ANALISIS FTIR

LAPORAN PRAKTIKUM KIMIA ANORGANIK II

ANALISIS SENYAWA KOMPLEKS DENGAN FTIR

(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)

       I.            Tujuan Percobaan

Menentukan interaksi ligan dan atom pusat molekul senyawa kompleks dengan FTIR.

    II.        Alat dan Bahan

A. ALAT

1.      Spektroskopi FTIR                       1 set

2.      Alat pembuat pellet                      1 buah

3.      Mortar                                           1 buah

4.      Neraca analit                                 1 buah

5.      Stopwatch                                     1 buah

6.      Spatula                                          1 buah

B. BAHAN

1.  KBr                                                   200 mgr

2. CuSO₄(NH₃)₂SO₄.6H2O                   1 mgr

3. [Cu(NH₃)₄]SO₄                                  1 mgr

C. GAMBAR ALAT

  

       Spektroskopi FTIR                                                                                         Alat pembuat pellet

 III.          Dasar Teori

Salah satu jenis spektroskopi adalah spektroskopi infra merah (IR). spektroskopi ini didasarkan pada vibrasi suatu molekul. Spektroskopi inframerah 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.

Prinsip kerja spektrofotometer infra merah adalah sama dengan spektrofotometer yang lainnya yakni interaksi energi dengan suatu materi. Spektroskopi inframerah berfokus pada radiasi elektromagnetik pada rentang frekuensi 400-4000cm^-1, di mana cm^-1 yang dikenal sebagai wavenumber (1/wavelength), yang merupakan ukuran unit untuk frekuensi. Untuk menghasilkan spektrum inframerah, radiasi yang mengandung semua frekuensi di wilayah IR dilewatkan melalui sampel. Mereka frekuensi yang diserap muncul sebagai penurunan sinyal yang terdeteksi. Informasi ini ditampilkan sebagai spektrum radiasi dari% ditransmisikan bersekongkol melawan wavenumber.

Spektroskopi inframerah sangat berguna untuk analisis kualitatif (identifikasi) dari senyawa organik karena spektrum yang unik yang dihasilkan oleh setiap organik zat dengan puncak struktural yang sesuai dengan fitur yang berbeda. Selain itu, masing-masing kelompok fungsional menyerap sinar inframerah pada frekuensi yang unik. Sebagai contoh, sebuah gugus karbonil, C = O, selalu menyerap sinar inframerah pada 1670^-1780 cm^-1, yang menyebabkan ikatan karbonil untuk meregangkan (Silverstein, 2002).

Atom-atom di dalam suatu molekul tidak diam melainkan bervibrasi (bergetar). Ikatan kimia yang menghubungkan dua atom dapat dimisalkan sebagai dua bola yang dihubungkan oleh suatu pegas. Bila radiasi inframerah dilewatkan melalui suatu cuplikan maka molekul-molekulnya dapat menyerap (mengabsorpsi) energi dan terjadilah transisi di antara tingkat vibrasi dasar dan tingkat tereksitasi. Contoh suatu ikatan C-H yang bervibrasi 90 triliun kali dalam satu detik harus menyerap radiasi inframerah pada frekuensi tersebut untuk pindah ketingkat vibrasi tereksitasi pertama. Pengabsorpsian energi pada frekuensi dapat dideteksi oleh spektrofotometer infra merah yang memplot jumlah radiasi infra merah yang akan memberikan informasi enting tentang tentang gugus fungsional suatu molekul (Blanchard, A Arthur, 1986).

Inframerah merupakan radiasi elektomagnetik dari suatu panjang gelombang yang lebih panjang dari gelombang tampak tetapi lebih panjang dari gelombang mikro. Spestroskopi inframerah merupakan salah satu teknik spektroskopi yang didasarkan pada penyerapan inframerah oleh senyawa. Karena spectrum IR memiliki panjang gelombang yang lebih  panjang dari panjang gelombang yang lain maka energi yang dihasilkan oleh spectrum ini lebih kecil dan hanya mampu menyebabkan vibrasi atom-atom pda senyawa yang menyerapnya. Daerah radisai sinar inframerah terbagi menjadi 3 antara lain:

1.      Daerah IR dekat (13000-4000 cm^-1)

2.      Daerah IR tengah (4000-200 cm^-1)

3.      Daerah IR jauh (200-10 cm^-1)

Kebanyakan analisis kimia berada pada daerah IR tengah. IR jauh digunakan untuk menganalisis mzat organik,anorganik dan organologam yang memiliki atom berat (massa atom diatas 19). Sedangkan IR dekat menganalisis kuantitatif denagn kecepatan tinggi. Karena panjang gelombang IR lebih pendek dari apnjang gelombang sinar tampak ataupun sinar UV maka energi IR tidak mampu mentransisikan elektron ,melainkan hanya menyebabkan molekul hanya bergetar.

Setiap molekul memiliki harga energi tertentu. Bila suatu senyawa menyerap energi dari sinar IR maka tingkatrn energi didalam molekul itu akan tereksitasi ketingkatan energi yang lebih tinggi. Sesuai dengan energi yang diserap maka yang akan terjadi pada molekul itu adalah perubahan energi vibrasi yang diikuti dengan perubahan energi rotasi. Interksi ini  terjadi dengan syarat adnya perubahan momen dipol sebagai akibat dari vibrasi. Radiasi medan listrik berubah –ubah akan berinteraksi dengan molekul dan akan menyebabkan perubahan amplitudo salah satu gerakan molekul. Selain itu energi yang dihasilkan oleh sianr IR harus sesuai dengan energi yang dibutuhkan oleh atom untuk bervibrasi. Senyawa seperti O₂dan N₂  tidak memiliki perubahn mimen dipole dalam vibrasinya sehingga tidak dapt mengadsropsi sinar IR (Earnshaw A, 1997).

Berikut adalah komponen alat spektrofotometri IR (Tim Kimia Analitik Instrumen,2009):

1.      Sumber Energi : Sumbernya dapat berupa Nernest atau lampu Glower, yang dibuatt dari oksida-oksida zirconium dan yttrium, berupa batang berongga dengan diameter 2mm dan panjang 30mm. batang ini dipanaskan sampai  1500-20000C  dan akan memberikan radiasi di atas 7000 cm-1. Sumber radiasi yang biasa digunakan berupa Nernst Glower, Globar, dan Kawat Nikhrom. Nernst Glower merupakan campuran oksida dari zirkon (Zr), dan yitrium (Y) yaitu ZrO₂ dan Y₂O₃, atau campuran oksida thorium (Th) dan serium (Ce). Nernst Glower ini berupa silinder dengan diameter 1 sampai 2 mm dan panjang 20 mm. pada ujung silinder dilapisi platina untuk melewatkan arus listrik. Nernst Glower mempunyai radiasi maksimum pada panjang gelombang 1,4 µm atau bilangan gelombang 7100 cm^-1. Globar merupakan sebatang silicon karbida (SiC) biasanya dengan diameter 5 mm dan panjang 50 mm. radiasi maksimum Globar terjadi pada panjang gelombang 1,8-2,0 µm atau bilangan 7100 cm^-1. Kawat Nikhrom merupakan campuran nikel (Ni) dan Krom (Cr), mempunyai radiasi lebih rendah dari Nernst Glower dan Globar.

2.      Monokromator: digunakan untuk menghilangkan sinar yang tidak diinginan, sehingga diperoleh sinar yang monokromatis, terdiri dari sistem celah (masuk-keluar) tempat sinar dari sumber radiasi masuk ke dalam sistem monokromator; alat pendispersi berupa prisma/kisi difraksi akan menguraikan sinar menjadi komponen panjang gelombang. Monokromator yang digunaan untuk alat infra merah umumnya terbuat dari berbagai macam bahan, missal:prisma (umumnya dalam littrow mounting) dan celah yang terbuat dari gelas, lelehan silika, LiF, CaF2, BaF2, Nacl, AgCl, KBr, CsI. Tetapi pada umumnya prisma NaCl digunaan untuk daerah 4000-6000 cm-1 dan prisma KBR untuk 400 cm-1.

3.      Wadah sampel : Berfungsi untuk menaruh/meletakkan/melekatkan sampel yang akan dianalisis. Wadah sampel yang digunakan disesuaikan pada bentuk fisik sampel yang akan dianalisis. Wadah sampel tergantung dari jenis sampel. Untuk sampel berbentuk gas digunakan sel gas dengan lebar sel atau panjang berkas radiasi 40 m. hal ini dimungkinkan untuk menaikkan sensitivitas karena adanya cermin yang dapat memantulkan berkas radiasi berulang kali melalui sampel. Wadah sampel untuk sampel berbentuk cairan umumnya mempunyai panjang berkas radiasi kurang dari 1 mm biasanya dibuat lapisan tipis (film) di antara dua keping senyawa yang transparan terhadap radiasi inframerah. Dapat pula dibuat larutan yang kemudian dimasukkan ke dalam sel larutan.Wadah sampel untuk padatan mempunyai panjang berkas radiasi kurang dari 1 mm (seperti wadah sampel untuk cairan). Sampel berbentuk padatan ini dapat dibuat pellet, pasta, atau lapis tipis. Pelet KBr dibuat dengan menggerus sampel dan Kristal KBr (0,1 – 2,0 % berdasar berat) sehingga merata kemudian ditekan sampai diperoleh pelet atau pil tipis. Pasta (mull) dibuat dengan mencampur sampel dan setetes bahan pasta sehingga merata kemudian dilapiskan di antara dua keping NaCl yang transparan terhadap radiasi inframerah. Bahan pasta yang biasa digunakan adalah parafin cair. Lapis tipis dibuat dengan meneteskan larutan dalam pelarut yang mudah menguap pada permukaan kepingan NaCl dan dibiarkan sampai menguap.

4. Detektor : alat yang mengukur atau mendeteksi energi radiasi akibat pengaruh panas. Berbeda dengan detector lainnya (misalnya phototube), pengukuran radiasi infra merah lebih sulit karena intensitas radiasi rendah dan energi foton infra merah juga rendah. Akibatnya signal dari detector  infra merah ecil sehingga dalam penguurannya harus diperbesar dengan menggunaan amplifier. Terdapat dua macam detector yaitu thermocouple dan bolometer.

5. Rekorder : alat perekam untuk mempermudah dan mempercepat pengolahan data dari detector.Recorder                                                          

Tidak ada pelarut yang sama sekali transparan terhadap sinar IR, maka cuplikan dapat diukur sebagai padatan atau cairan murninya. Cuplikan padat digerus pada muortar kecil bersama Kristal KBr kering Dalam jumlah sedikit (0,5-2 mg cuplikan sampai 100 mg KBr kering) campuran tersebut dipres diantara 2 sekrup memakai kunci kemudian kedua sekrupnya dan baut berisi tablet cuplikan tipis diletakkan di tempat sel spektrofotometer infrared dengan lubang mengarah ke sumber radiasi (Hendayana, 1994).

Spektrofotometer FTIR

Pada dasarnya spektrometer FTIR sama dengan spektrofotometer FTIR sama degan spektrofotometer IR yang membedakannya adalah pengembangan pada sistem optiknya sebelum berkas sinar inframerah melewati sampel.Sistem optik spektrofotometer IR dilengkapi dengan cermin diam.Dengan demikian radiasi inframerah akan menimbulkan perbedaan jarak yang ditempuh menuju cermin bergerak dan cermin yang diam.Pada sistem optik fourier traansform infared digunakan radiasi laser yang berfungsi sebagai radiasi yang diinterferensikan dengan radiasi inframerah agar sinyal radiasi inframerah yang diterima oleh detektor secara utuh dan lebih baik (Day, R.A dan A.L. Underwood. 2002).

 IV.       Cara Kerja

1.    Menyiapkan sampel yang akan diuji berupa garam rangkap dan komplek serta memastikan sampel dalam keadaan kering.

2.    Menimbang 200 mgr KBr.

3.    Mengambil ± 1mg sampel garam rangkap CuSO₄(NH₃)₂SO₄.6H2O dan menghaluskannya bersama KBr dengan mortar hingga halus.

4.      Membuat pellet dari campuran bahan tersebut menggunakan alat press dan di pre-vakum selama 2-3 menit.

5.      Mengepress pellet dengan pompa hidrolik dan mengatur tekanannya menjadi 80 KN selama 5 menit.

6.      Menghentikan proses vakum dan pengepresan lalu mengambil sampel pellet dengan cara mendorongnya dengan pompa hidrolik hingga terdengar punya “klek” yang berarti sampel sudah lepas.

7.      Meletakkan pellet yang sudah jadi pada sampel holder dan menempatkannya pada lintasan sinar alat FTIR.

8.      Melakukan pengukuran dengan alat FTIR dan mengamati grafik yang terbentuk

9.    Menyimpan data yang dihasilkan dan melakukan pembahasan terhadap puncak-puncak yang terbentuk

10.  Mengulangi langkah tersebut di atas sekali lagi dengan mengganti sampel garam rangkap menjadi garam kompleks [Cu(NH₃)₄]SO₄ .       

    V.       Hasil Percobaan

   Berupa grafik hasil pengukuran dengan FTIR terhadap spektra garam rangkap CuSO₄(NH₃)₂SO₄.6H2O dan  garam kompleks[Cu(NH₃)₄]SO₄ (terlampir).

                                VI.      Pembahasan

Percobaan ini bertujuan untuk menentukan interaksi ligan dan atom pusat molekul senyawa kompleks dengan FTIR. FTIR digunakan untuk melakukan analisa kualitatif yaitu untuk mengetahui ikatan kimia yang dapat ditentukan dari spektra vibrasi yang dihasilkan oleh suatu senyawa pada panjang gelombang tertentu.  Selain itu digunakan juga untuk analisa kuantitatif  yaitu melakukan perhitungan tertentu dengan menggunakan intensitas. Prinsip kerja spektroskopi FTIR adalah adanya interaksi energi dengan materi. Dalam percobaan ini materi berupa molekul senyawa kompleks yakni garam rangkap CuSO₄(NH₃)₂SO₄.6H2O dan garam kompleks [Cu(NH₃)₄]SO₄ yang ditembak dengan energi dari sumber sinar yang akan menyebabkan molekul tersebut mengalami vibrasi. Sumber sinar yang digunakan adalah keramik, yang apabika dialiri arus listrik maka keramik ini dapat memancarkan infrared.  Vibrasi dapat terjadi karena energi yang berasal dari sinar infrared tidak cukup kuat untuk menyebabkan terjadinya atomisasi ataupun eksitasi elektron pada molekul senyawa yang ditembak dimana besarnya energi vibrasi tiap atom atau molekul berbeda tergantung pada atom-atom dan kekuatan ikatan yang menghubungkannya sehingga dihasilkan frekuaensi yang berbeda pula.

Perbedaan mendasar antara IR dan FTIR adalah pada FTIR interferogramnya menggunakan mecrosem dan letak cerminnya (fixed mirror dan moving mirror) paralel. Spektroskopi inframerah berfokus pada radiasi elektromagnetik pada rentang frekuensi 400 – 4000 cm^-1 di mana cm^-1 disebut sebagai wavenumber (1/wavelength) yakni suatu ukuran unit untuk frekuensi. Daerah panjang gelombang yang digunakan pada percobaan ini adalah daerah inframerah pertengahan (4.000 – 200 cm^-1).

Sebelum menganalisa dengan FTIR, terlebih dahulu sampel yang akan dianalisa harus dijadikan pellet. Pellet yang dibuat harus bening agar dapat menerima interaksi dengan sinar infrared yang ditembakkan melalui pellet. Pembuatan pellet sampel menggunakan KBr dengan perbandingan yang cukup besar, yaitu dengan mencampurkan 1 mg sampel garam rangkap CuSO₄(NH3)₂.6H₂O dan garam kompleks [Cu(NH₃)₄]SO₄ dengan 200 mg KBr sehingga pellet yang dihasilkan tidak terlalu gelap / tebal dan sulit ditembus infrared. Oleh karena sampel yang digunakan berupa senyawa kompleks yang memiliki warna tertentu maka penggunaannya sangat sedikit. Penggunaan sampel yang sedikit ini agar dihasilkan spektra yang dapat terbaca dengan jelas dan tidak bertumpuk. Digunakan KBr karena KBr tidak menghasilkan serapan pada IR sehingga yang teramati secara langsung adalah serapan dari sampel. Pada pembuatan pellet ini divakum karena didalamnya terdapat udara, vakum akan menyedot udara sehingga sampel menjadi padat.  Pellet yang dihasilkan dianalisis dengan spektroskopi FTIR.

Sebelum melakukan pengujian, dilakukan pengaturan pada alat FTIR terlebih dahulu. Setelah siap, maka dilakukan pemblankoan dengan mengukur spektra KBr. Pengkalibrasian alat FTIR menggunakan polistirena. Setelah itu, barulah pellet dapat dianalisa.

Dari hasil pengujian sampel pada FTIR didapatkan hasil berupa spektra masing-masing sampel. Pada garam rangkap didapat spektra dengan analisa sebagai berikut :

Daerah frekuensi	Jenis ikatan
3600-3000 3600-3300 2400-2000 1700-1500 1300-1000 1000-700 700-500 <500	O-H N-H Fenol, ikatan H C=C stretching C-O C-C Vibrasi C-H bending Dianggap finger print

Sedangkan data analisa dari garam kompleks adalah sebagai berikut :

Daerah frekuensi	Jenis ikatan
3600-3300 2400-2000 1700-1500 1500-1250 1300-1200 1000-700 700-500 <500	N-H Fenol, ikatan H C=C stretching C-H C-N C-C Vibrasi C-H bending Dianggap finger print

Dari data tersebut dapat dilihat perbedaan antara sepktra dari garam rangkap dan juga garam kompleks. Salah satunya adalah gugus O-H yang terdapat pada garam rangkap tetapi tidak terdapat pada garam kompleks. Selain itu ditemukan serapan C-O pada 1300 – 1000 cm^-1. Sedangkan pada garam kompleks, serapan 3600-3000 cm^-1 bentuknya tidak lebar melainkan meruncing yang diperkirakan adalah N-H. Garam kompleks memiliki harga serapan 1402,25 sedangkan pada garam rangkap 1400,32 pada serapan 1500-1250  cm^-1. Adanya beberapa perbedaan serapan antara garam rangkap dan juga garam kompleks dapat disebabkan oleh adanya perbedaan interaksi yang terjadi antara atom pusat molekul ligan.

Berdasarkan spectra yang diperoleh ada serapan yang kurang sesuai yaitu gugus C-H, karena dalam senyawa sampel yang digunakan tidak terdapat ikatan C-H. Hal ini mungkin dapat terjadi yang disebabkan adanya ganguan dari luar ataupun saat pembuatan sampel yang kurang sempurna, sehingga sampel yang terbentuk telah terkontaminasi yang mengakibatkan adanya pergeseran spektra.

Hasil analisa FTIR hanya dapat digunakan untuk mengetahui ikatan yang terdapat dalam suatu senyawa sampel. Hasil ini tidak dapat digunakan untuk menentukan bentuk struktur dari sampel tersebut. Jadi untuk analisa suatu senyawa perlu didukung dengan analisa lain seperti H-NMR, C-NMR, dan MS.

I.                Kesimpulan

1.      Prinsip kerja dari alat FTIR adalah interaksi antara materi berupa molekul senyawa kompleks dengan energi berupa sinar infrared mengakibatkan molekul-molekul bervibrasi dimana besarnya energi vibrasi tiap komponen molekul berbeda-beda tergantung pada atom-atom dan kekuatan ikatan yang menghubungkannya sehingga akan dihasilkan frekuensi yang berbeda.

2.      Adanya perbedaan tingkat energi vibrasi komponen molekul, analisis spektroskopi inframerah dapat mengidentifikasi keberadaan komponen atau gugus fungsi dalam molekul.

3.      Massa tereduksi pada tiap-tiap atom menyebabkan adanya perbedaan serapan antara komponen yang satu dengan komponen yang lain, sehingga dihasilkan spektra yang memiliki puncak (peak) berbeda-beda.

4.      Adanya interaksi ligan dengan atom pusat dapat diketahui dari pergeseran puncak-puncak yang terdapat dalam spektra pada berbagai variasi ligan dan atom pusat.

5.      Interaksi ligan dengan atom pusatnya berbeda pada garam rangkap dan garam kompleks, hal ini disebabkan walaupun kedua garam memiliki kombinasi garam dengan atom pusat yang sama tetapi memiliki sisa ion yang berbeda.

VII.       Daftar pustaka

Blanchard, A Arthur.1986. Synthetic Inorganic Chemisrty, New York: John and Willey Sons

Day, R.A dan A.L. Underwood. 2002. Analisis Kimia Kuantitatif. Jakarta: Erlangga

Earnshaw, A. 1997. Chemistry of The Element 2nd Edition. New York: Elsevier

Hendayana, Sumar, dkk. 1994. Kimia Analitik Instrumen. Semarang : IKIP Press.

Silverstein. 2002. Identification of Organic Compund, 3^rd Edition. New York: John Wiley & Sons Ltd.

Tim Kimia Analitik Instrumen. (2009). Penuntun Praktikum Kimia Analitik Instrumen (KI 512). Bandung : Jurusan Pendidikan Kimia FPMIPA UPI

VIII.       Lampiran

-          Data spektra hasil analisis dengan FTIR

Surakarta, 28 Mei 2013

Mengetahui,

Asisten Pembimbing                                                                                       Praktikan

Surya                                                                                                   Nurul Fatmawati