BAB I
PENDAHULUAN
1.1 FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (disingkat FTIR) adalah sama
dengan Spektrofotometer Infra Red dispersi, yang membedakannya adalah pengembangan
pada sistem optiknya sebelum berkas sinar infra merah melewati contoh. Dasar pemikiran
dari Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red adalah dari persamaan gelombang yang
dirumuskan oleh Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830) seorang ahli matematika dari
Perancis. Dari deret Fourier tersebut intensitas gelombang dapat digambarkan sebagai daerah
waktu atau daerah frekuensi. Perubahan gambaran intensitas gelombang radiasi
elektromagnetik dari daerah waktu ke daerah frekuensi atau sebaliknya disebut Transformasi
Fourier (Fourier Transform).
Sistem optik Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red dilengkapi dengan
cermin yang bergerak tegak lurus dan cermin yang diam. Dengan demikian radiasi infra
merah akan menimbulkan perbedaan jarak yang ditempuh menuju cermin yang bergerak
( M ) dan jarak cermin yang diam ( F ). Perbedaan jarak tempuh radiasi tersebut adalah 2
yang selanjutnya disebut sebagai retardasi (δ). Hubungan antara intensitas radiasi IR yang
diterima detektor terhadap retardasi disebut sebagai interferogram. Sedangkan sistem optik
dari Spektrofotometer Infra Red yang didasarkan atas bekerjanya interferometer disebut
sebagai sistem optik Fourier Transform Infra Red. Pada sistem optik Fourier Transform Infra
Red 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. Detektor yang
digunakan dalam Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red adalah Tetra Glycerine
Sulphate (disingkat TGS) atau Mercury Cadmium Telluride (disingkat MCT). 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.
Pada metode penggunaan karakterisasi material menggunakan FTIR spektroskopi ini
menggunakana spektrum sinar merah (infrared). Ini dikarenakan bahwa sinar inframerah
memiliki panjang gelombang yang paling panjang dari spektrum sinar warna lainnya. Sinar
memiliki frekuensi dan panjang gelombang tertentu berdasarkan apa yang telah diteliti
1 | K a r a k t e r i s a s i M a t e r i a l L a n j u t - P E T
sebelumnya. Penjelasan pada panjang gelombang sinar dan penjelasan sinar merah pada
khususnya diterangkan pada Gambar 1 di bawah ini :
Gambar 1 : Spektrum cahaya dan pembagian cahaya infrared dengan panjang gelombangnya
Dari pemeriksaan karakterisasi menggunakan FTIR maka akan dihasilkan grafik dari
material yang dilakukan scanning. Dari grafik yang dimunculkan maka harus dilakukan
identifikasi dari setiap puncak (peak) grafik yang muncul. Dari setiap puncak yang muncul
akan menunjukkan angka – angka tertentu. Dari angka – angka puncak dapat
diidentifikasikan berupa ikatan kimia yang terjadi. Dan ikatan – ikatan tersebut dapat
menunjukkan merupakan material original.
2 | K a r a k t e r i s a s i M a t e r i a l L a n j u t - P E T
Dari hasil grafik dapat langsung mengidentifikasi material yang dikarakterisasi.
Contoh dari bentuk grafi dengan pengujian menggunakan FTIR dapat dilihat pada Gambar 2
dibawah ini :
Gambar 2 : Hasil dari karakterisasi menggunakan FTIR spektroskopi
3 | K a r a k t e r i s a s i M a t e r i a l L a n j u t - P E T
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Interaksi Sinar Infra Merah Dengan Molekul
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 frekwensi 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.
Panjang gelombang atau bilangan gelombang dan kecepatan cahaya dihubungkan
dengan frekwensi melalui bersamaan berikut : Energi yang timbul juga berbanding lurus
dengan frekwesi dan digambarkan dengan persamaan Max Plank.
Dalam spektroskopi infra merah panjang gelombang dan bilangan gelombang adalah
nilai yang digunakan untuk menunjukkan posisi dalam spektrum serapan. Panjang gelombang
biasanya diukur dalam mikron atau mikro meter ( オm ).
Sedangkan bilangan gelombang adalah frekuensi dibagi dengan kecepatan cahaya,
yaitu kebalikan dari panjang gelombang dalam satuan cm-1.
Dasar Spektroskopi Infra Merah 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 :
1. Gerak Translasi, yaitu perpindahan dari satu titik ke titik lain.
2. Gerak Rotasi, yaitu berputar pada porosnya, dan
3. Gerak Vibrasi, yaitu bergetar pada tempatnya..
Metode Spektroskopi inframerah ini dapat digunakan untuk mengidentifikasi suatu
senyawa yang belum diketahui,karena spektrum yang dihasilkan spesifik untuk senyawa
tersebut. Metode ini banyak digunakan karena:
a. Cepat dan relatif murah
b. Dapat digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsional dalam molekul
4 | K a r a k t e r i s a s i M a t e r i a l L a n j u t - P E T
c. Spektrum inframerah yang dihasilkan oleh suatu senyawa adalah khas dan
oleh karena itu dapat menyajikan sebuah fingerprint (sidik jari) untuk senyawa
tersebut.
Tabel 1. Serapan Khas Beberapa Gugus fungsi
Gugus Jenis Senyawa Daerah Serapan (cm-1)
C-H Alkana 2850-2960, 1350-1470
C-H Alkena 3020-3080, 675-870
C-H Aromatic 3000-3100, 675-870
C-H Alkuna 3300
C=C Alkena 1640-1680
C=C aromatik (cincin) 1500-1600
C-O Alcohol, eter, asam karboksilat, ester 1080-1300
C=O aldehida, keton, asam karboksilat, ester 1690-1760
O-H alkohol, fenol(monomer) 3610-3640
O-H alkohol, fenol (ikatan H) 2000-3600 (lebar)
O-H asam karboksilat 3000-3600 (lebar)
N-H Amina 3310-3500
C-N Amina 1180-1360
-NO2 Nitro 1515-1560, 1345-1385
2.2 Jenis Vibrasi Molekul
Ada dua jenis vibrasi yaitu:
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
Vibrasi tekuk itu sendiri dibagi lagi menjadi empat:
1. Scissoring
2. Rocking
5 | K a r a k t e r i s a s i M a t e r i a l L a n j u t - P E T
3. Wagging
4. Twisting
Gambar 3 :beberapa macam gerakan – gerakan molekul
2.3 Perubahan Energi Vibrasi
Atom-atom di dalam molekul tidak dalam keadaan diam, tetapi biasanya terjadi
peristiwa vibrasi. Hal ini bergantung pada atom-atom dan kekuatan ikatan yang
menghubungkannya. Vibrasi molekul sangat khas untuk suatu molekul tertentu dan biasanya
disebut vibrasi finger print. Vibrasi molekul dapat digolongkan atas dua golongan besar, yaitu
:
1. Vibrasi Regangan (Streching)
2. Vibrasi Bengkokan (Bending)
2.4 Vibrasi Regangan (Streching)
Dalam vibrasi ini atom bergerak terus sepanjang ikatan yang menghubungkannya
sehingga akan terjadi perubahan jarak antara keduanya, walaupun sudut ikatan tidak berubah.
Vibrasi regangan ada dua macam, yaitu:
1. Regangan Simetri, unit struktur bergerak bersamaan dan searah dalam satu bidang
datar.
2. Regangan Asimetri, unit struktur bergerak bersamaan dan tidak searah tetapi masih
dalam satu bidang datar.
2.5 Vibrasi Bengkokan (Bending)
Jika sistim tiga atom merupakan bagian dari sebuah molekul yang lebih besar, maka
dapat menimbulkan vibrasi bengkokan atau vibrasi deformasi yang mempengaruhi osilasi
atom atau molekul secara keseluruhan. Vibrasi bengkokan ini terbagi menjadi empat jenis,
yaitu :
6 | K a r a k t e r i s a s i M a t e r i a l L a n j u t - P E T
1. Vibrasi Goyangan (Rocking), unit struktur bergerak mengayun asimetri tetapi masih
dalam bidang datar.
2. Vibrasi Guntingan (Scissoring), unit struktur bergerak mengayun simetri dan masih
dalam bidang datar.
3. Vibrasi Kibasan (Wagging), unit struktur bergerak mengibas keluar dari bidang datar.
4. Vibrasi Pelintiran (Twisting), unit struktur berputar mengelilingi ikatan yang
menghubungkan dengan molekul induk dan berada di dalam bidang datar.
2.6 Penggunaan dan Aplikasi
Spektroskopi inframerah biasanya digunakan untuk penelitian dan digunakan dalam
industri yang sederhana dengan teknik yang sederhana dan untuk mengontrol kualitas. Alat
spektroskopi inframerah cukup kecil dan mudah dibawa kemana-mana dan kapanpun dapat
digunakan. Dengan meningkatnya teknologi komputer memberikan hasil yang lebih baik.
Spektroskopi inframerah mempunyai ketepatan yang tinggi pada aplikasi kimia organik dan
anorganik. Spektroskopi inframerah juga sukses kegunaannya dalam
semikonduktormikroelektronik: untuk contoh, spektroskopi inframerah dapat digunakan untu
semikonduktor seperti silikon, gallium arsenida, gallium nitrida, zinc selenida, silikon amorp,
silikon nitrida, dan sebagainya.
2.7 Daerah Identifikasi
Vibrasi yang digunakan untuk identifikasi adalah vibrasi bengkokan, khususnya
goyangan (rocking), yaitu yang berada di daerah bilangan gelombang 2000 ・ 400 cm-1.
Karena di daerah antara 4000 ・2000 cm-1 merupakan daerah yang khusus yang berguna
untuk identifkasi gugus fungsional. Daerah ini menunjukkan absorbsi yang disebabkan oleh
vibrasi regangan. Sedangkan daerah antara 2000 ・400 cm-1 seringkali sangat rumit, karena
vibrasi regangan maupun bengkokan mengakibatkan absorbsi pada daerah tersebut.
Dalam daerah 2000 ・ 400 cm-1 tiap senyawa organik mempunyai absorbsi yang
unik, sehingga daerah tersebut sering juga disebut sebagai daerah sidik jari (fingerprint
region). Meskipun pada daerah 4000 ・2000 cm-1 menunjukkan absorbsi yang sama, pada
daerah 2000 ・400 cm-1 juga harus menunjukkan pola yang sama sehingga dapat disimpulkan
bahwa dua senyawa adalah sama.
2.8 Penafsiran Spektrum Inframerah
7 | K a r a k t e r i s a s i M a t e r i a l L a n j u t - P E T
Untuk penafsiran spektrum inframerah tidak ada aturan kaku, namun syarat-syarat
tertentu yang harus dipenuhi sebagai upaya untuk menafsirkan suatu spektrum adalah :
1. Spektrum harus terselesaikan dan intensitas cukup memadai
2. Spektrum diperoleh dari senyawa murni
3. Spektroskopi harus dikalibrasi sehingga pita yang teramati sesuai dengan frekuensi
atau panjang gelombangnya. Kalibrasi dapat dilakukan dengan menggunakan standar
yang dapat diandalkan, seperti polistirena film.
4. Metode persiapan sampel harus ditentukan. Jika dalam bentuk larutan, maka
konsentrasi larutan dan ketebalan sel harus ditunjukkan.
Penyerapan sinar uv-vis dibatasi pd sejumlah gugus fungsional/gugus kromofor
(gugus dengan ikatan tidak jenuh) yang mengandung electron valensi dengan tingkat eksitasi
yang rendah. Dengan melibatkan 3 jenis electron yaitu : sigma, phi dan non bonding electron.
Kromofor-kromofor organic seperti karbonil, alken, azo, nitrat dan karboksil mampu
menyerap sinar ultraviolet dan sinar tampak. Panjang gelombang maksimalnya dapat berubah
sesuai dengan pelarut yang digunakan. Auksokrom adalah gugus fungsional yang
mempunyai elekron bebas, seperti hidroksil, metoksi dan amina. Terikatnya gugus
auksokrom pada gugus kromofor akan mengakibatkan pergeseran pita absorpsi menuju ke
panjang gelombang yang lebih besar (bathokromik) yang disertai dengan peningkatan
intensitas (hyperkromik).
2.9 Komponen dari suatu Spektroskopi berkas tunggal yaitu :
1. Suatu sumber energy cahaya yang berkesinambungan yang meliputi daerah spectrum
dimana instrument itu dirancang untuk beroperasi.
2. Suatu monokromator, yakni suatu piranti untuk mengecilkan pita sempit panjang-
panjang gelombang dari spectrum lebar yang dipancarkan oleh sumber cahaya.
3. Suatu wadah sampel (kuvet)
4. Suatu detector, yang berupa transduser yang mengubah energy cahaya menjadi suatu
isyarat listrik.
5. Suatu pengganda (amplifier), dan rangkaian yang berkaitan membuat isyarat listrik itu
memadai untuk di baca.
6. Suatu system baca (piranti pembaca) yang memperagakan besarnya isyarat listrik,
menyatakan dalam bentuk % Transmitan (% T) maupun Adsorbansi (A).
8 | K a r a k t e r i s a s i M a t e r i a l L a n j u t - P E T
2.10 Material Uji (Pelet) Gelas Air Mineral / PET (Polyethylene Terephthalate)
Gelas air mineral merupakan wadah atau botol yang terbuat dari polymer, yaitu
biasa disebut PET (Polyethylene Terephthalate). Material polimer ini adalah suatu resin
polimer plastik termoplast dari kelompok poliester. PET banyak diproduksi dalam industri
kimia dan digunakan dalam serat sintetis, botol minuman dan wadah makanan, aplikasi
thermoforming, dan dikombinasikan dengan serat kaca dalam resin teknik. PET merupakan
salah satu bahan mentah terpenting dalam kerajinan tekstil.
PET dapat berwujud padatan amorf (transparan) atau sebagai bahan semi-kristal
yang putih dan tidak transparan, tergantung kepada proses dan riwayat termalnya.
Monomernya dapat diproduksi melalui esterifikasi asam tereftalat dengan etilen glikol,
dengan air sebagai produk sampingnya. Monomer PET juga dapat dihasilkan melalui reaksi
transesterifikasi etilen glikol dengan dimetil tereftalat dengan metanol sebagai hasil samping.
Polimer PET dihasilkan melalui reaksi polimerasi kondensasi dari monomernya. Reaksi ini
terjadi sesaat setelah esterifikasi/transesterifikasinya dengan etilen glikol sebagai produk
samping (dan etilen glikol ini biasanya didaur ulang).
Material gelas air mineral yang terbuat dari jenis polimer ini hanya bisa dipakai
sekali saja, setelah itu harus dilakukan pendauran ulang. Dikarenakan material ini memiliki
sifat menyerap air yang telah dikemas sebelumnya, dan menjadikan gelas air mineral yang
dibuat dari polimer jenis ini menjadi terkontaminasi dan harus sekali pakai saja.
Dan material ini juga memiliki sifat mekanik yang baik dari jenis – jenis material
polimer lainnya. Dibawah ini merupakan tabel sifat mekanik dari polimer PET :
Tabel 2 : Mekanik Properti dari Polimer PET
9 | K a r a k t e r i s a s i M a t e r i a l L a n j u t - P E T
BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN
3.1 Alat dan BahanAlat dan bahan yang dipersiapkan untuk pengujian karakteristik yang dilakukan
adalah sebagai berikut :
1. Bahan material dari Gelas air mineral
2. Alat uji mesin FTIR Spektroskopi di Lab Teknik Material dan Metalurgi ITS
Gambar 4 : Gelas air mineral sebagai benda uji (kanan) dan seperangkat alat uji FTIR Spektroskopi terintegrasi dengan komputer
3.2 Prosedur Kerja
Langkah-langkah yang dilakukan pada percobaan ini adalah:
1. Menyiapkan sampel
2. Memasang detektor
3. Memanaskan alat FTIR selama 30 menit
4. Menyalaka komputer dan mengaktifkan program OMNIC
5. Memasang tip pada detektor
6. Merekam spektrum gelombang tempat spesimen (background) dan menggunakannya
sebagai acuan
7. Meletakkan sampel di tempat sampel lalu ditekan dengan tip
8. Merekam spektrum gelombang sampel lalu menyimpannya
9. Menganalisa jumlah dan panjang gelombang puncak-puncak di grafik
10. Mencetak grafik
11. Menganalisa jenis ikatan yang terdapat pada material polimer
12. Menentukan jenis material tersebut
10 | K a r a k t e r i s a s i M a t e r i a l L a n j u t - P E T
BAB IVANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Grafik FTIR
Setelah melakukan proses karakterisasi pada material gelas air
mineral dengan menggunakann FTIR Spektroskopi, maka hasil
keluarannya adalah berupa grafik dengan sumbu x sebagai nomor
gelombang dan sumbu y sebagai prosentase penyerapan seperti pada
Gambar 5 di bawah ini :
Gambar 5 : Grafik hasil karakterisasi material gelas air mineral dengan
menggunakan FTIR Spektroskopi
Dari grafik yang dihasilkan terdapat beberapa peak yang muncul
dengan berbagai transmisi, dari mulai low, medium dan high. Dari peak –
peak yang muncul, dijelaskan pada Tabel 3 dibawah ini :
N
o.
Wavenumber Position % Transmittance
11 | K a r a k t e r i s a s i M a t e r i a l L a n j u t - P E T
1. 820 91,5
2. 860 87
3. 940 84
4. 950 87,5
5. 1100 95
6. 1385 85
7. 1395 57
8. 1495 69,5
9. 1780 97
10
.
2310 96,5
11
.
2350 92
12
.
2830 68
13
.
2850 67,8
14
.
2910 49
15
.
2950 55
Setelah dilakukan analisis terhadap peak-peak yang terbentuk
pada grafik hasil uji FTIR pada sampel jurigen air maka dapat diidentifikasi
gugus fungsi yang menyusun sampel seperti pada Tabel 4 :
N
o.
Wavenumber Range Gugus Fungsi
1. 1100 1050 – 1150 C-O (Alcohols)
2. 1395 1450 – 1600 C-H (Aromatic Alcohol
(Ring)
3. 1780 1670 – 1780 C=O (Carbonyl
12 | K a r a k t e r i s a s i M a t e r i a l L a n j u t - P E T
Compounds)
4. 2910 2850 – 2960 C-H stretch (Alkanes)
4.2 Pembahasan
Pengujian spektroskopi infrared yang digunakan disini adalah
mengunakan Fourier Transmision Infra Red (FTIR). Sampel yang
digunakan adalah sampel polymer berupa jurigen air. Pengujian ini
dilakukan untuk mengetahui gugus fungsi penyusun polymer sampel
beserta jenis polymer sampel.
Sebelum pengujian dilakukan terlebih dulu melekukan preparasi
sampel. Sampel untuk uji FTIR ini berbentuk padat sehingga preparasinya
cukup dengan memotongnya ukuran 2x3 cm. Sampel yang sudah siap
kemudian diletakkan diatas sample pan dan alat uji FTIR diaktifkan.
Sinyal Infrared yang ditransmisikan akan diserap oleh atom-atom
sampel. Setiap jenis vibrasi memiliki daya serap sendiri-sendiri. Perilaku
berbeda dalam penyerapan infrared oleh vibrasi atom ini akan
memberikan informasi tersendiri dalam bentuk peak-peak pada hasil uji
FTIR. Hasil uji FTIR menunjukkan adanya 4 buah peak yaitu pada
frekwensi 1100 cm-1 disebabkan oleh vibrasi C-O (Alcohols), pada
frekwensi 1395 cm-1 disebabkan oleh vibrasi C-H (Aromatic Alcohol), pada
frekwensi 1780 cm-1 disebabkan oleh vibrasi C=O (Carbonyl Compounds),
dan pada frekwensi 2910 cm-1 disebabkan oleh vibrasi C-H stretch
(alkana).
Pengujian FTIR juga memberikan informasi mengenai jenis material
polymer yang diuji berdasarkan kecocokan dengan database standarnya.
Hasil pengujian ini menunjukkan adanya kecocokan sampel dengan
material Polyethylene Terephthalate (PET).
Rumus struktur untuk material Polyethylene Terephthalate adalah :
13 | K a r a k t e r i s a s i M a t e r i a l L a n j u t - P E T
Sehingga dengan peak – peak yang terbentuk, maka sesuai
dengan gugus fungsi pembentuk polyethylene ini dengan bahan uji
berupa gelas air mineral sesuai dengan peak – peak yang dicocokkan
dengan buku panduan gugus fungsi.
Untuk pengaplikasian dari polymer Polyethylene Terephthalate (PET)
yaitu digunakan untuk botol air mineral sekali pakai dan plastik – plastik
aplikasi cairan lainnya.
Gambar 6 : Aplikasi pembungkus minuman untuk polimer Polyethylene Terephthalate
(PET)
14 | K a r a k t e r i s a s i M a t e r i a l L a n j u t - P E T
Top Related