Teori, Metode dan Penggunaan Spektroskopi Inframerah



itu spektroskopi inframerah adalah studi tentang bagaimana molekul menyerap radiasi inframerah dan akhirnya mengubahnya menjadi panas.

Proses ini dapat dianalisis dengan tiga cara: mengukur penyerapan, emisi dan refleksi. Ketepatan ini menjadikan spektroskopi inframerah salah satu teknik analitik terpenting yang tersedia bagi para ilmuwan saat ini.

Salah satu keunggulan spektroskopi inframerah adalah bahwa hampir semua sampel dapat dipelajari di hampir semua negara.

Cairan, bubuk, film, larutan, pasta, serat, gas, dan permukaan dapat diperiksa dengan pemilihan teknik pengambilan sampel yang bijaksana. Sebagai konsekuensi dari peningkatan instrumentasi, berbagai teknik sensitif baru kini telah dikembangkan untuk memeriksa sampel yang sebelumnya tidak bisa diolah.

Spektroskopi inframerah, di antara banyak kegunaan dan aplikasi lain, berguna untuk mengukur tingkat polimerisasi dalam pembuatan polimer. Perubahan jumlah atau karakter tautan tertentu dievaluasi dengan mengukur frekuensi tertentu dari waktu ke waktu.

Instrumen penelitian modern dapat melakukan pengukuran inframerah di seluruh rentang minat sesering 32 kali per detik.

Ini dapat dilakukan saat pengukuran simultan dilakukan dengan menggunakan teknik lain, membuat pengamatan reaksi kimia dan proses lebih cepat dan lebih akurat.

Teori spektroskopi inframerah

Alat yang sangat berharga dalam penentuan dan verifikasi struktur organik melibatkan kelas radiasi elektromagnetik (REM) dengan frekuensi antara 4000 dan 400 cm-1 (angka gelombang).

Kategori radiasi EM disebut radiasi inframerah (IR), dan aplikasinya pada kimia organik yang dikenal sebagai spektroskopi IR..

Radiasi di wilayah ini dapat digunakan dalam penentuan struktur organik dengan memanfaatkan fakta bahwa ia diserap oleh ikatan interatomik dalam senyawa organik..

Ikatan kimia di lingkungan yang berbeda akan menyerap intensitas variabel dan frekuensi variabel. Oleh karena itu, spektroskopi IR melibatkan pengumpulan informasi penyerapan dan menganalisanya dalam bentuk spektrum.

Frekuensi di mana ada penyerapan radiasi IR (puncak atau sinyal) dapat langsung dikorelasikan dengan tautan di dalam senyawa yang dimaksud..

Karena setiap mata rantai interatomik dapat bergetar dalam beberapa gerakan yang berbeda (peregangan atau pelengkungan), masing-masing mata rantai dapat menyerap lebih dari satu frekuensi IR.

Absorpsi regangan cenderung menghasilkan puncak yang lebih kuat dari pada tekukan, namun serapan tekuk yang lebih lemah mungkin berguna untuk membedakan jenis ikatan yang serupa (misalnya, substitusi aromatik).

Penting juga untuk dicatat bahwa getaran simetris tidak menyebabkan penyerapan radiasi IR. Misalnya, tidak ada ikatan karbon-karbon dari etilen atau etilen yang menyerap radiasi IR.

Metode instrumental penentuan struktur

Nuclear Magnetic Resonance (NMR)

Eksitasi inti atom melalui iradiasi frekuensi radio. Memberikan informasi luas tentang struktur molekul dan konektivitas atom.

Spektroskopi inframerah (IR)

Ini terdiri dari penembakan getaran molekul melalui iradiasi dengan cahaya inframerah. Ini terutama memberikan informasi tentang ada atau tidak adanya kelompok fungsional tertentu.

Spektrometri massa

Pengeboman sampel dengan elektron dan deteksi fragmen molekul yang dihasilkan. Memberikan informasi tentang konektivitas massa molekul dan atom.

Spektroskopi ultraviolet (UV)

Promosi elektron pada tingkat energi yang lebih tinggi dengan menyinari molekul dengan sinar ultraviolet. Memberikan informasi tentang keberadaan sistem conj terkonjugasi dan ikatan rangkap dan rangkap tiga.

Spektroskopi

Ini adalah studi tentang informasi spektral. Setelah iradiasi dengan cahaya inframerah, ikatan tertentu merespons lebih cepat dengan getaran. Respons ini dapat dideteksi dan diterjemahkan ke dalam representasi visual yang disebut spektrum. 

Proses interpretasi spektrum

  1. Kenali sebuah pola.
  2. Kaitkan pola dengan parameter fisik.
  3. Identifikasi kemungkinan makna, yaitu, usulkan penjelasan.

Setelah spektrum diperoleh, tantangan utama adalah mengekstraksi informasi yang dikandungnya dalam bentuk abstrak atau tersembunyi.

Ini membutuhkan pengenalan pola-pola tertentu, keterkaitan pola-pola ini dengan parameter fisik, dan interpretasi pola-pola ini dalam kaitan dengan penjelasan yang bermakna dan logis..

Spektrum elektromagnetik

Kebanyakan spektroskopi organik menggunakan energi elektromagnetik, atau radiasi, sebagai stimulus fisik. Energi elektromagnetik (seperti cahaya tampak) tidak memiliki komponen massa yang dapat dideteksi. Dengan kata lain, itu bisa disebut "energi murni".

Jenis radiasi lain, seperti sinar alpha, yang terdiri dari inti helium, memiliki komponen massa yang dapat dideteksi dan karenanya tidak dapat diklasifikasikan sebagai energi elektromagnetik.

Parameter penting yang terkait dengan radiasi elektromagnetik adalah:

• Energi (E): Energi berbanding lurus dengan frekuensi, dan berbanding terbalik dengan panjang gelombang, seperti ditunjukkan dalam persamaan di bawah ini.

  • Frekuensi (μ)
  • Panjang gelombang (λ)
  • Persamaan: E = hμ

Mode getaran

  • Ikatan kovalen dapat bergetar dengan berbagai cara, termasuk peregangan, goyang, dan gunting.
  • Pita yang paling berguna dalam spektrum inframerah sesuai dengan frekuensi peregangan.

Transmisi vs. Penyerapan

Ketika sampel bahan kimia terkena aksi IR LIGHT (cahaya radiasi inframerah), ia dapat menyerap beberapa frekuensi dan mengirimkan sisanya. Bagian dari cahaya juga dapat dipantulkan kembali ke sumbernya.

Detektor mendeteksi frekuensi yang ditransmisikan, dan dengan melakukan itu juga mengungkapkan nilai frekuensi yang diserap.

Spektrum IR dalam mode penyerapan

Spektrum IR pada dasarnya adalah grafik frekuensi yang ditransmisikan (atau diserap) versus intensitas transmisi (atau penyerapan). Frekuensi muncul dalam sumbu x dalam satuan sentimeter kebalikan (bilangan gelombang), dan intensitas direpresentasikan dalam sumbu y dan dalam satuan persentase. Grafik menunjukkan spektrum dalam mode penyerapan:

Spektrum IR dalam mode transmisi

Grafik menunjukkan spektrum dalam mode transmisi. Ini adalah representasi yang paling umum digunakan dan yang ditemukan di sebagian besar buku kimia dan spektroskopi.

Penggunaan dan aplikasi

Karena spektroskopi inframerah adalah teknik yang andal dan sederhana, itu banyak digunakan dalam sintesis organik, ilmu polimer, teknik petrokimia, industri farmasi dan analisis makanan..

Selain itu, karena spektrometer FTIR dapat disanitasi dengan kromatografi, mekanisme reaksi kimia dan deteksi zat yang tidak stabil dapat diselidiki dengan instrumen tersebut..

Beberapa kegunaan dan aplikasi termasuk:

Kontrol kualitas

Ini digunakan dalam kontrol kualitas, pengukuran dinamis dan aplikasi pemantauan seperti pengukuran konsentrasi CO2 tanpa pengawasan jangka panjang di rumah kaca dan ruang pertumbuhan menggunakan penganalisa gas inframerah.

Analisis forensik

Ini digunakan dalam analisis forensik dalam kasus pidana dan perdata, misalnya dalam identifikasi degradasi polimer. Dapat digunakan untuk menentukan kadar alkohol dalam darah dari seorang pengemudi yang dicurigai mabuk.

Analisis sampel padat tanpa perlu memotong

Cara yang berguna untuk menganalisis sampel padat tanpa perlu memotong adalah dengan menggunakan ATR atau spektroskopi reflektansi total yang dilemahkan. Dengan menggunakan pendekatan ini, sampel ditekan ke wajah kristal tunggal. Radiasi inframerah melewati kaca dan hanya berinteraksi dengan sampel pada antarmuka antara kedua bahan.

Analisis dan identifikasi pigmen

Spektroskopi IR telah berhasil digunakan dalam analisis dan identifikasi pigmen dalam lukisan dan benda seni lainnya, seperti manuskrip yang diterangi.

Gunakan dalam industri makanan

Aplikasi penting lain dari Infrared Spectroscopy adalah dalam industri makanan untuk mengukur konsentrasi berbagai senyawa dalam produk makanan yang berbeda.

Studi presisi

Dengan meningkatnya teknologi dalam penyaringan komputer dan manipulasi hasil, sampel dalam solusi sekarang dapat diukur secara akurat. Beberapa instrumen juga akan secara otomatis memberi tahu Anda zat apa yang sedang diukur dari penyimpanan ribuan spektrum referensi yang tersimpan.

Tes lapangan

Instrumen sekarang kecil, dan dapat diangkut, bahkan untuk digunakan dalam uji lapangan.

Kebocoran gas

Spektroskopi inframerah juga digunakan dalam perangkat deteksi kebocoran gas seperti DP-IR dan EyeCGA. Perangkat ini mendeteksi kebocoran gas hidrokarbon dalam pengangkutan gas alam dan minyak mentah.

Gunakan di luar angkasa

NASA menggunakan database yang sangat terkini, berdasarkan spektroskopi inframerah, untuk pelacakan hidrokarbon aromatik polisiklik di alam semesta.

Menurut para ilmuwan, lebih dari 20% karbon di alam semesta dapat dikaitkan dengan hidrokarbon aromatik polisiklik, kemungkinan bahan awal untuk pembentukan kehidupan.

Hidrokarbon aromatik poliklik tampaknya telah terbentuk tidak lama setelah Big Bang. Mereka tersebar luas di seluruh alam semesta dan dikaitkan dengan bintang-bintang baru dan planet ekstrasurya.

Referensi

  1. Nancy Birkner (2015). Sentuhan Pikiran. Bagaimana Spectrometer FTIR Beroperasi. Diperoleh dari: mindtouch.com.
  2. Cortes (2006). Teori dan Interpretasi spektrum IR. Pearson Prentice Hall. Diperoleh dari: utdallas.edu.
  3. Barbara Stuart (2004). Spektroskopi inframerah. Wiley Diperoleh dari: kinetics.nsc.ru.
  4. Wikipedia (2016). Spektroskopi inframerah. Wikipedia, ensiklopedia gratis. Diperoleh dari: en.wikipedia.org.