InstrumenAnalisisFarmasi 2012

INSTRUMEN ANALISIS FARMASIPEMBAHASAN

1.1 Spektroskopi UV-VisibleSpektrofotometri merupakan salah satu metode dalam kimia analisis yang digunakan untuk menentukan komposisi suatu sampel baik secara kuantitatif dan kualitatif yang didasarkan pada interaksi antara materi dengan cahaya. Peralatan yang digunakan dalam spektrofotometri disebut spektrofotometer. Cahaya yang dimaksud dapat berupa cahaya visibel, UV dan inframerah, sedangkan materi dapat berupa atom dan molekul namun yang lebih berperan adalah elektron valensi.

Sinar atau cahaya yang berasal dari sumber tertentu disebut juga sebagai radiasi elektromagnetik. Radiasi elektromagnetik yang dijumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah cahaya matahari.Dalam interaksi materi dengan cahaya atau radiasi elektromagnetik, radiasi elektromagnetik kemungkinanan dihamburkan, diabsorbsi atau dihamburkan sehingga dikenal adanya spektroskopi hamburan, spektroskopi absorbsi ataupun spektroskopi emisi.Pengertian spektroskopi dan spektrofotometri pada dasarnya sama yaitu di dasarkan pada interaksi antara materi dengan radiasi elektromagnetik. Namun pengertian spektrofotometri lebih spesifik atau pengertiannya lebih sempit karena ditunjukan pada interaksi antara materi dengan cahaya (baik yang dilihat maupun tidak terlihat). Sedangkan pengertian spektroskopi lebih luas misalnya cahaya maupun medan magnet termasuk gelombang elektromagnetik.Radiasi elektromagnetik memiliki sifat ganda yang disebut sebagai sifat dualistik cahaya yaitu: 1) Sebagai gelombang2) Sebagai partikel-partikel energi yang disebut foton. Karena sifat tersebut maka beberapa parameter perlu diketahui misalnya panjang gelombang, frekuensi dan energi tiap foton. Panjang gelombang (l) didefinisikan sebagai jarak antara dua puncak.

Hubungan dari ketiga parameter di atas dirumuskan oleh Planck yang dikenal dengan persamaanPlanck. Hubungan antara panjang gelombang frekuensi dirumuskan sebagai :

c = . v atau = c/v atau v = c/

PersamaanPlanck: hubungan antara energi tiap foton dengan frekuensi

E = h . vE = h . c/

dimana E = energi tiap foton h = tetapan Planck (6,626 x 10-34 J.s), v = frekuensi sinar c = kecepatan cahaya (3 x 108 m.s-1).Dari rumus di atas dapat diketahui bahwa energi dan frekuensi suatu foton akan berbanding terbalik dengan panjang gelombang tetapi energi yang dimiliki suatu foton akan berbanding lurus dengan frekuensinya.Misalnya: energi yang dihasilkan cahaya UV lebih besar dari pada energi yang dihasilkan sinar tampak. Hal ini disebabkan UV memiliki panjang gelombang () yang lebih pendek (100400 nm) dibanding panjang gelombang yang dimiliki sinar tampak (400800 nm). Berbagai satuan energi beserta faktor konversinya dapat dilihat pada tabel:

Erg Joule Kalori l.atm E.volt

1 erg = 110-72,390110-89,868710106,24181011

J joule = 10712,390110-19,868710-36,24181018

1 kalori 4,18491074,184014,129110-22,61161019

1 atm = 1,01331091,013310224,218116,62481020

1 E.volt = 1,602110-121,6021x-193,829110-201,561110-201

Interaksi antara materi dengan cahaya disini adalah terjadi penyerapan cahaya, baik cahaya Uv, Vis maupun IR oleh materi sehingga spektrofotometri disebut juga sebagai spektroskopi absorbsi. Dari 4 jenis spektrofotometri ini (UV, Vis, UV-Vis dan IR) memiliki prinsip kerja yang sama yaitu adanya interaksi antara materi dengan cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu. Perbedaannya terletak pada panjang gelombang yang digunakan.Secara sederhana Instrumen spektrofotometri yang disebut spektrofotometer terdiri dari : sumber cahaya monokromator sel sampel detektor read out (pembaca).

INSTRUMENTASI SPEKTROFOTOMETER UV VISSpektrofotometer UV VIS merupakan suatu sistem optik dengan kemampuan menghasilkan sinar monokromatis dalam jangkauan panjang gelombang 200-800 nm.Fungsi masing-masing bagian:1. Sumber sinar polikromatis berfungsi sebagai sumber sinar polikromatis dengan berbagai macam rentang panjang gelombang. Untuk sepktrofotometer : UV menggunakan lampu deuterium atau disebut juga heavi hidrogen VIS menggunakan lampu tungsten yang sering disebut lampu wolfram UV-VIS menggunan photodiode yang telah dilengkapi monokromator. Infra merah, lampu pada panjang gelombang IR.2. Monokromator berfungsi sebagai penyeleksi panjang gelombang yaitu mengubah cahaya yang berasal dari sumber sinar polikromatis menjadi cahaya monaokromatis. Jenis monokromator yang saat ini banyak digunakan adalan gratting atau lensa prisma dan filter optik.

Jika digunakan grating maka cahaya akan dirubah menjadi spektrum cahaya. Sedangkan filter optik berupa lensa berwarna sehingga cahaya yang diteruskan sesuai dengan warnya lensa yang dikenai cahaya.

3. Kuvet ( sample container) Kuarsaatausilikat

4. Detector Fotolistrik Didesain untuk memecah sumber sinar sehingga sumber sinar melewati 2 kompartemen (contoh double beam)

5. Pencatat

Menurut konfigurasi optiknya, spektroskopi UV-Visible terbagi atas : Sigle beam Double beam Multi channel

Single beam

Double beam

Double beam-in time

Multi channel

Tanpamonokromator Mendispersikancahayadenganpanjanggelombang yang sama Mahal Resolusiterbatas.

1.2 Spektroskopi FT-IRSpektrofotometri Infra MerahSpektrofotometri Infra Red atau Infra Merah merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah panjanggelombang 0,75 1.000 m atau pada Bilangan Gelombang 13.000 10 cm-1.Radiasielektromagnetik dikemukakan pertama kali oleh James Clark Maxwell, yang menyatakan bahwa cahaya secara fisis merupakan gelombang elektromagnetik, artinya mempunyai vektor listrik dan vektor magnetik yang keduanya saling tegak lurus dengan arah rambatan. Gambaran berkas radiasi elektromagnetik diperlihatkan pada Gambar 1 berikut :

Saat ini telah dikenal berbagai macam gelombang elektromagnetik dengan rentangpanjang gelombang tertentu. Spektrum elektromagnetik merupakan kumpulan spectrum dari berbagai panjang gelombang. Berdasarkan pembagian daerah panjang gelombangpada Tabel 1 dan Gambar 2, sinar infra merah dibagi atas tiga daerah, yaitu:a. Daerah Infra Merah dekat.b. Daerah Infra Merah pertengahan.c. Daerah infra merah jauh..

Dari pembagian daerah spektrum elektromagnetik tersebut diatas, daerah panjang gelombang yang digunakan pada alat spektrofotometer infra merah adalah pada daerahinfra merah pertengahan, yaitu pada panjang gelombang 2,5 50 m atau pada ilangangelombang 4.000 200 cm-1. Satuan yang sering digunakan dalam spektrofotometri infra merah adalah Bilangan Gelombang ( ) atau disebut juga sebagai Kaiser.

Interaksi Sinar Infra Merah Dengan Molekul

Dasar Spektroskopi Infra Merah dikemukakan oleh Hooke dan didasarkan atas senyawa yang terdiri atas dua atom atau diatom yang digambarkan dengan dua buah bola yang saling terikat oleh pegas seperti tampak pada gambar disamping ini. Jika pegas direntangkan atau ditekan pada jarak keseimbangan tersebut maka energi potensial dari sistim tersebut akan naik.Setiap senyawa pada keadaan tertentu telah mempunyai tiga macam gerak, yaitu :1. Gerak Translasi, yaitu perpindahan dari satu titik ke titik lain.2. Gerak Rotasi, yaitu berputar pada porosnya, dan3. Gerak Vibrasi, yaitu bergetar pada tempatnya.Bila ikatan bergetar, maka energi vibrasi secara terus menerus dan secara periodic berubah dari energi kinetik ke energi potensial dan sebaiknya. Jumlah energi total adalah sebanding dengan frekwensi vibrasi dan tetapan gaya ( k ) dari pegas dan massa ( m1 dan m2) dari dua atom yang terikat. Energi yang dimiliki oleh sinar infra merah hanya cukup kuat untuk mengadakan perubahan vibrasi.Panjang gelombang atau bilangan gelombang dan kecepatan cahaya dihubungkan dengan frekwensi melalui bersamaan berikut :

Energi yang timbul juga berbanding lurus dengan frekwesi dan digambarkan denganpersamaan Max Plank :

sehingga :

dimana :E = Energi, Jouleh = Tetapan Plank ; 6,6262 x 10-34 J.sc= Kecepatan cahaya ; 3,0 x 1010 cm/detikn = indeks bias (dalam keadaan vakum harga n = 1)= panjang gelombang ; cm= frekwensi ; Hertz

Dalam spektroskopi infra merah panjang gelombang dan bilangan gelombang adalah nilai yang digunakan untuk menunjukkan posisi dalam spektrum serapan. Panjang gelombang biasanya diukur dalam mikron atau mikro meter ( m ). Sedangkan bilangan gelombang ( ) adalah frekwensi dibagi dengan kecepatan cahaya, yaitu kebalikan dari panjang gelombang dalam satuan cm-1. Persamaan dari hubungan kedua hal tersebut diatas adalah :

Posisi pita serapan dapat diprediksi berdasarkan teori mekanikal tentang osilator harmoni,yaitu diturunkan dari hukum Hooke tentang pegas sederhana yang bergetar, yaitu :

dimana :

Keterangan :c = kecepatan cahaya : 3,0 x 1010 cm/detikk = tetapan gaya atau kuat ikat, dyne/cm = massa tereduksim = massa atom, gramSetiap molekul memiliki harga energi yang tertentu. Bila suatu senyawa menyerap energy dari sinar infra merah, maka tingkatan energi di dalam molekul itu akan tereksitasi ketingkatan energi yang lebih tinggi. Sesuai dengan tingkatan energi yang diserap, maka bayangan akan terjadi pada molekul itu adalah perubahan energi vibrasi yang diikuti denganperubahan energi rotasi.

Perubahan Energi VibrasiAtom-atom di dalam molekul tidak dalam keadaan diam, tetapi biasanya terjadi peristiwavibrasi. Hal ini bergantung pada atom-atom dan kekuatan ikatan yangmenghubungkannya. Vibrasi molekul sangat khas untuk suatu molekul tertentu danbiasanya disebut vibrasi finger print. Vibrasi molekul dapat digolongkan atas duagolongan besar, yaitu :1. Vibrasi Regangan (Streching)2. Vibrasi Bengkokan (Bending)

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:1. ReganganSimetri, unit strukturbergerakbersamaandansearahdalamsatubidangdatar.2. ReganganAsimetri, unit strukturbergerakbersamaandantidaksearahtetapimasihdalamsatubidangdatar.

Vibrasi Bengkokan (Bending)Jika sistem tiga atom merupakan bagian dari sebuah molekul yang lebih besar, makadapat menimbulkan vibrasi bengkokan atau vibrasi deformasi yang mempengaruhi isolasiatom atau molekul secara keseluruhan. Vibrasi bengkokan ini terbagi menjadi empatjenis, yaitu :1. Vibrasi Goyangan (Rocking), Unit struktur bergerak mengayun asimetri tetapimasih dalam bidang datar.2. Vibrasi Guntingan (Scissoring), Unit struktur bergerak mengayun simetri danmasih dalam bidang datar.3. Vibrasi Kibasan (Wagging), Unit struktur bergerak mengibas keluar dari bidangdatar.4. Vibrasi Pelintiran (Twisting), Unit struktur berputar mengelilingi ikatan yangmenghubungkan dengan molekul induk dan berada di dalam bidang datar.

Daerah Spektrum Infra MerahPara ahli kimia telah memetakan ribuan spektrum infra merah dan menentukan panjanggelombang absorbsi masing-masing gugus fungsi. Vibrasi suatu gugus fungsi spesifikpada bilangan gelombang tertentu. Dari Tabel 2 diketahui bahwa vibrasi bengkokan CHdari metilena dalam cincin siklo pentana berada pada daerah bilangan gelombang 1455cm-1. Artinya jika suatu senyawa spektrum senyawa X menunjukkan pita absorbsi padabilangan gelombang tersebut tersebut maka dapat disimpulkan bahwa senyawa X tersebutmengandung gugus siklo pentana.Daerah IdentifikasiVibrasi yang digunakan untuk identifikasi adalah vibrasi bengkokan, khususnyagoyangan (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 bergunauntuk identifkasi gugus fungsional. Daerah ini menunjukkan absorbsi yang disebabkanoleh vibrasi regangan. Sedangkan daerah antara 2000 400 cm-1 seringkali sangat rumit,karena vibrasi regangan maupun bengkokan mengakibatkan absorbsi pada daerahtersebut.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 daerah2000 400 cm-1 juga harus menunjukkan pola yang sama sehingga dapat disimpulkanbahwa dua senyawa adalah sama.

Spektrofotometer Infra Merah Transformasi Fourier (Fourier Transform Infra Red (FT-IR) Spectrophotometer)

Pada dasarnya Spektrofotometer FTIR (Fourier Trasform Infra Red) adalah sama denganSpektrofotometer IR dispersi, yang membedakannya adalah pengembangan pada sistimoptiknya sebelum berkas sinar infra merah melewati contoh. Dasar pemikiran dariSpektrofotometer FTIR adalah dari persamaan gelombang yang dirumuskan oleh Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830)seorang ahli matematika dari Perancis.

Fourier mengemukakan deret persamaan gelombang elektronik sebagai :

dimana :- a dan b merupakan suatu tetapan;- t adalah waktu;- adalah frekwensi sudut (radian per detik);( = 2 f dan f adalah frekwensi dalam Hertz);Dari deret Fourier tersebut intensitas gelombang dapat digambarkan sebagai daerah waktu atau daerah frekwensi. Perubahan gambaran intensitas gelobang radiasi elektromagnetik dari daerah waktu ke daerah frekwensi atau sebaliknya disebut Transformasi Fourier (Fourier Transform).

Selanjutnya pada sistim optik peralatan instrumen FTIR dipakai dasar daerah waktu yangnon dispersif. Sebagai contoh aplikasi pemakaian gelombang radiasi elektromagnetikyang berdasarkan daerah waktu adalah interferometer yang dikemukakan oleh AlbertAbraham Michelson (Jerman, 1831). Perbedaan sistim optik Spektrofotometer IRdispersif (Hadamard Transform) dan Interferometer Michelson pada SpektrofotometerFTIR (Fourier Transform) tampak pada gambar berikut :

Cara Kerja Alat Spektrofotometer FT-IRSistim optik Spektrofotometer FTIR seperti pada gambar dibawah ini dilengkapi dengancermin yang bergerak tegak lurus dan cermin yang diam. Dengan demikian radiasi inframerah akan menimbulkan perbedaan jarak yang ditempuh menuju cermin yangbergerak ( M ) dan jarak cermin yang diam ( F ). Perbedaan jaraktempuh radiasi tersebut adalah 2 yang selanjutnya disebut sebagairetardasi ( ). Hubungan antara intensitas radiasi IR yang diterima detektor terhadap retardasi disebut sebagai interferogram. Sedangkan sistimoptik dari Spektrofotometer IR yang didasarkan atas bekerjanya interferometer disebutsebagai sistim optik Fourier Transform Infra Red.

Pada sistim optik FTIR digunakan radiasi LASER (Light Amplification by Stimulated Emmission of Radiation) yang berfungsi sebagai radiasi yang diinterferensikan dengan radiasi infra merah agar sinyal radiasi infra merah yang diterima oleh detektor secara utuh dan lebih baik. Detektor yang digunakan dalam Spektrofotometer FTIR adalah TGS (Tetra Glycerine Sulphate) atau MCT (Mercury Cadmium Telluride). Detektor MCT lebih banyak digunakan karena memiliki beberapa kelebihan dibandingkan detektor TGS, yaitu memberikan respon yang lebih baik pada frekwensi modulasi tinggi, lebih sensitif, lebih cepat, tidak dipengaruhi oleh temperatur, sangat selektif terhadap energi vibrasi yang diterima dari radiasi infra merah.Keunggulan Spektrofotometer FT-IRSecara keseluruhan, analisis menggunakan Spektrofotometer FTIR memiliki duakelebihan utama dibandingkan metoda konvensional lainnya, yaitu :1. Dapat digunakan pada semua frekwensi dari sumber cahaya secara simultansehingga analisis dapat dilakukan lebih cepat daripada menggunakan carasekuensial atau scanning.2. Sensitifitas dari metoda spektrofotometri FTIR lebih besar daripada cara dispersi,sebab radiasi yang masuk ke sistim detektor lebih banyak karena tanpa harusmelalui celah (slitless).

1.3 Spektroskopi Massa (MS)Spektrometer massa(MS) adalah suatu instrumen yang dapat menyeleksi molekul-molekul gas bermuatan berdasarkan massa atau beratnya. Teknik ini tidak dapat dilakukan dengan spektroskopi, akan tetapi nama spektroskopi dipilih disebabkan persamaannya dengan pencatat fotografi dan spektrum garis optik. Umumnya spektrum massa diperoleh dengan mengubah senyawa suatu sampel menjadi ion-ion yang bergerak cepat yang dipisahkan berdasarkan perbandingan massa terhadap muatan.

Proses ionisasi menghasilkan partikel-partikel bermuatan positif, dimana massa terdistribusi adalah spesifik terhadap senyawa induk. Selain untuk penentuan stuktur molekul, spektum massa dipakai untuk penentuan analisis kuantitatif.Jika didapat data IR dan NMR yang cukup lengkap, maka MS ini dapat digunakan untuk konfirmasi dengan memperhatika bobot molekul dan kemungkinan rumus strukturnya.Prinsip Spektroskopi MassaMerupakan suatu instrumen yang menghasilkan berkas ion dari suatu zat uji, memilah ion tersebut menjadi spektum yang sesuai dengan perbandingan massa terhadap muatan dan merekam kelimpahan relatif tiap jenis ion yang ada. Umumnya hanya ion positif yang dipelajari karena ion negatif yang dihasilkan dari sumber tumbukan umumnya sedikit.

Atom dapat dibelokkan dalam sebuah medan magnet (dengan anggapan atom tersebut diubah menjadi ion terlebih dahulu). Karena partikel-partikel bermuatan listrik dibelokkan dalam medan magnet dan partikel-partikel yang tidak bermuatan (netral) tidak dibelokkan.

Urutannya adalah sebagai berikut : Tahap pertama : IonisasiAtom 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 : PercepatanIon-ion tersebut dipercepat supaya semuanya mempunyai energi kinetik yang sama.

Tahap ketiga : PembelokanIon-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.

Besarnya pembelokan yang dialami oleh sebuah ion tergantung pada: Massa ion tersebut.Ion-ion yang bermassa ringan akan dibelokkan > ion-ion yangbermassa berat. Muatan ion.Ion yang mempunyai muatan +2 (atau lebih) akan dibelokkan > ion-ion yang bermuatan +1.

Tahap keempat : Pendeteksian

Pada gambar diatas, hanya sinar B yang bisa terus melaju sampai ke pendetektor ion. Ion-ion lainnya bertubrukan dengan dinding dimana ion-ion akan menerima elektron dan dinetralisasi.Padaakhirnya, ion-ion yang telahmenjadinetraltersebutakandipisahkandarispektrometermassaolehpompavakum. 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.Ketikasebuah ion menubrukkotaklogam, maka ion tersebutakandinetralisasiolehelektron yang pindahdarilogamke ion. Hal iniakanmenimbulkanruangantaraelektron-elektron yang adadalamlogamtersebut, danelektron-elektron yang beradadalamkabelakanmengisiruangtersebut.Typical Mass Spectrum

Diagram lengkap dari spektrometer massa:Penjelasan Tentang Yang Terjadi di Spektrometer Massa1. Keadaan hampa udaraPenting bagi ion-ion yang telah dibuat dalam ruang ionisasi untuk dapat bergeraklurus dalam mesin tanpa bertabrakan dengan molekul-molekul udara.2. IonisasiSampel yang berbentuk gas (vaporised sample) masuk ke dalam ruang ionisasi.Kumparan metal yang dipanaskan dengan menggunakan listrik melepaskan elektron-elektron yang ada pada sampel dan elektron-elektron lepas itu menempel pada perangkap elektron (electron trap) yang mempunyai muatan positif.Partikel-partikel dalam sample tersebut (atom atau molekul) dihantam oleh banyak sekali elektron-elektron, dan beberapa dari tumbukan tersebut mempunyai energi cukup untuk melepaskan satu atau lebih elektron dari sample tersebut sehingga sample tersebut menjadi ion positif.Kebanyakan ion-ion positif yang terbentuk itu mempunyai muatan +1 karena akan jauh lebih sulit untuk memindahkan elektron lagi dari sample yang sudah menjadi ion positif.Ion-ion positif yang terbentuk ini diajak keluar dan masuk ke bagian mesin yang merupakan sebuah lempengan metal yang bermuatan positif (Ion repellel).3. PercepatanIon-ion positif yang ditolak dari ruang ionisasi yang sangat positif itu 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.4. PembelokkanIon yang berbeda-beda akan dibelokkan secara berbeda pula oleh medan magnet. Besarnya pembelokan yang dialami oleh sebuah ion tergantung pada: 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 ion (partikel). Ion-ion yang bermassa ringan akan dibelokkan lebih daripada ion-ion yang bermassaberat. Makin besar massa partikel, makin kecil pembelokan. Muatan ion. Ion yang mempunyai muatan +2 (atau lebih) akan dibelokkan lebih daripada ion-ion yang bermuatan +1. Makin besar muatan, makin besar pembelokan.5. PendeteksianKetika 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.Untuk membuat ion-ion yang mempunyai nilai m/z yang besar (ion yang berat bila bermuatan +1) sampai ke detektor ion, maka anda perlu membelokkannya dengan menggunakan medan magnet yang lebih besar.Dengan merubah besarnya medan magnet yang digunakan, maka anda bisa membawa semua sinar yang ada secara bergantian ke detektor ion, dimana disana ion-ion tersebut akan menimbulkan arus listrik dimana besarnya berbanding lurus dengan jumlah ion yang datang.Massa dari semua ion yang dideteksi itu tergantung pada besarnya medan magnet yang digunakan untuk membawa sinar tersebut ke detektor ion. Mesin ini dapat disesuaikan untuk mencatat arus listrik (yang merupakan jumlah ion-ion) dengan m/z secara langsung.Massa tersebut diukur dengan menggunakan skala 12C.

SUMBER ION1. Gas/Phase SourceMolekul yang dianalisa diubah dalam bentuk gas (diuapkan) baru kemudian diionkan. Sampel yang berupa padat/ cair harus dikonversi menjadi ion gas. Biasanya untuk senyawa-senyawa yang stabil terhadap thermal dan senyawa ini memiliki titik didih di bawah 5000C. Keterbatasan gas/phase Source hanya untuk senyawa yang berat molekulnya rendah.2. Desorption SourcePada Desorption Source, senyawa tidak perlu diubah menjadi bentuk gas sebelum diionkan. Molekul yang dianalisa akan menyerap energi sehingga akan terionkan. Desorption Source digunakan untuk senyawa yang tidak stabil terhadap thermal, senyawa non-volatil dan senyawa dengan berat molekul tinggi.

BAGIAN-BAGIAN SPEKTROMETER MASSADetektorSpektromasa adalah alat yang di gunakan untuk menentukan mass atom atau molekul, yang ditemukan oleh Franci William Aston pada tahun 1919. Prinsip kerja alat ini adalah pembelokan partikel bermuatan dalam medan magnet.

Cara KerjaCara kerja spektrometer massa adalah sebagai berikut. Sampel dalam bentuk gas mula-mula ditembaki dengan berkas elektron berenergi tinggi. Pelakuan ini menyebabkan atom atau molekul sampel mengalami ionisasi (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. Dalam medan magnet, ion-ion tersebut akan mengalami pembelokan yang bergantung pada:1. Kuat medan listrik yang mempercepat aliran ion. Makin besar potensial listrik yang digunakan, makin besar kecepatan ion dan makin kecil pembelokan.2. Kuat medan magnet. Makin kuat magnet, makin besar pembelokan.3. Massa partikel (ion). Makin besar massa partikel, makin kecil pembelokan.4. uatan partikel. Makin besar muatan, makin besar pembelokan.

Analisis KualitatifSpektroskopi massa memungkinkan kita mengidentifikasi suatu senyawa yang tidak diketahui, dengan mengkalibrasi terhadap senyawa yang telah diketahui seperti uap merkuri atau perfloro kerosin.

Analisis KuantitatifSpektrometer massa dapat digunakan untuk analisis kuantitatif suatu campuran senyawa-senyawa yang dekat hubungannya. Analisis ini dapat dipergunakan untuk analisis campuran, baik senyawa organik ataupun anorganik yang bertekanan uap rendah. Karena pola fragmentasi senyawa campuran adalah aditif sifatnya, suatu senyawa campuran dapat dianalisis jika berada dalam kondisi yang sama. 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. Dengan spektometer massa beresolusi tinggi, senyawa polimer dengan berat molekul tinggi juga dapat dianalisis.

Spectrometer massa dapat digunakan untuk analisis runutan organik terutama dengan menggunakan sumber bunga api listrik, dan ia juga dapat digunakan menganalisis unsur-unsur runutan dalam paduan atau dalam super konduktor. Tipe bunga api lstrik mmempunyai sensitivitas tinggi dan dapat menentukan sampai tingkat ppb. Kekurangan spektrometer massa bunga api listrik adalah ketidak-beraturan dari sumber dan kurang reproduksibel, tetapi kekurangan ini dapat diatasi dengan memakai sistem deteksi fotografi. Analisis kuantitatif instrumen semacam ini didasarkan pada garis-garis fotografi dengan standat yang sesuai.

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.

1.4 MagnetikInti (NMR)-1danMagnetikInti (NMR)-2Spektroskopi Resonansi Magnetik Inti (NMR) adalah salah satu metode spektrometri yang penting untuk menguraikan atau menentukan struktur dari senyawa yang tidak diketahui, termasuk stereokimia dari suatu senyawa. Metode ini tidak hanya berguna dalam bidang senyawa organik, tetapi juga dapat digunakan dalam bidang yang lain seperti: farmasi, analisis dan sintesis obat, organometalik, ilmu polimer dan yang lainnya. Stuktur yang kompleks dan senyawa baru sangat sulit ditentukan dengan menggunakan analisa spektrum UV, IR, dan MS, sehingga untuk itu dibutuhkan metode NMR (Sastrohamidjojo, 1992).Spektrum normal NMR adalah pengumpulan dari satu atau lebih puncak resonansi pada frekwensi berbeda. Chemical shift atau pergeseran kimia menunjukkan posisi frekwensi resonansi yang diamati pada inti spesifik lingkungan struktur tunggal (Crews, 1998). Spektrofotometer modern beroperasi pada bermacam-macam kekuatan medan magnet tergantung inti spesifik yang diamati pada bermacam-macam frekwensi. Plot NMR memiliki nilai Hz (unit frekwensi) dan delta (). Nilai dihitung dengan mengukur perbedaan pergeseran (shift) dalam Hz, antara suatu proton dan internal standar. Nilai ini dibagi oleh frekwensi spektrofotometer yang selalu perkalian 1.000.000 Hz (MHz), jadi nilai adalah dalam satuan unit part per million (ppm) seperti yang ditunjukkan dalam persamaan di bawah ini:

pergeseran sampel (Hz) pergeseran TMS (Hz)

== ppm

frekwensi spektrofotometer

Titik nol diatur berdasarkan frekwensi dari standar tetramethylsilane (TMS), TMS merupakan senyawa inert dan terkadang ditambahkan kepada sampel serta memberikan referensi internal untuk menghitung pergeseran kimia. Standar TMS digunakan untuk pergeseran kimia NMR 1H, 13C dan 2H. Kebanyakan pergeseran kimia yang relatif tidak terlindungi oleh TMS, ditunjukkan sebagai nilai positif, sedangkan bagian terlindungi terhadap TMS ditunjukkan sebagai nilai negatif (Crews, 1998).Eksperimen NMR meliputi NMR 1D dan 2D. NMR 1D yang didapat menggunakan meliputi:1. 1H NMR, memberikan informasi mengenai jumlah serta jenis hidrogen serta sifat lingkungan dari hidrogen tersebut.2. 13C-NMR, memberikan informasi struktur berdasarkan pergeseran kimia dari bermacam-macam karbon pada suatu senyawa (Mohrig dkk, 2003).13C NMR yang dapat digunakan meliputi (Pavia et al., 1996):a. DEPT (Distortionless Enhacement by Polarization Transfer) untuk menetukan keberadaan atom karbon (C primer, C sekunder, C tersier, dan C kuartener).b. JMOD (J Modulation) 13C-NMR, berguna dalam menentukan jumlah atom karbon serta jenis karbon tersebut (C primer, C sekunder, C tersier, dan C kuartener).

Adapun NMR 2 D yang dapat digunakan meliputi (Breitmaier, 2002) :1. HSQC (Heteronuclear Single Quantum Coherence) memperlihatkan korelasi 1H NMR dengan 13C NMR sehingga dapat ditentukan keberadaan dan jenis atom karbon.2. HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Coherence) menentukan korelasi proton dengan karbon degan jarak dua, tiga, hingga empat ikatan.3. 1H-1H COSY (Correlation Spectroscopy) menunjukkan korelasi proton-proton visinal.4. NOESY (Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy) menunjukkan interaksi proton dengan proton atau proton dengan karbon secara stereokimia.Spektroskopi Resonansi Magnetik Inti (NMR) adalah salah satu metode spektrometri yang penting untuk menguraikan atau menentukan struktur dari senyawa yang tidak diketahui, termasuk stereokimia dari suatu senyawa. Metode ini tidak hanya berguna dalam bidang senyawa organik, tetapi juga dapat digunakan dalam bidang yang lain seperti: farmasi, analisis dan sintesis obat, organometalik, ilmu polimer dan yang lainnya. Stuktur yang kompleks dan senyawa baru sangat sulit ditentukan dengan menggunakan analisa spektrum UV, IR, dan MS, sehingga untuk itu dibutuhkan metode NMR (Sastrohamidjojo, 1992).Spektrum normal NMR adalah pengumpulan dari satu atau lebih puncak resonansi pada frekwensi berbeda. Chemical shift atau pergeseran kimia menunjukkan posisi frekwensi resonansi yang diamati pada inti spesifik lingkungan struktur tunggal (Crews, 1998).Spektrofotometer modern beroperasi pada bermacam-macam kekuatan medan magnet tergantung inti spesifik yang diamati pada bermacam-macam frekwensi. Plot NMR memiliki nilai Hz (unit frekwensi) dan delta (). Nilai dihitung dengan mengukur perbedaan pergeseran (shift) dalam Hz, antara suatu proton dan internal standar. Nilai ini dibagi oleh frekwensi spektrofotometer yang selalu perkalian 1.000.000 Hz (MHz), jadi nilai adalah dalam satuan unit.Eksperimen NMR meliputi NMR 1D dan 2D. NMR 1D yang didapat menggunakan meliputi:1. 1H NMR, memberikan informasi mengenai jumlah serta jenis hidrogen serta sifat lingkungan dari hidrogen tersebut.2. 13C-NMR, memberikan informasi struktur berdasarkan pergeseran kimia dari bermacam-macam karbon pada suatu senyawa (Mohrig dkk, 2003).13C NMR yang dapat digunakan meliputi (Pavia et al., 1996):a. DEPT (Distortionless Enhacement by Polarization Transfer) untuk menetukan keberadaan atom karbon (C primer, C sekunder, C tersier, dan C kuartener).b. JMOD (J Modulation) 13C-NMR, berguna dalam menentukan jumlah atom karbon serta jenis karbon tersebut (C primer, C sekunder, C tersier, dan C kuartener)Adapun NMR 2 D yang dapat digunakan meliputi (Breitmaier, 2002):1. HSQC (Heteronuclear Single Quantum Coherence) memperlihatkan korelasi 1H NMR dengan 13C NMR sehingga dapat ditentukan keberadaan dan jenis atom karbon.2. HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Coherence) menentukan korelasi proton dengan karbon degan jarak dua, tiga, hingga empat ikatan.3. 1H-1H COSY (Correlation Spectroscopy) menunjukkan korelasi proton-proton visinal.4. NOESY (Nuclear Overhauser Effect Spectroscopy) menunjukkan interaksi proton dengan proton atau proton dengan karbon secara stereokimia.Kerapatan elektron dan medan imbasan Besarnya medan imbasan tergantung pada kerapatan elektron (semakin rapat semakin terperisai. Kerapatan elektron dipengaruhi oleh keelektronegatifan heteroatom (efek induksi).

Pada suhu kamar terjadi pertukaran kimia yang cepat dengan runutan asam sehingga puncak tidak terpisah oleh proton tetangga.

Geseran kimia tergantung pelarut, suhu, konsentrasi (pengaruh ikatan hidrogen)Beberapa hal yang memperumit spectra Proton-proton tetangga tidak ekivalen.

Spektrometri NMR Karbon-13 Geseran kimia proton-proton terkopling tidak berbeda jauh, terjadi pemiringan (leaning): puncak tengah membesar, puncak pinggir mengecil. Memberikan informasi mengenai karbon-karbon dalam suatu molekul organik. Spektrum 13C-NMR lebih sederhana dibanding 1H-NMR karena pada 13C-NMR tidak ada pemisahan spin 13C-13C. Pada spektrumnya tidak dicantumkan integrasi. Sinyaldari atom C-13 dalamalat NMR dapatdideteksikarenaadanyasejumlahkecil atom karbon C-13 bersama-sama C-12.momen magnet yang dihasilkanoleh C-13 lebihkecil, biladibandingkandenganmomen magnet proton, berartisinyalnyajauhlebihlemah.Pelarut yang biasanyadigunakanserupadengan NMR proton, tetapijangkaresonansi C jauhlebihbesar.Sehinggaspektum NMR-13C jauhlebihteresolusi, umumnyasetiapkarbondalammolekuldapatditetapkansinyalnya.Samahalnyasepertipada NMR proton, atom karbonpenyulihannyaberlainanakanmenunjukkangeserandalamjangka yang khas. Spectrum NMR 13C padahakikatnyamerupakanpelengkap NMR proton.

GESERAN KIMIA BEBERAPA JENIS KARBON

SPEKTRA 13C-NMR KOPLING DAN DEKOPLING

Pada spectrum C-NMR dalam elusidasi struktur perlu diperhatikan : Luas di bawahpuncak yang biasanyadinyatakandenganintergrasiuntukmelihatperbandinganjumlah carbon yang ekuivalensecara magnetic padamasing-masingpuncak.. Terjadinya spin-spin splinting yang mengikutisegitigapascal. Interaksiantaraikatan electron yang mempunyaikencenderunganberpasangan spin dari electron dengan electron lainnyapada proton yang diikat. Spin-spin slintinginiseringdihilangkandengancara di deklopinggunamenghindaripuncak-puncak yang tumpangtindih. Geserankimia (chemical shift), yaitukedudukankarbondalamspektumtersebut. Inijugamenggambarkanletakdankedudukankarbondalammolekul.

1.5 SpektroskopiEmisi Atom (SEA) dan Spektroskopi Serapan Atom (AAS)SpektroskopiEmisi Atom (SEA). Jika elektron berpindah dari tingkat energi tinggi ke tingkat energi rendah sehingga foton dipancarkan sebanding dengan perbedaan tingkat energi tsb.Pada AES, eksitasi terhadap sampel tidak dilakukan dengan melakukan penyorotan. Tetapi eksitasi atom dilakukan dengan memberikan kalor atau tegangan listrik (arc).

AES (Atomic Emission Spectroscopy) Atomic Emission Spectroscopy (AES) adalah teknik spektroskopi yang memanfaatkan panjang gelombang foton yang dipancarkan oleh atom selama masa transisinya dari fase eksitasi menuju fase istirahat. Kurang akurat dan memiliki ketilitian rendah untuk perhitungan bersifat kuantitatif. Karena tidak semua atom tereksitasi berelaksasi pada saat yang bersamaan.OUTPUT DAN ANALISIS KUANTITATIF

Analisa Kuantitatif dari AES digunakan dengan melihat tinggi plot (kurva) dari spektrum. Semakin tinggi berarti semakin besar konsentrasinya. Untuk perhitungan dilakukan permbandingan terhadap suatu faktor pembanding dengan komposisi diketahui. AAS (Atomic Absorption Spectroscopy). AAS adalah suatu teknik spektroskopi yang memanfaatkan besarnya gelombang elektromagnetik yang diserap pada frekuensi tertentu oleh zat tertentu untuk bereksitasi. Gelombang elektromagnetik yang diserap dihasilkan oleh suatu sumber cahaya. AAS dapat menentukan lebih dari 67 jenis logam yang berbeda yang terkandung dalam suatu larutan. AAS sangat sensitif dan akurat karena dapat mengukur hingga bagian per milyar dari suatu berat (g dm-3). Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) adalah suatu tehnik analisis untuk menetapkan konsentrasi suatu unsur (logam) dalam suatu sampel. AAS pertama kali dikembangkan oleh Sir Alan Walsh pada tahun 1950 Merupakan metoda yang populer untuk analisa logam karena di samping relatif sederhana ia juga selektif dan sangat sensitif.

Kelemahan AAS Sumber cahaya kontinu tidak dapat digunakangaris-garis absorpsi lebih sempit dari pita pada spektroskopi biasa. Untuk menyiasatinya digunakan lampu Hollow Cathode

Aplikasi Spektroskopi AtomikDalam Dunia Industri Spektroskopi Atomik sering digunakan untuk identifikasi kandungan unsur tertentu. Terutama dalam industri farmasi. Contoh: untuk mengetahui kandungan mineral tertentu dalam bahan makanan atau obat-obatan. Seperti selenium yang berpotensi sebagai obat kanker.

Untuk Lingkungan Teknik Spektroskopi Atomik banyak digunakan untuk menentukan konsentrasi pencemar logam berat dalam lingkungan. Contohnya untuk mengukur kadar pencemaran logam berat pada suatu ekosistem.

SpektroskopiSerapan Atom (AAS).Prinsip dasar Spektrofotometri serapan atom adalah interaksi antara radiasi elektromagnetikdengan sampel. Spektrofotometri serapan atom merupakan metode yang sangat tepat untuk analisis zat pada konsentrasi rendah. Teknik ini adalah teknik yang paling umum dipakai untuk analisis unsur. Teknik-teknik ini didasarkan pada emisi dan absorbansi dari uap atom. Komponen kunci pada metode spektrofotometri Serapan Atom adalah sistem (alat) yangdipakai untuk menghasilkan uap atom dalam sampel.Cara kerja Spektroskopi Serapan Atom ini adalah berdasarkan atas penguapan larutan sampel, kemudian logam yang terkandung didalamnya diubah menjadi atom bebas. Atom tersebut mengapsorbsi radiasi dari sumber cahaya yang dipancarkan dari lampu katoda (Hollow Cathode Lamp) yang mengandung unsur yang akan ditentukan. Banyaknya penyerapan radiasi kemudian diukur pada panjang gelombang tertentu menurut jenis logamnya.

Jika radiasi elektromagnetik dikenakan kepada suatu atom, maka akan terjadi eksitasi elektron dari tingkat dasar ke tingkat tereksitasi. Maka setiap panjang gelombang memiliki energi yang spesifik untuk dapat tereksitasi ke tingkat yang lebih tingggi. Besarnya energi dari tiap panjang gelombang dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

E = h . C

Dimana E = Energi (Joule)h = Tetapan Planck ( 6,63 . 10 -34 J.s)C = Kecepatan Cahaya ( 3. 10 8 m/s), dan= Panjang gelombang (nm)Larutan sampel diaspirasikan ke suatu nyala dan unsur-unsur di dalam sampel diubah menjadi uap atom sehingga nyala mengandung atom unsur-unsur yang dianalisis. Beberapa diantara atom akan tereksitasi secara termal oleh nyala, tetapi kebanyakan atom tetap tinggal sebagai atom netral dalam keadaan dasar (ground state). Atom-atom ground state ini kemudian menyerap radiasi yang diberikan oleh sumber radiasi yang terbuat oleh unsur-unsur yang bersangkutan. Panjang gelombang yang dihasilkan oleh sumber radiasi adalah sama dengan panjang gelombang yang diabsorpsi oleh atom dalam nyala. Absorpsi ini mengikuti hukum Lambert-Beer, yaitu absorbansi berbanding lurus dengan panjang nyala yang dilalui sinar dan konsentrasi uap atom dalam nyala. Kedua variabel ini sulit untuk ditentukan tetapi panjang nyala dapat dibuat konstan sehingga absorbansi hanya berbanding langsung dengan konsentrasi analit dalam larutan sampel. Teknik-teknik analisisnya yaitu kurva kalibrasi, standar tunggal dan kurva adisi standar.Aspek kuantitatif dari metode spektrofotometri diterangkan oleh hukum Lambert-Beer, yaitu:

A = . b . c atau A = a . b . c Dimana :A = Absorbansi = Absorptivitas molar (mol/L)a = Absorptivitas (gr/L)b = Tebal nyala (nm)c = Konsentrasi (ppm)Absorpsivitas molar () dan absorpsivitas (a) adalah suatu konstanta dan nilainya spesifik untuk jenis zat dan panjang gelombang tertentu, sedangkan tebal media (sel) dalam prakteknya tetap.

Dengan demikian absorbansi suatu spesies akan merupakan fungsi linier dari konsentrasi, sehingga dengan mengukur absorbansi suatu spesies konsentrasinya dapat ditentukan dengan membandingkannya dengan konsentrasi larutan standar.Pada peralatan optimasi Spektrofotometri Serapan Atom agar memberikan wacana dan sejauh mana sensitivitas dan batas deteksi alat terhadap sampel yang akan dianalisis, optimasi pada peralatan SSA meliputi: Pemilihan persen (%) pada transmisi Lebar celah (slith width) Kedudukan lampu terhadap focus slit Kemampuan arus lampu Hallow Cathode Kedudukan panjang gelombang () Set monokromator untuk memberikan sinyal maksimum Pemilihan nyala udara tekanan asetilen Kedudukan burner agar memberikan absorbansi maksimum Kedudukan atas kecepatan udara tekan Kedudukan atas kecepatan asetilen. Gangguan dalam Spektrofotometri Serapan Atom.

Berbagai faktor dapat mempengaruhi pancaran nyala suatu unsur tertentu danmenyebabkan gangguan pada penetapan konsentrasi unsur.1. Gangguan akibat pembentukan senyawa refraktoriGangguan ini dapat diakibatkan oleh reaksi antara analit dengan senyawa kimia, biasanya anion, yang ada dalam larutan sampel sehingga terbentuk senyawa yang tahan panas (refractory). Sebagai contoh fospat akan bereaksi dengan kalsium dalam nyala menghasilkan pirofospat (Ca2P2O7). Hal ini menyebabkan absorpsi ataupun emisi atom kalsium dalam nyala menjadi berkurang. Gangguan ini dapat diatasi dengan menambahkan stronsium klorida atau lanthanum nitrat ke dalam larutan. Kedua logam ini mudah bereaksi dengan fospat dibanding dengan kalsium sehingga reaksi antara kalsium dengan fospat dapat dicegah atau diminimalkan. Gangguan ini dapat juga dihindari dengan menambahkan EDTA berlebih. EDTA akan membentuk kompleks kelat dengan kalsium, sehingga pembentukan senyawa refraktori dengan fospat dapat dihindarkan. Selanjutnya kompleks Ca-EDTA akan terdisosiasi dalam nyala menjadi atom netral Ca yang menyerap sinar. Gangguan yang lebih serius terjadi apabila unsur-unsur seperti: Al, Ti, Mo, V dan lain-lain bereaksi dengan O dan OH dalam nyala menghasilkan logam oksida dan hidroksida yang tahan panas. Gangguan ini hanya dapat diatasi dengan menaikkan temperatur nyala, sehingga nyala yang umum digunakan dalam kasus semacam ini adalah nitrous oksida-asetilen.2. Gangguan ionisasiGangguan ionisasi ini biasa terjadi pada unsur-unsur alkali tanah dan beberapa unsur yang lain. Karena unsur-unsur tersebut mudah terionisasi dalam nyala. Dalam analisis dengan SSA yang diukur adalah emisi dan serapan atom yang tak terionisasi. Oleh sebab itu dengan adanya atom-atom yang terionisasi dalam nyala akan mengakibatkan sinyal yang ditangkap detektor menjadi berkurang. Namun demikian gangguan ini bukan gangguan yang sifatnya serius, karena hanya sensitivitas dan linearitasnya saja yang terganggu.Gangguan ini dapat diatasi dengan menambahkan unsur-unsur yang mudah terionisasi ke dalam sampel sehingga akan menahan proses ionisasi dari unsur yang dianalisis3. Gangguan fisik alatGangguan fisik adalah semua parameter yang dapat mempengaruhi kecepatan sampel sampai ke nyala dan sempurnanya atomisasi. Parameter-parameter tersebut adalah kecepatan alir gas, berubahnya viskositas sampel akibat temperatur nyala. Gangguan ini biasanya dikompensasi dengan lebih sering membuat kalibrasi atau standarisasi.

1

Nurmawita (1001071)

1