Upload
yulia-darsih
View
451
Download
43
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
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