analisis spektro IR pada sampel farmasi.pptx

prinsip spektro IR

1. Fakultas Farmasi UNEJ 1

2. adalah studi tentang interaksi materi sampel dengan radiasi elektromagnetik Radiasi elektromagnetik menampilkan sifat- sifat dari partikel dan gelombang Komponen partikel disebut foton Energi (E) komponen sebuah foton sebanding dengan frekuensi; dimana h adalah konstanta Planck dan  adalah frekuensi dalam satuan Hertz (siklus per detik) E = h  Fakultas Farmasi UNEJ 2

3. Panjang gelombang (  ) Jarak dua puncak gelombang. Frekuensi (  ) Jumlah siklus per detik (satuan: Hertz). panjang gelombang (  )   c   = frekuensi dalam Hz c = kec. cahaya (3 x 10 10 cm/det)  = panjang gelombang (cm) Fakultas Farmasi UNEJ 3

4. Seluruh spektrum elektromagnetik yang digunakan oleh kimiawan: ~10 -6 V i s i ble ~10 5 100 m Frequency ,  in Hz ~10 19 ~10 17 ~10 15 ~10 13 ~10 10 Wavelength ,  ~.0001 nm ~0.01 nm 10 nm 1000 nm 0.01 cm Energy (kcal/mol) > 300 300-30 300-30 ~10 -4 cryst.)  -rays X-rays UV IR Microwave Radio nuclear e x citation (PET) core electron e x citation (X-ray electronic excitation (  to  *) molecular vibration molecular rotation Nuclear Magnetic Resonance NMR (MRI) Fakultas Farmasi UNEJ 4

5. panjang gelombang diukur sebagai “bilangan gelombang” bilangan gelombang = 1 / panjang gelombang (dalam centimeter) Daerah sinar infra merah dibagi mejadi tiga seksi : near , mid and far infra red ; Fakultas Farmasi UNEJ 5

6. Ranges Far Infrared Middle Infrared Near Infrared W a ve l e ngth range 50-1000µm 50000-10jtnm 2.5-50µm 2500-50000nm 0.8-2.5µm 800-2500nm Wavelength number 200-10cm -1 4000-200cm -1 12500-4000 cm -1 Energy range 0.025- 0.0012eV 0.5-0.025eV 1.55-0.5eV T h e most us e ful I.R . regio n lies betwe e n 40 F a ku l t – a s F a 6 r m 7 as i U N E c J m - 1 . 6

7. PROSES SPEKTROSKOPI INFRA MERAH Fakultas Farmasi UNEJ 7

8. Tingkat energi kuantum mekanik yang diamati pada spektroskopi IR adalah dari getaran molekul ( molecular vibration) Vibrasi ini dianggap sebagai panas Untuk molekul diatomik sederhana, model ini mudah divisualisasikan: Fakultas Farmasi UNEJ 8

9. Ada dua jenis vibrasi yaitu: Vibrasi ulur (Stretching Vibration), yaitu vibrasi yang mengakibatkan perubahan panjang ikatan suatu ikatan Vibrasi tekuk (Bending Vibrations), yaitu vibrasi yang mengakibatkan perubahan sudut ikatan antara dua ikatan Fakultas Farmasi UNEJ 9

10. Vibrasi tekuk itu sendiri dibagi lagi menjadi empat: Vibrasi Goyangan (Rocking), unit struktur bergerak mengayun asimetri tetapi masih dalam bidang datar. Vibrasi Guntingan (Scissoring), unit struktur bergerak mengayun simetri dan masih dalam bidang datar. Vibrasi Kibasan (Wagging), unit struktur bergerak mengibas keluar dari bidang datar Vibrasi Pelintiran (Twisting), unit struktur berputar mengelilingi ikatan yang menghubungkan dengan molekul induk Fakultas Farmasi UNEJ 10

11. Symmetrical stretching A nt i sym m etr i cal stretching Sci sso r i n g Roc k i n g Wag g i n g T w i s t i ng Fakultas Farmasi UNEJ 11

12. Bila ikatan kovalen berosilasi - karena osilasi terjadi antar dua kutub dalam molekul – maka dihasilkan medan elektromagnetik yang bervariasi Semakin besar perubahan momen dipol melalui getaran, semakin intens pula medan EM yang dihasilkan Fakultas Farmasi UNEJ 12

13. EM oscillating wave from bond vibration Pasangan gelombang tersebut sekarang bergetar dengan dua kali amplitudo semula Bila gelombang cahaya inframerah bertemu dengan medan osilasi EM pada frekuensi yang sama, kedua gelombang berpasangan, dan menyerap cahaya inframerah IR beam from spectrometer “coupled” wave Fakultas Farmasi UNEJ 13

14. Conventional method(dispersive instrument) Fakultas Farmasi UNEJ 14

15. 15

16. Fakultas Farmasi UNEJ 16

17. Sinar radiasi IR sebelum menembus sampel dan reference displit sinar terbagi menjadi dua arus(menuju sampel dan menuju larutan baku pembanding) kedua berkas sinar masuk ke chopper sehingga keluar output sinar diteruskan ke monokromator (Sinar masuk melalui celah masuk/entrance pada monokromator yg Didalamnya terdapat gratting dan sinar difokuskan oleh gratting) sinar keluar melalui celah keluar atau extrance slit dan masuk ke alat scan frekuensi baru diteruskan ke detector (detector mengubah sinar menjadi sinyal elektrik dan diperkuat oleh amplifier) sinyal tersebut diinterpretasikan dalam bentuk spektrum infra merah dengan bantuan perangkat lunak dalam komputer Fakultas Farmasi UNEJ 17

18. Semua frekuensi yang diperlukan melalui instrument sekaligus Menggunakan interferometer contohnya Michelson Interferometer Teknik cepat Fakultas Farmasi UNEJ 18

19. FTIR menggunakan suatu monokromator yang berbeda dengan monokromator pada spektrofotometer dispersive. Monokromator yang digunakan adalah monokromator Michelson Interferometer. Pada sistem optik ini terdapat 2 cermin yaitu cermin yang bergerak tegak lurus (M) dan cermin 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 Transfo r m Infr a R e d . Fakultas Farmasi UNEJ 19

20. Fakultas Farmasi UNEJ 20

21. Fakultas Farmasi UNEJ 21

22. Kecepatan : semua frekuensi diukur secara simultan, shg pengukuran oleh FTIR dilakukan dalam hitungan detik Sensitifitas : Detektor bekerja jauh lebih sensitif Mekanikal yang sederhana Kalibrasi internal : Instrumen ini menggunakan laser HeNe sebagai panjang gelombang internal kalibrasi standar. Instrumen ini mengkalibrasi otomatis dan tidak membutuhkan kalibrasi dari user. Fakultas Farmasi UNEJ 22

23. sumber radiasi IR dipancarkan oleh padatan lembam yang dipanaskan sampai pijar dengan aliran listrik Ada 3 macam sumber radiasi yaitu : Nernst Glower merupakan campuran oksida dari zirkon (Zr), dan yitrium (Y) yaitu ZrO 2 dan Y 2 O 3 , atau campuran oksida thorium (Th) dan serium (Ce). Nernst Glower berupa silinder dg diameter 1 - 2 mm dan panjang 20 mm. pada ujung silinder dilapisi platina untuk melewatkan arus listrik. Nernst Glower mempunyai radiasi maksimum -1 pada λ 1,4 µm atau bilangan gelombang 7100 cm Globar merupakan sebatang silicon karbida (SiC) biasanya dengan diameter 5 mm dan panjang 50 mm. radiasi maksimum Globar terjadi pada panjang gelombang 1,8-2,0 µm Kawat Nikhrom merupakan campuran nikel (Ni) dan Krom (Cr), mempunyai radiasi lebih rendah dari Nernst Glower dan Globar Fakultas Farmasi UNEJ 23

24. Pada sistim optik FTIR digunakan radiasi LASER ( Light Amplification by Stimulated Emmission o f Radiatio n ) yan g berf ungsi sebagai radiasi yang diinterferensikan dengan radiasi infra merah agar sinyal radiasi infra merah yang diterima oleh detektor secara utuh dan lebih baik. Fakultas Farmasi UNEJ 24

25. sampel yang dianalisis dapat berupa cairan, padatan atau gas. Karena energi vibrasi tidak terlalu besar sampel dapat diletakan langsung berhadapan dengan sumber radiasi IR. Karena gelas kuarsa atau mortar yang terbuat dari porselene dapat memberikan kontaminasi yang menyerap radiasi IR, maka pemakaian alat tersebut harus dihindari. Preparasi sampel harus menggunakan mortar yang terbuat dari batu agate dan pengempaan dilakukan dengan menggunakan logam monel. Fakultas Farmasi UNEJ 25

26. Sel: senyawa ionik KBr : 4000 – 400 cm -1 , lebih mahal NaCl : 4000 – 650 cm -1 , lebih murah Sampel cair dijepit di antara dua cakram KBr atau NaCl Sampel padat KBr pellet (digerus dan dikempa bersama KBr) Nujol mull (digerus dengan minyak mineral, kemudian dijepit diantara dua cakram garam. Larutan (biasanya dalam CCl 4 ) Fakultas Farmasi UNEJ 26

27. Fakultas Farmasi UNEJ 27

28. Pembuatan pelet KBr dengan alat sederhana Fakultas Farmasi UNEJ 28

29. Alat pengempa hidrolik Fakultas Farmasi UNEJ 29

30. Monokromator merupakan suatu alat yang berfungsi untuk mendispersikan sinar dari sinar polikromatik menjadi sinar monokromatik. Ada dua macam tipe monokromator yaitu monokromator prisma dan monokromator gratting (kisi difraksi). Fakultas Farmasi UNEJ 30

31. Monokromator IR terbuat dari garam NaCl, KBr, CsBr, atau LiF  spektrofotometer IR harus diletakkan di suatu tempat dengan kelembaban yang rendah untuk mencegah kerusakan pada peralatan optiknya. Monokromator prisma terbuat dari hablur NaCl (paling banyak digunakan sebab memberikan resolusi radiasi IR terbaik dibandingkan dengan yang lainnya). Monokromator yang umum digunakan adalah monokromtor kisi difraksi atau gratting. Kisi difraksi terbuat dari bahan gelas atau plastik yang tertoreh dengan halus permukaannya dan terlapisi oleh kondensasi uap aluminium. Keunggulannya memberikan resolusi yang lebih bagus dan tetap menjaga keutuhan radiasi IR menuju detektor. Kelemahannya adalah timbulnya percikan radiasi IR pada monokromator kisi difraksi. Hal ini diusahakan dengan memakai monokromator ganda yang merupakan kombinasi dari monokromator prisma dan monokromator kisi difraksi. Fakultas Farmasi UNEJ 31

32. Berfungsi mengubah sinyal radiasi IR menjadi sinyal listrik. Tipe detektor IR : Thermal transducer , Pyroelectric transducer , Photoconducting transducer Fakultas Farmasi UNEJ 32

33. Therma l transd u ce r : te r dir i dar i d ua log a m bercabang dimana suhu tergantung pada potensialnya. Intrumen yang menggunakan detektor ini harus disimpan pada tempat yang ber-AC atau bersuhu konstan karena dapat dipengaruhi oleh suhu sehingga dapat terjadi kesalahan dalam mendeteksi suatu senyawa. Responnya lambat sehingga jarang digunakan. Fakultas Farmasi UNEJ 33

34. Pyroel e ctri c transd u ce r : beru p a kri s ta l cairan dari triglisin sulfat (TGS) dimana temperatur dipengaruhi oleh polaritas senyawa. Memiliki respon yang cepat dalam menganalisis suatu senyawa. Photoconducting transducer : terbuat dari bahan semikonduktor seperti timbal sulfida, eaksa telurida, dan cadmium telurida, indium antimonida. Harus menggunakan pendingin gas nitrogen sehingga responnya cepat. Fakultas Farmasi UNEJ 34

35. Detektor yang digunakan dalam Spektrofotometer FTIR adalah TGS ( Tetra Gl y cerin e Sulp h at e ) ata u MC T ( Mercury Cadmi u m Tellurid e ) . Detekto r MC T lebih banyak digunakan karena memiliki beberapa kelebihan dibandingkan detektor TGS, yaitu memberikan respon yang lebih baik pada frekuensi modulasi tinggi, lebih sensitif, lebih cepat, tidak dipengaruhi oleh temperatur, sangat selektif terhadap energi vibrasi yang diterima dari radiasi infra merah. Fakultas Farmasi UNEJ 35

36. Penguat dalam sistem optik spektrofotometer IR sangat diperlukan karena sinyal radiasi IR sangat kecil atau lemah. Fakultas Farmasi UNEJ 36

37. ANALISIS DENGAN SPEKTROFOTOMETE R INFRA MERAH Fakultas Farmasi UNEJ 37

38. 1. Analisis Kualitatif Sampel diketahui (known sample)  membandingkan spektrum im sampel dengan spektrum im standar Sampel unknwon  interpretasi gugus fungsi 2. Analisis Kuantitatif Fakultas Farmasi UNEJ 38

39. 1. Setiap getaran ulur dan tekuk terjadi dengan frekuensi karakteristik karena untuk setiap ikatan yang berbeda maka atom dan muatan yang terlibat akan berbeda pula Sumbu-Y pada spektrum IR adalah unit dari % transmisi Pada daerah dimana medan EM dari ikatan yang berosilasi berinteraksi dengan sinar IR pada frekuensi (  yang sama – transmisi rendah (cahaya diabsorpsi) Pada daerah dimana tidak ada interaksi ikatan yang berosilasi berinteraksi dengan sinar IR, transmisi mendekati 100% Spektrum IR Fakultas Farmasi UNEJ 39

40. Spektrum IR 2. Sumbu-x dari spektrum IR adalah unit dari bilangan gelombang,  , yaitu jumlah gelombang setiap cm (unit of cm -1) (Ingat E = h  or E = hc/  ) Fakultas Farmasi UNEJ 40

41. Deteksi jenis ikatan Fakultas Farmasi UNEJ 41 Berlawanan dengan metode kromatografi atau spektroskopi lain, area dari pita (puncak) IR tidak langsung proporsional dengan konsentrasi dari gugus fungsi pembentuk puncak Intensitas pita IR dipengaruhi oleh dua faktor utama: J e n i s vibr as i ( A pak a h vibr as i merup a k an u l ur ata u te k uk ) Beda keelectronegativan antara atom pembentuk ikatan Pada kedua efek, semakin besar perubahan momen dipol pada vibrasi ulur atau tekuk, maka puncak yang terjadi makin besar. Semakin besar beda elektronegativitas antara atom yang terlibat dalam ikatan, beda momen dipol lebih besar Biasanya, perubahan momen dipol pada vibrasi ulur lebih besar daripada vibrasi tekuk Spektrum IR

42. Fakultas Farmasi UNEJ 42

43. It is important to make note of peak intensities to show the effect of these factors: Fakultas Farmasi UNEJ 43 Strong (s) – peak is tall, transmittance is low (0-35 %) Medium (m) – peak is mid-height (75- 35%) Weak (w) – peak is short, transmittance is high (90-75%) Spektrum IR

44. Analisis Gugus dengan IR A. Umum Spektrometer IR terutama dipakai untuk deteksi gugus fungsi Karena pada spektroskopi IR terjadi interaksi spektrum EM dengan ikatan, maka merupakan bukti kualitatif yang unik dari suatu molekul, karena gugus fungsi mempunyai konfigurasi yang berbeda dari berbagai jenis ikatan Karena kebanyakan “jenis” ikatan kovalen dalam molekul mempunyai energi hampir sama, mis ikatan C=C dan C=O, C-H dan N-H; mereka akan membentuk spektrum IR yang mirip Ingat, bahwa semua gugus fungsi dalam senyawa organik terbentuk dari banyak ikatan karenanya menunjukkan banyak pita/puncak IR Infrared Spectroscopy Fakultas Farmasi UNEJ 44

45. NIR 800nm-2500nm MIR 2500-50.000 Empat daerah utama pada spektrum MIR 2500nm 4000 cm -1 3700 nm 2700 cm -1 5000nm 2000 cm -1 6250 nm 1600 cm -1 25.000nm 400 cm -1 Bonds to H O-H single bond N-H single bond C-H single bond Triple bonds C≡C C≡N Double bonds C= O C =N C =C Si ng le Bond s C-C C-N C-O F i ng er p ri n t Region Infrared Spectroscopy Fakultas Farmasi UNEJ 45

46. Vertical axis peak Horizontal axis Absorbance the stronger the absorbance the larger the Frequency W a v e l eng t h wavenumber (waves per centimetre) / cm -1 microns (m); 1 micron = 1000 nanometres INFRA RED SPECTRA - INTERPRETATION Fakultas Farmasi UNEJ 46

47. FINGERPRINT REGION organic molecules have a lot of C -C and C-H bonds within their structure spectra obtained will have peaks in the 1400 cm -1 to 800 cm -1 range this is referred to as the “fingerprint” region the pattern obtained is characteristic of a particular compound the frequency of any absorption is also affected by adjoining atoms or groups. Fakultas Farmasi UNEJ 47

48. IR SPECTRUM OF A CARBONYL COMPOUND carbonyl compounds show a sharp, strong absorption between 1700 and 1760 cm -1 this is due to the presence of the C=O bond Fakultas Farmasi UNEJ 48

49. IR SPECTRUM OF AN ALCOHOL alcohols show a broad absorption between 3200 and 3600 cm -1 this is due to the presence of the O -H bond Fakultas Farmasi UNEJ 49

50. IR SPECTRUM OF A CARBOXYLIC ACID carboxylic acids show a broad absorption between 3200 and 3600 cm -1 this is due to the presence of the O -H bond they also show a strong absorption around 1700 cm -1 this is due to the presence of the C=O bond Fakultas Farmasi UNEJ 50

51. IR SPECTRUM OF AN ESTER esters show a strong absorption between 1750 cm -1 and 1730 cm -1 this is due to the presence of the C=O bond Fakultas Farmasi UNEJ 51

52. WHAT IS IT! O-H STRETCH Fakultas Farmasi UNEJ 52 C=O STRETCH O-H STRETCH AND C=O STRETCH A L C OH O L A L D EHYDE CARBOXYLIC ACID One can tell the difference between alcohols, aldehydes and carboxylic acids by comparison of their spectra.

53. Analisis kuantitatif Spektrofotometer IR dapat digunakan dalam analisis secara kuantitatif jika dihubungkan atau dilanjutkan analisis dengan bantuan dari instrumentasi lain atau dengan menggunakan analisis multivariat disebut metode kemometrik Fakultas Farmasi UNEJ 53

54. 1. Menentukan sampel training set dan test set Sampel simulasi Sampel nyata Pengumpulan / pembuatan sampel training set dan test set  preparasi sampel Scan spektrum infra merah dan menentukan kategori Pembentukan model Model klasifikasi / kualitatif  LDA, SVMC, SIMCA, CA %akurasi : %prediksi kategori =100% Validasi : LOOCV (leave one out cross validation) 2-fold CV Aplikasi / implementasi/ penentuan kadar Fakultas Farmasi UNEJ 54

55. 1. Menentukan sampel training set dan test set Sampel simulasi Sampel nyata Pengumpulan / pembuatan sampel training set dan test set  preparasi sampel Scan spektrum infra merah dan menentukan kadar dg metode standar lain untuk sampel nyata Pembentukan model Model kalibrasi /kuantitatif  PCR, PLS, SVMR 🞄 R2 = mendekati 1 🞄 RMSE << Validasi : LOOCV (leave one out cross validation) 2-fold CV Aplikasi / implementasi/ penentuan kadar Fakultas Farmasi UNEJ 55

56. Preparasi sampel : 10 tablet asam mefenamat ditimbang berat tabletnya, digerus, kemudian diayak dan dianalisis dengan NIR. Data spektrum NIR dimasukkan kedalam model PLS dan didapat kadar asam mefenamat dalam sampel sebesar 77,6%b/b. Bila berat tablet rata-rata 650,0 mg dan komposisi sampel tiap tablet mengandung asam mefenamat 500 mg, apakah kadar sampel memenuhi persyaratan farmakope (90% - 110% dari label klaim). % teoritis = 500mg/650mg x 100% = 76,92% % akurasi = 77,6 / 76,92 x 100% = 100,86% Fakultas Farmasi UNEJ 56

57. Fakultas Farmasi UNEJ 57