Upload
dessy-noorlia
View
124
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
13/04/2023 KULIAH KA IIIB-1 1
1
13/04/2023 KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI 2
13/04/2023 KULIAH KA IIIB-1 3
TEKNIK SPEKTROSKOPIAdalah analisis fisiko kimia yang membahas tentanginteraksi Radiasi Elektromagnetik ( REM ) dengan materi ( atom dan molekul )
SPEKTROSKOPI ATOM &SPEKTROSKOPI MOLEKUL
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 4
Erasal dari kata
Berasal dari kata: kimia & spektrum Spektrum = gambaran antara intensitas
radiasi (REM) yang dipancarkan (emisi), diserap (absorpsi) maupun yang dihamburkan(scattering) oleh sampel terhadap jumlah energi foton(panjang gelombang; frekuensi)
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 5
Menggunakan spektrum atau beberapa aspek spektrum untuk :–menentukan spesi kimia – Untuk menyelidiki interaksi spesi kimia
dengan REM
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 6
Dapat melibatkan pengukuran optik secra langsung energi foton yang dipancarkan atau diteruskan
Pengukuran secara tidak langsung kuantitas optik yang dikaitkan dengan penyerapan energi foton
Misal: jumlah ion-ion yang dikaitkan dengan energi kinetik yang dihasilkan oleh serapan dapat dimonitor & di plot sebagai fungsi panjang gelombang untuk memperoleh spektrum
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 7KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 8
RADIASI ELEKTROMAGNET (REM) Merupakan bentuk energi radiasi yang menunjukkan sifat
dualisme sebagai gelombang & sebagai partikel ditinjau dari medium perambatanya gelombang dibedankan
menjadi dua, yaitu gelombang mekanik yang butuh medium untuk perantara,
dan gelombang elektromagnetik yang tidak butuh medium
perantara. Gelombang merupakan rambatan energi dari sumber getar
yang merambat tanpa disertai perpindahan partikelnya. Fenomena ini ditunjukan pada peristiwa gelombang
permukaan air, gelombang pada tali, gelombang radio, dan sebagainya.
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 9
Sifat-Sifat GelombangUntuk gelombang mekanik maupun
gelombang elektromagnetik, mempunyai 4 (empat) sifat dasar, di antaranya adalah :
pemantulan (refleksi), pembiasan (refraksi), pembelokan (difraksi), dan penggabungan (interferensi).
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 10
Pemantulan (refleksi) Gelombang
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 11
Pembiasan (refraksi) Gelombang
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 12
Pembelokan (difraksi) Gelombang
Gelombang lurus akan merambat keseluruh medium dalam bentuk secara lurus juga.
Jika gelombang dilewatkan penghalang/
rintangan berupa celah sempit maka gelombang yang datang akan dibelokan setelah melewati celah tersebut.
Pembelokan gelombang karena adanya penghalang berupa celah sempit disebut difraksi gelombang.
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 13KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 14
Penggabungan (interferensi) Gelombang
Dua gelombang yang bertemu pada suatu titik akan mengalami interferensi.
Ada 2 macam interferensi gelombang :– Interferensi destruksi maksimum (saling meniadakan) ,
terjadi jika kedua gelombang yang bertemu fasenya berlawanan.
– Interferensi konstruktif maksimum (saling memperkuat) terjadi jika kedua gelombang tersebut memiliki fase yang sama.
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 15KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 16
Hipotesis de Broglie :
Pertikel yang bergerak memiliki sifat gelombang. Fakta yang mendukung teori ini adalah petir dan kilat.Pernahkan Anda mendengar bunyi petir dan melihat kilat ketika hujan turun? Manakah yang lebih dulu terjadi, kilat atau petir?
Kilat akan lebih dulu terjadi daripada petir. Kilat menunjukan sifat gelombang berbentuk cahaya, sedangkan petir menunjukan sifat pertikel berbentuk suara.Hipotesis de Broglie dibuktikan oleh C. Davidson an LH Giermer (Amerika Serikat) dan GP Thomas (Inggris).
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 17
KONSEP DASAR REM1.Al Haitsam:Kita dapat melihat suatu benda karena benda tersebut memantulkan cahaya. Dalam bahasa Arab cahaya dikenal sebagai An noor dan konsep ini telah dikenal sekitar abad ke X.
2.Sir Isaac Newton : Cahaya merupakan zarrah-zarrah atau partikel yang sangat kecil yang dipancarkan kesegala penjuru dengan kecepatan tinggi dan merupakan suatu paket energi ( foton ).
3.Christian Huygens : Cahaya merupakan pancaran gelombang yang merambat keseluruh penjuru dengan kecepatan yang tinggi.
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 18
4. James Clark Maxwell : Cahaya secara fisis merupakan gelombang elektromagnetik artinya mempunyai vektor listrik dan vektor magnetik dimana keduanya saling tegak lurus dengan arah rambatannya.
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 19
Max Planck
Max Planck mencoba menerangkan radiasi karakteristik yang dipancarkan oleh benda mampat,yang menunjukan sifat partikel dari gelombang.
Radiasi yang dipancarkan setiap benda terjadi secara tidak kontinyu (discontinue) dipancarkan dalam satuan kecil yang disebut kuanta (energi kuantum).
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 20
Jadi : E = h.V
E = Energi kuantumh = Tetapan Planck = 6,626 x 10-34 J.sV = Frekuensi
Planck menganggap hawa energi elektromagnetik yang diradiasikan oleh benda, timbul secara terputus-putus walaupun penjalarannya melalui ruang merupakan gelombang elektromagnetik yang kontinyu.
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 21
Einstein
Einstein menerangkan efek fotolistrik, yaitu REM terdiri dari partikel diskrit yang disebut foton, yang memiliki energi tertentu dan berjalan melewati ruang dengan kecepatan cahaya
E = hν Sifat dualisme cahaya dapat menjelaskan
sifat elektron dan sifat REM
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 22
Electromagnetic WavesEM waves can be produced by an antenna, which is just some kind of wire that is connected to an ac source. The ac source produces oscillating + and - charges which set up electric field (due to the separation of charge) and a magnetic field (due to the current in the wire).
Note that the electric and magnetic fields are perpendicular to each other. This field begins to move away from the antenna and in a little while the ac source has caused the situation to reverse.
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 23
Panjang gelombang
Amplitudo
Komponen listrik
Komponen magnet
Arah penjalaran gelombang
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 24
E = hn = hc/ l = hcnE = hn = hc/ l = hcn
Adalah pemindahan dan penerusan energi dalam ruang dengan kecepatan tinggi sekali
Radiasi mempunyai bentuk :
cahaya tampak, panas, sinar X, gelombang mikro, gelombang radio dsb
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 25
A. SIFAT GELOMBANG
DAPAT DILUKISKAN DG VEKTOR MEDAN LISTRIK E & VEKTOR MEDAN MAGNIT H YG TEGAK LURUS SATU SAMA LAINNYA DAN KE 2 VEKTOR ITU TEGAK LURUS PD ARAH RAMBATANNYA
B. SIFAT PARTIKEL :
CAHAYA TERJADI DARI RANGKAIN PARTIKEL (FOTON) /KUANTUM
HUBUNGAN E KUANTUM DG FREKUENSI DINYATAKAN OLEH
HUKUM PLANCK
E = hn = hc/ l = hcnE = hn = hc/ l = hcn
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 26KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 27
RADIASI GELOMBANG MONOKROMATIS
Persamaan energi gelombang
E = hn = hc/ l = hcnE = hn = hc/ l = hcn E = energi radiasih = konstanta Plank ( 6.63 x 10-34J.s )c = kecepatan radiasi ( 2.99792 x 10 10 cm/s )l = panjang gelombang( nm ) v = frekuensi ( Heartz) v = bilangan gelombang (cm-1)KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 28
= panjang gelombang = jarak antara 2 puncak atau 2 lembah
Bilangan gelombang = jumlah gelombang pada satuan panjang & merupakan kebalikan
dari panjang gelombang
Kec. Gerak gelombang = C
Jumlah gelombang yang datang pada satu titik dalam satuan waktu dinamakan frekuensi (Hertz)
= 1/ dan C/n =
C = kecepatan cahaya dalam vakum ( 2.99792 x 10 10 cm/s )n = indeks refraksi (perbandingan kec cahaya dalam vakum
terhadap kec cahayan dalam medium ybs)
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 KULIAH KA IIIB-1 29
RADIASI ELEKTROMAGNETIK ( R E M )
13/04/2023 30
PEMBAGIAN SPEKTRUM ELEKTROMAGNETIK
Macam Sinar Panjang(Satuan biasa)
Gelombang( m)
Frekuesi (Hz)
BilanganGelombang(cm-1)
Sinar X 10-2-102 Ao 10-12- 10-8 1020-1016
Far UV 10-200 nm 2.10-8- 10-7 1016-1015
Near UV 200-400 nm 2.10-7- 4.10-7 1015-7,5.1014
Sinar tampak 400-750 nm 4.10-7- 7,5.10-7 7,5.1014-4.1014 25000-13000
Near IR 0,75-2 um 7.10-7- 2,5.10-6 4.1014-1,2.1014 10000-4000
Mid IR 2,5-50 um 2,5.10-6- 5.10-5 1,2.1014-6.1012 4000-200
Far IR 50-1000 um 5.10-5-10-3 6.1012-1011 200-10
Gel.mikro 0,1-100 cm 10-3-1 1011-108 10-10-2
Gel.radio 1-1000 m 1-103 108-105
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 KULIAH KA IIIB-1 31
COMPLEMENTARY COLOR
13/04/2023 32
Absorpsi :
energi elektromagnetik ditransfer pada atom/molekul sampel partikel pengabsorpsi dari keadaan normal
ke keadaan tereksitasi
M + h → M*
M = partikel pengabsorbsi (atom, molekul)
M* = partikel dalam keadaan tereksitasi
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 33
1. Energi Translasi ( Et )
2. Energi Rotasi ( E r )
3. Energi Vibrasi ( Ev )
4. Energi Elektronik ( Ee )
>>E
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 34
Adalah energi kinetik atom / molekul yang disebabkan oleh perpindahan atom / molekul tersebut dari satu tempat ke tempat lain dalam ruang. Perubahan kuantum pada tingkat energi translasi adalah tidak penting.
X
Y
Z
X’
y’
z’
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 35
Adalah energi kinetik molekul yang disebabkan oleh rotasi molekul pada sumbu yang melalui titik berat molekul.
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 36
Adalah energi kinetik dan energi potensial molekul yang disebabkan oleh gerakan vibrasi gugus-gugus molekul terhadap atom pada kerangka molekul.Dikenal sembilan macam jenis vibrasi.
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 37
Gerakan getaran (vibrasi)
Atom dalam suatu molekul dapat dianggap sebgai titik massayang satu dengan lainnya terikat oleh ikatan yang berlaku seperti pegas
Karena molekul tidak kaku, kelenturannya menghasilkan gerakan vibrasi
Tetapan gaya (F) = ukuran energi yang dibutuhkan untuk merentangkan pegas tersebut
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 38
Adalah energi atom atau molekul yang disebabkan oleh energi potensial dan energi kinetik dari elektron atom atau molekul tersebut.
R E M
Ground singlet state Singlet exited stateKULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 39
Perubahan tk. Energi dalam suatu molekul :
E = E elektronik + E vibr + Erot + Etransl
Setiap perubahan energi = terkuantisasi hanya terjadi dengan harga tertentu
Perubahan energi berlaku :
E elektronik >> E vibr >>Erot >>Etransl
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 40
Umur partikel tereksitasi sangat pendek (~10-9 detik)
Energi yang terabsorbsi dapat diubah menjadi btk energi lain, misalnya panas
M* → M + panas
Perubahan terjadi bbrp saat setelah memancarkan kembali sinar yg sama
mis :pendar fluor (fluoresensi) & pendar fosfor (fosforesensi)
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 41
Bila suatu zat dipanaskan E kinetik >>> terjadi proses kebalikan dari absorbsi energi energi listrik (energi kimia) diubah jadi radiasi elektromagnetik EMISI
Penynaran suatu zat oleh REM tertentu sbbkan perubahan energi ttt
Macam radiasi Perubahan kuantum Macam spektroskopi
Sinar X Elektron kulit K&L Abs atau emisi sinar X
Far UV Elektron pada kulit di tengah
Absorbsi UV
Near UV Elektron valensi Absi,emisi, fluoresensi
Sinar tampak (VIS) Elektron valensi Absi,emisi, fluoresensi
Near & Mid IR Vibrasi molekul Absorbsi IR
Far IR Rotasi + vibrasi molekul Absorbsi IR
Gelombang mikro Rotasi spin elektron ESR(electron spin rest)i
Gelombang radio Spin dibawah pengaruh medan magnit
NMR(Nuclear Magnetic resonance)
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 42KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 43
TEKNIK SPEKTROSKOPIAdalah analisis fisiko kimia yang membahas tentanginteraksi Radiasi Elektromagnetik ( REM ) dengan materi (molekul )
PERPINDAHAN ELEKTRON &
PENGELUARAN E ROTASI & VIBRASI
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 44
1. Energi Translasi ( Et )
2. Energi Rotasi ( E r )
3. Energi Vibrasi ( Ev )
4. Energi Elektronik ( Ee )
>>E
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 45
Ev & Ee banyak memberikan informasi pada spektrofotometri
Er hanya sedikit memberikan informasi pada spektrofotometri IR
Et tidak memberikan informasi apapun dalam spektrofotometri
Hamburan menghasilkan spektrofotometri raman & non spektrofotometri (turbidi & neflometri)
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 46
Interaksi REM – materi dapat: Melibatkan transisi diantara keadaan energi
(absorpsi & emisi) Tidak melibatkan transisi diantara keadaan
energi, tetapi hanya karena perubahan sifat optik radiasi (arah dan polarisasi)
Interaksinya seringkali berkaitan dengan sifat ruah sampel, bukan sifat kimianya
Misal: refleksi; refraksi; difraksi dan hamburan
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 47KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 48
MODEL ATOM / MOLEKUL
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 49KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 50
Setiap molekul mempunyai jumlah elektron tertentu
Elektron menempati berbagai orbital molekul secara berpasangan
Azas Pauli: Kedua elektron yang menempati setiap
orbital molekul secra berpasangan mempunyai spin dengan arah berlawanan
Sehingga setiap molekul tidak punya sisa spin elektron (net electron spin)
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 51MF = 2 | s | + 1 = 1
Tk.Energi elektron singlet
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 52
Tk Energi elektron singlet
Tidak terorientasi terhadap medan magnit Bersifat diamagnetik Tk. Energi elektron singlet pada keadaan
dasar (Singlet Ground state) bila dikenai REM akan mengalami eksitasi (Singlet excited state)
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 53
MF = 2 | s | + 1 = 1
Tidak berpasangan dengan 1 elektron pasangannya yang masih ada pada keadaan dasar
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 54
MF = 2 | s | + 1 = 3
Tk. E elektron molekul yg spinnya sama (tdk berpasangan)
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 55
Molekul terorientasi terhadap medan magnet
Bersifat paramagnetik Suatu radikal bebas yang hanya punya satu
elektron & tk. Energi = doublet excited satate), sifatnya = elektron triplet terhadap medan magnet
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 56
Simplified Energy Level Diagram
E Electronic Levels (2)
Vibrational Levels (4)
Rotational Levels (5)
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 KULIAH KA IIIB-1 57
SPEKTRUM ABSORBSI ELEKTRONIK SEDERHANA
13/04/2023 58
Eksitasi dari tingkat singlet ground state (So) ke singlet excited state (S1) atau
Eksitasi dari tingkat singlet ground state (So) ke triplet excited state(Tn)
Sangat mendukung spektrofotometri UV-Vis & spektrofluoresensi, fosforesensi
Tingkat energi elektron doublet sama sekali tidak memberikan informasi yang berarti
KULIAH ANALISIS SPEKTROSKOPI
13/04/2023 KULIAH KA IIIB-1 59
DISTRIBUSI ELEKTRON DAN p DALAM ORBITAL MOLEKUL
13/04/2023 KULIAH KA IIIB-1 60
DIAGRAM EKSITASI ELEKTRONIK PADA SPEKTROSKOPI MOLEKUL
13/04/2023 KULIAH KA IIIB-1 61
INTERAKSI REM DENGAN MOLEKUL
13/04/2023 KULIAH KA IIIB-1 62
13/04/2023 KULIAH KA IIIB-1 6363
(LOD)
13/04/2023 KULIAH KA IIIB-1 64
PERBANDINGAN KINERJA KOMPONEN DAN MATERIAL PADA INSTRUMEN SPEKTROSKOPI