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