Spektroskopi NMR

Kelompok 3:1. Anggia Rose S.(101810301004)2. Tia Lestari(101810301012)3. Rizki Izza N. (101810301016)4. Maya Ulfa I.(101810301022)5. Wardatul B.(101810301045)

Pendahuluan

sejarah

NMR

1946

Edward Purcell

Felix Bloch

Spektroskopi NMR

Didasarkan pada pengukuran absorbsi radiasi EM

Daerah frekuensi radio 4-600 MHz (λ = 75-0,5 m)

Oleh partikel (inti atom) yang berputar di dalam medan magnet

Inti yang terdeteksi

nmr

Bentuk bulat dan berputar

Jumlah muatan/mass

anya ganjilSpinnya 1/2

1H, 19F, 31P, 11B , 13C

Efek medan magnet terhadap spin inti

applymagnetic

field

no field magnetic field

spin - ½ (anti parallel)

spin + ½ (parallel)

two spin states havedifferent energy (E)

Ada kesetimbangan populasi pada kedua keadaan spin dan keadaan spin berenergi rendah lebih disukai

Keadaan spin + ½ (parallel) memiliki tingkat energi lebih rendah. Besarnya perbedaan tingkat energi (E) tersebut tergantung pada intensitas medan magnet proton

Inti pada keadaan spin + ½ (tingkat energi rendah) dapat pindah “flip” ke keadaan spin - ½ (tingkat energi tinggi) dengan cara menyerap energi radiasi elektromagnet (E0) yang besarnya sama dengan E

Peristiwa penyerapan energi radiasi elektromagnet oleh inti ini disebut dengan Resonansi Magnet Inti (NMR), danprosesnya dapat dideteksi dengan alat spektrometeryang disebut NMR spektrometer

applymagnetic

field

electromagnetic radiationE0 = Eno field

E

- ½

+ ½

- ½

+ ½

Dasar teori spektrometri NMR

Teori mekanika klasik

Teoi mekanika kuantum

Fenomena resonansi

magnet inti

Teori mekanika klasik

A Spinning Gyroscopein a Gravity Field

A Spinning Gyroscopein a Gravity Field

A Spinning Gyroscopein a Gravity Field

Teori Mekanika Kuantum

Energi potensial dari suatu medan magnet dipengaruhi medan magnet luar.

V=μ.β.Ho/Hi

Mekanisme absorbsi

Mekanisme absorbsi

Medan magnet diberikan

• inti mulai berpresisi sekitar sumbu putarnya sendiri dengan frekuensi angular

Inti memiliki muatan

• maka presisi menghasilkan getaran medan listrik dengan frekuensi yang sama

Jika gelombang frekuensi radio dari frekuensi yang

sama ini digunakan terhadap proton yang

berputar

Cara memperoleh spektrum nmr

Pulse Fourier Transform (PFT/FT)

Continous Wave (CW)

CW• Masing-masing tipe hidrogen (karbon) dieksitasikan

sendiri-sendiri sehingga dibutuhkan waktu yang agak lama untuk memperoleh spektrum NMR secara keseluruhan

FT• Semua frekuensi diberikan sekaligus sehingga semua

inti mengalami resonansi, intensitas sinyal hampir sama dengan noise lalu dirunning berulang-ulang sehingga diperoleh intensitas sinyal yang lebih besar dari noise sehingga peak FT akan terlihat lebih jelas

Kelebihan teknik FT dibanding CW

1H-NMR (Proton Magnetic Resonance)1H-NMR memberikan informasi mengenai:

1. Banyaknya jenis lingkungan hidrogen yang berbeda dalam satu molekul

2. Banyaknya atom hidrogen yang ada pada masing-masing lingkungan hidrogen tersebut

3. Banyaknya atom hidrogen pada atom karbon

INSTRUMENTASI SPEKTROMETER NMR PROTON

INSTRUMENTASI SPEKTROMETER NMR PROTON

11/04/2008

Pemancar Frekuensi

Penerima Frekuensi Detektor

Amplifier

Recorder

Magnet

Generator

Magnet

Pemancar frekuensi

radio

•Sinyal yang dihasilkan dari osilator frekuensi radio (transmitter) disalurkan sepanjang pada kumparan

magnet•Menentukan akurasi dan kualitas dari alat NMR

sel •tempat sampel atau cuplikan yang akan diukur ditempatkan.

Generator

•mengubah medan magnet pada suatu range yang sempit

Penerima frekuensi

•Menerima frekuensi dari sumber energi yang diterima oleh sampel.

Detektor sinyal

•mendeteksi sinyal frekuensi radio yang dihasilkan oleh inti yang beresonansi

amplifier

• penguat sinyal listrik, karena sinyal yang diterima detektor

recorder

• Menyimpan data yang terbaca oleh detektor

Cara kerja spektrometer NMR proton

Larutan cuplikan simasukkan ke dalam tabng (sel) yang berputar dalam medan magnet

Sejumlah radiasi pada frekuensi radio dipancarkan ke sel yang berputar

Proton dalam senyawa akan beresonansi sambil memancarkan sejumlah energi frekuensi radio

Energi yang dipancarkan tersebut diterima oleh penerima frekuensi radio

energi frekuensi radio diterima oleh detektor, dan diubah menjadi besaran terukur

spektra NMR proton, garis vertikal menunjukkan serapan sedangkan garis horizontal menunjukkan pergeseran kimia (δ, ppm)

Pembacaan Sinyal NMR

Dengan menggunakan beberapa parameter spektrum, struktur kimia dari suatu sampel yang diuji akan dapat ditentukan:

Dengan geseran kimia (chemical shift)Dengan integrasi relatifJumlah sinyalKedudukan sinyal Dengan spin-spin coupling

Chemical Shift

Jarak yang memisahkan sinyal-sinyal proton yang dihasilkan dari pengukuranv atau dalam

spektrum NMR

Electronic Shielding

Proton akan berpresisi pada frekuensi yang lebih rendah

Medan magnet yang dialami proton berkurang

Makin besar kekuatan medan magnet yang menentang medan magnet eksternal yang digunakan

Makin besar kerapatan elektron yang mengelilingi proton

Faktor-faktor yang Mempengaruhi Chemical Shift

Hibridisasi

Proton Asam & Ikatan Hidrogen

Efek Elektron πSuhu

Konsentrasi, pelarut

Efek elektronegativit

as

Geseran kimia Proton

Jenis Proton (ppm)

R-CH3 0.8 – 1.0

R-CH2R 1.2 – 1.4

R3CH 1.4 – 1.7

R2C=CR-CH3 1.6 – 1.9

Ar-CH3 2.2 – 2.5

R-CH2-Cl 3.6 – 3.8

R-CH2-Br 3.4 – 3.6

R-CH2-I 3.1 – 3.3

R-O-CH2-R 3.3 – 3.9

R-CH2-OH 3.3 – 4.0

Jenis Proton (ppm)

R-CO-CH3 2.1 – 2.6

R-CHO 9.5 – 9.6

R2C=CH2 4.6 – 5.0

R2C=CR-H 5.2 – 5.7

Ar-H 6.0 – 9.5

R-C CH 2.5 – 3.1

R-OH 0.5 – 6.0 a

R-COOH 10 – 13 a

Ar-OH 4.5 – 7.7 a

R-NH2 1.0 – 5.0 a

a Geseran kimianya bervariasi tergantung solvent, temperatur, dan konsentrasi

Ekivalensi Kimiasemua proton dalam suatu molekul yang berada dalam

lingkungan yang sama (ekivalen secara kimia) akan mempunyai geseran kimia (chemical shift) yang sama

Memberikan satu puncak absorbsi NMR

Integrasi Relatif

• Luas daerah di bawah sinyal berbanding lurus dengan proton yang menghasilkan sinyal.

• Memberikan informasi mengenai jumlah relatif dari masing-masing tipe proton.

Tinggi Garis

Integrasi

TABEL HARGA TETAPAN KOPLING

Jumlah Sinyal

Lingkungan sama• Proton menyerap energi

pada kekuatan medan yang sama

Lingkungan tidak sama• Proton menyerap energi

pada kekuatan medan yang berbeda

Dapat menerangkan perbedaan proton-proton dalam molekul

Kedudukan Sinyal

• Menggambarkan lingkungan elektronik dari setiap jenis proton.

• Mengetahui tipe proton

Kedudukan Signal

• Proton-proton memiliki pergeseran kimia yang samaLingkungan

sama/ekivalen

Tetapan Kopling (J )1. Menyatakan jarak (Hz) antar dua puncak serapan

2. Timbul akibat adanya interaksi antar proton-proton yang bertetangga lewat ikatan

3. Besarnya harga kopling tergantung interaksi antar proton yang saling kopling

J JJ

Spin-spin kopling

Ha

Tidak ada kopling

Kopling dengan H1

Kopling dengan H2

Ha

Tidak ada kopling

Kopling dengan H1

Kopling dengan H2

Kopling Orde Satu

H1 = H2

Kopling Multiplikatif

H1 H2

                                                                                         

                

                                                                                         

                

CONTOH SPEKTRUM 1H NMR

T E I M A

KASIH

R