Analisis Fisikokimia
Spektroskopi Inframerah
Infrared (IR) Spectroscopy
Harrizul Rivai
HP. 081363049858
Email: harrizul@yahoo.co.id
Bahan kuliah tersedia di:
• http://redpoll.pharmacy.ualberta.ca
• http://www.pharmacy.ualberta.ca/pharm325/
Spektrum Elektromagnetik
Spektrum Elektromagnetik
106
106
109
1012
Radio
500
109
Microwave
200
1012
Infrared
1
Visible
10-3
1015
Ultraviolet
l (nm)
1018
X-ray
1021
Cosmic
Hz
Jenis-jenis Inframerah
(Infrared)
• Near Infrared (Inframerah Dekat)
– Panjang gelombang 1-3 mm
– digunakan dalam analisis partikel
• Middle Infrared (Inframerah Tengah)
– Panjang gelombang 3-50 mm
– digunakan terutama dalam karakterisasi senyawa
organik
• Far Infrared (Inframerah Jauh)
– Panjang gelombang 50-1000 m m
– tidak digunakan dalam analisis kimia
Penggunaan IR dalam
kehidupan sehari-hari
Thermal Imaging (Thermography)
Penggunaan IR dalam
kehidupan sehari-hari
Night Vision Goggles
Spektroskopi Inframerah
aspirin
Prinsip-prinsip Spektroskopi IR
• Spektroskopi IR mengukur energi panas atau energi
termal dalam suatu molekul
• Spektroskopi IR mengukur absorpsi cahaya yang
disebabkan oleh vibrasi regangan atau tekukan ikatan
dalam molekul.
• Energi IR bersesuaian dengan energi regangan ikatan
dalam molekul
• Jenis ikatan yang berbeda menyerap pada energi
(frekuensi) sinar IR yang berbeda
Prinsip-prinsip
Spektroskopi IR
hn
Energi Rendah
Energi Tinggi
Vibrasi molekuler
•
•
•
Posisi relatif suatu atom dengan atom lainnya dalam suatu
molekul selalu berubah-ubah akibat dari gerakan vibrasi.
Untuk molekul dwi-atom atau tri-atom, vibrasi berhubungan
dengan energi absorbsi, namun tuk poliatom, vibrasi tidak
mudah diperkirakan karena banyaknya pusat vibrasi yang
berinteraksi.
Vibrasi molekul ada 2:
1. Vibrasi ulur (stretching)
2. Vibrasi Tekuk (bending vibrations)  scisoring (vibrasi
gunting), rocking (vibrasi goyang), wagging (vibrasi
kibasan) dan twisting (vibrasi pelintir).
Vibrasi ulur (Stretching Vibration)
Simetri
(~ 2853 cm-1)
Tak Simetri
(~ 2926 cm-1)
Pada vibrasi ini terjadi perubahan terus menerus dari jarak
antara 2 atom di dalam suatu molekul (konstanta vibrasi
antara dua atom sepanjang sumbu ikatan).
Contoh : -CH3, -CH2-, -NO2, -NH2, dan anhidrida.
Vibrasi Tekuk (bending vibration)
•
Terjadi perubahan sudut antara dua ikatan
kimia. Ada 2 jenis vibrasi tekuk :
a. Tekuk dalam bidang (in-plane bending) 
scissoring (gunting) dan rocking (goyang)
b. Tekuk keluar bidang (out-of-plane
bending)  wagging (kibasan) dan
twisting (pelintir)
• Keempat vibrasi tersebut hanya mungkin bagi
molekul yang memiliki lebih dari dua atom.
(~ 720 cm-1)
(~ 1450 cm-1)
(~ 1250 cm-1)
(~ 1250 cm-1)
Jenis-jenis Vibrasi Molekular
Symmetric Stretch
Asymmetric Stretch
Wagging
Jenis-jenis Vibrasi Molekular
Rocking
Twisting
Scissoring
Simetric
stretching
Asimetric
stretching
Scissoring
Wagging
Rocking
Twisting
Vibrasi Khas IR
UV vs. IR
• IR has narrower peaks relative to UV
• IR yields more information than UV
• IR allows you to collect data on solids,
liquids and gases
• UV is more quantitative than IR
• UV spectra are easier/faster to collect
• UV samples are easier to prepare
• UV spectrometers are cheaper
Absorbance
IR vs. UV
230
240
250
260
270
280
290
A Modern FTIR instrument
FT = Fourier Transfrom
FTIR Schematic
50% beamsplitter
path “b”
fixed mirror
moving mirror
path “a”
a
b
x
j- stop
detector
sample
source
IR Sample Preparation
• Most flexible system for analyzing all
3 states of matter (solid, liquid, gas)
• “Neat” (analysis of liquids/oils)
• Pellet (analysis of solids)
• Thin Cell (analysis of dissolved solid
samples - solutions)
• Long Cell (analysis of gases)
Preparing a “Neat” IR
Sample
Preparing a KBr Disk
Apparatus for KBr Disk
Pressed Disk Preparation
• Use powdered, dry KBr, KI, CsI
• Mix reagent with KBr in 1:10 ratio
• Grind material to 2 m diameter using
agate mortar or vibrating ball mill
(Wig-L-Bug amalgamator)
• Place into die and press to 30 tons/in2
using hand press or wrench + nut
• Remove carefully, handle with gloves
IR Liquid Sample Cell
IR Gas Sample “Cell”
Analyzing IR Spectra
• Look for C=O peak (1820-1660 cm-1)
• If C=O check for OH (3400-2400 cm-1)
– indicates carboxylic acid
• If C=O check for NH (3500 cm-1)
– indicates amide
• If C=O check for C-O (1300-1000 cm-1)
– indicates ester
• If no OH, NH or C-O then ketone
Analyzing IR Spectra
• If no C=O check for OH (3600-3300 cm-1)
– indicates alcohol
• If no C=O check for NH (3500 cm-1)
– indicates amine
• If no C=O & no OH check C-O (1300 cm-1)
– indicates ether
• Look for C=C (1650-1450 cm-1) then
aromatic
IR Characteristic Vibrations
Sample IR Spectrum #1
A - CO-OH stretch (3000)
B - CH stretch (2800)
C - C=O ester (1757)
D - C=O carboxy (1690)
E - C=C aromatic (1608)
F - C=C aromatic (1460)
Sample IR Spectrum #2
C
B
O
C CH3
A
Acetophenone
A) C=O (1730)
B) C=C aromatic (1590)
C) C-H aromatic (3050)
Applications
• Qualitative “fingerprint” check for
identification of drugs
• Used for screening compounds and
rapid identification of C=O groups
• Can be used to characterize samples
in solid states (creams and tablets)
• Can detect different crystal isoforms
(polymorphs)
• Water content measurement
Applications
• Analysis of urine and other biofluids
(urea, creatinine, protein)
Applications
• Used in non-invasive measurement
of glucose
Applications of Near IR
(NIR)
• Quality control of pharmaceutical
formulations
• Determination of particle size
• Determination of blend uniformity
• Determination or identification of
polymorphic drugs