bab 2 bener

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

II.1 Dasar TeoriBanyak metode analisa kuantitatif yang

digunakan oleh para ahli kimia, salah satunya dengan menggunakan warna sebagai bantuan dalam menganalisa dan mengenali zat-zat kimia. Spektrofotometri dapat dianggap sebagai perluasan suatu pemeriksaan visual, yang dengan studi lebih mendalam dari absorbsi energi radiasi oleh macam-macam zat kimia memperkenankan dilakukannya pengukuran ciri-cirinya serta kuantitatifnya dengan ketelitian yang lebih besar. Dengan menggantikan mata manusia dengan pelacak-pelacak lain dari radiasi dimungkinkan studi dari absorbsi di luar daerah terlihat spektrum, dan sering kali percobaan-percobaan spektrofotometrik dapat dilakukan secara otomatik. Dalam penggunaan dimasa sekarang, istilah spektrofotometrik mengingatkan pengukuran berapa jauh energi radiasi diserap oleh suatu sistem sebagai fungsi panjang gelombang dari radiasi, maupun pengukuran absorbsi terisolasi pada suatu panjang gelombang tertentu. Agar dapat mengerti spektrofotometrik, kita perlu memeriksa kembali peristilahan yang dipergunakan dalam menentukan tabiat energi radiasi, memperhatikan secara elementer interaksi radiasi dengan macam zat kimia, serta melihat secara umum apa yang dikerjakan oleh alat-alatnya (Underwood,1994 ).

Radiasi berinteraksi dengan zat kimia akan diperoleh informasi tentang zat tersebut. Interaksi ini dapat berupa refleksi, reflaksi, dan defraksi. Cara interaksi dengan suatu sampel dapat dengan

II - 1

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Laboratorium Analisa Instrumen

absorbsi, pemendaran, emisi, dan penghaburan, tergantung pada sifat materi (Underwood,1994).

Spektrofotometer terdiri atas alat spektrometer dan fotometer. Spektrometer menghasilkan sinar dari spektrum dengan panjang gelombang tertentu dan fotometer adalah alat pengukur intensitas cahaya yang ditransmisikan atau diabsorbsikan. Jadi spektrofotometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur energi secara relatif apabila energi tersebut ditransmisikan, direfleksikan atau diemisikan sebagai fungsi dari panjang gelombang (Underwood,1994 ).

Pada fotometer filter, sinar dengan panjang gelombang yang diinginkan diperoleh dengan berbagai filter dari berbagai warna yang mempunyai spesifikasi melewatkan trayek panjang gelombang tertentu. Fotometer filter ini tidak mungkin diperoleh panjang gelombang yang benar-benar monokromatis, melainkan melalui suatu trayek panjang gelombang 30-40 nm. Kelebihan spektrofotometer dibandingkan dengan fotometer adalah panjang gelombang dari sinar putih dapat lebih terseleksi dan ini dapat diperoleh dengan alat pengurai seperti prisma, grating ataupun celah optis (Underwood,).Suatu spektrofotometer tersusun dari sumber spektrum tampak yang kontinyu, monokromator, sel pengabsorbsi untuk larutan sampel atau blangko dan suatu alat untuk mengukur perbedaan absorbsi antara sampel dan blangko atau pembanding. Dalam praktek instrumen berkas tunggal biasanya dijalankan dengan tangan ataupun manual, sedangkan instrumen berkas rangkap mencirikan perekaman automatik terhadap spektra serapan.

II - 2



Perlatan Untuk Analisa SpektrofotometrikSpektrofotometer adalah alat untuk mengukur transmitan atau absorbans suatu contoh sebagai, fungsi panjang gelombang, dan juga untuk pengukuran terhadap suatu deretan contoh pada suatu panjang gelombang tunggal. Alat-alat seperti ini dikelompakkan manual/ perekam, maupun sebagai sinar tunggal atau sinar rangkap. Da dalam kehidupan sehari-hari, alat-alat sinar tunggal biasanya dijalankan dengan tangan, sedangkan alat-alat sinar rangkap biasanya menonjolkan pencatatan spektrum dengan suatu alat sinar tunggal (Underwood,1994).

AbsorbsiAbsorbsi merupakan suatu berkas radiasi

elektromagnetik, bila dilewatkan melalui sampel kimia akan terabsorbsi. Spektrum absorbsi dapat diperoleh dengan menggunakan bermacam-macam pelarut dan bahkan padat. Besarnya absorbsi tergantung pada panjang gelombang radiasi dan tabiat jenis zat molekul dalam larutan, absorbsi juga tergantung dari jarak yang dijalani oleh radiasi melewati larutan. Absorbsi pada cahaya tampak dan radiasi ultra ungu meningkatkan energi elektronik suatu molekul. Yaitu, energi yang disumbangkan oleh foton memungkinkan elektron untuk mengatasi beberapa dari kekangan inti dan bergerak keluar ke orbital dengan energi lebih tinggi yang baru.

Spektrofotometer Sinar TunggalUnsur-unsur terpenting suatu spektrofotometer, yang ditunjukkan secara sistematik dalam adalah sebagai berikut:

II - 3



Sumber energi radiasi yang kontinyu dan meliputi daerah spektrum, di mana alat ditujukan untuk dijalankan.Monokromator, yang merupakan suatu berkas sempit dari panjang gelombang dari spektrum luas yang disiarkan oleh sumber.Wadah untuk contoh.Detektor yang merupakan suatu tranducer yang mengubah energi radiasi menjadi listrik.Penguat dan rangkaian yang bersangkutan yang membuat isyarat listrik.Sistem pembacaan yang dapat menunjukkan besarnya isyarat listrik

SumberSumber energi radiasi yang biasa bagi daerah tampak dari spektrum maupun inframerah dekat dan ultraungu dekat adalah satu lampu pijar dengan filamen wolfram. Pada kondisi operasi biasa, hasil lampu wolfram ini adalah memadai dari kira-kira 325 atau 350 nm hingga kira-kira 3 m. energi yang dipancarkan oleh filamen yang dipanaskan sangat berubah-ubah dengan panjang gelombang seperti ditunjukkan dalam Gambar 1.2. Distribusi energi merupakan fungsi suhu filamen, yang pada gilirannya tergantung pada voltase yang disediakan untuki lampu. Peningkatan suhu operasi meningkatkan hasil energi total dan menggeser puncak Gambar 1.2 ke panjang gelombang yang lebih pendek. Maka dibutuhkan voltase ke lampu yang stabil. Sumber untuk spektrofotometer inframerah yang pada umumnya bekerja dari kira-kira 2 hingga 15 m, biasanya adalah pemijar nernst. Ini merupakan sebuah batang kecil yang menyerupai keramik yang terbuat dari campuran istenewa dari oksida-oksida

II - 4



logam, dengan kawat penghubung daripada platina terlebur pada ujungnya (Underwood,1994).

Gambar II.1 Hasil relatif energi suatu lampu wolfram sebagai fungsi

MonokhromatorMonokhromator merupakan alat untuk

mengisolasi suatu berkas sempit dari panjang gelombang-panjang gelombang dari spektrum luas yang disiarkan oleh sumber. Unsur terpenting sebuah monokhromator adalah sistem celah dan unsur dispersif. Radiasai dari sumber difokuskan ke celah masuk, kemudian dikumpulkan oleh sebuah lensa atau cermin sehingga sinar pararel jatuh pada unsur dispersi, yang merupakan suatu prisma atau suatu kisi difraksi. Dengan pemutaran secara mekanik prisma atau kisi, bermacam-macam bagian spektrum yang dihasilkan oleh unsur dispersif difokuskan ke celah keluar, yang dari sini melalui suatu jalan optik selanjutnya, menjumpai contohnya.

II - 5

Sinar Putih

Merah

Ungu



Gambar II.2 Peralatan Monokhromator

Dengan monokhromator prisma, suatu lebar celah tertentu tidak menghasilkan derajat monokhromatisitas yang sama pada seluruh spectrum. Ketergantungan dispersi suatu prisma terhadap panjang gelombang adalah sedemikian rupa hingga panjang gelombang pada spectrum tidak tersebar secara uniform. Wadah Contoh (sampel)

Kebanyakan spektrofotometer melibatkan larutan, dan dengan demikian kebanyakan wadah contoh merupakan sel untuk menempatkan cairan didalam sinar dari spektrofotometer. Sel harus memancarkan energi radiasi dalam daerah spectral yang penting; maka sel gelas melayani dalam daerah tampak, kuarsa dan gelas berkadar silikat yang istimewa tinggi dan garam batuan dalam inframerah. Harus diingat bahwa sel yang dalam pengertian hanya suatu wadah untuk contoh, sebenarnya adalah lebih dari pada ini; apabila dalam kedudukan ia menjadi bagian dari jalan optic dalam spektrofotometer, dan sifat-sifat optiknya adalah sangat penting. Sel-sel yang lebih baik mempunyai permukaan optic yang datar. Sel harus diisi sedemikian rupa hingga berkas cahaya lewat larutan dengan seluruh meniscus diatas sinar. Sel biasanya ditahan dalam kedudukan oleh perencanaan kinetic dari pemegang atau penjepit pegas, yang menjamin penempatannya dalam kedudukan yang dapat direproduksi didalam bagian gerbang alat.

II - 6



Sel-sel istimewa untuk sinar tampak dan ultraungu mempunyai panjang lintasan sebesar 1 cm, tetapi suatu keanekaragaman dapat diperoleh, mulai dari batas lintasan sangat pendek, fraksi dari satu milimeter, keatas sampai 10 cm atau bahkan lebih. Sel- sel mikro dapat diperoleh, yang dengan perantaraannya sejumlah volume sangat kecil larutan menghasilkan panjang lintasan yang biasa, dan sel yang dapat diatur dengan panjang lintasan yang bermacam-macam juga dapat diperoleh, terutama untuk penelitian inframerah (Underwood,)Detektor

Detektor dalam spektrofotometri diharapkan mempunyai kepekaan yang tinggi didalam daerah spektral, tanggap linear untuk tenaga radiasi, waktu tanggap yang cepat, dapat dipengaruhi oleh amplifikasi, dan tingkat stabilitas tinggi atau tingkat derau rendah. Jenis deteksi yang telah digunakan paling luas berdasarkan perubahan fotokimia (sebagian besar fotografik). Detektor biasanya berupa :- Detektor fotoelektrik

Dipergunakan pada daerah- daerah tampak dan ultraungu dan detektor yang berdasarkan efek termal digunakan dalam inframerah. Detector fotoelektrik yang paling umum adalah tabung foto. Ini merupakan pembungkus yang dikosongkan dengan satu jendela yang tembus cahaya, yang berisi sepasang elektroda yang diantaranya dipelihara suatu potensial. Permukaan elektroda negative adalah peka cahaya; yaitu electron dilontarkan dari permukaan ini apabila ia diradiasi dengan foton yang cukup berenergi. Electron-elektron dipercepat melintasi beda potensial ke elektroda positif dan sebuah arus mengalir dalam

II - 7



rangkaian. Ada atau tidak ada electron yang dipancarkan tergantung pada sifat permukaan katoda dan frekuensi radiasi.-Detektor termoelektrik

Jika dua logam yang tidak sama digabungkan pada dua titik, sebuah potensial ditimbulkan jika kedua sambungan ada pada suhu yang berlainan.

Dasar dari deteksi adalah pemanasan salah satu sambungan dengan radiasi inframerah. Sambungan ini khusus direncanakan untuk mempunyai suatu kapasitas panas rendah sehingga akan dipanaskan secukupnya oleh radiasi dan tenaga rendah yang dijumpai di dalam alat.- Detektor inframerah

Jenis detektor foto-listrik seperti tabung foton-hampa (Vacuum Photo Tube) atau tabung penggandaan foton (Photon Multiply Tube) tidak dapat dipergunakan untuk mendeteksi sinar-sinar infra merah. Hal tersebut disebabkan karena energi darifoton infra merah tidak cukup besar untuk membebaskan elektron-elektron dari permukaan katoda untuk tabung foton. Oleh karena itu, jenis-jenis dari detektor yang dipergunakan untuk mendeteksi sinar infra merah meliputi : Detektor kalor (Thermal Detectors), dan detektor yang didasarkan pada hantaran foton (fotokonduksi atau Photoconduction).

Fotokonduktor Jenis detektor infra merah ini biasanya terbuat dari hablur zat setengah konduktor (semikonduktor), seperti PbS, PbSe, dan Ge. Apabila senyawa-sewnyawa tersebut menyerap sinar (infra merah), maka elektron-elektron buatan penghantar di dalamnya akan tereksitasi ke keadaan eksitasi dimana elektro-elektron tersebut

II - 8



dapat menghantarkan arus. Pertambahan daya hantar listrik atau penurunan tahanan listrik yang terjadi karenanya, dapat diukur tanpa kesulitan dan berbanding lurus dengan jumlah foton yang mencapai setengah konduktor (mencapai permukaannya). Fotokonduktor yang sering dipakai adalah PbS, yang peka dalam daerah-daerah spektrum antara 0,8 dan kira-kira 2 m (12.500 - 5000 cm-1). Panjang gelombang maksimum yang dapat dideteksi dengan fotokonduktor adalah kira-kira 5 m (2000 cm-1).

Detektor kalor (Thermal Detector)Ada tiga macam detektor kalor untuk mendeteksi sinar infra merah yaitu thermokoppel, bolometer dan sel golay. Ketiga detektor tersebut bekerja berdasarkan pada efek pertier yang ditimbulkan oleh sinar infra merah.

Thermokoppel Detektor ini bekerja berdasarkan efek peltir dimana selisih tegangan akan timbul, antara dua tempat sambungan logam-logam yang berbeda janisnya atau semikonduktor, apabila kedua tempat sambungan tersebut memiliki temperatur yang berlainan. Jadi apabila sambungan yang satu (sambungan panas) lebih tinggi suhunya atau temperaturnya pada sambungan kedua (sambungan dingin), maka akan timbul selisih tegangan listrik yang kecil diantara sambungan panas dan sambungan dingin tersebut.BolometerBagian yang paling utama dari detektor ini adalah suatu logam atau suatu konduktor yang tipis. Apabila sinar infra merah jatuh ke bolometer ini ,maka temperatur atau suhunya akan naik,

II - 9



dengan berubahnya temperatur tersebut maka tahanan listrik bolometer akan berubah pula. Jadi dengan singkat, apabila disinari, maka bolometer akan mengalami perubahan tahanan listrik sebagai fungsi temperatur atau suhu. Detektor GolayJenis detektor ini pada pokoknya adalah suatu termometer gas yang peka. Gas yang tersimpan pada detektor tersebut akan menjadi lebih panas, apabila disinari dengan sinar infra merah. Akibat dari kenaikkan suhu tersebut, maka tekanan gas akan berubah menjadi isyarat listrik. Penguatan dan pembacaan

Voltase pada tahanan beban digunakan untuk mengecilkan suatu rangkaian yang menarik tenaganya dan suatu sumber bebas dan yang mempunyai tenaga cukup besar untuk menjalankan sebuah meteran atau peralatan pembacaan lain (Underwood,1994)

II - 10



Gambar II. 3 Rangkaian foto tabung yang sederhana

Hukum Dasar Spektrofotometri Jika suatu berkas sinar melewati suatu

medium yang homogen, sebagian cahaya datang (Po) di absorbsi sebanyak (Pa), sebagian lagi diabaikan atau dipantulakn (Pr) sedangkan sisanya ditransmisikan (Pt) sehingga terdapat persamaan :Dalam Spektrofotometri berlaku hukum :Hukum Bougeer (lambert)

Jika suatu sinar radiasi monokhromatik (yaitu radiasi dari satu panjang gelombang tunggal) diarahkan melewati medium, diketahui bahwa tiap lapisan menyerap bagian yang sama dari radiasi, atau tiap lapisan mengurangi tenaga radiasi sinar dengan bagian yang sama.

Dirumuskan secara matematik, dengan ketentuan Po adalah tenaga radiasi yang jatuh dan P adalah tenaga yang keluar dari suatu lapisan medium setebal b satuan :

- = k1p

Tanda minus menunjukkan bahwa tenaga berkurang dengan absorbsi. Berkurangnya tenaga radiasi tiap satuan ketebalan medium penyerap sebanding dengan tenaga radiasi. Biasanya persamaan diatas ditulis dengan logaritma dasar, yang hanya berubah tetapannya :

log = k2b

Pernyataan persamaan diatas :

II - 11



“Tenaga radiasi yang ditranssisikan berkurang secara eksponensial jika tebal medium penyerap bertambah secara aritmatik“.Menurut hukum Bouger, jika kita membiarkan tebal medium meningkat secara tak terhingga, maka tenaga radiasi yang ditransmisikan harus mendekati nol.

Hukum BeerHukum Beer analog dengan Bouguer dalam menguraikan pengurangan eksponensial dalam tenaga transmisi dengan suatu peningkatan aritmatik dalam konsentrasi, maka :

- = k3P

yang setelah diintegrasi dan pengubahan menjadi logaritma biasa, yaitu :

log = k4c

Hukum Beer dianggap sah apabila telah memenuhi kondisi yang diinginkan, kondisi itu mencakupi :Untuk radiasi monokhromatisSifat macam zat yang menyerap ditetapkan diatas jangkau konsentrasi yang bersangkutanLarutan encer (10-2 m)Selama pengukuran, pada larutan encer tidak mengalami reaksi kimia.

Jika suatu sistem mengikuti hukum Beer,grafik antara absorpsi terhadap konsertasi akan menghasilkan garis lurus melalui titik (0,0). Grafik tersebut dapat disebut sebagai kurva kalibrasi. Arah grafik adalah ab dapat digunakan untuk menghitung absorbtivitas molar (a)

II - 12



Bila diinginkan pengukuran secara serentak terhadap dua komponen, maka pengukuran dapat dilakukan pada dua pangjang gelombang dimana masing-masing komponen tidak saling mengganggu, dua macam khromofor yang berbeda akan mempunyai kekuatan absorpsi cahaya yang berbeda pula satu daerah panjang gelombang. Pengukuran dilakukan dilakukan pada masing-masing larutan pada dua panjang gelombang, sehingga diperoleh dua kesamaan hubungan antara absorbpsi dengan konsentrasi pada dua panjang gelombang, akibatnya konsentrasi masing-masing komponen dapat dihitung.

Perhitungan absorbtivitas molar untuk masing-masing komponen menggunakan dasar absorbpsi yaitu A1 = abc, dimana untuk larutan I : A1 = a1b1c1 sedangkan larutan kedua A2 = a2b2c2, sehingga diperoleh :Aλ1 = a2b2c2λ1 + a1b1c1λ1

Aλ2 = a1b1c1 + a2b2c2λ2

Karena dalam kurva kalibrasi, K = ab, maka : Aλ1 = k1c1λ1 + k2c2λ1

Aλ2 = k2c2λ2 + k2c2λ2

Hukum Bouguer-BeerDalam hukum Bouguer-Beer tertulis, k4 =

f(b). Demikian pula dalam hukum bouguer, k2 = f(c). Subsitusi hubungan-hubungan dasar ini kedalam hukum-hukum Bouguer dan Beer menghasilkan :log Po = f (c)b dan log Po = f(b)c

P p (Bouguer) ( Beer )

Kedua hukum harus diberlakukan bersamaan pada setiap titik, sehingga :f (c) b = f (b) catau kalau dipisahkan variabelnya :f (c) = f (b)

II - 13



c bPersyaratan satu-satunya agar dua fungsi variabel tidak bergantungan dapat menjadi sama, adalah bahwa keduanya sama dengan suatu tetapan :f (c) = f (b) = KC batau :f (c) = Kc dan f (b) = KbSubsitusi ke dalam, baik pernyataan Bouguer maupun Beer menghasilkan pendapatan yang sama :log Po = f (c)b = Kbc Plog Po = f (b)c = Kbc PJadi F (c)b = f (b)cJika c dalam gram per liter, persamaannya :log Po = log 1 = A = abcP Tdimana a = absorptivitasJika c dalam mol per liter, persamaannya :

A = bcA = log Po = absorbans ; T = P = transmitans

P PoJadi hubungan antara A dan T adalah :A = log (1/T)Karena dari hukum Beer, absorbans adalah berbanding langsung terhadap konsentrasi, maka adalah jelas bahwa transmitrans tidak demikian; log T harus digambarkan terhadap c untuk memperoleh suatu grafik linear. Gambar dibawah ini menunjukkan keadaannya.Detektor kebanyakan alat membangkitkan signal yang linear dalam transmitran oleh karena tanggap secara linear terhadap tenaga radiasi. Maka jika suatu alat harus dibaca dalam satuan absorbans,

II - 14



harus ada sebuah skala logaritma pada alat pembacaan atau signalnya harus dirubah secara logaritmik oleh suatu rangkaian atau dengan suatu cara mekanik.

II. Aplikasi Industri

II - 15

bab 2 bener

Documents