63
BAB I PENDAHULUAN Rasa ingin tahu merupakan suatu sifat dasar manusia yang tak dapat dipungkiri. Kita sebagai manusia selalu ingin tahu sesuatu lebih terperinci. Sifat ini juga merupakan suatu unsur yang sangat penting bagi seorang ilmuwan. Dalam melihat segala sesuatu, seorang ilmuwan selalu menanyakan apa penyebab terjadinya sesuatu, bagaimana prosesnya, apa manfaat dan kerugiannya, dan beberapa pertanyaan-pertanyaan lain yang sering timbul. Dalam dunia sains dikenal suatu istilah yang dinamakan analisis. Analisis merupakan suatu bagian penting dalam dunia sains. Untuk mendukung proses analisis, maka para ilmuwan mulai memikirkan cara untuk dapat mengalaisis sesuatu secara lebih cepat, lebih tepat, dan lebih mudah. Salah satu contoh perkembangan dalam sains adalah munculnya spektroskopi. Spektroskopi adalah ilmu yang mempelajari materi dan atributnya berdasarkan cahaya, suara atau partikel yang dipancarkan, diserap atau dipantulkan oleh materi tersebut. Spektroskopi juga dapat didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari interaksi antara cahaya dan materi. Dalam catatan sejarah, spektroskopi mengacu kepada cabang ilmu dimana "cahaya tampak" digunakan dalam teori-teori struktur materi serta analisa kualitatif dan kuantitatif. Dalam masa modern, definisi spektroskopi berkembang seiring teknik-teknik baru yang dikembangkan untuk memanfaatkan tidak hanya cahaya tampak, tetapi juga bentuk lain dari radiasi elektromagnetik dan non-elektromagnetik seperti gelombang mikro, gelombang

rangkuman SPEKTROFOTOMETRI

Embed Size (px)

Citation preview

BAB I

PENDAHULUAN

Rasa ingin tahu merupakan suatu sifat dasar manusia yang tak dapat dipungkiri. Kita

sebagai manusia selalu ingin tahu sesuatu lebih terperinci. Sifat ini juga merupakan suatu

unsur yang sangat penting bagi seorang ilmuwan. Dalam melihat segala sesuatu, seorang

ilmuwan selalu menanyakan apa penyebab terjadinya sesuatu, bagaimana prosesnya, apa

manfaat dan kerugiannya, dan beberapa pertanyaan-pertanyaan lain yang sering timbul.

Dalam dunia sains dikenal suatu istilah yang dinamakan analisis. Analisis merupakan

suatu bagian penting dalam dunia sains. Untuk mendukung proses analisis, maka para

ilmuwan mulai memikirkan cara untuk dapat mengalaisis sesuatu secara lebih cepat, lebih

tepat, dan lebih mudah. Salah satu contoh perkembangan dalam sains adalah munculnya

spektroskopi.

Spektroskopi adalah ilmu yang mempelajari materi dan atributnya berdasarkan cahaya,

suara atau partikel yang dipancarkan, diserap atau dipantulkan oleh materi tersebut.

Spektroskopi juga dapat didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari interaksi antara cahaya

dan materi. Dalam catatan sejarah, spektroskopi mengacu kepada cabang ilmu dimana

"cahaya tampak" digunakan dalam teori-teori struktur materi serta analisa kualitatif dan

kuantitatif. Dalam masa modern, definisi spektroskopi berkembang seiring teknik-teknik baru

yang dikembangkan untuk memanfaatkan tidak hanya cahaya tampak, tetapi juga bentuk lain

dari radiasi elektromagnetik dan non-elektromagnetik seperti gelombang mikro, gelombang

radio, elektron, fonon, gelombang suara, sinar x dan lain sebagainya.

Spektroskopi umumnya digunakan dalam kimia fisik dan kimia analisis untuk

mengidentifikasi suatu substansi melalui spektrum yang dipancarkan atau yang diserap. Alat

untuk merekam spektrum disebut spektrometer. Spektroskopi juga digunakan secara intensif

dalam astronomi dan penginderaan jarak jauh. Berikut akan dibahas mengenai

Spektrofotometri UV-visible, Spektrofotometri IR, Spektrometri Massa (MS), Magnetik Inti

(NMR), Spektrofotometri Emisi Atom (SEA) dan Spektrofotometri Serapan Atom (AAS).

BAB II

SPEKTROFOTOMETRI UV-VISIBLE

Spektrofotometri UV-Vis adalah anggota teknik analisis spektroskopik yang memakai

sumber REM (radiasi elektromagnetik), dengan panjang gelombang daerah spektrum UV

adalah 190-380 nm, sedangkan spektrum visible adalah 380-780 nm. Spektrofotometer yang

sesuai untuk pengukuran di daerah spektrum UV-VIS terdiri dari suatu sistem optik dengan

kemampuan menghasilkan cahaya monokromatik dalam jangkauan 200-800 nm dan suatu

alat yang sesuai untuk menetapkan serapan.

Analisis Kualitatif

Penggunaan alat ini dalam analisis kuantitatif sedikit terbatas sebab spektrum sinar tampak

atau sinar UV menghasilkan puncak-puncak serapan yang lebar sehingga dapat disimpulkan

bahwa spektrum yang dihasilkan kurang menunjukan puncak-punca serapan. Namun,

walaupun puncak yang dihasilkan bebentuk lebar, puncak tersebut masih dapat digunakan

untuk memperoleh keterangan ada atau tidaknya gugus fungsional tertentu dalam suatu

molekul organik.

Analisis Kuantitatif

Penggunaan sinar UV dalam analisis kuantitatif memberikan beberapa

keuntungan, diantaranya:

Dapat digunakan secara luas

Memiliki kepekaan tinggi

Keselektifannya cukup baik dan terkadang tinggi

Ketelitian tinggi

Tidak rumit dan sepat

Adapun langkah-langkah utama dalam analisis kuantitatif adalah

Pembentukan warna ( untuk zat yang yang tak berwarna atau warnanya kurang kuat ),

Penentuan panjang gelombang maksimum,

Pembuatan kurva kalibrasi,

Pengukuran konsentrasi sampel.

Radiasi ultraviolet memiliki panjang gelombang kurang dari 200 nm adalah sulit

untuk menangani, dan jarang digunakan sebagai alat rutin untuk analisis struktural.

Energi yang disebutkan diatas adalah cukup untuk mempromosikan atau merangsang

elektron molekul ke energi orbital yang lebih tinggi. Akibatnya, penyerapan spektroskopi

dilakukan di wilayah ini kadang disebut "spektroskopi elektronik".

Panjang gelombang cahaya UV-VIS jauh lebih pendek daripada panjang

gelombang radiasi inframerah. Spektrum sinar tampak terentang dari sekitar 400 nm (ungu)

sampai 750 nm (merah), sedangkan spektrum ultraviolet terentang dari 100 nm sampai 400

nm.

Kuantitas energi yang diserap oleh suatu senyawa berbanding terbalik dengan panjang

gelombang radiasi :

Violet : 400 - 420 nm

Indigo : 420 - 440 nm

Biru : 440-490 nm

Hijau : 490-570 nm

Kuning: 570-585 nm

Oranye: 585-620 nm

Merah: 620-780 nm

Gambar spektrum UV.

Analisis ini dapat digunakan yakni dengan penentuan absorbansi dari larutan sampel

yang diukur. Prinsip penentuan spektrofotometer UV-VIS adalah aplikasi dari Hukum

Lambert-Beer, yaitu:

A = - log T = - log It / Io = ε . b . C

Dimana :

A = Absorbansi dari sampel yang akan diukur

T = Transmitansi

I0 = Intensitas sinar masuk

It = Intensitas sinar yang diteruskan

ε = Koefisien ekstingsi

b = Tebal kuvet yang digunakan

C = Konsentrasi dari sampel

Penyebab kesalahan sistematik yang sering terjadi dalam analisis menggunakan

spektrofotometer adalah:

Serapan oleh pelarut

Hal ini dapat diatasi dengan penggunaan blangko, yaitu larutan yang berisi matrik selain

komponen yang akan dianalisis.

Serapan oleh kuvet

Kuvet yang biasa digunakan adalah dari bahan gelas atau kuarsa. Dibandingkan dengan

kuvet dari bahan gelas, kuvet kuarsa memberikan kualitas yang lebih baik, namun tentu

saja harganya jauh lebih mahal. Serapan oleh kuvet ini diatasi dengan penggunaan jenis,

ukuran, dan bahan kuvet yang sama untuk tempat blangko dan sampel.

Kesalahan fotometrik normal

Pada pengukuran dengan absorbansi sangat rendah atau sangat tinggi, hal ini dapat diatur

dengan pengaturan konsentrasi, sesuai dengan kisaran sensitivitas dari alat yang

digunakan. (melalui pengenceran atau pemekatan) Sama seperti pHmeter, untuk

mengatasi kesalahan pada pemakaian spektrofotometer UV-VIS maka perlu dilakukan

kalibrasi. Kalibrasi dalam spektrofotometer UV-VIS dilakukan dengan menggunakan

blangko:

Setting nilai absorbansi = 0

Setting nilai transmitansi = 100 %

Penentuan kalibrasi dilakukan dengan mengikuti prosedur sebagai berikut:

a. Dilakukan dengan larutan blangko (berisi pelarut murni yang digunakan dalam sampel)

dengan kuvet yang sama.

b. Setiap perubahan panjang gelombang diusahakan dilakukan proses kalibrasi.

c. Proses kalibrasi pada pengukuran dalam waktu yang lama untuk satu macam panjang

gelombang, dilakukan secara periodik selang waktu per 30 menit.

Dengan adanya proses kalibrasi pada spektrofotometer UV-VIS ini maka akan membantu

pemakai untuk memperoleh hasil yang akurat dan presisi.

Diagram tingkat energi pada transisi electron

a. Transisi σ σ*

Disini suatu elektron didalam orbital molekul bonding diaksitasi ke orbital

antibonding yang sesuai dengan pengabsobsian radiasi. Molekul berada dalam bentuk exited

state, σ*. Relatif terhhadap transisi lainnya, energi yang diperlukan untuk menyebabkan

transisi σ σ* adalah besar ( gambar. 1). Metana sebagai contoh senyawa yang

mengandung hanya sedikit ikatan tunggal C – H dan karena itu hanya dapat mengalami

transisi σ σ* yang memperlihatkan absorbsi maksimum pada 125 nm. Etana mempunyai

puncak absorbsi pada 135 nm, yang juga berasal dari jenis transisi yang sama, tetapi disini

elektron yang berasal dar ikata C – C. oleh karena kekuatan ikatan C – C lebih lemah dari

pada ikatan C – H maka energi yang lebih kecil dibutuhkan untuk eksitasi pada ikatan C – C;

jadi puncak absorbsi terjadi pada panjang gelombang yang lebih besar.

b. Transisi n σ*

Senyawa-senyawa jenuh yang mengandung atom-atom dengan elktron-elektron yang

tidak berpasangan (elektron nonbonding) mempunyai kemampuan untuk mengadakan transisi

n σ*. Umumnya transisi ini memerlukan energi yang lebih kecil dari pada transisi σ σ*,

dan dapat disebabkan oleh radiasi didaerah antara 150nm dan 250nm. Pada data dibawah ini

terlihat bahwa energi yang diperlukan untuk transisi bergantung terutama pada jenis atom

yang berikatan dan pada struktur molekul.

Tabel. 1 Absorpsi UV yang menyebabkan transisi n → σ*

Struktur λmaks, nm ε

H2O 167 1480

CH3OH 184 150

CH3CL 173 200

CH3I 258 365

(CH3)2O 184 2520

CH3NH2 215 600

(CH3)3N 227 900

c. Transisi π → π* dan transisi n → π*

Umumnya penggunaan spektroskopi serapan pada senyawa-senyawa organik

didasarkan pada transisi elektron n dan π karena energi-energi yang diperlukan untuk proses-

proses ini cukup rendah, yaitu pada spektrum yang baik sekali (200 – 700 nm). Kedua transisi

memerlukan adanya suatu gugus funsional tak jenuh untuk menydiakan orbital π.

Absorptivitas molar (ε) sangat besar yaitu antara 1000 – 10.000 L.cm-1.mol-1.

Jenis pelarut yang dipakai mempengaruhi panjang gelombang maksimum. Puncak-

puncak (maksimum-maksimum ) yang diasosiakan dengan transisi n→ π* digeser ke panjang

gelombang yang lebih pendek (hypsochromatic atau blue shift) dengan bertambahnya

kepolaran pelarut. Biasanya, tapi tidak selalu, kebalikannya teramati untuk transisi π → π*

(bathochromic atau red shift).

Tabel 2. Absorpsi UV yang menyebabkan transisi π → π*

Struktur λmaks, nm Ε

RCH=CHR 165 15.000

R-C≡C-R 173 6.000

RR’C=O 188 900

>C=N- 190 5.000

-C≡N <160 -

-ONO 218,5 1.120

d. Transisi n → π*

Transisi ini terjadi pada senyawa organik tak jenuh yang mengandung satu atau lebih

atom dengan pasangan elektron bebas yang berasal dari atom N, O, F, Cl, Br, I, S, P.

Absorptivitas molar (ε) relatif kecil yaitu antara 10 – 100 L.cm-1.mol-1.

Kromofor

Berasal dari kata Chromophorus yang berarti pembawa warna

Dalam pengertian yang dikembangkan, kromofor merupakan suatu gugus fungsi yang

menyerap radiasi elektromagnetik apakah gugus itu berwarna atau tidak

Digunakan untuk menyatakan gugus tidak jenuh kovalen yang dapat menyerap radiasi

dalam daerah-daerah ultraviolet dan terlihat

Auksokrom

Suatu subtituen pada kromofor yang menghasilkan pergeseran merah

Ciri auksokrom adalah heteroatom yang langsung terikat pada kromofor, misalnya : -

OCH3, -Cl, -OH, NH2.

Contoh : pada konjugasi pasangan electron bebas pada atom nitrogen dari enamina

akan mengeser serapan maksimum dari harga ikatan ganda terisolasi pada 190nm ke

230nm. Subtituen nitrogen adalah auksokrom. Suatu auksokrom akan memperpanjang

kromofor dan menghasilkan suatu kromofor baru.

Pergeseran merah atau efek

batokromik merupakan pergeseran

serapan maksimum ke panjang

gelombang lebih panjang. Hal ini

dapat disebabkan oleh perubahan

pelarut atau adanya suatu

auksokrom. Geseran ke panjang

gelombang yang lebih panjang

mencerminkan fakta bahwa electron dalam suatui system tergabung (terkonjugasi)

kurang kuat terikat daripada dalam suatu system tak tergabung.

Pergeseran biru atau efek hipokromik merupakan pergeseran ke panjang

gelombang lebih pendek. Hal ini disebabkan oleh perubahan pelarut atau adanya

konjugasi dari electron pasangan bebas pada atom nitrogen anilia dengan system ikatan

π cincin benzene dihilankan dengan adanya protonasi. Anilia menyerap pada 230nm ( ε

8600) tetapi dalam larutan asam puncak utamanya hamper sama dengan benzene yaitu

203nm ( ε 7500), terjadi pergeseran biru.

Efek hiperkromik → kenaikan dalam intensitas serapan

Efek hipokromik → penurunan dalam intensitas serapan

Berkas radiasi dikenakan pada cuplikan dan intensitas radiasi yang ditransmisikan

diukur. Radiasi yang diserap oleh cuplikan ditentukan dengan membandingkan

intensitas dari berkas radiasi yang ditransmisikan bila spesies penyerap tidak ada

dengan intensitas yang ditransmisikan bila spesies penyerap ada. Kekuatan radiasi dari

berkas cahaya sebanding dengan jumlah foton per detik yang melalui satu satuan luas

penampang. Jika foton yang mengenai cuplikan tenaga yang sama dengan yang

dibutuhkan untuk menyebabkan terjadinya perubahan tenaga, maka serapan dapat

terjadi.

Tingkat kejadian absorbsi tergantung pada:

Jarak yang diarungi radiasi melewati larutan itu

Panjang gelombang radiasi

Sifat dasar spesies molekul dalam larutan

INSTRUMEN UV-VIS

Spektrofotometer sesuai dengan namanya adalah

alat yang terdiri dari spektrometer dan fotometer.

Spektrofotometer menghasilkam sinar dari spektrum

dengan panjang gelombang tertentu dan fotometer adalah

alat pengukur intensitas cahaya yang ditransmisikan atau

yang diarbsorbsi. Jadi spektrofotometer digunakan untuk

mengukur energi secara relatif jika energi tersebut ditransmisikan, direfleksikan atau

diemisikan sebagai fungsi dari panjang gelombang. Kelebihan spektrofotometer

dibandingkan dengan fotometer adalah panjang gelombang dari sinar putih dapat lebih

terseleksi dan ini diperoleh dengan alat pengurai seperti prisma, grating ataupun celah optis.

Pada fotometer filter, sinar dengan panjang gelombang yang diinginkan diperoleh dengan

berbagai filter dengan berbagai warna yang mempunyai spesifikasi melewatkan trayek

panjang gelombang tertentu. Suatu spektrofotometer tersusun dari sumber spectrum tampak

yang kontinyu, monokromator, sel pengarbsorbsi untuk larutan sample dan blanko ataupun

pembanding.

Spektrofotometer terdiri dari :

Sumber cahaya.

Monokromator.

Kompartemen sampel.

Detektor dan pengukur intensitas cahaya.

Skema konstruksi spektrofotometer :

Secara sederhana Instrumen spektrofotometri yang disebut spektrofotometer terdiri dari :

sumber cahaya – monokromator – sel sampel – detektor – read out (pembaca)

Sumber Cahaya

Sebagai sumber cahaya pada spektrofotometer, haruslah memiliki pancaran radiasi yang

stabil dan intensitasnya tinggi. Sumber energi cahaya yang biasa untuk daerah tampak,

ultraviolet dekat, dan inframerah dekat adalah sebuah lampu pijar dengan kawat rambut

terbuat dari wolfram (tungsten). Lampu ini mirip dengan bola lampu pijar biasa, daerah

panjang gelombang (l ) adalah 350 – 2200 nanometer (nm).

Gambar 1. Lampu wolfram

Di bawah kira-kira 350 nm, keluaran lampu wolfram itu tidak memadai untuk

spektrofotometer dan harus digunakan sumber yang berbeda. Paling lazim adalah lampu

tabung tidak bermuatan (discas) hidrogen (atau deuterium) 175 ke 375 atau 400 nm.

Lampu hidrogen atau lampu deuterium digunakan untuk sumber pada daerah ultraviolet

(UV).

Gambar 2. Lampu deuterium

1. Monokromator

Monokromator adalah alat yang berfungsi untuk menguraikan cahaya polikromatis

menjadi beberapa komponen panjang gelombang tertentu (monokromatis) yang bebeda

(terdispersi). Ada 2 macam monokromator yaitu :

a. Prisma

b. Grating (kisi difraksi)

Keuntungan menggunakan kisi difraksi :

Dispersi sinar merata

Dispersi lebih baik dengan ukuran pendispersi yang sama

Dapat digunakan dalam seluruh jangkauan spectrum

Cahaya monokromatis ini dapat dipilih panjang gelombang tertentu yang sesuai untuk

kemudian dilewatkan melalui celah sempit yang disebut slit. Ketelitian dari

monokromator dipengaruhi juga oleh lebar celah (slit width) yang dipakai.

Monokromator berfungsi sebagai penyeleksi panjang gelombang yaitu mengubah

cahaya yang berasal dari sumber sinar polikromatis menjadi cahaya monokromatis.

2. Sel sampel

Berfungsi sebagai tempat meletakan sampel, UV-VIS menggunakan kuvet sebagai

tempat sampel. Kuvet biasanya terbuat dari kuarsa atau gelas, namun kuvet dari

kuarsa yang terbuat dari silika memiliki kualitas yang lebih baik. Hal ini disebabkan

yang terbuat dari kaca dan plastik dapat menyerap UV sehingga penggunaannya

hanya pada spektrofotometer sinar tampak (VIS). Kuvet biasanya berbentuk persegi

panjang dengan lebar 1 cm. Cuvet harus memenuhi syarat- syarat sebagai berikut :

Tidak berwarna sehingga dapat mentransmisikan semua cahaya.

Permukaannya secara optis harus benar- benar sejajar.

Harus tahan (tidak bereaksi) terhadap bahan- bahan kimia.

Tidak boleh rapuh.

Mempunyai bentuk (design) yang sederhana.

3. Detektor berfungsi menangkap cahaya yang diteruskan dari sampel dan

mengubahnya menjadi arus listrik. Syarat-syarat sebuah detektor :

Kepekaan yang tinggi

Perbandingan isyarat atau signal dengan bising tinggi

Respon konstan pada berbagai panjang gelombang.

Waktu respon cepat dan signal minimum tanpa radiasi.

Signal listrik yang dihasilkan harus sebanding dengan tenaga radiasi.

Macam-macam detektor :

Detektor foto (Photo detector)

Photocell, misalnya CdS.

Phototube

Hantaran foto

Dioda foto

Detektor panas

4. Read out merupakan suatu sistem baca yang menangkap besarnya isyarat listrik yang

berasal dari detektor.

Berdasarkan sistem optiknya terdapat 2 jenis spektrofotometer.

a. Spektrofotometer single beam (berkas tunggal)

Pada spektrofotometer ini hanya terdapat satu berkas sinar yang dilewatkan melalui

cuvet. Blanko, larutan standar dan contoh diperiksa secara bergantian.

b. Spektrofotometer double beam (berkas ganda)

Pada alat ini sinar dari sumber cahaya dibagi menjadi 2 berkas oleh cermin yang

berputar (chopper).

Berkas pertama melalui kuvet berisi blanko

Berkas kedua melalui kuvet berisi standar

atau contoh

Blanko dan contoh diperiksa secara bersamaan

seperti terlihat pada gambar. Blanko berguna

untuk menstabilkan absorbsi akibat perubahan

voltase atau Io dari sumber cahaya. Dengan

adanya blanko dalam alat kita tidak lagi mengontrol titik nolnya pada waktu-waktu

tertentu, hal ini berbeda jika pada single beam.

BAB III

SPEKTROFOTOMETRI INFRAMERAH

Pendahuluan

Spektrofotometri Infra Red atau 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 dengan

menggunakan suatu alat yaitu Spektrofotometer Inframerah.

Metode ini banyak digunakan pada laboratorium analisis industri dan laboratorium

riset karena dapat memberikan informasi yang berguna untuk analisis kualitatif dan

kuantitatif, serta membantu penerapan rumus bangun suatu senyawa.

Pada era modern ini, radiasi inframerah digolongkan atas 4 (empat) daerah, yaitu :

Teori Radiasi Inframerah

Konsep radiasi inframerah pertama kali diajukan oleh Sir William Herschel (1800)

melalui percobaannya mendispersikan radiasi matahari dengan prisma. Ternyata pada daerah

sesudah sinar merah menunjukkan adanya kenaikan temperatur tertinggi yang berarti pada

daerah panjang gelombang radiasi tersebut banyak kalori (energi tinggi). Daerah spektrum

tersebut yang dikenal sebagai infrared (IR, di seberang atau di luar merah).

Supaya terjadi peresapan radiasi inframerah, maka ada beberapa hal yang perlu

dipenuhi, yaitu :

1) Absorpsi terhadap radiasi inframerah dapat menyebabkan eksitasi molekul ke tingkat

energi vibrasi yang lebih tinggi dan besarnya absorbsi adalah terkuantitasi

2) Vibrasi yang normal mempunyai frekuensi sama dengan frekuensi radiasi

elektromagnetik yang diserap

3) Proses absorpsi (spektra IR) hanya dapat terjadi apabila terdapat perubahan baik nilai

maupun arah dari momen dua kutub ikatan

Spektrum peresapan IR merupakan perubahan simultan dari energi vibrasi dan energi

rotasi dari suatu molekul. Kebanyakan molekul organik cukup besar sehingga spektrum

peresapannya kompleks. Konsep dasar dari spektra vibrasi dapat diterangkan dengan

menggunakan molekul sederhana yang terdiri dari dua atom dengan ikatan kovalen. Dengan

menggunakan Hukum Hooke, dua atom tersebut dihubungkan dengan sebuah pegas.

Persamaan yang diturunkan dari Hukum Hooke menyatakan hubungan antara frekuensi,

massa atom, dan tetapan dari kuatnya ikatan (forse constant of the bond).

KETERANGAN :

v = frekuensi vibrasi (cm-1)

c = kecepatan cahaya (cm/sec)

k = force constant of bond (dynes/cm)

m = massa atom (g)

Hal–hal yang dapat mempengaruhi jumlah resapan maksimum secara teoritis adalah :

Frekuensi vibrasi fundamental jatuh di luar daerah 2,5–15 μm

Resapan terlalu lemah untuk diamati

Beberapa resapan sangat berdekatan hingga tampak menjadi satu

Beberapa resapan dari molekul yang sangat simetris, jatuh pada frekuensi yang sama

Vibrasi yang terjadi tidak mengakibatkan terjadinya perubahan dipole moment dari

molekul

Macam – Macam Vibrasi

1. 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:

a. Regangan Simetri, yaitu unit struktur bergerak

bersamaan dan searah dalam satu bidang datar.

b. Regangan Asimetri, yaitu unit struktur

bergerak bersamaan dan tidak searah tetapi

masih dalam satu bidang datar.

2. Vibrasi Bengkokan (Bending) Jika sistem 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 :

a. Vibrasi Goyangan (Rocking), unit struktur bergerak

mengayun asimetri tetapi masih dalam bidang datar

b. Vibrasi Guntingan (Scissoring), unit struktur

bergerak mengayun simetri dan masih dalam bidang

datar

c. Vibrasi Kibasan (Wagging), unit struktur bergerak

mengibas keluar dari bidang datar

d. Vibrasi Pelintiran (Twisting), unit struktur berputar

mengelilingi ikatan yang menghubungkan dengan molekul induk dan berada di

dalam bidang datar

Instrumentasi

Bagian pokok dari spektrometer inframerah adalah sumber cahaya inframerah,

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

menjadi frekuensi-frekuensi individunya dalam monokromator dan intensitas relatif dari

ferkuensi individu diukur oleh detektor.

Sumber yang paling umum digunakan adalah merupakan batang yang dipanaskan oleh listrik

yang berupa :

“Nernst glower” (campuran oksida dari Zr, Y, Er, dsb).

“Globar” (silicon karbida)

Berbagai bahan keramik

Monokromator

Prisma dan grating keduanya dapat digunakan. Kebanyakan prisma yang digunakan adalah

NaCl, hal ini disebabkan karena NaCl hanya transparan dibawah 625 cm-1, sedangkan halida

logam lainnya harus digunakan pada pekerjaan dengan frekuensi yang rendah (misal CsI,

atau campuran ThBr dan ThI) yang dikenal sebagi KRS-5. Grating dan prisma mempunyai

peranan dalm meresolusi spektra dan dapat dibuat dari bermacam-macam bahan. Tabel

berikut menyatakan hubungan antara bahan prisma dan daerah jangkauan frekuensi.

Pada umumnya grating memberikan hasil yang lebih baik daripada prisma pada frekuensi

yang tinggi. Ketidakuntungan terhadap NaCl adalah sifatnya yang higroskopis hingga

cermin-cermin harus dilindungi dari kondensasi uap.

Detektor

Alat-alat yang modern kebanyakan memakai detektor “Thermopile” dasar kerja dari

thermopile adalah sebagai berikut : Jika dua kawat logam

berbeda dihubungkan antara ujung kepala dan ekor

menyebabkan adanya arus yang mengalir dalam kawat.

Dalam spektrometer inframerah arus ini akan sebanding

dengan intensitas radiasi yang jatuh pada thermopile.

 Cara membaca spektra FTIR : 

Tentukan sumbu X dan Y-sumbu dari spektrum.

X-sumbu dari spektrum IR diberi label sebagai

"bilangan gelombang" dan jumlahnya berkisar

dari 400 di paling kanan untuk 4.000 di paling

kiri. X-sumbu menyediakan nomor penyerapan.

Sumbu Y diberi label sebagai "transmitansi Persen" dan jumlahnya berkisar dari 0

pada bagian bawah dan 100 di atas.

Tentukan karakteristik puncak dalam spektrum IR. Semua spektrum inframerah

mengandung banyak puncak. Selanjutnya melihat data daerah gugus fungsi yang

diperlukan untuk membaca spektrum.

Tentukan daerah spektrum di mana puncak karakteristik ada. Spektrum IR dapat

dipisahkan menjadi empat wilayah. Rentang wilayah pertama dari 4.000 ke 2.500.

Rentang wilayah kedua dari 2.500 sampai 2.000. Ketiga wilayah berkisar dari 2.000

sampai 1.500. Rentang wilayah keempat dari 1.500 ke 400.

Tentukan kelompok fungsional diserap di wilayah pertama. Jika spektrum memiliki

karakteristik puncak di kisaran 4.000 hingga 2.500, puncak sesuai dengan penyerapan

yang disebabkan oleh NH, CH dan obligasi OH tunggal.

Tentukan kelompok fungsional diserap di wilayah kedua. Jika spektrum memiliki

karakteristik puncak di kisaran 2.500 hingga 2.000, puncak sesuai dengan penyerapan

yang disebabkan oleh ikatan rangkap tiga.

Tentukan kelompok fungsional diserap di wilayah ketiga. Jika spektrum memiliki

karakteristik puncak di kisaran 2.000 sampai 1.500, puncak sesuai dengan penyerapan

yang disebabkan oleh ikatan rangkap seperti C = O, C = N dan C = C.

Bandingkan puncak di wilayah keempat ke puncak di wilayah keempat spektrum IR

lain. Yang keempat dikenal sebagai daerah sidik jari dari spektrum IR dan

mengandung sejumlah besar puncak serapan yang account untuk berbagai macam

ikatan tunggal. Jika semua puncak dalam spektrum IR, termasuk yang di wilayah

keempat, adalah identik dengan puncak spektrum lain, maka Anda dapat yakin bahwa

dua senyawa adalah identik.

Tabel daerah gugus fungsi pada IR :

Analisis Kualitatif

Secara sederhana, identifikasi suatu zat dilakukan dengan menbandingkan

spektrumnya dengan spektrum dari zat standar. Bila zat yang diperiksa sama dengan standar,

maka posisi dan intensitas relatif dari puncak-puncak resapan harus sama. Karena perubahan

fisika dan kimia yang mungkin terjadi pada proses penyiapan sampel, maka bila spektra yang

dibandingkan tidak identik, maka sebelum diambil kesimpulan harus dilakukan test berikut :

a. Ulangi penetapan dengan melakukan rekristalisasi baik terhadap sampel maupun standar

dengan menggunakan pelarut yang sama

b. Larutkan sampel dengan pelarut yang cocok, lalu ukur resapan menggunakan pelarut

sebagai blangko. Bandingkan dengan standar yang dengan cara yang sama

Jika identifikasi sampel sama sekali belum diketahui, maka tehnik-tehnik lain seperti

ekstraksi, kromatografi, peresapan UV, dan sebagainya dapat dilakukan bersama-sama.

Analisis Kuantitatif

Disamping untuk analisi kualitatif, spektrofotometri IR dapat juga digunakan untuk analisis

kuantitatif. Meskipun tehnik ini kurang akurat jika dibandingkan dengan tehnik kuantitatif

yang lain, tetapi dalam hal tertentu, ia malah lebih baik, misalnya untuk penetapan kadar

polimetri.

Tehnik yang umum dilakukan untuk pembuatan spektra pada analisis kuantitatif yaitu

solution spektra atau KBr disc.

Daerah Spektrum Infra merah

Spektra yang akan diinterpretasikan harus memenuhi persyaratan berikut :

Resapan satu sama lainnya harus terpisah dan mempunyai intensitas yang memadai

Spektra harus berasal dari zat murni

Spektrofotometer harus dikalibrasi

Tehnik preparasi sampel harus nyata, selain itu posisi resapan, bentuk, dan tingkat

intensitas sering membantu karna spesifik untuk gugus tertentu

Daerah peresapan infra merah dapat dibagi menjadi 3 bagian :

4000-1300 cm-1 (2,5-7,7 μm) : Functional group region (OH, NH, C=O)

1300-909 cm-1 (7,7-11,0 μm) : Finger print region, interaksi, vibrasi pada keseluruhan

molekul

909-650 cm-1 (11,0-15,4 μm) : Aromatic region, out-of-plane C-H and ring bending

absorption

a. Daerah Frekuensi Gugus Fungsional : Terletak pada daerah radiasi 4000-1400 cm-1. Pita-

pita absorpsi pada daerah ini utamanya disebabkan oleh vibrasi dua atom, sedangkan

frekuensinya karakteristik terhadap massa atom yang berikatan dan konstanta gaya ikatan.

b. Daerah Fingerprint : Daerah yang terletak pada 1400-400 cm-1. Pita-pita absorpsi pada

daerah ini berhubungan dengan vibrasi molekul secara keseluruhan. Setiap atom dalam

molekul akan saling mempengaruhi sehingga dihasilkan pita-pita absorpsi yang khas

untuk setiap molekul. Oleh karena itu, pita-pita pada daerah ini dapat dijadikan sarana

identifikasi molekul yang tak terbantahkan.

Catatan : seri senyawa homolog seperti asam lemak rantai panjang biasanya mempunyai pita

absorpsi yang hampir identik sehingga susah identifikasinya.

Frekuensi peresapan infra merah yang khas untuk gugusan-gugusan tertentu dapat dilihat

dalam tabel dibawah ini.

BAB IV

SPEKTROSKOPI MASSA

A.    PENGERTIAN SPEKTROSKOPI MASSA

Spektroskopi massa  adalah suatu instrument yang dapat menyeleksi molekul-molekul

gas bermuatan berdasarkan massa atau beratnya. Teknik ini tidak dapat dilakukan dengan

spekstroskopi, akan tetapi nama spektroskopi dipilih disebabkan persamaannya dengan

pencatat fotografi dan spectrum garis optic. Umumnya spectrum massa diperoleh dengan

mengubah senyawa suatu sample menjadi ion-ion yang bergerak cepat yang dipisahkan

berdasarkan perbandingan massa terhadap muatan.

B.     PRINSIP SPEKTROSKOPI MASSA

Prinsip dasar kerja spektroskopi massa:

• Menghasilkan berkas sinar kation dari zat

• Menghasilkan berkas kation menjadi bentuk spectrum massa (m/z)

• Mendeteksi dan mencatat nilai massa relative (m/z) dan kelimpahan isotopnya (%)

atau intensitasnya

C.    KEGUNAAN SPEKTROSKOPI MASSA

Mengetahui komposisi unsur dari bahan yang dianalisa sehingga diketahui berat dan

rumus molekulnya

Mengetahui unsure senyawa baik senyawa organic maupun anorganik

Untuk analisis kualitatif maupun kuantitatif suatu kompleks

Untuk penentuan struktur dari komponen permukaan padatan

Untuk menentukan perbandingan isotop atom dalam suatu sampel

D.    SKEMA SPEKTROSKOPI MASSA

Tahap pertama : Ionisasi

Atom di-ionisasi dengan mengambil satu atau lebih elektron dari atom tersebut supaya

terbentuk ion positif. Ini juga berlaku untuk unsur-unsur yang biasanya membentuk ion-

ion negatif (sebagai contoh, klor) atau unsur-unsur yang tidak pernah membentuk ion

(sebagai contoh, argon). spektrometer massa ini selalu bekerja hanya dengan ion positif.

Tahap kedua : Percepatan

Ion-ion tersebut dipercepat supaya semuanya mempunyai kinetik yang sama.

Ion-ion positif yang ditolak dari ruang ionisasi tersebut akan melewati 3 celah, dimana

celah terakhir itu bermuatan 0 V. Celah yang berada di tengah mempunyai voltase

menengah. Semua ion-ion tersebut dipercepat sampai menjadi sinar yang sangat terfokus.

Tahap ketiga : Pembelokan

Ion-ion tersebut dibelokkan dengan menggunakan medan magnet, pembelokan yang

terjadi tergantung pada massa ion tersebut. Semakin ringan massanya, akan semakin

dibelokan. Besarnya pembelokannya juga tergantung pada besar muatan positif ion

tersebut. Dengan kata lain, semakin banyak elektron yang diambil pada tahap 1, semakin

besar muatan ion tersebut, pembelokan yang terjadi akan semakin besar.

Tahap keempat : Pendeteksian

Sinar-sinar ion yang melintas dalam mesin tersebut dideteksi dengan secara elektrik.

Ketika sebuah ion menubruk kotak logam, maka ion tersebut akan dinetralisasi oleh

elektron yang pindah dari logam ke ion (gambar kanan). Hal ini akan menimbulkan

ruang antara elektron-elektron yang ada dalam logam tersebut, dan elektron-elektron

yang berada dalam kabel akan mengisi ruang tersebut. Aliran elektron di dalam kabel itu

dideteksi sebagai arus listrik yang bisa diperkuat dan dicatat. Semakin banyak ion yang

datang, semakin besat arus listrik yang timbul.

E.     KOMPONEN SPEKTROSKOPI MASSA

Teknologi sumber ion

Sumber ion adalah bagian MS yang berfungsi untuk  mengionkan material analit. Ion

kemudian di transfer oleh medan listrik dan medan magnet ke massa analizer . Karena ion

sangat reaktif dan massa hidupnya singkat, pembentukan dan pemanipulasian harus di

lakukan di ruang vacum, tekanan atmosfer sekitar 760 toor.

 Tekanan ion dapat di gunakan sekitar 10 sampai 10 torr. Pada umumnya, ionisasi di

pengaruhi oleh energy sinar  yang tinggi dari electron, dan pemisahan electron di capai

dengan meningkatkan dan memfokuskan sinar ion, yang kemudian di bengkokkan oleh

medan magnet eksternal. Ion –ion kamudian di deteksi  sehingga  menghasilkan informasi

dan di analisis dalam computer.

Jantung spectometer adalah sumber ion disini molekul sample ( titik hitam ) di

hancurkan oleh electron ( garis biru ) dikeluarkan dari filaman panas. Ini disebut sumbar EI

( electron-impact ). Gas dan sampel volatil padatan dan cairan non volatil dapat di hubungkan

secara lansung.

Cation dibentuk oleh pembom electron ( titik merah ) yang di dorong oleh plat repeller

lain, mempunyai celah yang berbanding terbalik dengan massa tiap-tiap ion. Ion berat di

belokkan lebih sulit dangan memvariasikan medan magnet, ion yang mempunyai massa

berbeda dapat difokuskan untuk di lanjutkan ke defector.

Gambar 3: Proses pengionan sampel

Ketika electron berenergi tinggi bertumbukan dengan molekul  analit akan terjadi

ionisasi dengan mengetuk salah satu electron molekul ( electron ikatan dan non ikatan ). Ini

meninggalkan ion molekul ( berwarna merah gambar 3 ). Energy yang tersisa dari tumbukan

dapat menyebapkan ion molekul terbagi menjadi bagian neutron ( warna hijau ) dan bagian

ion yang lebih kecil ( warna pink  dan orange ). Ion molekul adalah kation bebas, tetapi

fragmen ion dapat berupa kation bebas ( pink ) atau karbokation ( orange ) bergantung pada

sifat neutron.

Gambar :  Fragmen – fragmen analit saat diionisasikan

Teknik ionisasi adalah kunci menentukan apakah tipe sampel yang dapat dianalisis oleh

MS. ionisasi electron dan ionisasi kimia digunakan untuk gas dan uap. Dalam sumber ionisasi

kimia, analit di ionisasikan oleh reaksi ion-molekul selama tumbuhan dan dua teknik yang ini

sering digunakan pada sampel cairan atau padatan  biologis meliputi ionisasi electrospray ( di

kembangkan oleh John Fenn ) dan matrix-assisted laser desorption / ionization ( MAIDI di

kembangkan oleh K. Tanaka ).

Inductively Couple Plasma ( ICP ), sumber yang digunakan untuk menganalisis kation.

Plasma keseluruhannya adalah listrik netral, tetapi punya fraksi atom yang terionisasi oleh 

temperature tinggi, digunakan untuk mengatokan molekul sampel  selanjutnya memotong

electron terluar dari atom ini.

 Plasma biasanya dihasilkan dari gas argon, energy ionisasi pertama gas argon lebih

tinggi dari ite, O,F dan Nc, tetapi lebih rendah dari energy ionisasi kedua untuk semua unsure

kecuali arus logam  frekuensi yag melewati coil sekeliling plasma.

Teknologi Penganalisis Massa ( Mass Analyzer )

Mass Analzer memisahkan ion berdasarkan perbandingan massa dengan muatan. Dua

hukum dinamika muatan partikel dalam medan magnet dan medan listrik dalam vakum.

F = Q ( E+V+B )                 Hukum Lorentz

F = m.a

(Hukum kedua Newton pada kasus non relative vistik, kecepatan ion lebih rendah dari

kecepatan cahaya).

Keterangan :

F= gaya yang dipilih untuk ion, m=massa ion

A= percepatan ion

Q= muatan ion

E= medn listrik

V X B vector kecepatan ion dan medan magnet

Persamaan disederhanakan

( M/Q ) a = E+V x B

Banyak massa analyzer  yang dapat digunakan di antaranya :

1. Sector

Sector field mass analyzer manggunakan medan magnet dan medan listrik untuk

meningkatkan kecepatan partikel bermuatan dan mengukur berdasarkan rasio massa

atau muatan.

2. Time-of-flight

Menggunakan medan listrik untuk meningkatkan kecepatan ion-ion melalui pokusial

sama, dan mengukur waktu yang di perlukan untuk mensapai defaktor. Jika partikel

mempunyai muatan sama, energy kinetik sama dan kecepatan akan bergantung pada

massa nya.  Ion ringan akan mencapai defaktor terlebih dahulu.

3. Quadrupole mass filter

Menggunakan medan listrik yang bergerak-gerak untuk menstabilkan  ion yang

melewati medan rasio frekuensi ( rf ) quadrupole di buat 4 tangkai parallel. Hanya ion

dalam batas mass atau muatan tertentu, tetapi nilai potensial terhadap muatan di

biarkan tersapu dengan cepat. Quadrupole pertama bertindak sebagai massa filter dan

quadrupole ke dua bertindak sebagai sel penumbuk dimana ion di pecah menjadi

fragmen-fragmen. Fragmen yang di filter oleh quadrupole ke tiga yang selanjutnya

dibiarkan melewati defector menghasilkan rumus fragmen ms/ms.

4. Three-dimensional qudrupole

Ion dapat juga di keluarkan dengan metode eksitasi resonansi, dimana tegangan

eksitasi penggerak tambahan dipilih sebagai elektroda dan memerangkap tegangan

amplitude atau frekuensi tegangan eksitasi di keluarkan untuk membawa ion-ion

dalam kondisi resonansi dan di susun menurut perbandingan massa atau muatan.

5. Linear qudrupole ion trap

Sama dengan quadrupole ion trap, tapi pemerangkap ion 2  (2D)dimensi diganti

dengan medan tiga dimensi ( 3 D )

Detektor

Detector menghitung muatan yang terinduksi atau arus yang dihasilkan ketika ion

dilewatkan atau mengenai  suatu permukaan.

Dalam scanning instrument, sinyal dihasilkan dalam detector selama scanning, dimana

scanning massa dan menghitung ion sebagai m/z. menurut tipenya, beberapa tipe elektron

multipileir digunakan, meliputi faradaycups dan detektor ion ke photon karena jumlah ion

yang yang meninggalkan massa analizer cukup kecil, maka sering di gunakan Microchanels

plate defector, defector ini terdiri dari sepasang logam pada permukaan dengan massa

analizer atau daerah pemerangkap ion.

Karakteristik penganalisis:

Mass Rosolving power

Adalah ukuran kemampuan membeda-badakan dua puncak yang perbedaannya kecil

(m/z)

Mass Accuracy

Rasio kesalahan pengukuran m/z di banding dengan kebenaran m/z biasanya di ukur

dalam ppm atau mili massa unit

Mass Range

Adalah batas m/z yang dapat di terima, yang di berikan oleh analizer

Linear Dinamic Range

Batas yang menunjukkan bahwa sinyal ion linear dengan konsentrasi analit

Speed

Menunjukkan waktu awal dan akhir, percobaan di gunakan untuk menentuksn jumlah

spectra per unit waktu  yang dapat di hasilkan

F.     CARA KERJA SPEKTROSKOPI MASSA

Cara kerja:

Sampel dalam bentuk gas mula-mula ditembaki dengan berkas elektron berenergi

tinggi. Perlakuan ini menyebabkan atom atau molekul sampel berionisasi (melepas

elektron sehingga menjadi ion positif). Ion-ion positif ini kemudian dipercepat oleh

suatu beda potensial dan diarahkan ke dalam suatu medan magnet melalui suatu celah

sempit. Di dalam medan magnet, ion-ion tersebut akan mengalami pembelokan yang

bergantung kepada:

Kuat medan listrik yang mempercepat aliran ion. Makin besar potensial listrik yang

digunakan, makin besar kecepatan ion dan makin kecil pembelokan.

Kuat medan magnet. Makin kuat magnet, makin besar pembelokan.

Massa partikel (ion). Makin besar massa partikel, makin kecil pembelokan.

Muatan partikel. Makin besar muatan, makin besar pembelokan.

G.    ANALISA KUALITATIF DAN ANALISA KUANTITATIF

Teknik yang di gunakan dalam MS adalah dengan analisa kualitatif dan kuantitatif,

meliputi identifikasi suatu senyawanya, menentukan komposisi isotop unsure dalam molekul

dan menentukan struktur senyawa dengan mengamati fragmen-fragmen nya.

Penggunaan lain, menghitung jumlah senyawa dalam sample dan mempelajari kimia ion

fasa gas ( kimia ion dan neutron dalam vakum ). MS sekarang sangat umum di gunakan

dalam labor analitik yang mempelajari sifat fisika atau sifat biologi dari senyawa-senyawa

yang luar biasa bervariasi.

Analisis kualitatif

mengidentifikasi suatu senyawa yang tidak  diketahui, dengan mengkalibrasi terhadap

senyawa yang telah diketahui. Pola fragmen dipergunakan untuk mengidentifikasi senyawa,

juga memungkinkan terdapat pengenalan gugus fungsi dengan melihat puncak-puncak

fragmentasi spesifik.

Analisis kuantitatif

Analisis ini dapat dipergunakan untuk analisis campuran, baik senyawa organik ataupun

anorganik yang bertekanan uap rendah

Persyaratan dasar analisisnya adalah setiap senyawa harus mempunyai paling tidak 1

puncak yang spesifik, konstribusi puncak harus aditif dan sensitif harus reproduksibel

serta adanya senyawa referens yang sesuai

Contoh sederhana aplikasi pada spektrometri massa;

Contoh berikut mendeskripsikan operasi mass analizer yang merupakan sector penting

dari MS. Sample natrium klorida dalam komponen sumber ion, di uapkan ( membentuk gas )

dan diionkan ( di rubah ke dalam partikel yang bermuatan listrik ) Ion natrium ( Na ) dan

klorida (C1). Atom natrium adalah monoisotop, dengan massa sekitar 23 amu. Atom klorida

dan ion terdiri dari 2 isotop dengan kelimpahan 75 % 35 amu dan 25% 27 amu.

Bagian analizer terdiri dari medan magnet dan medan listrik yang menggunakan sumber

ion-ion yang berpindah melalui medan ,kecepatan partikel bermuatan dapat di tingkatkan atau

di turunkan ketika melalui medan listrik dan arah tersebut dapat diubah oleh medan magnet.

Tingkat pembelokan pada ion-ion yang bergerak bergantung pada rasio massa atau muatan

ion-ion tersebut.

Ion-ion yang lebih besar massa atau muatannya lebih sulit di belokkan oleh sumber

magnet dari pada ion yang massa atau muatannya kecil, sesuai dengan hukum ke 2 newton

f = m.a. Arus yang melewati analizer  masuk ke defector, detektor merekam kelimpahan

relatif masing-masing ion. Informasi ini di gunakan untuk menghitung kelimpahan relative

masing-masing tipe ion. Sehingga dapat di gunakan untuk menentukan komposisi sampel

( natrium dan klorin ) dan komposisi isotop     ( perbandingan 35 C1 dan 37 C1 ).

H.    BENTUK- BENTUK SPECTRA MS

Spectrum massa biasanya di tampilkan sebagai grafik vertical menunjukkan rasio massa

atau muatan dan horizontal menunujukkan kelimpahan relatif unsur.

Spekta MS n-dekana Spectra MS benzyl alkohol

Spectra MS unsure yang mempunyai isotop (2 kloropropana)

BAB V

MAGNETIK INTI (NMR)

Latar Belakang Spekstrokopi NMR

Resonansi magnetik inti mempunyai kaitan dengan sifat-sifat magnetik suatu inti tertentu.

Atom hidrogen sebagai magnet kecil

Jika anda mempunyai suatu kompas jarum, biasanya akan mengarah pada medan

magnet bumi dengan arah utara. Jika jarum kompas tersebut anda putar dengan jari sehingga

menunjukkan arah selatan – arah yang berlawanan dengan medan magnet bumi. Posisi ini

sangat tidak stabil karena berlawanan dengan arah medan magnet bumi, dan jika anda

membiarkannya jarum akan segera kembali ke posisi semula yang lebih stabil.

Inti hidrogen juga mempunyai perilaku seperti magnet kecil dan inti-inti hidrogen dapat

juga diatur arahnya agar sesuai dengan arah medan magnet luar atau berlawanan dengan arah

medan magnet luar. Arah yang berlawanan dengan medan adalah tak stabil (energinya

tinggi). Ini memungkinkan untuk mengubah arahnya dari yang lebih stabil ke kurang stabil

dengan memberikan energi yang sesuai.

Energi yang dibutuhkan untuk mengubahnya tergantung pada kekuatan medan magnet

luar yang digunakan, tetapi biasanya dalam kisaran gelombang radio – pada frekuansi antara

60 – 100 MHz. (frekuansi radio BBC 4 adalah diantara 92-95 MHz!)

Hal ini memungkinkan untuk mendeteksi hubungan antara gelombang radio pada

frekuensi tertentu dengan perubahan orientasi proton sebagai suatu puncak dalam grafik.

Perubahan proton dari satu arah ke arah lain oleh gelombang radio disebut dengan kondisi

resonansi.

Pengaruh lingkungan kimia atom hidrogen

Mungkinkah kita mendapatkan suatu proton yang terisolasi, kenyataannya proton

mempunyai sesuatu yang mengelilinginya – terutama elektron. Adanya elektron ini akan

mengurangi pengaruh medan magnet luar yang dirasakan oleh inti hidrogen.

Misalkan anda menggunakan frekuensi radio 90 MHz, dan anda mengatur besarnya

medan magnet sehingga suatu proton yang terisolasi dalam kondisi resonansi.

Jika anda mengganti proton yang terisolasi dengan proton yang terhubung dengan

sesuatu, proton tidak akan merasakan pengaruh yang penuh dari medan luar dan akan

berhenti beresonansi(berubah dari satu arah magnetik ke arah yang lain). Kondisi resonansi

tergantung pada adanya kombinasi yang tepat antara medan magnet luar dan frekuensi radio.

Bagaimanakah anda mengembalikan kondisi resonansi? Anda dapat sedikit meningkatkan

medan magnet luar untuk mengimbangi pengaruh elektron. Misalnya anda menghubungkan

hidrogen dengan sesuatu yang lebih elektronegatif. Elektron dalam ikatan akan makin

menjauh dari inti hidrogen, sehingga pengaruhnya terhadap medan magnet di sekitar

hidrogen akan berkurang.

Untuk mengembalikan hidrogen pada kondisi resonansi, anda harus sedikit

meningkatkan medan magnet luar untuk mengimbangi pengaruh electron, tetapi tidak

sebanyak jika hidrogen berada didekat atom X.

Prinsip Spektroskopi NMR

Spektroskopi NMR mengandung muatan listrik yang pejal dan rumit, dimana kita harus

menentukan elemen dasar. Kita harus ingat bahwa kita berhubungan dengan intense magnetic

field ( lading magnet yang kuat ) yang dibutuhkan sangat besar, suplai tenaga dengan kontrol

yang teliti, dan ketelitian kontrol frekuensi.

Di tahun 1924, Pauli menduga bahwa inti atom mempunyai sifat spin dan momen

magnetik. Bila inti diletakan dalam medan magnet, tingkat-tingkat energinya akan terurai.

Bloch dan Purcell menunjukkan bahwa inti mengabsorpsi radiasi elektromagnetik pada

medan magnet yang lebih kuat karena tingkat energi menginduksi gaya magnet.

Setiap inti dikelilingi oleh awan elektron yang selalu bergerak pada pengaruh medan

magnet, elektron ini dipaksa bersirkulasi sedemikian rupa dalam usaha melawan medan

magnet ini. Akibatnya, ini seakan-akan mendapat efek perlindungan ( shielding ) terhadap

medan magnet luar. Dengan kata lain kuat medan atau frekwensi medan magnet harus

ditambah agar inti dapat mengalami resonansi. Caranya yaitu dengan mengatur medan

magnet melalui aliran arus searah yang akan menghasilkan sapuan ( sweeping ) pada periode

yang sempit. Banyaknya medan tiang ditambahkan dapat dikonversikan menjadi

frekwensinya yang ekuivalen.

Nilai pergeseran kimia tergantung pada lingkungan kimia suatu proton, sedang

lingkungan lingkungan kimia suatu proton tergantung pada besar kecilnya efek perlindungan

oleh elektron-elektron di lingkunagn proton tersebut. Pergeseran kimia diukur dalam besaran

medan atau frekwensi. Perbandingan perubahan frekwensi yang diperlukan terhadap frekwnsi

standar, dinyatakan dalam δ ppm. Standar yang digunakan adalah zat yang protonnya

mempunyai perlindungan sebesar mungkin untuk memudahkan perbandingan.

Makin besar nilai δ, makin besar medan yang diperlukan untuk

mengkompensasikannya agar terjadi resonansi. Harga δ dipengaruhi juga, diantaranya pelarut

dan adanya jembatan hydrogen.Pergeseran kimia digunakan untuk identifikasi gugus fungsi

dan dapat digunakan sebagai penolong untuk menentukan letak suatu gugus dalam penentuan

stuktur molekul.

Pergeseran Kimia dalam Spektroskopi NMR

Spektrum H-NMR

Spektroskopi NMR proton merupakan sarana untuk menentukan stuktur senyawa

organik dengan mengukur momen magnet atom hidrogen. Pada kebanyakan senyawa, atom

hidrogen terikat pada gugus yang berlainan ( seperti –CH2-, -CH3-, -CHO, -NH2, -CHOH- )

dan spektum NMR proton merupakan rekaman sejumlah atom hidrogen yang berada dalam

lingkungan yang berlainan. Spektum ini tidak dapat memberikan keterangan langsung

mengenai sifat kerangka karbon molekul sehingga diperlukan spektum NMR C-13.

Larutan cuplikan dalam dalam pelarut ditempatkan diantara kutub magnet yang kuat,

dan proton mengalami pergeseran kimia yang berlainan sesuai dengan lingkungan

molekulnya di dalam molekul. Ini diukur dalam radar NMR, biasanya tetrametilsilan (TMS),

yaitu senyawa lembam yang ditambahkan ke dalam larutan cuplikan tanpa ada kemungkinan

terjadinya reaksi kimia.

Adapun pelarut yang biasanya digunakan yaitu karbontetraklorida, deuterokloroform,

deuteriumoksida, deuteroaseton, atau dimetilsulfoksida terdeuterasi.

Spektoskopi NMR dapat digunakan sebagai alat sidik jari.dan juga memberikan

keterangan tentang jumlah setian tipe hidrogen. Ia juga memberikan keterangan tentang sifat

lingkungan dari setiap atom hidrogen tersebut.

Kegunaan yang besar dari resonansi magnet inti adalah karena tidak setiap proton

dalam molekul beresonansi pada frekwensi yang identik sama. Ini disebabkan oleh kenyataan

bahwa berbagai proton dalam molekul dikelilingi elektron dan menunjukan sedikit

perbedaan lingkungan elektronik dari satu proton ke proton lainnya. Proton-proton dilindungi

oleh elektron-elektron disekelilingnya.

Spectrum NMR tidak hanya dapat membedakan beberapa banyak proton yang berbeda

dalam molekul, tetepi ia juga mengungkapkan berapa banyak setiap tipe proton berbeda yang

terkandung dalam molekulnya.

Langkah-langkah menginterpretasikan spekta NMR :

jumlah sinyal, yang menerangkan tentang adanya beberapa macam perbedaan dari

proton-proton yang terdapat dalam molekul

kedudukan sinyal, yang menerangkan sesuatu tentang lingkungan elektronik dari setiap

macam proton.

intensitas sinyal, yang menerangkan tentang berapa banyak proton dari setiap macam

proton yang ada.

pemecahan ( splinting ) dari sebuah sinyal menjadi beberapa puncak, yang menerangkan

tentang lingkungan dari sebuah proton dengan lainnya.

Pada spektrum H-NMR dalam elusidasi struktur perlu diperhatikan :

Luas di bawah puncak yang biasanya dinyatakan dengan intergrasi untuk melihat

perbandingan jumlah proton pada masing-masing puncak.

Terjadinya spin-spin splinting yang mengikuti segitiga pascal. Interaksi antara ikatan

electron yang mempunyai kencerungan berpasangan spin dari electron dengan electron

lainnya pada proton yang berdekatan.

Pergeseran kimia (chemical shift), yaitu kedudukan proton dalam spektum tersebut.

Contoh spektrum H-NMR

Spektum C-NMR

Sinyal dari atom C13 dalam alat NMR dapat dideteksi karena adanya sejumlah kecil

atom karbon C-13 bersama-sama C-12. momen magnet yang dihasilkan oleh 13C lebih kecil,

bila dibandingkan dengan momen magnet proton, berarti sinyalnya jauh lebih lemah.

Pelarut yang biasanya digunakan serupa dengan NMR proton, tetapi jangka resonansi C

jauh lebih besar. Sehingga spektum NMR-13C jauh lebih teresolusi, umumnya setiap karbon

dalam molekul dapat ditetapkan sinyalnya. Sama halnya seperti pada NMR proton, atom

karbon penyulihannya berlainan akan menunjukkan geseran dalam jangka yang khas.

Spectrum NMR 13C pada hakikatnya merupakan pelengkap NMR proton.

Pada spektrum C-NMR dalam elusidasi struktur perlu diperhatikan :

Luas di bawah puncak yang biasanya dinyatakan dengan intergrasi untuk melihat

perbandingan jumlah carbon yang ekuivalen secara magnetic pada masing-masing

puncak..

Terjadinya spin-spin splinting yang mengikuti segitiga pascal. Interaksi antara ikatan

electron yang mempunyai kencerungan berpasangan spin dari electron dengan electron

lainnya pada proton yang diikat. Spin-spin slinting ini sering dihilangkan dengan cara di

dekloping guna menghindari puncak-puncak yang tumpang tindih.

Geseran kimia (chemical shift), yaitu kedudukan karbon dalam spektum tersebut. Ini

juga menggambarkan letak dan kedudukan karbon dalam molekul.

Contoh spektrum C-NMR

Spektrum C-NMR kopling dan dekopling

BAB VI

AAS (Atomic Absorption Spectrometri) dan AES (Atomic Emission Spectrometer)

AAS (Atomic Absorption Spectrometri)

Metode AAS berprinsip pada absorbsi cahaya oleh atom. Atom-atom menyerap cahaya

tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat unsurnya. Transisi elektronik

suatu unsur bersifat spesifik. Dengan absorpsi energi, berarti memperoleh energi yang lebih

banyak, suatu atom dinaikkan tingkat energinya dari keadaan dasar ke tingkat eksitasi. Kita

dapat memilih di antara panjang gelombang ini yang menghasilkan garis spectrum yang

tajam dan dengan intensitas maksimum.

Prinsip dasar AAS:

Pada AAS terjadi penyerapan sumber radiasi (sinar tampak atau ultraviolet) oleh atom-

atom netral dalam keadaan gas yang berada dalam nyala.

Untuk jadi atom netral dalam keadaan gas butuh perlakuan khusus dipanaskan pada suhu

tinggi.

Nyala digunakan untuk membuat atom netral dalam keadaan gas.

Bila dianalogikan dengan spektrofotometri UV-Vis:

kuvet adalah nyala api , sedangkan sampelnya adalah atom-atom netral dalam keadaan gas. Namun AAS tidak

dimasukkan dalam spektrofotometri UV-Vis karena ada perbedaan diantara keduanya yaitu dalam:

AAS termasuk anggota metode spektrofotometri nyala karena butuh nyala dalam

mengubah bentuk molekul menjadi bentuk atom. Spektrum molekul cenderung merupakan

pita serapan karena suatu molekul bila dikenai radiasi elektromagnetik akan terjadi tumpang

tindih posisi energi rotasi, vibrasi dan elektronik, sedangkan spektrum pada atom merupakan

garis-garis serapan karena yang ada hanya energi elektronik.

Pada AAS tidak didapat garis-garis spektrum, melainkan suatu pelebaran garis-garis

spektrum sampai (0,02-0,05 A) lebih lebar dari garis spektrum alamiah atom 10-4 A. Ada dua

penyebab pelebaran yaitu :

1. Pelebaran Doppler

disebabkan karena atom-atom netral di dalam nyala bergerak dengan kecepatan yang

tinggi mendekati atau menjauhi radiasi yang datang. Akibat kedua peristiwa tersebut

maka panjang gelombang radiasi yang datang akan diperkecil atau diperbesar. Perbedaan

terhadap panjang gelombang puncak serapan akan menyebabkan pelebaran garis puncak

serapan, karena puncak serapan masih juga diserap.

2. Pelebaran tekanan

disebabkan peristiwa tumbukan antar atom sendiri dalam nyala. Tumbukan-tumbukan

atom akan menyebabkan perubahan tingkat energi asas atom tersebut. Sedangkan tingkat

energi asas semula kalau tidak terjadi tumbukan antar atom juga masih terhitung.

Perbedaan tingkat energi asas atom-atom tersebut akan menimbulkan perbedaan panjang

gelombang, yang akan berakibat pelebaran garis-garis spektrum serapan.

Gas Pembakar

Gas pembakar pada spektrofotometri nyala sangat penting yang berfungsi untuk mengubah

fase sampel yang cair dalam bentuk tetesan kabut (s) dan selanjutnya segera berubah menjadi

gas.

Pada AAS digunakan 2 macam gas pembakar yaitu :

Gas yang bersifat oksidasi: udara, udara (dan O2 ) dan campuran O2 + N2O

Gas sebagai bahan bakar: gas alam, propana, butana, asetilen dan H2, asetilen

Gas pembakar dalam AAS dapat saja merupakan campuran keduanya: udara dengan propana,

udara dengan asetilen (terbanyak dipakai) dan N2O dengan asetilen.

Perlu diperhatikan disini adalah profil nyala gas pembakar, sebab proses absorbsi

radiasi terjadi nyala. Profil nyala tiap unsur berbeda tapi pada umumnya tinggi nyala api gas

pembakar dibuat ± 5 cm.

Pemilihan Panjang Gelombang

Pada penentuan dengan AAS dipilih satu panjang gelombang dengan intensitas yang cukup

tinggi dan memberikan kelurusan rentang dinamik pada penentuan kuantitatif. Sebaiknya

penentuan dilakukan pada panjang gelombang di atas 220 nm untuk mancegah absorpsi non

atomik dan mencegah radiasi sesatan.

Absorpsi Garis Resonansi Atom

atom-atom netral suatu unsur di dalam nyala api mempunyai sifat yang khas yaitu akan

menyerap radiasi yang datang.

λ radiasi yang diserap sesuai dengan energi eksitasi ke salah satu tingkat energi eksitasi

Setiap unsur memerlukan sumber radiasi yang tertentu dan sesuai agar persyaratan

hukum Lambert – Beer terpenuhi

Analisis Kuantitatif

Kegunaan AAS adalah untuk analisis kuantitatif logam – logam alkali dan alkali tanah.

Beberapa hal yang diperhatikan adalah:

larutan sampel diusahakan seencer mungkin (kadar unsur yang dianalisis tidak lebih dari

5% dalam pelarut yang sesuai)

Hindari pemakaian pelarut aromatik atau halogenida. Pelarut organik yang umum :

keton, ester, dan etil asetat. Hendaklah dipakai pelarut-pelarut untuk analisis (p.a)

Dilakukan perhitungan atau kalibrasi dengan zat standar, sama pelaksanaanya dengan

spektrofotometri UV-Vis.

Instrumentasi

Alat AAS terdiri dari 3 komponen yaitu: Unit atomisasi, sumber radiasi dan sistem pengukur

fotometrik

Spektofotometer absorbsi atom dikenal ada 2 macam sistem optik yaitu berkas tunggal dan

ganda.

Gambar:

Sumber radiasi yang terbaik adalah sinambung dengan monokrom resolusi yang baik,

serta intensitas radiasi cukup kuat. Contoh : Lampu katoda berongga dan tabung awan

muatan gas (Gas Discharge Tubes)

Monokromator harus mampu memberikan resolusi yang terbaik. Ada 2 bentuk

monokromator yaitu monokromator celah dan kisi difraksi. Monokromator ditempatkan

diantara nyala dan detektor.

Radiasi nyala dan radiasi yang diteruskan akan bergabung menuju detektor seperti yang

diterangkan pada pernyataan di bawah ini:

Pt = Po-Pa.........(1)

Pt = Po-Pa+Pe...(2)

Po = intensitas radiasi sumber radiasi

Pt = intensitas yang diteruskan oleh monokromator

Pa = intensitas yang diserap oleh sampel

Pe = intensitas emisis nyala

Kalau pada AAS terjadi keadaan persamaan (1) maka hukum Beer-Lambert dapat

diberlakukan pada kenyataannnya pada AAS yang terjadi keadaan persamaan (2), jadi hukum

Beer – Lambert tidak dapat diberlakukan (karena gangguan Pe). Untuk menghilangkan

adanya gangguan Pe ditempuh modulasi Pt dengan cara elektronik atau mekanik, sehingga

didapat intensitas radiasi yang diteruskan berselang-seling (fluktuasi).

Alat pembakar untuk mendapatkan nyala api yang dikehendaki juga harus diperhatikan.

Nyala api atau teknik tanpa nyala diharapkan untuk memperoleh uap-uap atom netral

suatu unsur dalam sampel. Teknik nyala api gas adalah yang terbanyak, sedang yang

perlu dikembangkan adalah panjang/ lebar nyala api (karena dianggap sebagai kuvet)

sehingga akan memenuhi hukum Beer-Lambert.

Gas pembakar untuk AAS dapat dikombinasi dengan gas pengoksida untuk tujuan

peningkatan temeratur. Untuk unsur yang dianalisis perlu dicari capuran pembakar dan

pengoksida yang sesuai.

Detektor pada AAS berfungsi mengubah intensitas radiasi yang datang menjadi arus

Atomic Emission Spectrometer (AES)

Prinsip dasar:

Spektorkopi emisi atom atau Atomic Emission Spectroscopy (AES) adalah suatu alat

yang dapat digunakan untuk analisa logam secara kualitatip maupun kuantitatip yang

didasarkan pada pemancaran atau emisi sinar dengan panjang gelombang yang karakteristik

untuk unsur yang dianalisa. Sumber dari pengeksitasi dari Atomic Emission

Spectroscopy  bisa didapat dari nyala api gas atau Busur listrik.  Sumber eksitasi dari nyala

gas biasanya disebut ICP (Inductively Couple Plasma) sedangkan sumber eksitasi dari busur

listrik biasa disebut “ARC” atau “SPARK”, sedangkan alat detector sinarnya adalah Tabung

Penggandaan Foton atau “Photo Multiplier Tube (PMT)”

Prinsip dasar (AES) ini yaitu : Apabila atom suatu unsur ditempatkan dalam suatu

sumber energi kalor (sumber pengeksitasi), maka elektron  di orbital paling luar atom tersebut

yang tadinya dalam keadaan dasar atau ‘groud state’ akan tereksitasi ke tingkat-tingkat energi

elektron yang lebih tinggi.  Karena keadaan tereksitasi itu merupakan keadaan yang sangat

tidak setabil maka elektron yang tereksitasi itu secepatnya akan kembali ke tingkat energi

semula yaitu kekeadaan dasarnya (ground state).  Pada waktu atom yang tereksitasi

itu  kembali ketingkat energi lebih rendah yang semula, maka kelebihan energi yang

dimilikinya sewaktu masih dalam keadaan tereksitasi akan ‘dibuang’ keluar berupa ‘emisi

sinar’ dengan panjang gelombang yang karakteristik bagi unsur yang bersangkutan.

Sumber Pengeksitasi atom

Untuk sumber pengeksitasi atom suatu unsur diperlukan suatu sumber energi kalor

yang mampu mengeksitasikan elektron di orbital paling luar dari atom tersebut ke tingkat

energi atom yang lebih tinggi. Pada spektrofotometri Emisi nyala, sumber pengeksitasinya

adalah nyala api gas, tetapi kelemahan dari nyala api ini adalah energi kalor yang dihasilkan

nya relatif rendah.  Misalnya campuran gas Acetilen dan O2 murni hanya akan menghasilkan

suhu sekitar  3000oC.  Dengan kombinasi gas ini  maka unsur-unsur yang dapat dieksitasikan

dengan menghasilkan intensitas sinar emisi yang baik biasanya adalah logam-logam alkali

(Na, K, Li, Ca dll).   Sedangkan untuk mengeksitasikan atom logam-logam yang lebih berat

maka diperlukan nyala api dengan kombinasi gas lain yang dapat memberikan suhu lebih

tinggi dan juga memberikan energi kalor yang lebih tinggi.

Oleh karena itu telah diusahakan adanya sumber-sumber pengeksitasi atom yang dapat

menghasilkan energi kalor yang lebih tinggi.   Ada dua jenis sumber pengeksitasi yang

mampu memberikan energi kalor dan suhu yang lebih tinggi, yaitu ‘bunga api listrik’ yang

disebut ‘Arc’ atau “Spark” dan “Plasma” yang ditimbulkan secara induksi (Inductively

Couple plasma atau ICP).  Dengan kedua jenis sumber eksitasi ini maka hampir semua unsur

logam dapat dieksitasikan. 

Yang dimaksud dengan bunga api listrik atau awan muatan listrik (electrical discharge)

adalah loncatan muatan listrik antara ujung batang elektroda dan sampel dimana ujung

elektroda dan sampel tidak saling bersentuhan dan apabila antara keduanya diberikan

tegangan listrik yang tinggi, maka akan terjadi loncatan muatan elektron dan akan

menimbulkan tahanan sehingga hal ini akan menimbulkan kalor yang sangat tinggi,  Suhu

yang dihasilkan oleh muatan listrik tersebut berkisar antara 40000C sampai dengan

70000C.  Jadi jauh lebih tinggi dari pada yang dihasilkan oleh nyala api gas acetilen dan O2.

 Analisa Kualitatif dan kuantitatif

Untuk analisa kualitatif, garis-garis emisi yang khas bagi suatu unsur logam akan

tergambar pada film foto sebagaigaris-garis hitam, letak suatu garis hitam tersebut pada film

foto menentukan nilai panjang gelombang yang khas bagi unsur logam bersangkutan.  Suatu

unsur logam tertentu dapat menghasilkan banyak sekali garis hitam pada film foto, dengan

intensitas yang berbeda.    Untuk mengidentifikasi unsur logam secara kualitatif dengan cara

ini maka dibuat spectrum emisi cuplikan yang mengandung logam X pada film foto, sehingga

pada film tersebut timbul garis-garis hitam dengan panjang gelombang yang khas bagi logam

X tersebut, kemudian spectrum logamX tersebut dibandingkan dengan spectrum standar (juga

dalam film foto) yang mengandung garis-garis hitam yang khas untuk berbagai unsur logam

yang telah diketahui jenisnya dan biasanya disebut “Master Spectrum”.

Untuk analisa Kuantitatif, dahulu banyak dilakukan dengan menggunakan alat

spektrograf emisi yang detektornya film foto.  Dibuat beberapa cuplikan standar unsur X

dengan konsentrasi yang sudah diketahui, kemudian tiap cuplikan standar itu di dieksitasi

dalam “Spark” sehingga diperoleh spectrum emisi X tersebut pada film foto.  Dari berbagai

garis spectrum yang dihasilkan pada film foto tersebut,  kemudian dipilih salah satu garis

yang intensitasnya kuat dan dengan menggunakan alat “Densitometer” diukur derajat

kehitaman dari garis yang dipilih itu pada berbagai berbagai konsentrasi X.            

Semakin tinggi konsentrasi X maka semakin hitam garisnya (dan

sebaliknya).  Sehingga dapat disimpulkan“Tingkat kehitaman garis spectrum emisi pada film

foto itu berbanding lurus  dengan Intensitas (I) garis emisi itu”. Densitometer memberikan

langsung nilai Intensitas untuk berbagai konsentrasi.  Sehingga dapat dibuat kurva hubungan

antara Intensitas dan Konsentrasi pada suatu panjang gelombang yang diukur.

Banyak kerumitan dan kesulitan yang diperoleh dengan cara atau metoda analisa yang

menggunakan detektor film foto ini, karena waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan

analisanya tidak singkat. Dengan berkembangannya ilmu elektronik yang semakin

maju,  maka detektor film foto ini sekarang diganti dengan“Tabung Penggandaan Foto”

(Photo Multi Plier Tube) / PMT.

Sistem Monokromator

Dahulu untuk alat Atomic Emission spectrometri digunakan prisma sebagai alat

pendispersi sinar dalam monokromatornya.  Sekarang banyak digunakan kisi difraksi yang

biasanya berbentuk cekung, kisi difraksi ini  biasanya ditempatkan pada suatu system

susunan yang disebut ‘Lingkaran Rowland’ (Rowland Circle).  Lingkaran Rowland =

lingkaran panjang radiusnya (jari-jarinya) = ½ X radius kisi difraksi yang cekung.  Dengan

kisi difraksi ini, sinar yang akan didifraksikan oleh kisi difraksi tersebut akan difokuskan

tepat pada bagian lain lingkaran tersebut.  Jadi apabila alat detektor ditempatkan tepat pada

lingkaran Rowland tersebut, maka sinar yang didifraksikan akan difokuskan tepat pada alat

detector tersebut.

                

Detektor yang digunakan dapat berupa Film foto atau tabung penggandaan foton (Photo

Multiplier tube / PMT). Karena sinar yang didifraksikan itu tadinya melalui celah masuk

sinar yang bentuknya persegi panjang tipis, seperti garis, maka gambar foto yang diperoleh

adalah garis-garis hitam pada film foto (apabila detektornya film foto).  

Bila film foto digunakan sebagai detector sinar, maka antara kisi difraksi dan detektor

tersebut tidak ada celah keluar sinar.  Akibatnya semua garis emisi dari cuplikan yang

didifraksikan dengan berbagai sudut difraksi  oleh kisi difraksi akan tergambar pada film foto

berupa garis garis hitam. Setiap garis hitam pada film foto tersebut mewakili suatu nilai

panjang gelombang sinar yang telah dipancarkan oleh suatu atom logam dalam

cuplikan.  Nilai panjang gelombang suatu garis hitam dapat ditentukan berdasarkan kalibrasi

terhadap suatu skala panjang gelombang yang sudah diketahui nilainya. Letak suatu garis

hitam, yang berasal dari suatu logam, pada film foto, menentukan nilai panjang gelombang

yang khas bagi logam yang bersangkutan.  Suatu logam tertentu dapat menghasilkan banyak

sekali garis hitam pada film foto, dengan Intensitas yang berbeda.  Berikut ini skematik

bagian dari emission spektrometer.

Sistem Peralatan

Blok Diagram 

Analisa Atomic Emission Spectrometer yang menggunakan spark atau arc telah

lama digunakan secara luas pada beberapa aplikasi sebagai metoda untuk melakukan

analisa kuantitatif  lebih dari satu unsur secara bersamaan dalam suatu sample.

Terutama dalam industri logam, cara ini menjadi sangat dibutuhkan untuk mengontrol

secara langsung komposisi kimia dalam suatu proses peleburan secara cepat dan akurat.

Baru-baru ini, dengan memanfaatkan perkembangan teknologi elektronika dalam

analisa Emission Spectrochemical, beberapa perbaikan atau peningkatan telah dibuat

dengan tujuan untuk meningkatkan kapekaan dan ketepatan.  Hal yang istimewa dalam

metoda ini adalah kecepatan analisanya yang hanya memerlukan waktu sekitar 20

detik, dari mulai sample dimasukan dalam sumber spark samapi data terdisplay pada

CRT. 

Prinsip dari alat ini tidak jauh berbeda dengan metoda konvensional yang

menggunakan metoda spektrograp, perbedaan utamanya pada penggantian pelat

fotografis diganti dengan Photomultiplier (PMT) (tabung penggandaan foton) yang

menagkap sinar monokromatis dan kemudian merubahnya kedalam Intensitas.  

Sinar polikromatis yang dihasilkan dari sumber pengeksitasi (Sprak stand) yang

tidak lain adalah sampel dan elektroda.  Proses spark akan menyebabkan atom-atom

dalam sampel tereksitasi dan memancarkan sinar polikromatik.  Sinar polikromatik ini

selanjutnya dilewatkan melalui lensa kondenser kemudian masuk  melalui celah masuk

(Entrance slit),  selanjutnya akan mengenai suatu kisi difraksi yang kemudian

mendispersikannya menjadi sinar-sinar monokromatik.  Sinar-sinar monokromatik ini

lau dilewatkan melalui suatu celah keluar (exit slit) dan selanjutnya akan ditangkap

oleh photomultiplier tube (PMT) yang bertindak sebagai detektor dan merubahnya

menjadi photocurrent.

Spark Stand

Spark stand, adalah bagian dimana Sampel dan elektroda yang biasanya terbuat

dari logam wolfram dialiri arus yang dibangkitkan oleh suatu unit pembangkit tegangan

tinggi (High Voltage Discharge) sehingga akan timbul spark atau Arc. Proses spark ini

akan menyebabkan molekul-molekul dalam sample akan ter atomisasi dan kemudian

tereksitasi. 

Banyak sumber energi yang dapat digunakan untuk membangkitkan spark

atauArk.  Seprti plasma yang ditimbulkan oleh RF Generator, dlam hal ini yang

terpenting adalah Sumber dari pembangkit tersebut mampu mengeksitasikan atom-atom

yang ada dalam sample.

Concave Diffraction Grating

Concave Diffraction Grating adalah sebuah alat untuk mendispersikan spectrum

polikromatis menjadi spectrum monokromatis.  Alat ini adalah sebuah lempengan

cekung yang pada permukaannya diberikan alur-alur (grooves) yang sejajar dan

biasanya sekitar 1200 – 3000 groove per mm.  

Exit Slit (Celah keluar)

Setelah sinar polikromatis didispersikan menjadi sinar monokromatis oleh oleh grating,

kemudian keluar melalui sutu celah yang disebut Entrance slit atau secondary

opic.  Gambar berikut memperlihatkan sinar yang melalui celah keluar sebelum

mencapai detector.

Detektor

Ada tiga macam detector yang berbeda dalam rentang panjang gelombangnya,

kecepatan respon, sensitivitas dll. Detektor dimaksudkan untuk merubah energi yang

dipancarkan menjadi sebuah sinyal listrik yang kemudian diproses oleh sebuah

amplifier sehingga dapat dapat di interpretasikan lebih lanjut.  Ketiga detector tersebut

adalah :

a. Photocell;  

Fungsinya adalah mengubah energi sinar menjadi arus listrik yang sebanding

dengan Intensitasnya.  Daerah kerja detector ini pada daerah sinar tampak (380 –

780 nm). Bentuknya adalah sebuah keeping logam yang dilapisi dengan bahan

Selenium yang sensitive terhadap sinar.  Sinar yang mengenai lapisan ini

menyebabkan elektron terlepas dan akan terjadi perbedaan muatan yang dapat

diukur besarnya dengan microammeter,  detektor ini kurang sensitive dan

responnya rendah.       

b. Phototube;  

Kontruksi detektor ini adalah sebuah tabung vakum yang terbuat dari kuarsa,

bagian dalamnya berisi katoda (Photocathode) logam berbentuk ½ silinder dengan

permukaanya dilapisi oksida logam yang mudah melepaskan electron bila dikenai

sinar, kemudian sebagai anoda adalah sebuah kawat berlubang (wire mesh). Antara

Katoda dan Anoda dipasang selisih tegangan dan apabila sebuah sinar datang

masuk melalui jendela kuarsa dan jatuh ke permukaan Katoda, energi sinar ini akan

diserap oleh lapisan oksida logam dan elektron yang ada dilapisan ini akan

terlempar dan berkumpul pada Anoda, sehingga dalam tabung foton akan timbul

arus. Detector ini mampu membaca sinar tampak dan sinar ultra violet dengan

panjang gelombang  dari 190 – 650 nm dan dari 600 – 1000 nm. Jadi untuk

menguji daerah dengan panjang gelombang dari 190 sampai 1000 nm diperlukan

lebih dari satu detector.

c. Photomultipliers; 

PMT atau Tabung Penggandaan Foton terdiri dari tabung kaca hampa udara yang

sebagian dindingnya terbuat dari kuarsa, bagian dalam terdiri dari Katoda yang

permukaannya dilapisi suatu bahan yang akan mengeluarkan electron bila dikenai

sinar.  

DAFTAR PUSTAKA

G. Watson, David, 2005. Analisis Farmasi. Jakarta: ECG.

http://adistyaiu.blogspot.com/2012/02/aasatomic-absorption-spectrophotometry.html,

diakses 22 maret 2012

http://translate.google.co.id/translate?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://

www.files.chem.vt.edu/chem-ed/spec/atomic/aes.html, diakses 22 maret 2012

http://www.chemistry.org/materi_kimia/instrumen_analisis/

spektrum_resonansi_magnetik_intinmr_/apakah_yang_

dimaksud_dengan_resonansi_magnetik_inti_nmr/ diakses 20 maret 2012

http://www.scribd.com/doc/46032623/SPEKTROSKOPI-NMR, diakses 20 maret 2012

http://www.scribd.com/doc/86281767/makalah-uv-vis, diakses 16 maret 2012

http://nurfaisyah.web.id/spektrofotometri-uv-vis-serta-aspek-kualitatif-kuantitatifnya.

html, diakses 16 maret 2012

http://chemistry.uii.ac.id/artikel/kimia-analitik/prosedur-dan-instrumentasi-dalam analisis

-spektrofotometer-uv-vis.html, diakses 16 maret 2012

http://storiku.wordpress.com/2010/07/02/spektrofotometri-uv-vis/, diakses 16 maret

2012

http://www.bbtklppm.or.id/?

mod=55&aID=1187&WVI_ID=c944eea6278669797acdb6ac60d1830e, diakses 21 maret

2012

http://anekakimia.blogspot.com/2011/06/instrumen-ftir-dan-membaca-spektra-ftir.html,

diakses 21 maret 2012

http://www.chemistry.msu.edu/faculty/research/virtex.html, diakses 21 maret 2012

http://id.shvoong.com/exact-sciences/physics/2196127-cara-kerja-spektrometer-massa/,

diakses 22 maret 2012