Spektroskopi inframerah

Sejarah Spektroskopi Infra merah

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

Spektroskopi adalah ilmu yang mempelajari interaksi antara materi dengan gelombang elektromagnetik. Metode spektroskopi adalah metode analisis yang didasarkan pada interaksi antara radiasi elektromagnetik dengan materi  interaksi yang terjadi adalah interaksi atomik ataupun interaksi molekuler. Metode spektrofotometri meliputi teknik serapan ( absorption ), teknik emisi ( emission ), teknik fluoresensi ( fluorescence ). Komponen medan listrik yang banyak berperan dalam spektrofotometri umumnya hanya komponen medan listrik yang banyak berperan seperti dalam fenomena transmisi,  pemantulan, pembiasan, dan penyerapan.

Spektroskopi IR mempunyai panjang gelombang 800nm-100nm. Dengan interaksi yang terjadi adalah interaksi Ikatan. Perbedaan spektoskopi IR dengan spektroskopi yang lain adalah dilihat dari jenis spektroskopi,panjang gelombang, dan interksi yang terjadi. Dibawah ini ditunjukkan perbedaan antara spektroskopi IR dengan yang lainnya

Jenis	Panjang gelombang	Interaksi
Gamma	< 10 nm	Emisi Inti
sinar-X	< 10 nm	Ionisasi Atomik
UV	10-380 nm	Transisi Elektronik
Vis	380-800nm	Transisi Elektronik
IR	800nm-100mm	Interaksi Ikatan
Radio	1 meter	Serapan Inti

Penyerapan gelombang elektromaknetik dapat menyebabkan terjadinya eksitasi tingkat-tingkat energi dalam molekul. Dapat berupa eksitasi elektronik, vibrasi, atau rotasi. E = h.n = h.C / l = h.C / n E = energi yang diserap h = tetapan Planck = 6,626 x 10-34 Joule.det  = frekuensi

      C = kecepatan cahaya = 2,998 x 108 m/det

 = panjang gelombang n_ = bilangan gelombang JENIS VIBRASI MOLEKUL • VIBRASI ULUR (STRECHING VIBRATION) • VIBRASI TEKUK (BENDING VIBRATIONS) , dibagi menjadi 1. Scissoring 2. Rocking 3. Wagging 4. Twisting

Symmetrical stretching	Antisymmetrical stretching	Scissoring	Rocking	Wagging	Twisting

Jumlah jenis vibrasi normal • diperlukan 3 koordinat untuk menentukan satu posisi dalam ruang • untuk N titik (atau N atom) dihasilkan 3N derajat kebebasan • pergerakan molekul melibatkan : translasi, rotasi, vibrasi Vibrasi untuk Molekul tak linier • perlu 3 derajat kebebasan untuk translasi • perlu 3 derajat kebebasan untuk rotasi • jadi tersisa (3N – 6) kemungkinan jenis vibrasi

Vibrasi untuk Molekul linier • perlu 3 derajat kebebasan untuk translasi • perlu 2 derajat kebebasan untuk rotasi (rotasi pada sumbu ikatan tak mungkin) • jadi tersisa (3N – 5) kemungkinan jenis vibrasi Contoh : Tentukan vibrasi untuk molekul CO2 Jawab karena CO2 termasuk molekul linier maka vibrasi molekul CO2 adalah 3 (3)- 5 = 4 vibrasi

Wavenumbers listed in cm^-1. A diagram of IR spectroscopy apparatus. Drawn by me.

Izin diberikan untuk menyalin, mendistribusikan dan/atau memodikasi berkas ini di bawah ketentuan Lisensi Dokumentasi Bebas GNU, Versi 1.2 atau versi terkini yang diterbitkan oleh Free Software Foundation; tanpa Bagian Invarian, tanpa Teks Sampul Depan, dan tanpa Teks Sampul Belakang. Penggunaan ini mematuhi penyangkalan.

Jika berkas ini memenuhi syarat untuk pindah lisensi, maka berkas ini juga dapat digunakan di bawah lisensi Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0.
Status pindah lisensi atas gambar ini belum melalui peninjauan. Anda dapat membantu kami.

Templat ini akan dikategorikan dalam Berkas yang menjadi kandidat migrasi lisensi Wikipedia. university of sargodha,sargodha, pakistan

Templat:ShouldBeSVG

Penggunaan dan aplikasi

Spektroskopi infra merah biasanya digunakan untuk penelitian dan industri yang sederhana dengan teknik yang sederhana dan untuk mengontrol kualitas Alat instrumennya cukup kecil dan mudah dibawa keman-mana dan kapanpun dapat digunakan.Dengan meningkatnya teknologi komputer memberikan hasil lebih lebih baik. Infrared spectroscopy has been highly successful for applications in both organic and inorganic chemistry. Infrared spectroscopy has also been successfully utilized in the field of semiconductor microelectronics^[1]: for example, infrared spectroscopy can be applied to semiconductors like silicon, gallium arsenide, gallium nitride, zinc selenide, amorphous silicon, silicon nitride, etc.

Efek isotop

Isotop yang berbeda memberikan bilangan gelombang yang berbeda pada spektroskopi inframerah.Seperti contoh frekuensi regangan O-O memberikan nilai 832 dan 788 cm ^-1 for ν(¹⁶O-¹⁶O) and ν(¹⁸O-¹⁸O) By considering the O-O as a spring, the wavelength of absorbance, ν can be calculated:

\nu ={\frac {1}{2\pi }}{\sqrt {\frac {k}{\mu }}}

dimana k nilai konstan untuk ikatan, dan μ massa tereduksi untuk sistem A-B

\mu ={\frac {m_{A}m_{B}}{m_{A}+m_{B}}}

( $m_{i}$ massa dari atom $i$ ).

Massa reduksi untuk ¹⁶O-¹⁶O dan ¹⁸O-¹⁸O dapat diperkirakan antara 8 dan 9. Sehingga

{\frac {\nu _{^{16}O}}{\nu _{^{18}O}}}={\sqrt {\frac {9}{8}}}\approx {\frac {832}{788}}.

Fourier transform infrared spectroscopy

Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy is a measurement technique for collecting infrared spectra. Instead of recording the amount of energy absorbed when the frequency of the infra-red light is varied (monochromator), the IR light is guided through an interferometer. After passing through the sample, the measured signal is the interferogram. Performing a mathematical Fourier transform on this signal results in a spectrum identical to that from conventional (dispersive) infrared spectroscopy.

FTIR spectrometers are cheaper than conventional spectrometers because building of interferometers is easier than the fabrication of a monochromator. In addition, measurement of a single spectrum is faster for the FTIR technique because the information at all frequencies is collected simultaneously. This allows multiple samples to be collected and averaged together resulting in an improvement in sensitivity. Because of its various advantages, virtually all modern infrared spectrometers are FTIR instruments.

Two-dimensional infrared spectroscopy

Two-dimensional infrared correlation spectroscopy analysis is the application of 2D correlation analysis on infrared spectra. By extending the spectral information of a perturbed sample, spectral analysis is simplified and resolution is enhanced. The 2D synchronous and 2D asynchronous spectra represent a graphical overview of the spectral changes due to a perturbation (such as a changing concentration or changing temperature) as well as the relationship between the spectral changes at two different wavenumbers.

Pulse Sequence used to obtain a two-dimensional Fourier transform infrared spectrum. The time period

\tau _{1}

is usually referred to as the coherence time and the second time period

\tau _{2}

is known as the waiting time. The excitation frequency is obtained by Fourier transforming along the

\tau _{1}

axis.

Nonlinear two-dimensional infrared spectroscopy^[2]^[3] is the infrared version of correlation spectroscopy. Nonlinear two-dimensional infrared spectroscopy is a technique that has become available with the development of femtosecond infrared laser pulses. In this experiment first a set of pump pulses are applied to the sample. This is followed by a waiting time, where the system is allowed to relax. The waiting time typically lasts from zero to several picoseconds and the duration can be controlled with a resolution of tens of femtoseconds. A probe pulse is then applied resulting in the emission of a signal from the sample. The nonlinear two-dimensional infrared spectrum is a two-dimensional correlation plot of the frequency $\omega _{1}$ that was excited by the initial pump pulses and the frequency $\omega _{3}$ excited by the probe pulse after the waiting time. This allows the observation of coupling between different vibrational modes. Because of its extremely high time resolution it can be used to monitor molecular dynamics on a picosecond timescale. It is still a largely unexplored technique and is becoming increasingly popular for fundamental research.

Like in two-dimensional nuclear magnetic resonance (2DNMR) spectroscopy this technique spreads the spectrum in two dimensions and allow for the observation of cross peaks that contain information on the coupling between different modes. In contrast to 2DNMR nonlinear two-dimensional infrared spectroscopy also involve the excitation to overtones. These excitations result in excited state absorption peaks located below the diagonal and cross peaks. In 2DNMR two distinct techniques, COSY and NOESY, are frequently used. The cross peaks in the first are related to the scalar coupling, while in the later they are related to the spin transfer between different nuclei. In nonlinear two-dimensional infrared spectroscopy analogs have been drawn to these 2DNMR techniques. Nonlinear two-dimensional infrared spectroscopy with zero waiting time corresponds to COSY and nonlinear two-dimensional infrared spectroscopy with finite waiting time allowing vibrational population transfer corresponds to NOESY. The COSY variant of nonlinear two-dimensional infrared spectroscopy has been used for determination of the secondary structure content proteins.^[4]

Persiapan Sampel

Ada berbagai tehnik untuk untuk persiapan sampel, bergantung pada bentuk fisik sampel yang akan dianalisis. A. Padat Jika zat yang akan dianalisis

References

^ Lau, W.S. (1999). Infrared characterization for microelectronics. World Scientific.
^ P. Hamm, M. H. Lim, R. M. Hochstrasser (1998). "Structure of the amide I band of peptides measured by femtosecond nonlinear-infrared spectroscopy". J. Phys. Chem. B. 102: 6123. doi:10.1021/jp9813286.
^ S. Mukamel (2000). "Multidimensional Fentosecond Correlation Spectroscopies of Electronic and Vibrational Excitations". Annual Review of Physics and Chemistry. 51: 691. doi:10.1146/annurev.physchem.51.1.691.
^ N. Demirdöven, C. M. Cheatum, H. S. Chung, M. Khalil, J. Knoester, A. Tokmakoff (2004). "Two-dimensional infrared spectroscopy of antiparallel beta-sheet secondary structure". Journal of the American Chemical Society. 126: 7981. doi:10.1021/ja049811j.

External links

A useful gif animation of different vibrational modes: here
Infrared spectroscopy for organic chemists
Organic compounds spectrum database

Templat:BranchesofSpectroscopy

[1] Lau, W.S. (1999). Infrared characterization for microelectronics. World Scientific.

[2] P. Hamm, M. H. Lim, R. M. Hochstrasser (1998). "Structure of the amide I band of peptides measured by femtosecond nonlinear-infrared spectroscopy". J. Phys. Chem. B. 102: 6123. doi:10.1021/jp9813286.

[3] S. Mukamel (2000). "Multidimensional Fentosecond Correlation Spectroscopies of Electronic and Vibrational Excitations". Annual Review of Physics and Chemistry. 51: 691. doi:10.1146/annurev.physchem.51.1.691.

[4] N. Demirdöven, C. M. Cheatum, H. S. Chung, M. Khalil, J. Knoester, A. Tokmakoff (2004). "Two-dimensional infrared spectroscopy of antiparallel beta-sheet secondary structure". Journal of the American Chemical Society. 126: 7981. doi:10.1021/ja049811j.

[1]

[2]

[3]

[4]