, [L] << y [MxLy]
cm = x[MxLy] cL = y [MxLy]
Hukum BeerA= €bc = €b[MxLy] = €b cm /x A= €bc = €b[MxLy] = €b cL /y
Perbandingan dari kedua absorban pada reaktan €b cm /x : €b cL /y = y/x
Analisis Otomatis dengan Flow Injection Analysis (FIA)
Ditemukan oleh Ruzicka dan Hansen di DenmarkSecara bersamaan oleh Stewart di US pada 1970
Digunakan untuk penentuan variasi kandungan darah dan urin (sample) dalam klinik Laboratorium
Analisis Otomatis dengan Flow Injection Analysis (FIA)
Metode Analisis dimana sample dibawa dalam suatu sistem menuju detektorSample dibentuk dan dialirkan dalam bentuk gelembung udara baru kemudian direaksikan dengan standar, dianalisis oleh detektor .Gelembung udara untuk :1.Mencegah penyebaran sample yang berlebih2.Meningkatkan percampuran sample dan bahan reaksi3.Menghindari dinding saluran4.Mencegah kontaminasi silang antara sample yang berturut-turut
Analisis Otomatis dengan Flow Injection Analysis (FIA)
Pemisahan dalam (FIA) dengan DialisisLiquid extractionDifusi Gas
FIA DialisisSkoog, Holler and Crouch
FIA ExtractionSkoog, Holler and Crouch
Metode Spektroskopi Infrared
Identifikasi Gugus FungsiFrekuensi dapat dijadikan penentu gugus fungsi dengan persamaan :
ð= 1/(2πc)√(K/µ)
Metode Spektroskopi InfraredIdentifikasi Gugus Fungsi
Frekuensi dapat dijadikan penentu gugus fungsi, dengan klasifikasi seluruh daerah frekuensi IR menjadi 3 atau 4 bagian.
Pembagian IR1. Daerah dekat IR ( 0,2-2,5µ )2. Daerah Fundamental (2,5-50µ)3. Daerah jauh IR (50-500µ)
Berdasarkan daerah ulur hidrogen (2,7-3µ), daerah ikatan rangkap 3 (3,7-5,4µ), daerah ikatan rangkap 2 (5,1-6,5µ),daerah sidik jari (6, 7-14µ).
Rata-Rata klasifikasi pada daerah fundamental
Metode Spektroskopi Infrared
Metode Base LinePada konsentrasi tinggi, absorbansi tinggiTidak memenuhi hukum Beer dikarenakan adanya penentuan dengan menyeleksi pita absorbsi yang dianalisis yang tidak terjatuh kembali pada pita komponen yang dianalisis.
Metode Spektroskopi Infrared
Po menunjukan intensitas sinar yang didapat dengan cara menarik garis lurus tangensial pada kurva spektrum absorpsi pada posisi pita absorbsi yang dianalisis
T untuk Pt diukur dari titik absorbsi maksimumKurva kaliberasi didapakan dengan
log(Po/Pt).konsentasi sample
Spektroskopi pendar molekuler
Metode pendar FluorRadiasi Emisi yang berasal dari konversi internal (IC) S2 ke
S1, S1 ke S0 dengan waktu emisi 10-7-10-9 s Berdasarkan pada sifat dan intensitas cahaya teremisi
oleh suatu molekul pada transisi tingkat triplet pertama dan tingkat singlet.
Analisis senyawa organik dan anorganik dalam jumlah sedikit, dipengaruhi pH, suhu, kadar zat, intensitas cahaya
Sifat emisi ditinjau dari frekuensi, waktu hidup, hasil kuantum, dan pola vibrasi untuk analisis kuantitatif.
Spektroskopi pendar molekulerBerdasarkan hukum Beer, fraksi cahaya yang ditransmisikan
P/Po = ℮-εbc
Fraksi cahaya yang terabsorbsi menjadi1-(P/Po) = 1- ℮-εbc
(Po-P) = Po(1- ℮-εbc )Dikalikan dengan efisiensi kuantum pendar fluor () maka
Intensitas pendar fluor (F) F= (Po-P) = Po(1- ℮-εbc )
Pada larutan encer, cahaya diabsorbsi lemah εbc > 0,05 sehingga
F= K Po(2,3 εbc )Dengan K, tetapan instrumen
Spektroskopi pendar molekulerMetode pendar Fosfor
Radiasi Emisi persilangan antar system (ISC), meliputi pembalikan spin elektron, Tingkat triplet ke keadaan dasar (S0)
Molekul teridentifikasi pada emisi yang keluar berlangsung dalam waktu cukup lama ( 1-10 s pada medium tegar dan 10-4-10-3 s pada medium fluida.
Pendar Fosfor dipengaruhi oleh struktur molekul, ion-ion logam paragmagnetik, molekul-molekul siklik tidak tersubsitusi serta hidrokarbon polisiklik mengandung subsituen –CH3, -NH2, -OH, -COOH, -OCH3 , turuanan benzena dan naftalen
Spektroskopi pendar molekulerBerdasarkan hukum Beer, fraksi cahaya yang ditransmisikan
P/Po = ℮-εbc
Fraksi cahaya yang terabsorbsi menjadi1-(P/Po) = 1- ℮-εbc
(Po-P) = Po(1- ℮-εbc )Dikalikan dengan efisiensi kuantum pendar fluor () maka
Intensitas pendar fluor (F) I= (Po-P) = Po(1- ℮-εbc )
Pada larutan encer, cahaya diabsorbsi lemah εbc > 0,05 sehingga
I= Kc Po(2,3 εbc )Dengan Kc, tetapan instrumen
Penafsiran hasil spektroskopi
INFRAMERAH
Syarat-syarat yang harus dipenuhi untuk penafsiran
1. Spektrum harus terselesaikan dan intensitas cukup memadai.
2. Spektrum diperoleh dari senyawa murni.3. Spektrofotometer harus dikalibrasi sehingga pita
yang teramati sesuai dengan frekuensi atau panjang gelombangnya.
4. Metode persiapan sampel harus ditentukan. Jika dalam bentuk larutan, maka konsentrasi larutan dan ketebalan sel harus ditunjukkan.
Komponen grafik
• Transmitans % menyatakan banyaknya intensitas cahaya yang kembali ke detektor
• Wavenumber menyatakan panjang gelombang yang dipancarkan (cm-1)
baseline
peak
Math Composer 1. 1. 5http: / /www. mathcomposer. com
%T = intensitasintensitas orisinil
x 100
CH3COOH
Analisis Kualitatif dengan Inframerah
• Daerah ulur hidrogen. (3700-2700 cm-1) Puncak terjadi karena vibrasi ulur antara atom H dengan atom lainnya. Ikatan hidrogen menyebabkan puncak melebar dan terjadi pergeseran gelombang ke arah lebih pendek. Perubahan struktur dari ikatan CH akan menyebabkan puncak bergeser ke arah yang maksimum.
• Daerah ikatan rangkap dua (1950-1550 cm-1) konjugasi menyebabkan puncak lebih rendah sampai 1700 cm-1.
• Semakin elektronegatif, uluran akan menyebabkan perubahan besar dalam momen ikatan; oleh karena itu resapannya bersifat kuat.
Pengaruh Ikatan Hidrogen
3350 – frekuensi vibrasi stretching OH
2950 -- frekuensi vibrasi stretching CH alifatik asimetris
(intensitas kurang dari 2860 adalah frekuensi vibrasi stretching simetris 1425 -- Karakteristik penyerapan CH2
1065 -- Penyerapan CO
Senyawa tersebut adalah cyclohexanol.
Penafsiran Spektroskopi
ULTRAVIOLET
Komponen Grafik
Contoh
Analisis
Penafsiran Spektroskopi
PENDAR-FLUOR
• Adakah kemungkinan pertukaran pendar fluor dan fosforensi? (Indrianti P.)
• Sensitivitas spektrokopi uv? (Nindya S.W.)• Bagaimana penafsiran bentuk dari gugus
fungsi pada spektroskopi IR dan UV-Vis? (Kenny L.)
• Apakah yang membuat g