BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Analisis merupakan suatu bagian penting dalam dunia sains. Untuk
mendukung proses analisis, maka para ilmuwan mulai memikirkan cara untuk
dapat menganalisis 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. Spektroskopi Dalam
catatan sejarah mengacu kepada cabang ilmu dimana "cahaya tampak"
digunakan dalam teori-teori struktur materi serta analisa kualitatif dan kuantitatif.
Definisi spektroskopi dalam masa modern berkembang seiring teknik-teknik baru
yang dikembangkan tidak hanya memanfaatkan 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.
Salah satu jenis spektroskopi adalah spektroskopi NMR. Fenomena
Resonansi Magnetik Inti (RMI) atau nucleic magnetic resonance (NMR) pertama
kali diperkenalkan pada tahun 1946 oleh dua kelompok fisikawan yang bekerja
secara terpisah, yaitu Edward Purcell dari Harvard University dan Felix Bloch dari
Standford University. Penggunaan RMI berkembang dengan cepat, pada tahun
1960 teknik ini sudah merupakan metode yang penting untuk elusidasi struktur.
Spektroskopi ini didasarkan pada vibrasi, rotasi, dan mode frekuensi
lemah dalam sebuah sistem. Spektroskopi NMR memiliki beberapa keunggulan
dibandingkan spektroskopi lainnya. Selain itu, spektroskopi NMR digunakan
dalam penentuan struktur suatu molekul.
Spektrofotometri NMR/RMI pada dasarnya merupakan spektrofotometri
absorbsi, sebagaimana spektrometri infra merah maupun spektrofotometer
ultraviolet. Pada kondisi yang sesuai, suatu sampel dapat mengabsorpsi radiasi
elektromagnetik daerah frekuensi radio, pada frekuensi yang tergantung dari
sifat-sifat sampel. Suatu plot dari frekuensi puncak-puncak absorbsi versus
intensitas puncak memberikan suatu spektrum RMI. Prinsip kerja
1
spektrofotometri RMI adalah penyerapan energi radiasi elektromagnetik (pada
gelombang radio) oleh inti yang sedang berputar di dalam medan magnet yang
kuat.
Dalam praktek, larutan cuplikan dalam pelarut lembam ditempatkan di
antara kutub magnet yang kuat, dan proton mengalami geser kimia yang
berlainan sesuai dengan lingkungan molekulnya di dalam. molekul. Ini diukur
dalam radas RMI, nisbi terhadap baku, biasanya tetrametilsilan (TMS), yaitu
senyawa lembam, yang dapat ditambahkan ke dalam larutan cuplikan tanpa ada
kemungkinan terjadi reaksi kimia. . .
1.2. Tujuan
1. Mengetahui pengertian spektroskopi NMR.
2. Mengetahui prinsip kerja spektroskopi NMR.
3. Mengetahui komponen spektrofotometer RMI serta fungsi dan cara kerjanya.
4. Mengetahui aplikasi RMI dalam berbagai bidang kehidupan.
2
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Pengertian Spektroskopi NMR
Spektroskopi Resonansi Magnetik Inti (NMR) adalah salah satu metode
spektrometri yang penting untuk menguraikan atau menentukan struktur dari
senyawa yang tidak diketahui, termasuk stereokimia dari suatu senyawa. Metode
ini tidak hanya berguna dalam bidang senyawa organik, tetapi juga dapat
digunakan dalam bidang yang lain seperti: farmasi, analisis dan sintesis obat,
organometalik, ilmu polimer dan yang lainnya. Stuktur yang kompleks dan
senyawa baru sangat sulit ditentukan dengan menggunakan analisa spektrum
UV, IR, dan MS, sehingga untuk itu dibutuhkan metode NMR (Sastrohamidjojo,
1992).
Selain digunakan untuk menentukan struktur dari komponen alami dan
sintetik yang baru, NMR juga berfungsi untuk menentukan kemurnian dari
komponen, dan arah reaksi kimia sebagaimana hubungan komponen dalam
larutan yang dapat mengalami reaksi kimia. Spektroskopi NMR merupakan alat
yang dikembangkan dalam biologi struktural, yang juga termasuk ke dalam
spektroskopi absorpsi seperti halnya spektroskopi infra merah atau spektroskopi
ultra violet. Dasar dari spektroskopi NMR adalah absorpsi radiasi elektromagnetik
dengan frekuensi radio oleh inti atom. Frekuensi radio yang digunakan berkisar
dari 0,1 sampai dengan 100 MHz. Bahkan, baru-baru ini ada spektrometer NMR
yang menggunakan radio frekuensi sampai 500MHz. (Khopkar, 2003)
Spektrum normal NMR adalah pengumpulan dari satu atau lebih puncak
resonansi pada frekuensi berbeda. Chemical shift atau pergeseran kimia
menunjukkan posisi frekuensi resonansi yang diamati pada inti spesifik
lingkungan struktur tunggal (Crews, 1998).
Gambar 1.1. Spektrofotometer NMR
3
2.2. Sejarah Spektroskopi NMR
Sebelum era 1950 para ilmuwan khususnya yang berkecimpung dalam bidang
kimia organik merasa kurang puas terhadap apa yang telah dicapai dalam
analisis instrumental. Kekurangpuasan mereka terutama dari segi analisis
kuantitatif, penentuan struktur dan gugus hidrokarbon yang dirasa banyak
memberikan informasi. Pada waktu itu dirasa perlu menambah anggota teknik
spektroskopi untuk tujuan lebih banyak memberikan informasi gugus hidrokarbon
dalam molekul. Dua orang ilmuwan dari USA pada tahun 1951 yaitu Felix Bloch
dan Edwardo M. Purcell (dari Harvard university) menemukan bahwa inti atom
terorientasi terhadap medan magnet. (Harjadi, 1986)
Selanjutnya menurut Bloch dan Purcell setiap proton di dalam molekul
yang sifat kimianya berbeda akan memberikan garis-garis resonansi orientasi
magnet yang diberikan berbeda. Bertolak dari penemuan ini lahirlah metode baru
sebagai anggota baru teknik spektroskopi yang diberi nama “Nuclear Magnetic
Resonance (NMR)”. Para ilmuwan di Indonesia mempopulerkan metode ini
dengan nama spektrofotometer Resonansi Magnet Inti (RMI). Spektrofotometri
RMI sangat penting artinya dalam analisis kualitatif, khususnya dalam penentuan
struktur molekul zat organik. (Harjadi, 1986)
2.3. Prinsip Kerja Spektroskopi NMR/RMI
Banyak inti (atau lebih tepat, inti dengan paling tidak jumlah proton atau
neutronnya ganjil) dapat dianggap sebagai magnet kecil. Inti seperti proton (1H
atau H-1) dan inti karbon-13 (13C atau C-13, kelimpahan alaminya sekitar 1%).
(Sastrohamidjojo, 1992).
Karbon -12 (12C), yang dijadikan standar penentuan massa, tidak bersifat
magnet. Bila sampel yang mengandung 1H atau 13C atau bahkan semua
senyawa organik, ditempatkan dalam medan magnet, akan timbul interaksi
antara medan magnet luar dengan magnet kecil (inti). Karena adanya interaksi
ini, magnet kecil akan terbagi atas dua tingkat energi, yaitu: tingkat yang sedikit
agak lebih stabil (+) dan keadaan yang kurang stabil (-) yang energinya berbeda.
Karena dunia inti adalah dunia mikroskopik, energi yang berkaitan dengan inti ini
terkuantisasi, artinya tidak kontinyu. Perbedaan energi antara dua keadaan
diberikan oleh persamaan sebagai berikut (Harjadi, 1986):
∆E = γhH/2π
4
Keterangan:
H : Kuat medan magnet luar (yakni magnet spektrometer)
H : Tetapan Planck
γ : Tetapan khas bagi jenis inti tertentu, disebut dengan rasio giromagnetik dan
untuk proton nilainya 2,6752 x 108 kg-1 s A (A= ampere)
Bila sampel disinari dengan gelombang elektromagnetik, ν berkaitan
dengan perbedaan energi ∆E, yakni (Harjadi, 1986):
∆E = hν
inti dalam keadaan (+) mengabsorbsi energi ini dan tereksitasi ke tingkat energi
(-) Proses mengeksitasi inti dalam medan magnetik akan mengabsorbsi energi
(resonansi) disebut nuclear magnetic resonance (NMR). Frekuensi gelombang
elektromagnetik yang diabsorbsi diungkapkan sebagai fungsi H.
ν = γH/2π
Bila kekuatan medan magnet luar, yakni magnet spektrometer, adalah 2,3490 T
(tesla, 1 T = 23490 Gauss), ν yang diamati sekitar 1 x 108 Hz = 100 MHz. Nilai
frekuensi ini di daerah gelombang mikro.
Secara prinsip, frekuensi gelombang elektromagnetik yang diserap ditentukan
oleh kekuatan magnet dan jenis inti yang diamati. Namun, perubahan kecil dalam
frekuensi diinduksi oleh perbedaan lingkungan kimia tempat inti tersebut berada.
Perubahan ini disebut pergeseran kimia. (Sastrohamidjojo, 1992).
Metode spektrofotometri jenis ini didasarkan pada penyerapan energi oleh
partikel yang sedang berputar di dalam medan magnet yang kuat. Energi yang
dipakai dalam pengukuran dengan metode ini berada pada daerah gelombang
radio 75-0,5 m atau pada frekuensi 4-600 MHz, yang bergantung pada jenis inti
yang diukur. (Sastrohamidjojo, 1992).
Inti yang dapat diukur dengan NMR yaitu (Harjadi, 1986):
a. Bentuk bulat
b. Berputar
c. Bilangan kuantum spin = ½
d. Jumlah proton dan netron ganjil, contoh : 1H, 19F, 31P, 11B, 13C
Di dalam medan magnet, inti aktif NMR (misalnya 1H atau 13C) menyerap pada
frekuensi karakteristik suatu isotop. Frekuensi resonansi, energi absorpsi dan
intensitas sinyal berbanding lurus dengan kekuatan medan magnet. Sebagai
contoh, pada medan magnet 21 tesla, proton beresonansi pada 900 MHz. nilai
5
magnet 21 T dianggap setara dengan magnet 900 MHZ, meskipun inti yang
berbeda beresonansi pada frekuensi yang berbeda.
Inti yang sama di Medan magnet bumi beresonansi pada frekuensi audio.
Fenomena ini dimanfaatkan oleh spektrometer NMR medan bumi, yang lebih
murah dan mudah dibawa. Instrumen ini biasa digunakan untuk keperluan kerja
lapangan dan pengajaran. (Harborne, 2006)
2.31. Pergeseran Kimia
Pergeseran kimia adalah pemisahan frekuensi resonansi suatu inti dari
frekuensi resonansi suatu standar, biasanya TMS (Tetra Metil Silan) (CH3)4Si.
Pergeseran kimia memiliki simbol δ, yang dinyatakan sebagai bagian tiap juta
(ppm) dari frekuensi radio yang digunakan. (Basset, 1994)
TMS dipilih sebagai standar karena beberapa alasan,
diantaranya(Basset, 1994):
a. TMS mempunyai 12 atom hidrogen yang semuanya memiliki lingkungan
kimia yang sama. Mereka terikat oleh atom yang sama dengan cara yang
sama sehingga tidak hanya menghasilkan puncak tunggal tetapi juga
puncak yang kuat karena adanya banyak atom hidrogen.
b. Hidrogen pada senyawa ini lebih terlindungi dibandingkan pada senyawa
lain karena adanya elektron-elektron ikatan C-H. Ini artinya inti hidrogen
lebih terlindungi dari medan magnet luar, dan untuk membawa hidrogen
ini kembali ke kondisi resonansinya, medan magnetnya harus
ditingkatkan.
Dalam spektroskopi 1H NMR, pergeseran kimia diungkapkan sebagai nilai
relatif terhadap frekuensi absorpsi Tetra Metil Silan standar (CH3)4Si.
Pergeseran kimia tiga jenis proton dalam etanol CH3CH2OH adalah sekitar
105.25 dan 490 Hz bila direkam dengan spektrometer dengan magnet 2 1140
T (90 MHz) (Gambar 1(a)). Karena frekuensi absorpsi proton adalah 0,9 x
108Hz (90 MHz), pergeseran kimia yang terlibat hanya bervariasi sangat
kecil. (Harborne, 2006)
6
Dengan memahami lingkungan kimia yang berbeda, pergeseran kimia
dapat digunakan untuk mendapatkan beberapa informasi tentang struktur
molekul dalam sampel. Konversi dari data mentah untuk informasi ini disebut
menetapkan spektrum. Misalnya, untuk spektrum 1H-NMR untuk etanol
(CH3CH2OH), orang akan berharap tiga sinyal tertentu pada tiga shift kimia
tertentu: satu untuk kelompok CH3, satu untuk kelompok CH2 dan satu untuk
gugus OH. Sebuah kelompok CH3 khas memiliki pergeseran sekitar 1 ppm,
sebuah CH2 dilampirkan ke OH memiliki pergeseran sekitar 4 ppm dan OH
memiliki pergeseran sekitar 2-3 ppm tergantung pada pelarut yang
digunakan. Contoh pelarut untuk spektroskopi RMI(Harborne, 2006)):
a. Pelarut yang digunakan tidak boleh mengandung atom hidrogen, karena
adanya atom hidrogen pada pelarut akan mengganggu puncak-puncak
spektrum.
b. Ada dua cara untuk mencegah gangguan oleh pelarut. Anda dapat
menggunakan pelarut seperti tetraklorometana, CCl4, yang tidak
mengandung hidrogen, atau anda dapat menggunakan pelarut yang atom-
atom hidrogennya telah diganti dengan isotopnya, deuterium, sebagai
contoh CDCl3 sebagai ganti CHCl3. Semua spektrum RMI pada bagian ini
menggunakan CDCl3 sebagai pelarut.
c. Atom-atom deuterium mempunyai sifat-sifat magnetik yang sedikit berbeda
dari hidrogen, sehingga mereka akan menghasilkan puncak pada area
spektrum yang berbeda.
2.3.2. Spektra atau Spektrum NMR
Geseran kimia yang menunjukan terjadinya resonansi spin inti dalam
lingkungan kimia yang berbeda pada suatu molekul digambarkan atau
ditunjukan dalam bentuk grafik. Grafik NMR menggambarkan nilai δ (geseran
kimia) dari setiap inti tertentu dalam lingkungan kimia yang tertentu pula.
(Basset, 1994)
Berdasarkan perjanjian atau yang telah ditetapkan pada ujung kanan
memiliki geseran kimia sama dengan nol (0) merupakan inti yang memiliki
atau memerlukan frekuensi kuat medan magnet besar (biasanya disebut juga
kuat medan atas), sedangkan pada ujung kiri merupakan inti yang memiliki
7
atau memerlukan frekuensi kuat medan magnet yang kecil (biasanya disebut
juga kuat medan bawah). Secara ringkas dapat digambarkan sebagai berikut.
Gambar 1.2. Geseran kimia spektrum NMR
2.3.3. Kopling Spin-spin
Tingkat energi inti atau magnet-magnet sangat kecil yakni proton,
terbelah menjadi keadaan berenergi tinggi dan rendah. Selain itu, tingkat-
tingkat energi ini membelah lebih lanjut karena interaksi dengan inti
tetangganya. Pembelahan ini sangat kecil tetapi akan memiliki akibat yang
penting. Pada Pembelahan ini hanya tergantung pada interaksi inti-inti.
(Basset, 1994)
Bila spektrum 1H NMR etanol diukur dengan kondisi lebih baik, signal
CH3- dan CH2- tebelah menjadi multiplet (Gambar 1(b). Pembelahan ini
karena adanya kopling spin-spin antar proton. Spektra yang menunjukkan
pembelahan kopling spin-spin ini disebut spektra resolusi tinggi. Sedang
spektra yang tidak menunjukkan pembelahan ini disebut spektra resolusi
rendah. (Sastrohamidjojo, 1992)
Beberapa informasi yang paling berguna untuk penentuan struktur dalam
spektrum NMR satu dimensi berasal dari kopling J-kopling atau skalar (kasus
khusus kopling spin-spin) antara inti NMR aktif. Kopling ini muncul dari
interaksi spin wilayah yang berbeda melalui ikatan kimia dari molekul dan
hasil pemisahan signal NMR. Kopling ini memberikan wawasan yang rinci ke
dalam konektivitas atom dalam molekul. (Basset, 1994)
Kopling untuk setara n (spin ½) inti membagi signal ke dalam multiplet n
+1 dengan rasio intensitas berikut segitiga Pascal. Kopling untuk berputar
tambahan akan menyebabkan belahannya lebih lanjut dari masing-masing
komponen, misalnya multiplet kopling spin yang berbeda untuk dua ½ inti
dengan konstanta kopling secara signifikan berbeda akan menyebabkan
8
doublet dari doublet. Perhatikan bahwa kopling antara inti yang secara
kimiawi sama yaitu, memiliki pergeseran kimia yang sama tidak memiliki efek
spektrum NMR dan kopling antara inti yang jauh, biasanya lebih dari 3
obligasi terpisah untuk proton dalam molekul fleksibel, biasanya terlalu kecil
menyebabkan belahannya diamati. Long-range kopling selama lebih dari tiga
obligasi sering dapat diamati dalam siklik dan senyawa aromatik, yang
mengarah ke pola membelah lebih kompleks. (Sastrohamidjojo, 1992)
Misalnya, dalam spektrum proton untuk etanol, kelompok CH3 dibagi
menjadi triplet dengan rasio intensitas 01:02:01 oleh dua proton CH2
tetangga. Demikian pula, CH2 dibagi menjadi kuartet dengan rasio intensitas
1:3:3:1 oleh tiga tetangga CH3 proton. Pada prinsipnya, dua proton CH2 juga
akan dibagi lagi menjadi doublet untuk membentuk doublet dari kuartet oleh
proton hidroksil, tetapi pertukaran antarmolekul proton hidroksil asam sering
menghasilkan hilangnya informasi kopling. (Sastrohamidjojo, 1992)
Kopling dikombinasikan dengan pergeseran kimia dan integrasi untuk
proton memberitahu kita tidak hanya tentang lingkungan kimia inti, tetapi juga
jumlah inti NMR tetangga aktif dalam molekul. Dalam spektrum yang lebih
kompleks dengan beberapa puncak di pergeseran kimia yang sama atau
dalam spektrum inti selain hidrogen. (Sastrohamidjojo, 1992)
2.4. Instrumentasi Spektroskopi NMR
Gambar 1.3. Komponen-komponen spektroskopi NMR
9
Cara kerja dari masing-masing komponen (Ali, 2005):
1) Magnet: akurasi dan kualitas suatu alat NMR yang tergantung pada kekuatan
magnetnya. Resolusi akan bertambah dengan kenaikkan kekuatan medannya,
bila medan magnetnya homogen elektromagnet dan kumpaaran superkonduktor
(selenoids). Magnet permanen mempunyai kuat medan 7046-14002 G, ini sesuai
dengan frekuensi oskilator antara 30-60 MHz. Termostat yang baik diperlukan
karena magnet bersifat peka terhadap temperatur. Elektromagnet memerlukan
sistem pendingin, elektromagnet yang banyak di pasaran mempunyai frekuensi
60, 90 dan 100 MHz untuk proton. NMR bersolusi tinggi dan bermagnet
superkonduktor dengan frekuensi proton beresolusi tinggi dan bermagnet
superkonduktor dengan frekuensi proton 470 MHz. Pengaruh fluktuasi medan
dapat diatasi dengan sistem pengunci frekuensi, dapat berupa tipe pengunci
eksternal atau internal. Pada tipe eksternal wadah senyawa pembanding dengan
senyawa sampel berada pada tempat terpisah, sedang pada tipe internal
senyawa pembanding larut bersama-sama sampel. Senyawa pembanding
biasanya tetrametilsilan (TMS).
2) Generator Medan magnet penyapu : suatu pasangan kumparan terletak
sejajar terhadap permukaan magnet, digunakan untuk mengubah medan magnet
pada suatu range yang sempit. Dengan memvariasikan arus searah melalui
kumparan ini, medan efektif dapat diubah-ubah dengan perbedaan sekitar 10-3
gauss. Perubahan medan ini disinkronisasikan secara linier dengan perubahan
waktu. Untuk alat 60 MHz (proton), range sapuannya adalah 235 10-3 gauss.
Untuk F19, C13, diperlukan sapuan frekuensi sebesar 10 KHz.
3) Sumber frekuensi radio : sinyal frekuensi oskilasi radio (transmiter) disalurkan
pada sepasang kumparan yang possinya 90º terhadap jalar dan magnet. Suatu
oskilator yang tetap sebesar 60, 90 atau 100 MHz digunakan dalam NMR
beresolusi tinggi.
4) Detektor sinyal : sinyal frekuensi radio yang dihasilkan oleh inti yang
beresolusi dideteksi dengan kumparan yang mengitari sampel dan tegak lurus
terhadap sumber. Sinyal listrik yang dihasilkan lemah dan biasanya dikuatkan
dulu sebelum dicatat. 5) Rekorder: pencatat sinyal NMR disinkronisasikan
dengan sapuan medan, rekorder mengendalikan laju sapuan spektrum. Luas
puncak dapat digunakan untuk menentukan jumlah relatif inti yang
10
mengabsorpsi.
6) Tempat sampel dan probe: tempat sampel merupakan tabung gelas
berdiameter 5mm dan dapat diisi cairan sampai 0,4 ml. Probe sampel terdiri atas
tempat kedudukan sampel, sumber frekuensi penyapu dan kumparan detektor
dengan sel pembanding. Detektor dan kumparan penerima diorientasikan pada
90º. Probe sampel menggelilingi tabung sampel pada ratusan rpm dengan
sumbu longitudinal.
Untuk NMR beresolusi tinggi, sampel tidak boleh terlalu kental. Biasanya
digunakan konsentrasi larutan 2-15%. Pelarut yang baik unutk NMR sebaiknya
tidak mengandung proton seperti CS2, CCl4 . Pelarut – pelarut berdeuterium
juga sering digunakan seperti CDCl3 atau C6D6.
2.5. Pengukuran Spektrum NMR
Spektrum NMR dapat dihasilkan dengan dua metode. Metode pertama
mirip dengan cara memperoleh spektrum optis, dengan cara ini sinyal absorpsi
diukur pada saat frekuensi elektromagnetik divariasikan. Prisma pendispersi atau
grating tidaklah diperlukan pada frekuensi radio. Oskilator frekuensi radio
menghasilkan frekuensi radio yang bervariasi antara 1 – 10 KHz. (Khopkar,
2003)
Metode kedua adalah dengan menggunakan oskilator frekuensi radio
yang konstan dan memvariasikan medan magnet H0 secara kontinyu. Instrumen
lama menggunakan teknik sweeping ini untuk menghasilkan spektrum. Oskilator
sweeping linear yang belakangan ini banyak digunakan mempunyai efisiensi
yang lebih baik dalam menghasilkan spektrum dekopling spin. Instrumen NMR
dapat berupa NMR resolusi tinggi atau model puncak lebar. Hanya NMR resolusi
tinggilah yang dapat menguraikan struktur halus yang sesuai dengan puncak
absorpsi. Instrumen tersebut menggunakan medan magnet 7000 G. Sedangkan
instrumen berpuncak lebar digunakan untuk analisis unsur secara kuantitatif dan
menelaah lingkungan fisis suatu inti. Instrumen berpuncak lebar menggunakan
magnit dengan kekuatan beberapa ribu gauss adalah lebih sederhana dan lebih
murah daripada NMR resolusi tingi. Untuk spektroskopi NMR resolusi tinggi
diperlukan model yang canggih. (Khopkar, 2003)
2.6. Hal-Hal yang Harus Diperhatikan dalam Menginterpretasi Spektrum
NMR (Khopkar, 2003) :
11
1. Jumlah sinyal
yaitu berapa macam perbedaan dari proton-proton yang terdapat dalam molekul
2. Kedudukan sinyal
yaitu bagaimana lingkungan elektronik dari setiap proton
3. Intensitas sinyal
yaitu berapa banyak proton dari setiap macam proton yang ada
4. Pemecahan (splitting) sinyal menjadi beberapa puncak
yaitu bagaimana lingkungan dari proton-proton yang berdekatan/bertetangga.
2.7. Karakter Jenis Inti yang Dapat Dideteksi Menggunakan Spektroskopi
NMR
Karakter jenis inti yang dapat dideteksi menggunakan spkektroskopi NMR
yaitu jenis kategori inti yang dalam kaitannya dengan bilangan kuantum spin inti,
yakni (Sastrohamidjojo, 1992):
Kategori I, yakni inti dengan I = 0. Inti dalam kategori ini tidak berinteraksi
dengan medan magnet yang diterapkan pada NMR (medan magnet eksternal)
sehingga disebut tidak ada kromofor NMR atau tidak aktif NMR. Inti dengan I = 0
adalah atom-atom dengan jumlah proton genap dan jumlah netron yang genap
pula. Inti dengan I = 0 misalnya 12C, 16O dan 32S. Walaupun tidak dapat dicermati
namun ketiga atom tersebut terdapat isotop yang dapat di deteksi.
Kategori 2 yakni inti dengan I = ½. Inti ini memiliki nomor massa ganjil
sehingga mempunyai momen magnet tidak sama dengan nol. Hal inilah
yang meneyebabkan inti dapat berinteraksi dengan medan magnet
eksternal, oleh sebab itu disebut ada kromofor NMR. Inti dengan kategori
ini misalnya 1H. 13C, 19F.
Kategori 3 yakni inti dengan proton dan netron ganjil. Inti ini memiliki I = 1,
2 atau lebih tinggi. Yang tergolong kategori ini adalah 2H, 14N, 10B. Isotop-
isotop ini lebih sukar diamati dan pola spektranya melebar.
2.8. Aplikasi NMR
a. Bidang kedokteran
Spektroskopi NMR merupakan alat yang dikembangkan dalam
biologi struktural. NMR manjadi sebuah teknik alternatif selain kristalografi
X-Ray, untuk memperoleh informasi struktur dan resolusi dinamik atomik
12
dan studi interaksi molekuler dari makromolekul biologi pada kondisi
larutan secara fisiologi. Usaha sangat penting untuk memperluas aplikasi
NMR untuk sistem molekul yang lebih besar, karena jumlah yang lebih
besar secara biologi dibutuhkan kompleks makromolekul dan
makromolekuler yang memiliki massa molekuler melebihi range yang
sacara prakis digunakan untuk spektroskopi NMR konvensional dalam
larutan. Peningkatan ukuran ini memberikan batasan, contohnya,
penentuan struktur protein yang tidak dapat dikristalkan, termasuk
membran protein integral, penelitian interaksi molekuler melibatkan
molekul besar dan penghimpunan makromolekuler, dan penentuan
struktur dari oligonukleotida yang lebih besar dan kompleks dengan
protein. (Harjadi, 1986)
b. Bidang Biologi Molekuler
Untuk protein dan protein komplek dengan massa molekuler
sekitar 25-30 kDa kualitas spektra menurun dengan cepat membatasi
mayor A ketika bekerja dengan makromolekul besar yang berasal dari
kecepatan relaksasi tinggi signal NMR, menyebabkan garis tajam yang
melebar, yang berpindah menuju resolusi spektra yang lebih sedikit dan
perbandingan signal-to-noise yang rendah. Banyak peningkatan kualitas
spektra NMR dari biologi makromolekuler dengan massa molekuler
sekitar diatas 25 kDa dapat diperoleh dengan deuterasi, teknik yang telah
dipakai dalam biologi NMR selama lebih dari 30 tahun. Dikombinasikan
dengan label 15N dan 13C, label 2H mengalami pemulihan yang sangat
mengesankan sekitar 10 tahun yang lalu dan telah menjadi alat yang
paling penting untuk menentukan struktur yang lebih besar dalam larutan.
(Harjadi, 1986)
c. Studi Larutan NMR Pada Protein Membran
Protein membran berperan pada beberapa fungsi fisiologi yang
penting, dan dalam membentuk kunci target obat-obatan. Studi struktural
protein membran oleh X-ray crystallography atau oleh NMR spektrokopi
lebih sulit dari pada untuk protein yang dapat dilarutkan. Karena sistem
membran yang nyata terlalu besar untuk diteliti dengan ekperimen larutan
13
NMR, protein membran sering diencerkan dalam detergen micelles. Dari
system micellar, spektra dapat diperoleh menggunakan TROSY
(Transverse Relaxation-Optimized Spectroscopy). Membran protein
dalam detergen/lemak micelles menghasilkan sedikit resonansi NMR dan
signal overlap berkurang daripada protein globular dari massa molekuler
yang sama. Walaupun molekul detergen dapat menunjukkan fraksi yang
besar dari keseluruhan massa yang besar dari pencampuran micelles,
pelabelan isotop yang sesuai seperti tanda 13C, 15N dari protein dan
atau menggunakan detergen deuterasi, memastikan bahwa signal NMR
protein dapat dideteksi dengan besar atau tanpa interferensi dari signal
molekul detergen. NMR pada biologi melekuler dilakukan pada sampel
dalam bentuk larutan yang terlebih dahulu dilakukan pemurnian atau
ekstraksi. Dengan NMR dapat diketahui struktur molekulernya dan
perubahan yang terjadi ketika mendapat ganguan dari luar (rangsangan,
penyakit atau penambahan zat lain). ((Harjadi, 1986))
14
BAB III
PENUTUP
3.1. Kesimpulan
1. Spektroskopi Resonansi Magnetik Inti (NMR) adalah salah satu metode
spektrometri yang penting untuk menguraikan atau menentukan struktur dari
senyawa yang tidak diketahui, termasuk stereokimia dari suatu senyawa.
2. Prinsip kerja spektrofotometri NMR/RMI adalah penyerapan energi radiasi
elektromagnetik (pada gelombang radio) oleh inti yang sedang berputar di dalam
medan magnet yang kuat.
3. Komponen-komponen pada spektrofotometer NMR yaitu: magnet,
generator medan magnet penyapu, sumber frekuensi radio, detektor sinyal,
rekorder, dan tempat sampel dan probe. Masing-masing komponen memiliki
fungsi dan cara kerja yang tersendiri dan berbeda.
4. Aplikasi spektroskopi NMR dapat diterapkan pada berbagai bidang
kehidupan, beberapa di antaranya adalah bidang kedokteran dan biologi
molekuler. Contohnya untuk penentuan struktur protein yang tidak dapat
dikristalkan.
15