NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE (NMR)

NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE (NMR)

Oleh  ;

MUNAWIRUL QULUB

Daftar Isi

A.    Pendahuluan

1.      Sifat Magnet Dalam Sebuah Medan Magnet Luar…………………       3

2.      Frekwensi Larmor dan Keadaan Resonansi.....................................        4

3.      Jenis NMR .......................................................................................        5

B.     Prinsip Kerja dan Bagan instrument NMR…………………………….        5

C.     Data Hasil NMR

1.      Grafik Hasil NMR...........................................................................         6

2.      Pergeseran kimia …………………………………………………          6

3.      Tetrametilsilan  (TMS)…………………………………………...           6

D.    Metode dalam NMR………………………………………………….          7

E.     Analisis Data Hasil NMR

1.       Perhitungan (Daerah) Lingkungan Atom Hidrogen.....................           8

2.      Posisi Puncak Dalam Spetrum NMR............................................            9

3.      Luas Kurva Puncak  dan Integrator..............................................            11

Spliting (High Resolution) ..........................................................

A.    PENDAHULUAN

1.  Sifat Magnet Dalam Sebuah Medan Magnet Luar

Sebuah jarum kompas, biasanya akan mengarah pada medan magnet bumi dengan arah utara.  Jika jarum kompas tersebut diputar dengan jari sehingga menunjukkan arah selatan – arah yang berlawanan dengan medan magnet bumi. Posisi ini sangat tidak stabil karena berlawanan dengan arah medan magnet bumi, dan jika anda membiarkannya jarum akan segera kembali ke posisi semula yang lebih stabil.

Ini memungkinkan untuk mengubah arahnya dari yang lebih stabil ke kurang stabil dengan memberikan energi yang sesuai.

Bagaimana dengan (nucleida ) inti  atom ?

Faktanya, inti dari sebuah atom (contoh : hidrogen ) juga memiliki sifat magnetik yang lemah berasal dari spin magnetik dan berlaku seperti jarum kompas.

Jika molekul yang mengandung unsur Hidrogen  diletakkan dalam medan magnet yang kuat, inti hidrogen yang bersifat magnet  akan  berarah paralel. Penambahan energi melalui pancaran Gel radio  dapat merubah arah menjadi anti parallel

2.  Frekwensi Larmor dan Keadaan Resonansi

Proton dikatakan dalam keadaan Resonansi  jika Variasi antara kuat medan magnet luar dengan frekuensi Gelombang radio  dapat menyebabkan proton berpindah dari keadaan paralel ke keadaan antiparalel. Hal itu terjadi jika energi gelombang radio sesuai (tepat sama ) dengan besar energi yang dibutuhkan proton untuk berubah arah (selisih energi  anti paralel dengan paralel)

Perbedaan energi antara dua keadaan diberikan oleh persamaan

B = kuat medan magnet luar (yakni magnet spektrometer)

h = tetapan Planck,

γ = rasio giromagnetik (tetapan khas bagi jenis inti tertentu), untuk proton nilainya 2,6752 x 10⁸ kg–1 s A

ώ_o= Frekwensi Larmor (rad/s)

Frekwensi larmor (ώ_o) adalah Frekuensi gelombang elektromagnetik yang diabsorbsi atau diemisikan ketika electron berubah arah dengan satuan radian /detik.

3.  Jenis NMR

NMR bermacam-macam ragamnya, tergantung pada inti atom yang digunakan. misalnya NMR ¹H, ¹³C, ¹⁹F

Inti yang dapat diukur dengan NMR yaitu

a. Bentuk bulat

b. Berputar

c. Bilangan kuantum spin = ½

d. Jumlah proton dan netron ganjil, Contoh : ¹H, ¹⁹F, ³¹P, ¹¹B, ¹³C…….

B.  PRINSIP KERJA DAN BAGAN INSTRUMENT  NMR

Ketika spin kembali ke keadaan semula, energi yang dilepaskan dideteksi akan ditampilkan dalam bentuk grafik (informasi).

C.  Data Hasil NMR

1.  Grafik Hasil NMR

Saat inti atom kembali ke posisi semula (parallel) dari posisi anti parallel, inti atom melepaskan energy. Energi ini kemudian ditampilkan dalam Grafik. Dari grafik inilah karakteristik molekul dapat diketahui.

Grafik  hasil NMR adalah grafik antara pergeseran kimia  dengan Energi Absorbsi.

·         Sumbu Y = absorpsi, yaitu semakin vertikal / tinggi, maka makin besar absorpsinya.

·         Sumbu X = chemical shift (geseran kimia; simbol δ dengan satuan ppm).

2.  Pergeseran kimia

·         Puncak yang dihasilkan Tetrametilsilan  (TMS) dijadikan Titik nol  (Standart) pada sumbu x

·         Selisih antara posisi absorpsi TMS dan posisi absorpsi suatu proton tertentu  disebut geseran kimia (chemical shift) dengan Satuan skala yang digunakan adalah ppm (per juta/parts per million ).

·         Suatu puncak pada pergeseran kimia 2.0 dikatakan mempunyai medan lebih rendah dari TMS (downfiled).

3.  Tetrametilsilan  (TMS)

 

TMS dipilih sebagai standar karena beberapa alasan,

·         TMS mempunyai 12 atom hidrogen yang semuanya memiliki lingkungan kimia yang sama

·         Mereka terikat oleh atom yang sama dengan cara yang sama sehingga tidak hanya menghasilkan puncak tunggal tetapi juga puncak yang kuat (karena ada banyak atom hidrogen).

·         Hidrogen pada senyawa ini lebih terlindungi dibandingkan pada senyawa lain karena adanya elektron-elektron ikatan C-H. Ini artinya inti hidrogen lebih terlindungi dari medan magnet luar, dan anda harus meningkatkan medan magnet untuk membawa hidrogen ini kembali ke kondisi resonansinya.

D.  METODE DALAM NMR

 

Perbedaan grafik hasil metode resolusi rendah dengan grafik hasil metode resolusi tinggi terlihat pada gambar diatas. Puncak Grafik yang dihasilkan dengan resolusi tinggi tampak lebih tajam dan terdapat pecahan puncak (spilting). Spliting ini akan menghasilkan informasi tambahan terhadap karakteristik molekul.

A.    ANALISIS SPEKTRUM NMR

            Karakteristik molekul yang diteliti dapat kita interpretasikan melalui grafik yang dihasilkan NMR, adapun karakteristik tersebut antara lain.

1.         Jumlah tipe atom Hidrogen                  à        didapatkan dari jumlah puncak

2.         Tipe Hidogen                                          à        didapatkan dari Posisi puncak

3.         Jumlah Hidrogen dalam setiap tipe     à        didapatkan dari perbandingan luas grafik / Integrator.

4.         Jumlah atom Hidrogen tetangga          à        didapatkan dari  Pola Splitting

Untuk lebih memahami berikut dijelaskan bagaimana metode interpretasi data hasil NMR beserta contohnya

1.   Perhitungan (Daerah) Lingkungan Atom Hidrogen

Setiap daerah (lingkungan) yang berbeda akan menghasilkan puncak yang berbeda pada spektrum NMR

Contoh lainnya

 

2.  Posisi Puncak Dalam Spetrum NMR

Setiap daerah atom hidrogen yang berbeda akan menghasilkan posisi puncak yang berbeda. 

Keterangan :

·         Puncak (1) à COOH

·         Puncak (2) à CH₂

·         Puncak (1) à CH₃

Lebih lengkapnya, posisi setiap puncak untuk tipe atom Hidrogen yang berbeda dan untuk inti atom lainnya dapat dilihat dari table pergeseran kimia (chemical Shift).

Contoh Tabel Referensi pergeseran kimia 

3.  Luas Kurva Puncak  dan Integrator

Perbandingan (Rasio)  jumlah Atom dalam setiap tipe tertentu dapat kita lihat dari Luas kurva puncak ( untuk metode resolusi rendah) dan dari integrator  (untuk metode resolusi tinggi)

• Luas kurva puncak (Resolusi rendah)

·         Integrator (Resolusi tinggi)

Garis integrator adalah garis perbandingan tinggi relatif

Perbandingan tinggi garis integrator 0.7 cm, 1.4 cm dan 2.1 cm.

Maka perbandingan jumlah atom H adalah 1:2:3.

Kedua fasilitas ini (luas daerah dan Integrator) jika dikehendaki dapat dimunculkan secara langsung melalui instrument NMR

4.  Spliting (High Resolution)

Jumlah atom H disekitar (Tetangga)

Aturan (N+1)

 

Contoh sebuah molekul dengan formula C₄H₈O₂.

Dipelajari, dialih bahasa, dan disederhanakan dari beberapa buku alat karakteristik. Beberapa contoh dan gambar tidak bisa di ikutkan  karena keterbatasan waktu. Semoga bermanfaat....