fourier transform infra-red spectroscopy

FOURIER TRANSFORM INFRA-RED SPECTROSCOPY (FTIR)

Fourier Tansform Infrared Spectroscopy (FTIR)  adalah sebuah teknik yang digunakan untuk mendapatkan spektrum inframerah dari absorbansi, emisi, fotokonduktivitas atau Raman Scattering dari sampel padat, cair dan gas. FTIR digunakan untuk mengamati interaksi molekul dengan menggunakan radiasi elektromagnetik yang berada pada panjang gelombang 0,75-1000µm atau pada bilangan gelombang 13.000-10 cm^-1.  FTIR dapat digunakan untuk menganalisa senyawa organik dan anorganik. Selain itu, FTIR juga dapat digunakan untuk analisa kualitatif meliputi analisa gugus fungsi (adanya ‘peak’ dari gugus fungsi spesifik) beserta polanya dan analisa kuantitatif dengan melihat kekuatan absorbsi senyawa pada panjang gelombang tertentu.

Daerah inframerah dibagi menjadi 3 bagian yaitu :

1.      Daerah inframerah dekat    : λ = 0,75 - 2,5 µm, bilangan gelombang = 13.000 - 4.000 cm^-1

2.      Daerah inframerah sedang  : λ = 2,5 - 50 µm, bilangan gelombang = 4.000 - 200 cm^-1

3.      Daerah inframerah jauh      : λ = 50 - 1.000 µm, bilangan gelombang = 200 - 10 cm^-1

Dari pembagian daerah inframerah di atas, daerah panjang gelombang yang digunakan adalah pada daerah inframerah pertengahan, yaitu pada panjang gelombang 2,5 – 50 µm atau pada bilangan gelombang 4.000 – 200 cm^-1 . Daerah tersebut cocok untuk perubahan energi vibrasi dalam molekul. Daerah inframerah jauh (400-10cm^-1, berguna untuk molekul yang mengandung atom berat, seperti senyawa anorganik tetapi lebih memerlukan teknik khusus percobaan.

Setiap molekul memiliki harga energi tertentu. Bila suatu senyawa menyerap energi dari sinar infra merah, maka tingkatan energi di dalam molekul itu akan tereksitasi ke tingkatan energi yang lebih tinggi. Sesuai dengan tingkatan energi yang diserap, maka yang akan terjadi pada molekul itu adalah perubahan energi vibrasi yang diikuti dengan perubahan energi rotasi.

Ø  Perubahan Energi Vibrasi

Atom-atom di dalam molekul tidak dalam keadaan diam, tetapi biasanya terjadi peristiwa vibrasi. Hal ini bergantung pada atom-atom dan kekuatan ikatan yang menghubungkannya. Vibrasi molekul sangat khas untuk suatu molekul tertentu dan

biasanya disebut vibrasi finger print. Vibrasi molekul dapat digolongkan atas dua golongan besar, yaitu :

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, unit struktur bergerak bersamaan dan searah dalam satu bidang datar.

b.      Regangan Asimetri, unit struktur bergerak bersamaan dan tidak searah tetapi masih dalam satu bidang datar.

Gambar 1. Tipe Vibrasi Regangan

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.

2. Vibrasi Guntingan (Scissoring), unit struktur bergerak mengayun simetri dan masih dalam bidang datar.
3. Vibrasi Kibasan (Wagging), unit struktur bergerak mengibas keluar dari bidang datar.
4. Vibrasi Pelintiran (Twisting), unit struktur berputar mengelilingi ikatan yang menghubungkan dengan molekul induk dan berada di dalam bidang datar.

Gambar 2. Tipe Vibrasi Bending

Ø  Daerah Spektrum Infra Merah

Vibrasi suatu gugus fungsi spesifik pada bilangan gelombang tertentu. Dari Tabel Daerah Spektrum Inframerah dibawah ini diketahui bahwa vibrasi bengkokan C–H dari metilena dalam cincin siklo pentana berada pada daerah bilangan gelombang 1455 cm^-1. Artinya jika spektrum senyawa X menunjukkan pita absorbsi pada bilangan gelombang tersebut maka dapat disimpulkan bahwa senyawa X mengandung gugus siklo pentana. Dalam tabel serapan IR, sinyal intensitas (tinggi) biasanya dilambangkan dengan singkatan seperti : w = lemah, m = sedang, s = kuat, v = variabel.

Tabel Daerah Spektrum Inframerah

Vibrasi yang digunakan untuk identifikasi adalah vibrasi bengkokan, khususnya goyangan (rocking), yaitu yang berada di daerah bilangan gelombang 2000 – 400 cm^-1. Karena di daerah antara 4000 – 2000 cm^-1 merupakan daerah yang khusus yang berguna untuk identifikasi gugus fungsional. Daerah ini menunjukkan absorbsi yang disebabkan oleh vibrasi regangan. Sedangkan daerah antara 2000 – 400 cm^-1 seringkali sangat rumit, karena vibrasi regangan maupun bengkokan mengakibatkan absorbsi pada daerah tersebut.

Dalam daerah 2000 – 400 cm^-1 tiap senyawa organik mempunyai absorbsi yang unik, sehingga daerah tersebut sering juga disebut sebagai daerah sidik jari (fingerprint region). Meskipun pada daerah 4000 – 2000 cm^-1 menunjukkan absorbsi yang sama, pada daerah 2000 – 400 cm^-1 juga harus menunjukkan pola yang sama sehingga dapat disimpulkan bahwa dua senyawa adalah sama

Ø  Proses Analisis Sampel

Dalam FTIR ada beberapa instrumen penting diantaranya adalah :

1.      Sumber energi : energi infra merah dipancarkan dari sebuah sumber yang disebut glowing black-body. Sinar ini kemudian melewati celah yang dapat mengontrol jumlah energi yang mengenai sampel (dan, akhirnya ke detektor).

2.      Interferometer: sinar memasuki interferometer dimana "spectral encoding" berlangsung. Sinar tersebut nantinya akan diubah menjadi sinyal interferogram yang kemudian akan keluar dari interferometer.

3.      Sampel: sinar memasuki ruang sampel, sinar ini akan diteruskan atau dipantulkan oleh permukaan sampel, tergantung pada jenis analisis yang diinginkan.

4.      Detektor : sinar akhirnya lolos ke detektor untuk pengukuran akhir. Detektor yang digunakan secara khusus dirancang untuk mengukur sinyal interferogram khusus.

5.      Komputer: Sinyal yang diukur didigitalkan dan dikirim ke komputer dimana Fourier transformasi berlangsung. Spektrum inframerah terakhir ini kemudian disajikan kepada pengguna untuk interpretasi.

Gambar 3. Tahapan Analisis Sampel pada FTIR

Gambar 4. Alat FTIR

Gambar 5. Layout FTIR

Ada 2 macam interferogram yaitu :

                 Berdasarkan transmisi                                        Berdasarkan absorbansi

Ø  Interpretasi spektrum infamerah :

Interpretasi dari spektrum inframerah diatas menunjukkan korelasi antara pita absorbsi dalam spektrum dari senyawa yang tidak diketahui dengan frekuensi absorbsi untuk tipe ikatan yang diketahui. Identifikasi yang penting dari pita absorbsi adalah intensitas (lemah, sedang atau kuat), bentuk (broad/luas atau sharp/tajam), dan posisi (cm^-1) dalam spektrum. Secara visual, spektrum inframerah dibagi menjadi 2 yaitu :

-          Daerah kiri, di atas 2000 cm^-1, biasanya berisi puncak relatif yang sedikit, namun beberapa informasi yang sangat diagnostik ditemukan di daerah ini. Pertama, CH alkana serapan peregangan tepat di bawah 3000 cm^-1 menunjukkan adanya karbon jenuh, dan sinyal di atas 3000 cm^-1 menunjukkan tidak jenuh. Sebuah puncak yang sangat luas di wilayah ini antara 3100 dan 3600 cm^-1 menunjukkan adanya pertukaran proton, biasanya dari alkohol, amina, gugus asam karboksilat atau amida. Frekuensi 2800-2000 cm^-1 biasanya hampa dari serapan lainnya, sehingga kehadiran kelompok-kelompok alkuna atau nitril dapat dengan  mudah dilihat di sini.

-          Daerah kanan dari spektrum, di bawah 2000 cm^-1, biasanya mengandung banyak puncak intensitas yang bervariasi, banyak yang tidak mudah diidentifikasi. Dua sinyal yang dapat dilihat jelas di daerah ini adalah gugus karbonil, yang merupakan puncak sangat kuat sekitar 1700 cm^-1, dan ikatan CO dengan bisa satu atau dua puncak yang kuat sekitar 1200 cm^-1.

Ø  Persiapan Sampel

1.      Sampel Padat

Jika zat yang akan dianalisis berbentuk padat, maka ada dua metode untuk persiapan sampel ini, yaitu melibatkan penggunaan Nujol mull atau pelet KBr.

-           Nujol Mull

Cara persiapan sampel dengan menggunakan Nujol Mull yaitu : Sampel digerus dengan mortar dan pestle agar diperoleh bubuk yang halus. Dalam jumlah yang sedikit bubuk tersebut dicampur dengan Nujol agar terbentuk pasta, kemudian beberapa tetes pasta ini ditempatkan antara dua plat sodium klorida (NaCl) (plat ini tidak mengabsorbsi inframerah pada wilayah tersebut). Kemudian plat ditempatkan dalam tempat sampel pada alat spektroskopi inframerah untuk dianalisis.

-          Pelet KBr

Sedikit sampel padat (kira-kira 1 - 2 mg), kemudian ditambahkan bubuk KBr murni (kira-kira 200 mg) dan diaduk hingga rata. Campuran ini kemudian ditempatkan dalam cetakan dan ditekan dengan menggunakan alat tekanan mekanik. Tekanan ini dipertahankan beberapa menit, kemudian sampel (pelet KBr yang terbentuk) diambil dan kemudian ditempatkan dalam tempat sampel pada alat spektroskopi inframerah untuk dianalisis.

2.      Sampel Cair

Bentuk ini adalah paling sederhana dan metode yang paling umum pada persiapan sampel. Setetes sampel ditempatkan antara dua plat KBr atau plat NaCl untuk membuat film tipis. Kemudian plat ditempatkan dalam tempat sampel alat spektroskopi inframerah untuk dianalisis.

3.      Sampel Gas

Untuk menghasilkan sebuah spektrum inframerah pada gas, dibutuhkan sebuah sel silinder/tabung gas dengan jendela pada setiap akhir pada sebuah material yang tidak aktif inframerah seperti KBr, NaCl atau CaF₂. Sel biasanya mempunyai inlet dan outlet dengan keran untuk mengaktifkan sel agar memudahkan pengisian dengan gas yang akan dianalisis.

Ø  Beberapa keuntungan utama dari FT-IR dibanding teknik dispersif adalah:

·         Cepat: Karena semua frekuensi diukur secara simultan, kebanyakan pengukuran FT-IR dibuat dalam hitungan detik bukan beberapa menit. Hal ini kadang disebut  Felgett Advantage

·         Sensitivitas: Sensitivitas ditingkatkan dengan FT-IR karena berbagai alasan. Detektor
bekerja jauh lebih sensitif, throughput optik jauh lebih tinggi (disebut sebagai Jacquinot Advantage) yang menghasilkan tingkat kebisingan jauh lebih rendah, dan scan cepat memungkinkan coaddition dari beberapa scan untuk mengurangi kebisingan pengukuran acak ke tingkat yang diinginkan (disebut sebagai sinyal rata-rata).

·         Kesederhanaan Mekanis: Cermin yang bergerak dalam interferometer adalah satu-satunya moving part dalam instrumen. Jadi, kemungkinan sangat sedikit terjadi kerusakan mekanis.

·         Kalibrasi Internal: Instrumen menggunakan laser HeNe sebagai panjang gelombang internal yang kalibrasi standar (disebut sebagai Connes Advantage). Instrumen ini bisa mengkalibrasi sendiri dan tidak perlu dikalibrasi oleh pengguna.

Interpretasi data FTIR dari jurnal

Judul : “A rapid method for determination of commercial β-carotene in RBD palm olein by Fourier transform infrared spectroscopy”

 

No	Panjang Gelombang (cm-1)	Gugus Fungsi
1	2922	Asymmetric stretching vibrations CH2
2	2862	Asymmetric stretching vibrations CH3
3	1445	CH2 scissoring
4	1360	splitting due to dimethyl group
5	1033	CH2
6	962	trans conjugated alkene -CH=CH-

DAFTAR PUSTAKA

Ammawath, Wanna, and Yaakob bin Che Man. 2010. A Rapid Method for Determination of Commercial Β-Carotene in RBD Palm Olein by Fourier Transform Infrared Spectroscopy.  As. J. Food Ag-Ind. 2010, 3(04), 443-452

Anonymous. Introduction to IR Spectra. http://www.chem.ucla.edu. Diakses tanggal 21 Maret 2012

Giwangkara S, EG. 2007. Spektrofotometri Infra Merah. http://www.chem-is-try.org. Diakses tanggal 21 Maret 2012

Jasco. 2012. FTIR Seminar.

Newport. 2012. Introduction to FTIR Spectroscopy. http://www.newport.com. Diakses tanggal 21 Maret 2012

Thermo Nicolet. 2001. Introduction to Fourier Transform Infrared Spectrometry. Thermo Nicolet Corporation : Madison – USA