ANALISA SPEKTROMERI - Web viewContoh soal: Sinar hijau yang ... Sedangkan eksitasi elektron (π...
Transcript of ANALISA SPEKTROMERI - Web viewContoh soal: Sinar hijau yang ... Sedangkan eksitasi elektron (π...
1
BAB 1
PENDAHULUAN
HUBUNGAN ENERGI ELEKTROMAGNETIK DENGAN MOLEKUL/ ATOM
Metoda spektrometri adalah sebuah grup besar dari metoda analitik yang
berdasarkan pada spektroskopi atom atau molekul. Spektroskopi adalah istilah
umum untuk ilmu pengetahuan yang mengacu pada interaksi-interaksi dari
beberapa tipe radiasi dengan benda.
Spektrometri dapat dibayangkan sebagai suatu perpanjangan dari penentuan
secara visual secara lebih terinci mengenai penyerapan energi cahaya oleh spesies
kimia dalam kecermatan yang tinggi dalam identifikasi dan pengukuran
kuantitatif.
Radiasi Elektromagnetik
Spektrum cahaya dari matahari yaitu pelangi sinar tampak pada range 400-
700 nm. Dalam tahun 1672 Newton dapat menunjukkan bahwa pemecahan radiasi
terlihat dari sinar matahari menjadi komponen-komponen yang berwarna dapat
dilakukan dengan menggunakan prisma gelas disamping atmosfer berair.
Sifat-sifat radiasi eletromagnetik digunakan 2 teori, yaitu:
1. Teori gelombang
Teori gelombang digunakan untuk menerangkan beberapa parameter
radiasi elektromagnetik berupa kecepatan, frekuensi, panjang gelombang
dan amplitudo. Tidak dapat menerangkan fenomena-fenomena yang
berkaitan dengan serapan/emisi dari tenaga radiasi.
2. Teori korpuskuler (Newton)
Teori ini menyatakan bahwa radiasi eletromagnetik sebagai partikel
yang bertenaga.
2
Sifat-sifat Radiasi Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik mempunyai komponen listrik dan komponen
magnetik (James Clark Maxwell). Komponen magnetik bertanggung jawab pada
absorpsi dari gelombang frekuensi radio pada resonansi magnet inti. Hanya
komponen listrik yang aktif dalam interaksinya dengan benda yang menarik untuk
dipelajari.
λ
A
λ= panjang gelombang yaitu jarak antara puncak
A= tinggi gelombang (Amplitudo)
Intesitas gelombang adalah A2.
Frekuensi , v adalah jumlah satuan yang terjadi persatuan waktu (Hz atau /s).
Bilangan gelombang, v yaitu banyaknya gelombang dalam satuan panjang.
λ . v= cn
Dengan,
n = indeks bias
c = kecepatan cahaya dalam ruang hampa ¿)
3
Frekuensi radiasi adalah sama dalam setiap media. Hanya kecepatan dan
panjang gelombang radiasi yang berubah dari media ke media lain.
v=1λ= v . n
c(cm−1 )
Dengan v=bilangan gelombang
λ=500 nm λ=300 nm λ=500 nm
A
Contoh soal:
Sinar hijau yang mempunyai λ kira-kira 530 nm dalam ruang hampa. Hitung λ, v,
untuk sinar hijau dalam air. (I nm= 10−7 cm dan n hampa= 1, n air= 1,332).
Jawab:
λ . v= cn
530 nm.V=¿ 2,9976 .1010 cm /s1
530 x10−7cm . v=2,9976 x 1010 cm / s
v=2,9976 x 1010cm / s530 x10−7 cm
v=5,66 x 1014
s
4
v= v .nc
¿ 5,66 .1014 s−1 ×1,3322,9976 . 1010 cm s−1
¿2,5. 104 cm−1
SIFAT-SIFAT PARTIKEL
Tenaga setiap foton berbanding langsung dengan frekuensi radiasi dan ini
dinyatakan dalam persamaan:
E=h . v=hcnλ
Dengan, E = energy foton dalam erg (1 erg= 10−7 J ¿
v = frekuensi radiasi elektromagnetik (Hz)
h = tetapan plank (6,624.10−27 erg . sekon¿
Foton yang mempunyai frekuensi tinggi (λ pendek) mempunyai tenaga yang
besar daripada foton yang berfrekuensi rendah (λ panjang). Intensitas berkas sinar
sebanding dengan jumlah foton dan tidak bergantung pada tenaga setiap foton.
Radiasi kormos mempunyai tenaga lebih besar dari infra merah.
Dalam spektroskopi, tenaga dinyatakan dalam electron volt.
1elektron volt, 1ev= 1,6021x10−19 Joule
5
Hingga sinar UV mempunyai λ 100 nm memiliki tenaga kira-kira 12 eV.
Untuk menyatakan tenaga dalam J.mol−1, perumusan E=hv harus dikalikan
bilangan Avogadro (6,02x1023 mol−1 ¿.
Contoh soal:
Sinar UV, λ=200 nm, tenaga E=hv=hc/λ= 10−18 J . bila dikalikan bilangan
Avogadro (NA), hasilnya 6x105 J .mol−1 atau600 kJ mol−1 .
Jawab:
E = hc/λ =6,624.10−34 Js× 2,997.1010 cm
s2.10−5 cm
=9,92.10−19=10−18 J
E =10−18 J × 6,02.1023mol−1=6,02. 105 J /mol
Panjang gelombang 500 nm,
E = hc/ λ =6,624.10−34 Js× 2,997.1010 cm
s5.10−5 cm
=3,97.10−19
E =3,97. 10−19 J ×6,02. 1023 mol−1=23,8.104 J /mol
WARNA
Cahaya yang bisa dilihat manusia disebut cahaya tampak. Biasanya cahaya
terlihat merupakan campuran dari cahaya yang mempunyai berbagai panjang
gelombang dari 400 nm hingga 700 nm. Warna dan warna komplementernya
merupakan pasangan dari setiap dua warna dari spektrum yang menghasilkan
cahaya putih bila dicampur.
Tabel warna dan warna komplementer
6
Panjang gelombang
(nm)
Warna Warna komplementer
400-435 Violet (ungu) Hijau kekuningan
435-480 Biru Kuning
480-490 Biru kehijauan Jingga
490-500 Hijau kebiruan Merah
500-560 Hijau Ungu kemerahan
560-580 Hijau kekuningan Ungu
595-610 Jingga Biru kehijauan
610-680 Merah Hijau kebiruan
680-700 Ungu kemerahan hijau
Cahaya yang jatuh pada senyawa, sebagiannya diserap oleh molekul-
molekul sesuai struktur dari molekul.
Bila cahaya mempunyai tenaga sama dengan perbedaan tenaga antara
tingkatan dasar (G) dan tenaga tingkatan tereksitasi (E1, E2,…) jatuh pada
senyawa, maka elektron pada tingkat dasar (G) dieksitasikan ke tingkatan
tereksitasi dan sebagian tenaga cahaya yang sesuai dengan panjang gelombang ini
diserap. Elektron yang tereksitasi melepaskan dengan proses radiasi panas dan
kembali ke tingkatan dasar (G) asal.
Karena perbedaan tenaga antara tingkat dasar dan tingkat tereksitasi spesifik
untuk senyawa, maka frekuensi yang diserap juga tertentu.
Gambar hubungan intensitas radiasi (adsorbansi) sebagai fungsi panjang
gelombang atau frekuensi dikenal spektrum serapan.
7
Garis spektrum adalah panjang gelombang dimana cahaya telah diabsorpsi.
Setiap jenis atom dan molekul berantaraksi dengan cahaya secara berlainan untuk
mengabsorpsi panjang gelombang cahayanya sendiri yang khas. Karena itu,
spektrum setiap jenis atom akan berbeda.
Soal:
a. Suatu atom berinteraksi dengan cahaya mengabsorpsi sejumlah energi
yang ekivalen dengan panjang gelombang tertentu. Jika suatu atom punya
garis spectrum 400 nm. Berapa energi yang diabsorpsi atom tersebut ?
b. Diketahui suatu atom mengabsorpsi energi sebanyak 3 ×10−19J . Pada
panjang gelombang mana (nm) akan terjadi garis spektrum atom ini ?
c. Diketahui energi 5 ×10−19J . Dalam spektrum atom ini, gelombang mana
akan terjadi garis spektrum ?
TEORI KUANTUM
Teori kuantum yaitu energi yang dapat dipunyai oleh atom atau molekul
adalah tertentu (hanya tingkat energi tertentu diperbolehkan). Hal itu berarti dalam
1 atom/molekul, energi hanya dapat mempunyai harga diskret tertentu.
Energi yang mungkin tersedia (diperbolehkan) disebut tingkat energi
atom/molekul. Suatu kuantum (sejumlah tertentu) energi diabsorpsi, bila suatu
-
- - - - - --
-E3
E2
E1
Cahaya E1 Cahaya E2
Tingkat tereksitasi
Tingkat dasar
8
atom atau molekul tereksitasi dari tingkat yang lebih rendah ke tingkat yang lebih
tinggi.
E = h.v
M +h v →M ¿
Energi yang diperlukan untuk mengeksitasi atom dari tingkat energi ke energi lain
disebut energi kuantum (suatu jumlah tertentu). Transisi dari satu tingkat energi
ke yang lain dinyatakan dengan anak panah.
- Transisi yang memberikan absorbsi cahaya berpanjang gelombang terbesar
adalah E2 – E1
- Transisi yang menyebabkan absorbsi cahaya berbilangan gelombang
terbesar adalah dari E4 – E1
Radiasi elektromagnet dapat berantaraksi dengan atom dan molekul
menghasilkan kuantum energi yang diperlukan untuk mengadakan transisi ke
tingkat yang lebih tinggi. Spektrum absorpsi terjadi bila suatu atom atau molekul
mengabsorpsi panjang gelombang cahaya yang mempunyai energi sama dengan
selisih antara dua tingkat energi.
Perbedaan antara berbagai tingkat energi dalam atom atau molekul itu
menentukan panjang gelombang cahaya yang diabsorpsi dalam suatu spektrum,
dapat dikatakan setiap atom mempunyai perbedaan yang unik antara tingkat
energinya.
E3
E1
E2
E4
DIAGRAM ENERGI
9
Energi atom dinyatakan dalam energy translasi, rotasi, getaran, dan elektron.
Energi translasi adalah energi kinetik atom yang disebabkan oleh perpindahan
atom tersebut dari satu tempat ke tempat lain dalam ruang.
Energi kinetik, persamaannya:
Ek=12
m v2
Dengan, m = massa benda bergerak
v = kecepatan
Hubungan Ek rata-rata dan suhu absolute (T):
Ek = 3/2 k T
Dengan, k = tetapan (1,38 ×10−23J / K)
Soal:
1. Jika kecepatan molekul bertambah,apakah yang terjadi dengan energy
translasinya ? (bertambah)
2. Jika suhu naik, apa yang terjadi dengan kecepatan rata-rata atom dan
molekul ? (Bertambah)
3. Apa yang terjadi dengan energi kinetik jika suhu naik ? (naik)
4. Pada suhu manakah tingkat energy translasi atom/molekul terendah ?
(suhu 0 kelvin)
Tingkat energi berdekatan, jika suhu naik, energi termal diabsorpsi untuk
mengeksitasi atom atau molekul ke tingkat energi translasi lebih tinggi. Karena
tingkat energi translasi hampir sama sekali berkesinambungan.
Jika suhu naik, energi termal diabsorbsi untuk mengeksitasikan atom atau
molekul ke tingkat energi translasi yang lebih tinggi. Karena tingkat energi
10
translasi hampir sama sekali sinambung, dibutuhkan energi yang sangat kecil
sehingga spectrum tidak teramati.
Energi rotasi adalah energi kinetik molekul yang disebabkan oleh
rotasi/perputaran pada sumbu yang melalui titik berat.
Jika suhu naik, rotasi molekul akan lebih cepat, energi kinetik naik. Molekul
dapat tereksitasi ke tingkat energi rotasi yang lebih tinggi dengan cara
memanaskan molekul tersebut atau memberikan energi termal yang diabsorbsi
sesuai dengan yang diperlukan dan juga dapat dengan cara mengabsorbsi suatu
kuantum cahaya yang berenergi tepat.
Contoh Soal:
Suatu molekul mengabsorpsi cahaya yang mempunyai panjang gelombang 1
cm. Berapa selisih energi antara tingkat-tingkat energi rotasi yang menyebabkan
absorpsi ini?
Jawab:
∆ E=hcλ
=6.63 ×10−34 Js×3 × 1010cm / s1cm
=2.10−23J
Energi getaran molekul adalah energi kinetik dan energi potensial molekul
yang disebabkan oleh gerakan getaran. Atom dalam suatu molekul dapat dianggap
sebagai titik massa yang satu dengan lainnya terikat oleh ikatan yang berlaku
seperti pegas. Karena molekul tidak kaku, kelenturannya (flexibility)
menyebabkan gerakan getaran. Tetapan gaya (f) pegas adalah ukuran energi yang
dibutuhkan untuk merentang pegas itu.
11
Jika suhu naik, maka jumlah energi getaran akan naik sehingga jarak
perpindahan akan naik juga.
Gaya atau energi yang dibutuhkan untuk memindahkan atom itu adalah
kekuatan pegas (besarnya tetapan gaya). Besar tetapan pegas analog dengan
kekuatan ikatan kimia.
Jika tetapan gaya naik, maka kekuatan ikatan bertambah besar disebabkan
oleh ikatan kimia yang kuat. Jika kekuatan ikatan bertambah, maka jarak antara
tingkat energi getaran naik.
Diagram tingkat energi menyatakan 2 tingkat energi getaran pertama untuk ikatan
C-C, C=C, dan C≡C
Manakah yang mempunyai tetapan gaya terbesar?
Ikatan manakah yang jarak tingkat energy getaran paling kecil?
Diagram perbandingan tingkat energy getaran, rotasi dan translasi.
E
getaran rotasi translasi
C - C C = C C ≡ C
E1 E1 E1
E2
E2
E2
12
Energi elektron adalah energi molekul dan atom yang disebabkan oleh
energi potensial dan energi kinetik elektronnya.
Disamping energi biasa dari gerakan transisi, yang tidak diperhatikan disini,
molekul memiliki energi dalam yang dapat dibagi lagi dalam 3 kelas yaitu energi
rotasi, energi vibrasi dan energi elektronik, yaitu energi potensial yang dikaitkan
dengan distribusi muatan listrik negative (e) disekitar inti atom yang bermuatan
positif.
Eint = Eelec + Evib + Erot
Salah satu gagasan teori kuantum adalah sebuah molekul tidak boleh
memiliki energi dalam dengan kuantitas sebarang apa saja, tetapi molekul itu
hanya dapat ada dalam keadaan energi-energi “terizinkan” yang tertentu.
13
ANALISIS KUANTITATIF DENGAN SERAPAN ELEKTROMAGNETIK
Dalam mempelajari serapan secara kuantitatif, berkas radiasi dikenakan
pada cuplikan dan intensitas radiasi yang ditransmisikan diukur. Radiasi yang
diserap oleh cuplikan ditentukan dengan membandingkan intensitas dari berkas
radiasi yang ditransmisikan bila spesies penyerap tidak ada dengan intensitas yang
ditransmisikan bila penyerap ada.
Kekuatan radiasi (intensitas) dari berkas cahaya sebanding dengan jumlah
foton per detik yang melalui satu satuan luas penampang. Jika foton yang
mengenai cuplikan, tenaga yang sama dengan yang dibutuhkan untuk
menyebabkan terjadinya perubahan tenaga, maka serapan dapat terjadi. Kekuatan
radiasi juga diturunkan dengan adanya penghamburan dan pemantulan, namun
demikian pengurangan-pengurangan ini sangat kecil bila dibandingakn dengan
serapan.
HUKUM-HUKUM KUANTITATIF
Bayangkan perubahan-perubahan tenaga radiasi yang terjadi bila radiasi
monokromatik melalui sel penyerap seperti gambar.
14
Mula pertama diisi dengan larutan blanko yang biasa terdiri dari pelarut
konstituen cuplikan yang lain daripada spesies penyerap utama. Dengan larutan
blanko dalam cuplikan ini, kekuatan cahaya radiasi yang dipancarkan
menggambarkan kekuatan cahaya masuk dikurangi dengan yang hilang oleh
penghamburan, pemantulan dan serapan oleh konstituen lain (biasanya sangat
kecil). Dinyatakan kekuatan cahaya dengan I0.
Jika radiasi berjalan melalui segmen cuplikan A dengan menggunakan
notasi diferensial kalkulus, dI, menyatakan penurunan kekuatan cahaya dalam
lapisan yang sangat kecil, db, yaitu sejumlah radiasi yang diserap dalam lapisan
ini.
Anggap bahwa serapan tenaga membutuhkan interaksi fisika antara foton
dan spesies-spesies penyerap. Hingga jumlah kemungkinan tumbukan yang terjadi
dalam lapisan ini adalah sebanding dengan jumlah spesies penyerap dalam lapisan
dan jumlah foton yang melalui.
Jika jumlah spesies penyerap dilipatkan, maka jumlah tumbukan juga
berlipat. Demikian juga pelipatan jumlah foton juga melipatkan jumlah tumbukan.
Jadi hilangnya tenaga cahaya, dI, berbanding langsung dengan N (jumlah spesies
penyerap) dan I (jumlah foton per luas penampang per detik).
Ε didefinisikan sebagai serapan molar (koefisien ekstingsi molar jika
konsentrasi dalam mol per liter). Jika konsentrasi dalam gr/L maka ε diganti a,
yang disebut sebagai serapan spesifik.
Pengertian It / I0 didefinisikan sebagai transmitan (T) yang merupakan fraksi
dari kekuatan cahaya yang masuk yang ditansmisikan oleh cuplikan. T=It/I0.
% T didefinisikan sebagai 100 x T. hingga dari persamaan tersebut
diperoleh:
log T= - ε b c atau – log T = ε b c
-log T = adsorban (symbol A) atau serapan optic,sehingga
A = -log T = log 1/T = log I0/It
15
Harga ε adalah karakteristik untuk molekul atau ion penyerap dalam pelarut
tertentu. Harga ε tidak bergantung pada konsentrasi dan panjang lintasan radiasi.
Persamaan ini:
-log T=A=εbc
Merupakan hubungan antara serapan radiasi dan panjang jalan melewati
medium yang menyerap, mula-mula dirumuskan oleh Bouguer (1729), meskipun
kadang-kadang dikaitkan kepada Lambert (1768) sehingga dikenal sebagai hukum
Beer-Lambert, hukum Bouguer-Beer atau hukum Beer.
Dalam penurunan hukum ini dianggap bahwa:
a) Radiasi yang masuk adalah monokromatik
b) Spesies penyerap berkelakuan tidak bergantung satu terhadap lainnya dalam
proses penyerapan
c) Penyerapan yang terjadi dalam volume yang mempunyai luas penampang
yang sama
d) Radiasi tenaga cepat (tidak terjadi flouresensi)
e) Indeks bias tidak bergantung pada konsentrasi (tidak berlaku pada
konsentrasi tinggi.
Contoh soal:
1. K2Cr2O4 dalam larutan biasa menunjukkan serapan maksimum pada 372
nm. Larutan biasa mengandung 3 ×10−5 MK2Cr2O4 mentransmisikan 71,6%
16
radiasi yang masuk pada 372 nm bila larutan tersebut ditempatkan dalam sel
sepanjang 1 cm.
a. Berapa absorban dalam larutan ini?
%T = 71,6 maka T = 0,176
A = log 1/T = log 1/0,176 = 0,145
b. Berapa serapan molar dari kalium kromat pada 372 nm?
A = εbc
Ε = A/bc = 0,145/1x3.10−5 M
c. Akan menjadi berapa %T jika panjang sel 3 cm?
Log 1/T = - log T= εbc = 4,83.103 M−1 cm−1 (3cm ) (3.10−3 )
= 0,435
Hingga, T = 10−0,435=0,367
%T = 36,7
2. Senyawa X menunjukkan serapan molar 2,45.103 M−1cm−1 pada 450 nm.
Berapa [X] dalam larutan yang akan menyebabkan penurunan 25% tenaga cahaya
dari radiasi 450 nm bila larutan diletakkan dalam sel penyerap panjang 1 cm.
Jawab:
Jika penurunan 25% dari tenaga cahaya, ini berarti proses transmitan 75%.
Dari hokum Lambert Beer: log 1/T= εbc
Log 1/0,75 = log 1,33 = (2,45.103 M−1cm−1 ¿ (1000 cm )c
0,124 = (2,45.10¿¿3 M−1)c ¿
c = 5,06.10−5 M
17
BAB II
SPEKTROFOTOMETRI UV-VIS
SPEKTROMETER DAN SPEKTROFOTOMETER
Untuk pelaksanaan teknik analitisis spektroskopi dipakai instrumen
sebagai pengukuran dan perekam sinyal hasil interaksi molekul dengan radiasi
elektromagnetik. Ada dua macam instrumen pada teknik spektrometer dan
spektrofotometer. Instrumen yang memakai monokromator celah yang tetap pada
bidang yang di pakai disebut dengan spektrometer. Apabila spektrometer tersebut
dilengkapi dengan detektor yang bersifat fotoelektrik maka disebut dengan
spektrofotometer. Ada banyak instrumen yang bisa digunakan untuk penentuan
konsentrasi dari larutan berwarna, diantaranya yang sederhana dan mudah di pakai
adalah spektronik 20 dan 21 yang bisa disebut spec20 dan spec21.
SPEEKTROFOTOMETRI UV-VIS
Adalah anggota teknik analisis spektroskopi yang memekai sumber radiasi
elektromagnetik ultraviolet dekat (190 – 380 nm) dan sinar tampak (380 – 780
nm) dengan memakai instrumen spektrofotometer. Radiasi ultraviolet jauh (100 –
190 nm) tidak dipakai sebab pada daerah radiasi tersebut diabsorbsi oleh udara.
Adakalanya spekrofotometer UV-Vis yang beredar diperdangangkan memberikan
rentangan pengukuran panjang gelombang 190 – 1100 nm. Hal ini pelu
diperhatikan lebih seksama sebab diatas panjang gelombang 780nm merupakan
daerah radiasi infra merah. Oleh sebab itu pengukuran diatas panjang gelombang
780 nm harus dipakai detektor dengan kualitas sensitif terhadap radiasi infra
merah. Spektrofotometri UV-Vis melihatkan energi elektronik yang cukup besar
pada molekul yang di analisis, sehingga spektrofotometer UV-Vis lebih banyak
dipakai untuk analisis kuantitatif dibandingkan kualitatif.
18
1. Interaksi elektron π, σ dan n dengan radiasi elektromagnetik (REM)
Ada tiga macam distribusi elektron didalam suatu senyawa organik
secara umum, yang selanjutnya dikenal sebagi orbital elektron pi (π) ,
sigma (σ) dan elektron tidak berpasangan (n). Ketiga orbital elektron
tersebut ada pada senyawa formaldehid berikut :
Apabila pada molekul tersebut dikenakan radiasi elektromagnet
maka akan terjadi eksitasi elektron ke tingkat energi yng lebih tinggi yang
dikenal sebagai orbital elektron “anti bonding”.
Diagram tingkat energi elektronik :
Eksitasi elektron (σ – σ*) memberikan energi yang terbesar dan
terjadi pada daerah ultra violet jauh yang diberikan oleh ikatan tunggal
sebagi contoh pada alkana.
Sedangkan eksitasi elektron (π – π*) di berikan oleh ikatan rangkap dan
rangkap tiga (alkena & alkuna) terjadi pada daerah ultraviolet jauh.
Pada gugus karbonil (dimetil keton & asetetaldehid) akan terjadi eksitasi
elektron (π → σ*) yang terjadi pada daerah ultraviolet jauh. Disamping itu
●●
CX X O
HH ◦ ◦
Anti bonding
Anti bonding
Non bonding
Bonding
Bonding
σ*
π
*
n
π
σ
E
● orbital elektron σX orbital elektron πO orbital elektron n
19
gugus karbonil juga memberikan eksitasi elektron (σ → π*) yang terjadi
pada panjang gelombang 280 – 290 nm. Tapi eksitasinya terlarang karena
memberikan harga E maksimum 12 – 16 (>1000).
Semua gugus dan gugusan atom yang mengabsorbsi radiasi UV-
Vis disebut sebagai kromofor. Pada senyawa organik dikenal pula gugus
Ausokrom, yaitu gugus gugus fungsional yang mempunyai elektron bebas
seperti –OH, O-NH2 dan O-CH3 yang memberikan transisi (n – σ*).
2. Pemilihan pelarut
Spektrofotometri UV-Vis dapat melakukan penentuan terhadap
sampel yang berupa larutan, gas, atau uap. Untuk sampel yang berupa
larutan perlu diperhatikan beberpa persyaratan pelarut yang dipakai,
diantara lain :
Pelarut yang dipakai tidak boleh mengandung sistem ikatan
rangkap terkonyugasi pada struktur molekulnya dan tidak
berwarna.
Tidak terjadi interksi dengan molekul senyawa yang dianalisis.
Kemurninnya harus tinggi atau derajat untuk analisis.
Pada umumnya pelarut yang sering dipakai dalam analisis
spektrofotometri UV-vis adalah air, etanol, sikloheksana dan isopropanol.
Absorbsi pelarut yang dipakai pada daerah UV-vis (penagal UV =
UV cut OFF). Hal yang perlu diperhatikan adalah polaritas pelarut yag
dipakai. Karena akan sangat mempengaruhi terhadap pergeseran spektrum
molekul yang dianalisis.
Kaidah franks dan Cordon beranggapan bahwa selama elektron
dalam keadaan tereksitasi, molekut tersebut dalam keadaan diam hanya
terjadi pergeseran elektronnya saja. Selanjutnya elektron suatu molekul
yang tereksitasi maupun tidak akan berasosiasi dengan pelarut sehingga
20
terjadi penurunan tingkat energi ∆E untuk π1 - π 1* < π – π* dan n1 – π1* >
n – π* .
Pengaruh polaritas pelarut terhadap eksitasi elektron dalam
spektrofotometer UV-vis.
Dari kaidah Franks dan Cordon tersebut dapat ditarik kesimpulan sebagai
berikut :
Kenaikan polaritas pelarut untuk elektron yang bertransisi n1 – π1*
akan memberikan pergeseran biru (hipokromik). Hal ini
disebabkan ikatan hidrogen dengan keadaan dasar elektron n yang
lebih mantap dibandingkan dengan keadaan π* yang turun
energinya menjadi π1* (dalam keadaan polar).
Sebalinya untuk transisi elektron π1 - π 1* polaritas pelarut akan
menimbulkan pergeseran merah (hatokromik). Hal ini disebabkan
pelarut yang polar akan lebih memantapkan keadaan π* sehingga
∆E untuk π1 - π 1* < π – π*.
E
Tanpa pelarut Dengan pelarut etanol
π1
π1*
n1π
π*
n
21
Pelarut untuk UV-Vis dan batas minimum transparasi (cut off point)
Pelarut Cut off point (nm)
Air 190
Metnol 210
Sikloheksana 210
Heksana 210
Dietil eter 220
p-dioksan 220
Etanol 220
Kloroform 250
CCl4 265
Benzena 280
Toluen 285
Piridina 305
Aseton 330
Karbon disulfida 380
3. Instrumen
Pada umumya konfigurassi dasar setiap spektrofotometer UV-Vis
berupa susunan optis yang terkonstruksi sebagai berikut :
Ket :
SR = sumber reduksi
M = monokromator
SK = sampel kopartemen
D = detektor
SR D A VDSKM
22
A = amplifier atau penguat
VD = visual display atau motor
Dilihat dari sistem optik spektrofotometer dapat digolongkan
dalam 3 macam :
1. Sistem optik radiasi berkas tunggal (single beam)
2. Sistem optik radiasi ganda (double beam)
3. Sistem radiasi berkas terpisah (splitter beam)
SUMBER RADIASI
sumber
monokroma
tor
sampel
detektorpenggandaPiranti
baca
Bagian optis
Bagian listrik
MOTOR
SUMBER
MONOKROMATOR
SAMPEL
PEMBANDING
SERVOMOTOR
PENGUA
T
DETEKTOR
Hubungan pena
Memutar drum dengan kertas grafik
cermin
Cermin tanggung
cermin
pemenggal
Baji optis
23
Beberapa macam sumber rasiasi yang dipakai pada spektrofotometer UV-
Vis adalah lampu deutorium, lampu tungstein dan lampu merkuri. Sumber radiasi
deutorium dapat dipakai pada daerah panjang gelombang 190 – 380 nm (daerah
ultra violet). Karena pada rentangan panjang gelombang tersebut sumber radiasi
deutorium memberikan spektrum energi radiasi yang lurus. Sedangkan pada
panjang gelombang 480 nm dan 651,1 nm memberikan dua spektra yang dapat
dipakai untuk mengecek ketepatan panjang gelombang pasda spektrofotometer
UV-Vis. Umur sumber radiasi Deutorium (D2) sekitar 500 jam pemakaian.
Sumber radiasi tungstein merupakan campuran dari filamen tungstein dan
gas iodin (halogen). Oleh sebab itu disebut sebagai sumber radiasi ‘tungstein-
iodin”. Sumber radiasi tungstein-iodin ini dipakai pada spektrofotometri UV-Vis
sebagai sumber radiasi pada daerah pengukuran sinar tampak dengan rentangan
panjang gelombang 380 – 900 nm, karen pada sumber radiasi tersebut radiasi
tungstein iodin memberikan energi radiasi sebagai garis lengkung. Umur tungstein
iodin sekitar 1000 jam pemakaian.
Sumber radiasi merkuri adalah sumber radiasi mengandung uap merkuri
bertekanan rendah dan biasanya sumber radiasi merkuri ini dipakai untuk
mengecek atau kalibrasi panjang gelombang pada spektrofotometer UV-Vis pada
daerah ultraviolet khususnya sekitar panjang gelombang 365 nm dan sekaligus
untuk mengecek resolusi dari monokromator
MONOKROMATOR
Berfungsi untuk mendapatkan radiasi monokromatis dari sumber radiasi
yang memancarkan radiasi polikromatis. Monokromatis pada spektrofotometer
UV-Vis biassanya terdiri dari susunan : celah (slit) masuk filter plasma – kisi
(grating) – celah luar.
CELAH (SLIT) monokromator adalah bagian yang pertama dan terakhir
di suatu sistem optik monokromator pada spektrofotometer UV-Vis. Celah dibuat
24
dari logam yang kedua ujungnya diasah dengan cermat sehingga sama. Lebar
celah masuk dan celah keluar harus sama yang dapat diatur dengan memutar
tombol mekanik atau diatur dengan sistem elektronik.
Hubungan intensitas radiasi (l) dengan panjang gelombang yang telah
diatur spektrofotometer dengan monokromator celah masuk dan celah keluar
identik. Hubungan antara interaksi radiasi (l) yang keluar dari celah terhadap
panjang gelombang merupakan grafik segitiga seperti tampak pada gambar.
- Panjang gelombang (puncak segitiga) adalah panjang gelombang
maksimum yang terbaca pada spektrofotometer dan disebut pula sebagai
panjang gelombang normal.
- Lebar pita efektif (effectif band width) atau lebar celah spektra ialah
rentangan panjang gelombang yanng dipancarkan dari celah keluar.
- Rentang panjang gelombng (band width) yang dipancarkan dari intensitas
radiasi menuju celah keluar (lebarnya adalah dua kali lebar pita efektif
pada keadaan celah masuk dan celah keluar yang identik.
- Celah monokromator berperan penting dalam hal terbentuknya radiasi
monokromator dan resolusi panjang gelombang.
FILTER OPTIK. Cahaya tamapk yang merupakan radiasi elektromagnetik
denagan panjang gelombang 380 – 780 nm adalah cahaya putih yang merupakan
λ 1 λ 2
λ 3
MONOKROMATORSETTING
RADIAN POWER
EFFECTIVEBAND WITCH
BAND WITCHMONOKROMATOR
SETTING λ
25
campuran cahaya dengan berbagai macam panjang gelombang. Filter optik
berfungsi untuk menyerap warna komplementer sehingga cahaya tampak yang
diteruskan sesuai dengan warna filter optik yang dipakai.
Filter optik yang sederhana dan banyak dipakai terdiri dari kaca yag
berwarna. Dengan adanya filter optik sehingga bagian dari monokromator akan
dihasilkan pita cahaya sangat sempit sehingga kepekaan analisis lebih tinggi. dan
lebih dari itu didapatkan cahaya yang lampu monokromatis sehingga akan
mengikuti hukum Beer pada analisis kuntitatif.
PRISMA dan KISI (GRATING) merupakan bagian monokromator yang
terpenting. Prisma dan kisi pada prinsipnya menispersi radiasi elektromagnetik
sebatas mungkin supaya didiapatkan resolusi yang baik dari radiasi polikromtis.
Prisma dibuat dari leburan silika dan pada sisi siku-siku dari plasma Littrow
dilapisi dengan kaca aluminium. Sedangakn prisma Cornu tidak ada pelapisan
dengan kaca aluminium. Prisma Littow lebih banyak dipakai pada
spektrofotometer karena bentuknya yang kompak, daya resolusi yang lebih baik
serta refleksi radiasi elektromagnetik yang datang memberikan keuntungan
menghilangkan pengaruh optis aktif.
26
Keuntungan monokromatis prisma :
- Prisma dapat dipakai sebagai monokromator pada daerah panjang
gelombang yang luar yaitu 185 nm (daerah UV) sampai 2500 nm (daerah
ir dekat).
- Tidak menimbulkan tingkat order difraksi.
- Monokromator prisma sangat efektiv untuk monokromator di daerah UV
dekat (185 – 300 nm).
Kekurangan monokromatis prisma :
Dispersi radiasi elektromagnetik untuk prisma tidak memberikan
skala panjang gelombang yang linier.
Resolusi radiasi elektromagnetik untuk prisma tidak memberikan
harga yang sama (uniform).
(+) (-)
300λ 1
λ 2λ 3
ɵ 1ɵ 2
(a)
300
Aluminizedsurface
IncidentRadiation
DispersedRadiation
(b)
Figure 10.5 Dispersionof polychromatik radation by (a) a Cornu prism and (b) a Littrow prism.
27
Dispersi dan resolusi radiiasi elektromagnetik pada daerah sinar
tampak dan daerah infra merah kurang baik.
Kisi (grating) dibuat dari lempengn kaca yang pada permukaannya dilapisi
oleh resin sintesis dengan garis-garis (1200 garis tiap cm). Kemudian pada
permukaannya dilapisi lagi dengan kaca aluminium. Bentuk yang konkaf (cekung)
lebih menguntungkan dibandingkan yang datar, karena bentuk kisi konkaf
memberikan resolusi yang lebih baik.
Kebaikan monokromator kisi :
Kisi memberikan dispersi radiasi yang besar, sehingga memberikn resolusi
radiasi yang baik pada daerah yang panjang gelombang sinar tampak dan
infra merah dekat dibandingkan dengan prisma.
Resolusi dan dispersi radiasi elektromgnetik oleh kisi boleh dikatakan
tidak dipengaruhi oleh perubahan tempertur.
Resolusi radiasi elektromagnetik oleh kisi memberikan harga yang konstan
pada lebar celah yang tetap.
Dispersi radiasi elektromagnetik oleh kisi akan memberikan skala panjang
gelombang yang linier.
SEL atau KUVET merupakan wadah sampel yang akan dianalisis.
Ditinjau dari pemakaiannya kuvet ada dua macam yaitu kuvet yang permanen
terbuat dari bahan gelas atau leburan silika dan kuvet dispossible untuk satu kali
pemakaian yang terbuat dari teflon atau plastik. Ditinjau dari bahan yang dipakai
membuat kuvet ada dua macam yaitu : kuvet dari leburan silika ( kuarsa) dan
kuvet dari gelas. Kuvet dari leburan silika dapat dipakai untuk analisa kuantitatif
dan kulitatif pada daerah pengukuran 380 – 1100 nm. Dan kuvet dari bahan gelas
dipakai pada daerah pngukuran 380 – 1100 nm karena bahan dari gelas
mengabsorbsi radiasi UV.
28
DETEKTOR merupakan bagian yang penting, oleh sebab itu kualitas
detektor akan menentukan kualitas spektrofotometer UV-Vis. Fungsi detektor
dalam spektrofotometer adalah mengubah sinyal radiasi yang diterima menjadi
sinyal elektronik. Beberapa macam detektor yang pernah dipakai dalam
spektrofotometer UV-Vis adalah :
- Detektor foto sel
- Detektor tabung foton hampa
- Detektor tabung penggandaan foton (photomultiplier tube)
- Detektor photo diode array
Beberapa persyaratan tentang kualitas dan fungsi detektor di dalam
spektrofotometer UV-Vis antara lain :
1. Detektor harus mempunyai kepekaan yang tinggi terhadap radiasi yang
diterima, tetapi harus memberikan derau (noise) yang sangat minimum.
2. Detektor harus mempunyi kemampuan untuk memberikan respon terhadap
reaksi pada daerah panjang gelombang yang lebar (UV-Vis).
3. Detektor harus memberikan respon terhadap radiasi dalam waktu yang
serempak.
4. Detektor harus meberikan jaminan terhadap respon kuantitatif dan sinyal
elektronik yang dikeluarkan harus berbanding lurus dengan sinyal yang
diterima.
5. Sinyal elektronik yang diteruskan detektor harus dapat diaplikasikan
untuk penguat (amplifer) ke rekorder (pencatat).
TABUNG FOTON
Detektor fotolistrik yang paling sederhana adalah tabung foton. Ini berupa
tabung hampa udara dengan jendela yang tembus cahaya yang berisi sepasang
elektroda, melintasi elektroda itu diberi selisih potensial. Permukaan elektroda
negatif bersifat peka cahaya, artinya elektron akan terpental dari dalam permukaan
29
ini bila permukaan disinari dengan foton-foton yang energinya cukup. Elektron
dipercepat ke arah elektroda positif, ketika melintasi selisih potensial itu dan
mengalirkn arus dalam rangkaian itu. Apakah elektroda akan dipancarkan atau
tidak bergantung pada sifat dasar permukaan elektroda dan frekuensi radiasi.
Banyaknya elektron yang dipancarkan persatuan waktu dan karenanya arus listrik
itu bergantug pada radiasi.
30
TABUNG PENGGANDA FOTON
Tabung pengganda foton lebih peka dari pada tabung foton biasa karena
penggandaan yang tinggi dicapai dengan tabung itu sendiri. Tabung semacam itu
mempunyai sederean elektroda- elektroda yang potensial positifnya relatif
terhadap katoda makin besar. Geometri tabung itu sedemikian rupa sehingga foto
elektron primer di fokuskan menjadi suatu berkas dan dipercepat ke arah elektroda
yang 50 – 90 V lebih positif dari katodanya.
Pembaruan elektroda ini (atau dinode, demikian namanya) membebaskan
elektron sekunder yang lebih banyak, yang dipercepat ke arah elektroda ketiga
yang lebih positif dan seterusnya, barangkali untuk 10 tahap. Dibutuhkan suplay
daya yang bervoltase tinggi yang diatur memberikan sekitar 500 – 900 V untuk
menjalankan tabung itu. Keluaran pengganda foton itu masih digandakan lebih
lanjut dengan suatu penguat (amplifier) elektronik luar. Kepekaan yang
ditingkatkan dari detektor ini memungkinkan celah dalam monokromator
disempitkan dan karena itu sruktur halus spectralnya dapat dipisahkan dengan
lebih baik.
DETEKTOR PHOTO DIADE-ARRAY
Merupakan detektor dengan teknologi yang terbaru pada spektrofotometri
UV-Vis. Terdiri atas satu tatanan yang teratur (array) dari foto diode aktif dalam
jumlah yang sangat banyak (330 buah). Dan tiap-tiap foto diode ktif dalam
tatanan tersebut memberikan respon yang spesifik terhadap radiasi dengan
panjang gelombang tertentu. Dengan demikian radiasi polikromatis dengan
rentang panjang gelombang yang luas (UV-Vis) akan dapat diterima dengan cepat
dan serempak oleh foto diode aktiv yang ada didalam tatanan tersebut, sehingga
akan memberikan kecepatan scaning yang sangat tinggi, karena tidak ada gerakan
mekanis untuk mengatur panjang gelombang dan tiap-tiap foto diode aktiv hanya
memberikan respon yang spesifik terhadap radiasi yang diterima, maka akibat
31
kedua hal tersebut waveleght reproducibility pada spektrofotometer dengan
detektor photo diade-array akan lebih terjamin ( ± 0,05 nm).
Beberapa perbedaan yang juga merupakan keunggulan photo diode-array
spektrofotometer UV-Vis dibandingakan spektrofotometer UV-Vis yang lain :
1. Memakai sumber radiasi tunggal yaitu lampu D2 ( deutorium)
2. Radiasi yang diukur adalah polikromatis, sehingga sampel kompartemen
berada dalam keadaan terbuka.
3. Waveleght reproducibility, karena tidak ada gerakan mekanis untuk
mengatur panjang gelombang.
4. Kecepatan scaning keseluruhan daerah pengukuran panjang gelombang
sangat tinggi.