SPEKTROSKOPI INFRA RED & SERAPAN ATOM
SPEKTROSKOPI INFRA RED
Daerah radiasi IR: 1. IR dekat: 0,78 – 2,5 µm 2. IR tengah: 2,5 – 50 µm 3. IR jauh: 50 – 1000 µm
Daerah radiasi spektroskopi IR: 0,78 – 1000 µm
Penggunaan spektroskopi IR: o Penentuan struktur, khususnya senyawa organik o Analisis kuantitatif, misal kadar CO udara Energi pada daerah UV-Vis dibutuhkan untuk transisi elektronik, sedangkan pada IR hanya terbatas pada perubahan energi setingkat molekul
Untuk tingkat molekul, perbedaan keadaan vibrasi dan rotasi digunakan untuk mengabsorbsi sinar IR jadi untuk dapat mengabsorbsi, molekul harus memiliki perubahan momen dipol sebagai akibat dari vibrasi Senyawa O2 dan N2 tidak memiliki perubahan momen dipol dalam vibrasi dan rotasinya, sehingga tidak dapat mengabsorbsi sinar IR
Vibrasi Molekul Posisi relatif atom dalam molekul selalu berubah-ubah akibat vibrasi Klasifikasi vibrasi 1. Vibrasi ulur / regangan / stretching vibrasi yang mengakibatkan perubahan panjang ikatan suatu ikatan Dua tipe vibrasi regangan: o Regangan Simetri (Symmetrical Stretching o Regangan Asimetri (Antisymmetrical Stretching)
o Regangan Simetri: unit struktur bergerak bersamaan dan searah dalam satu bidang datar. o Regangan Asimetri: unit struktur bergerak bersamaan dan tidak searah tetapi masih dalam satu bidang datar.
Symmetrical stretching
Antisymmetrical stretching
2. Vibrasi tekuk / bengkokan / bending o Terkait dengan berubahnya sudut anta dua ikatan o Empat tipe vibrasi tekuk: o Cissoring o Rocking o Wagging o Twisting o Empat tipe vibrasi tekuk hanya terjadi pada molekul yang mempunyai lebih dari 2 atom
Wagging (kibasan): atom-atomnya bergerak bolak-balik keluar bidang atau molekul
Rocking (goyangan): atom-atomnya bergerak bolak-balik dalam bidang
Twisting (pelintiran): atom-atom yang terikat pada molekul yang diam, berotasi di sekitar ikatannya Scissoring (guntingan): atom-atom yang terikat pada atom pusat bergerak saling mendekat dan menjauh satu sama lain, sehingga sudutnya berubah-ubah
Frekuensi Vibrasi (V ) 1 V 2
m1 m2 K m1 m2
m1 m2 m1 m2
1 V 2
V = frekuensi vibrasi K = konstanta gaya m1, m2 = massa dari atom µ = massa tereduksi dari osilator dwi atom
K
Konstanta gaya (K) o K untuk ikatan tunggal: 2-8 x 105 dyne/cm o K untuk ikatan ganda: 8-12 x 105 dyne/cm o K untuk ikatan rangkap tiga: 12-18 x 105 dyne/cm
Semakin besar K frekuensi vibrasi semakin besar Gerakan tekuk (bending) memperlihatkan frekuensi absorbsi yang lebih rendah dari pada ulur (stretching)
Bilangan Gelombang ()
1 2c
m1 m2 1 K 2c m1 m2
K
= bilangan gelombang K = konstanta gaya m1, m2 = massa dari atom µ = massa tereduksi dari osilator dwi atom c = kecepatan cahaya
Instrumen Spektrofotometer Infra Red Komponen dasar spektrofotometer IR = UV-Vis, tetapi sumber, detektor, dan komponen optiknya sedikit berbeda Prinsip kerja: 1. Sinar IR dilewatkan melalui sampel dan larutan pembanding 2. Dilewatkan monokromator untuk menghilangkan sinar yang tidak diinginkan (stray radiation) 3. Berkas ini kemudian didispersikan melalui prisma atau grating 4. Dilewatkan melalui slit 5. Sinar difokuskan pada detektor
Near Infra Red Spectrophotometer
Sumber radiasi: Nernest atau lampu Glower Monokromator terbuat dari berbagai macam bahan, misal: gelas, lelehan silika, LiF, CaF2, BaF2, NaCl, AgCl, KBr, CsI 1. Prisma NaCl umumnya digunakan untuk daerah 4000-600 cm-1 2. Prisma KBr untuk 400 cm-1 3. Kuarsa yang dirancang untuk daerah UVVis juga dapat dipakai untuk daerah IR dekat Detektor yang sering digunakan: detektor termal (misal termokopel)
Penggunaan Spektroskopi Infra Red Untuk menganalisis campuran hidrokarbon aromatik seperti C8C10 dengan sikloheksana sebagai pelarut Untuk analisa kuantitaif polutan udara, misal CO, metil etil keton, metanol, etilen oksida dan uap CHCl3 Polutan lain yang dapat dianalisis dengan Spektroskopi IR: CS2, HCN, SO2, nitrobenzena, vinilklorida, metil markaptan, piridin
Spektroskopi infra red banyak digunakan karena: a. Cepat b. Dapat digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsional dalam molekul c. Spektrum infra merah yang dihasilkan oleh suatu senyawa adalah khas dan oleh karena itu dapat menyajikan sebuah fingerprint (sidik jari) untuk senyawa tersebut.
Pita Absorbsi Infra Merah Gugus
Senyawa
Frekuensi Lingkungan Nama (cm-1) spektral lingkungannya cm-1 (µ)
Gugus
Senyawa
Frekuensi Lingkungan (cm-1)
spektral cm-1 (µ)
Nama lingkungannya
SPEKTROSKOPI SERAPAN ATOM Prinsip: absorbsi cahaya oleh atom Atom-atom menyerap cahaya pada panjang gelombang tertentu, misal: o Natrium menyerap pada 589 nm o Kalium: 766,5 nm o Uranium: 358,5 nm Komponen AAS:
o Unit atomisasi o Sumber radiasi o Sistem pengukur fotometrik
WFX-320 AAS Spectrometer
WFX-110A/120A/130A
WFX-110/120/130
WFX-210
Untuk mengubah unsur metalik menjadi uap atau hasil disosiasi diperlukan energi panas Temperatur harus terkendali agar proses atomisasi sempurna Ionisasi harus dihindarkan (ionisasi dapat terjadi jika temperatur terlalu tinggi) Bahan bakar: propana, butana, hidrogen; sedangkan oksidatornya adalah udara, oksigen, N2O, asetilen misal: o Gas etilen dan oksidator udara temperatur maksimum 100oC o Untuk temperatur tinggi biasanya menggnakan N:O = 2:1
Temperatur Nyala Bahan bakar
Oksidasi Oksidasi udara oksigen
N 2O
Hidrogen
2100
2780
-
Asetilen
2200
3050
2955
Propana
1950
2800
-
Eksitasi pada Berbagai Temperatur Unsur
2000 oK Panjang Gelombang
3000 oK
4000 oK
Cs
852
4 x 10-4 7 x 10-3 3 x 10-3
Na
590
1 x 10-5
Ca
420
1 x 10-7 4 x 10-3 6 x 10-4
Zn
210
7 x 10- 6 x 10-20 2 x 10-2 15
6x 10-4
4 x 10-3
Sumber Radiasi Pada AAS diperlukan sumber radiasi yang mengemisikan sinar pada panjang gelombang yang tepat sama pada proses absorbsinya, sehingga efek pelebaran puncak dapat dihindarkan
Sumber radiasi: Hollow cathode o Memiliki dua elektroda, salah satunya berbentuk silinder dan terbuat dari unsur yang sama dengan unsur yang dianalisis
o Ada juga hollow cathode multi unsur terbuat dari bermacam unsur memudahkan pekerjaan, karena tidak perlu lagi menukar lampu Misal: (Ca, Mg, Al), (Fe, Cu, Mn), (Cu, Zn, Pb, Sn), dan (Cr, Co, Cu, Fe, Mn, serta Ni)
Penggunaan AAS Metode yang peka untuk penentuan 67 unsur, misal: Al, Cd, Cr, Co, Cu, Fe, Pb, Mg, Mo, P, Sn, Zn, Li, Na. K, Ca Non logam yang dapat dianalisis: fosfor dan Boron Keunggulan AAS: o Analisis cepat o Ketelitiannya sampai tingkat runut, o Sebelum pengukuran tidak selalu memerlukan pemisahan pendahuluan
Sensitivitas: konsentrasi suatu unsur dalam larutan air (µg/ml) yang mengabsorbsi 1% dari intrensitas radiasi yang datang Batas deteksi: konsentrasi suatu unsur dalam larutan yang memberikan signal setara dengan dua kali deviasi standar dari suatu seri pengukuran standar yang konsentrasinya mendekati blangko
Kondisi untuk analisis AAS
