Syadharzy: Spektroskopi Infra Merah

BAB I

PENDAHULUAN

A. LATAR BELAKANG

Spektroskopi adalah ilmu yang mempelajari materi dan atributnya berdasarkan cahaya, suara atau partikel yang dipancarkan, diserap atau dipantulkan oleh materi tersebut. Spektroskopi juga dapat didefinisikan sebagai ilmu yang mempelajari interaksi antara cahaya dan materi. Dalam catatan sejarah, spektroskopi mengacu kepada cabang ilmu dimana "cahaya tampak" digunakan dalam teori-teori struktur materi serta analisa kualitatif dan kuantitatif. Dalam masa modern, definisi spektroskopi berkembang seiring teknik-teknik baru yang dikembangkan untuk memanfaatkan tidak hanya cahaya tampak, tetapi juga bentuk lain dari radiasi elektromagnetik dan non-elektromagnetik seperti gelombang mikro, gelombang radio, elektron, fonon, gelombang suara, sinar x dan lain sebagainya.

Spektroskopi umumnya digunakan dalam kimia fisik dan kimia analisis untuk mengidentifikasi suatu substansi melalui spektrum yang dipancarkan atau yang diserap. Alat untuk merekam spektrum disebut spektrometer. Spektroskopi juga digunakan secara intensif dalam astronomi dan penginderaan jarak jauh. Kebanyakan teleskop-teleskop besar mempunyai spektrograf yang digunakan untuk mengukur komposisi kimia dan atribut fisik lainnya dari suatu objek astronomi atau untuk mengukur kecepatan objek astronomi berdasarkan pergeseran Doppler garis-garis spektral. 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.

Inframerah adalah radiasi elektromagnetik dari panjang gelombang lebih panjang dari cahaya tampak, tetapi lebih pendek dari radiasi gelombang radio. Namanya berarti "bawah merah" (dari bahasa Latin infra, "bawah"), merah merupakan warna dari cahaya tampak dengan gelombang terpanjang. Radiasi inframerah memiliki jangkauan tiga "order" dan memiliki panjang gelombang antara 700 nm dan 1 mm. Inframerah ditemukan secara tidak sengaja oleh Sir William Herschell, astronom kerajaan Inggris ketika ia sedang mengadakan penelitian mencari bahan penyaring optik yang akan digunakan untuk mengurangi kecerahan gambar matahari dalam tata surya teleskop

Spektrofotometri Infra Red atau Infra Merah 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. Radiasi elektromagnetik 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.

B. TUJUAN

Tujuan dari makalah ini untuk mengetahui pengertian dari spektroskopi inframerah, alat yang digunakan, cara penggunaannya, manfaat dan kelebihan serta kekurangan dari spektroskopi inframerah.

C. RUMUSAN MASALAH

Pengertian dari spektroskopi inframerah
Jenis – jenis spektroskopi inframerah
Alat yang digunakan
Cara penggunaannya
Manfaat dari spektroskopi inframerah
Kelebihan serta kekurangan dari spektroskopi inframerah tersebut.

BAB II

PEMBAHASAN

1. PENGERTIAN

Spektroskopi inframerah merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah panjang gelombang 0,75 – 1,00 µm atau pada bilangan gelombang 13.000 – 10 cm-1.

Metode spektroskopi inframerah merupakan suatu metode yang meliputi tekhnik serapan (absorption), tekhnik emisi (emission), tekhnik fluoresensi (fluorescence). Komponen medan listrik yang banyak berperan dalam spektroskopi umumnya hanya komponen medan listrik seperti dalam fenomena transmisi, pementulan, pembiasan, dan penyerapan.

Penemuan inframerah pertama ditemukan pertama kali oleh WilliamHerschel pada tahun 1800. Penelitian selanjutnya diteruskan oleh Young, Beer, Lambert, dan Julius melakukan berbagai penelitian dengan menggunakan spektroskopi inframerah. Pada tahun 1892 Julius menemukan dan membuktikan adanya hubungan antara struktur molekul degan inframerah, dengan ditemukannya gugus metil dalam suatu molekul akan memberikan serapan karakteristik yang tidak dipengaruhi oleh susunan molekulnya.

Penyerapan gelombang elektromagnetik dapat menyebabkan terjadinya eksitasi tingkat-tingkat energi dalam molekul. Dapat berupa eksitasi elektronik, vibrasi, atau rotasi

Contoh aplikasi sederhana untuk far infra red adalah terdapat pada alat – alat kesehatan. Sedangkan untuk mid infra red ada pada alat ini untuk sensor alarm biasa, sedangkan near infra red digunakan untuk pencitraan pandangan malam seperti pada nightscoop. Penggunaan infra merah sebagai media transmisi data mulai diaplikasikan pada berbagai perlatan seperti televisi, handphone sampai pada transfer data pada PC. Media infra merah ini dapat digunakan baik untuk kontrol aplikasi lain maupun transmisi data.

Karakteristik

tidak dapat dilihat oleh manusia
tidak dapat menembus materi yang tidak tembus pandang
dapat ditimbulkan oleh komponen yang menghasilkan panas
Panjang gelombang pada inframerah memiliki hubungan yang berlawanan atau berbanding terbalik dengan suhu. Ketika suhu mengalami kenaikan, maka panjang gelombang mengalami penurunan.

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 :

Gerak Translasi, yaitu perpindahan dari satu titik ke titik lain.
Gerak Rotasi, yaitu berputar pada porosnya, dan
Gerak Vibrasi, yaitu bergetar pada tempatnya.

Bila ikatan bergetar, maka energi vibrasi secara terus menerus dan secara periodik 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 dengan persamaan Max Plank :

sehingga :

dimana :

E = Energi, Joule
h = Tetapan Plank ; 6,6262 x 10^-34 J.s
c = Kecepatan cahaya ; 3,0 x 10¹⁰ cm/detik
n = 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 ( µm ). 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 :

2. JENIS – JENIS SPEKTROSKOPI INFRAMERAH

Berdasarkan pembagian daerah panjang geloma=bang, sinar inframerah dibagi atas tiga daerah, yaitu:

§ Inframerah jarak dekat dengan panjang gelombang 0.75 – 1.5 µm

§ Inframerah jarak menengah dengan panjang gelombang 1.50 – 10 µm

§ Inframerah jarak jauh dengan panjang gelombang 10 – 100 µm

3. ALAT YANG DIGUNAKAN

Dalam metode spektroskopi inframerah ini alat yang digunakan disebut dengan “ Spektrofotometer Inframerah “

Dimana alat spektrofotometer inframerah ini terdiri dari

1. cahaya inframerah

2. monokromator

3. detector

4. CARA PENGGUNAAN

CARA KERJA ALAT SPEKTROFOTOMETER FTIR

Sistim optik Spektrofotometer FTIR seperti pada gambar dibawah ini dilengkapi dengan cermin yang bergerak tegak lurus dan cermin yang diam. Dengan demikian radiasi infra merah akan menimbulkan perbedaan jarak yang ditempuh menuju cermin yang bergerak ( M ) dan jarak cermin yang diam ( F ). Perbedaan jarak tempuh radiasi tersebut adalah 2 yang selanjutnya disebut sebagai retardasi ( δ ). Hubungan antara intensitas radiasi IR yang diterima detektor terhadap retardasi disebut sebagai interferogram. Sedangkan sistim optik dari Spektrofotometer IR yang didasarkan atas bekerjanya interferometer disebut sebagai 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.

Gambar alat :

5.MANFAAT DARI SPEKTROSKOPI INFRAMERAH

Kegunaan Inframerah dalam kehidupan:

Ø Kesehatan

§ Mengaktifkan molekul air dalam tubuh. Hal ini disebabkan karena inframerah mempunyai getaran yang sama dengan molekul air. Sehingga, ketika molekul tersebut pecah maka akan terbentuk molekul tunggalyang dapat meningkatkan cairan tubuh.

§ Meningkatkan sirkulasi mikro. Bergetarnya molekul air dan pengaruh inframerah akan menghasilkan panas yang menyebabkan pembuluh kapiler membesar, dan meningkatkan temperatur kulit, memperbaiki sirkulasi darah dan mengurani tekanan jantung.

§ Meningkatkan metabolisme tubuh. jika sirkulasi mikro dalam tubuh meningkat, racun dapat dibuang dari tubuh kita melalui metabolisme. Hal ini dapat mengurangi beban liver dan ginjal.

§ Mengembangkan Ph dalam tubuh. Sinar inframerah dapat membersihkan darah, memperbaiki tekstur kulit dan mencegah rematik karena asam urat yang tinggi.

§ Inframerah jarak jauh banyak digunakan pada alat-alat kesehatan. Pancaran panas yang berupa pancaran sinar inframerah dari organ-organ tubuh dapat dijadikan sebagai informasi kondisi kesehatan organ tersebut. Hal ini sangat bermanfaat bagi dokter dalam diagnosiskondisi pasien sehingga ia dapat membuat keputusan tindakan yang sesuai dengan kondisi pasien tersebut. Selain itu, pancaran panas dalam intensitas tertentu dipercaya dapat digunakan untuk proses penyembuhan penyakit seperti cacar. Contoh penggunaan inframerah yang menjadi trend saat ini adalah adanya gelang kesehatan Bio Fir. Dengan memanfaatkan inframerah jarak jauh, gelang tersebut dapat berperang dalam pembersihan dalam tubuh dan pembasmian kuman atau bakteri.

Ø Bidang komunikasi

§ Adanya sistem sensor infra merah. Sistem sensor ini pada dasarnya menggunakan inframerah sebagai media komunikasi yang menghubungkan antara dua perangkat. Penerapan sistem sensor infra ini sangat bermanfaat sebagai pengendali jarak jauh, alarmkeamanan, dan otomatisasi pada sistem. Adapun pemancar pada sistem ini terdiri atas sebuah LED (Lightemitting Diode)infra merah yang telah dilengkapi dengan rangkaian yang mampu membangkitkan data untuk dikirimkan melalui sinar inframerah, sedangkan pada bagian penerima biasanya terdapat foto transistor, fotodioda, atau modulasi]] infra merah yang berfungsi untuk menerima sinar inframerah yang dikirimkan oleh pemancar.

§ Adanya kamera tembus pandang yang memanfaatkan sinar inframerah. Sinar inframerah memang tidak dapat ditangkap oleh mata telanjang manusia, namun sinar inframerah tersebut dapat ditangkap oleh kamera digital atau video handycam. Dengan adanya suatuteknologi yang berupa filter iR PF yang berfungi sebagai penerus cahaya infra merah, maka kemampuan kamera atau video tersebut menjadi meningkat. Teknologi ini juga telah diaplikasikan ke kamera handphone

§ Untuk pencitraan pandangan seperti nightscoop

§ Inframerah digunakan untuk komunikasi jarak dekat, seperti pada remote TV. Gelombang inframerah itu mudah untuk dibuat, harganya relatif murah, tidak dapat menembus tembok atau benda gelap, serta memiliki fluktuasi daya tinggi dan dapat diinterfensi oleh cahaya matahari.

§ Sebagai alat komunikasi pengontrol jarak jauh. Inframerah dapat bekerja dengan jarak yang tidak terlalu jauh (kurang lebih 10 meter dan tidak ada penghalang)

§ Sebagai salah satu standardisasi komunikasi tanpa kabel. Jadi, inframerah dapat dikatakan sebagai salah satu konektivitas yang berupa perangkat nirkabel yang digunakan untuk mengubungkan atau transfer data dari suatu perangkat ke parangkat lain. Penggunaan inframerah yang seperti ini dapat kita lihat pada handphone dan laptop yang memiliki aplikasi inframerah. Ketika kita ingin mengirim file ke handphone, maka bagian infra harus dihadapkan dengan modul infra merah pada PC. Selama proses pengiriman berlangsung, tidak boleh ada benda lain yang menghalangi. Fungsi inframerah pada handphone dan laptop dijalankan melalui teknologi IrDA (Infra red Data Acquition). IrDA dibentuk dengan tujuan untuk mengembangkan sistem komunikasi via inframerah.

Ø Bidang keruangan

Inframerah yang dipancarakan dalam bentuk sinar infra merah terhadap suatu objek, dapat menghasilkan foto infra merah. Foto inframerahyang bekerja berdasarkan pancaran panas suatu objek dapat digunakan untuk membuat lukisan panas dari suatu daerah atau objek. Hasil lukisan panas dapat menggambarkan daerah mana yang panas dan tidak. Suatu lukisan panas dari suatu gedung dapat digunakan untuk mengetahui dari zona bagian mana dari gedung itu yang menghasilkan panas berlebihann sehingga dapat dilakukan perbaikan-perbaikan yang diperlukan.

Ø Bidang Industri

§ Lampu inframerah. Merupakan lampu pijar yang kawat pijarnya bersuhu di atas ±2500°K. hal ini menyebabkan sinar infra merah yang dipancarkannya menjadi lebih banyak daripada lampu pijar bisa. Lampu infra merah ini biasanya digunakan untuk melakukan proses pemanasan di bidang industri.

Pemanasan inframerah. Merupakan suatu kondisi ketika energi inframerah menyerang sebuah objek dengan kekuatan energi elektromagnetik yang dipancarkan di atas -273 °C (0°K dalam suhu mutlak). Pemanasan inframerah banyak digunakan pada alat-alat seperti, pemanggang danbola lampu (90% panas – 10% cahaya)

Ø Kedokteran

NIRS umum dipakai dalam diagnostik medis, terutama dalam pengukuran kadar oksigen darah, atau juga kadar gula darah. Meskipun bukan tekhnik yang sangat sensitif, NIRS “tidak menakutkan” pasien/subjek karena tidak memerlukan pengambilan sampel (non-invansif) dan dilakukan langsung dengan menempelkan sensor di permukaan kulit.

Tekhnik ini juga dipakai dalam pengukuran dinamika perubahan senyawa tertentu dalam suatu organ, misalnya perubahan kadar hemoglobin disuatu bagian otak akibat aktivitas saraf tertentu. Dalam penggunaan fisiologis semacam ini, NIRS dapat dikombinasi dengan tekhnik lain, seperti T-scan.

Ø Penginderaan jauh

Pencitraan (imaging) NIRS yang diletakkan pada pesawat terbang/balon udara atau satelit digunakan untuk menganalisis kandungan kimia tanah atau hamparan vegetasi penutup permukaan tanah. Ini adalah aplikasi di bidang tata ruang, kehutanan, serta geografi.

Ø Ilmu Pangan dan Kimia Pertanian

Spektroskopi menggunakan NIRS dalam bidang ini disukai karena tidak memerlukan persiapan sampel yang rumit. Selain itu, seringkali sampel bisa digunakan lagi untuk keperluan lain: misalnya, benih bisa langsung ditanam setelah diukur kandungan asam lemaknya. Instrumentasi NIRS yang berkembang pesat dengan penggunaan komputer membuat alat ini populer.

Walaupun demikian, kalibrasi NIRS sangat kritis dalam bidang ini mengingat bahan sampel mengandung campuran berbagai macam zat. Proses adjusment dalam analisis untuk menghasilkan informasi dapat memberikan nilai-nilai yang kuarng akurat.

7. KELEBIHAN DAN KEKURANGAN

Kelebihan dan kekurangan spektrskopi inframerah adalah dalam pengiriman data .

Kelebihan inframerah dalam pengiriman data

Pengiriman data dengan infra merah dapat dilakukan kapan saja, karena pengiriman dengan inframerah tidak membutuhkan sinyal.
Pengiriman data dengan infra merah dapat dikatakan mudah karena termasuk alat yang sederhana.
Pengiriman data dari ponsel tidak memakan biaya (gratis)

Kelemahan inframerah dalam pengiriman data

Pada pengiriman data dengan inframerah, kedua lubang infra merah harus berhadapan satu sama lain. Hal ini agak menyulitkan kita dalam mentransfer data karena caranya yang merepotkan.
Inframerah sangat berbahaya bagi mata, sehingga jangan sekalipun sorotan infra merah mengenai mata
Pengiriman data dengan inframerah dapat dikatakan lebih lambat dibandingkan dengan rekannya Bluetooth.