web viewinstrumen yang memakai monokromator celah yang tetap pada bidang ... sehingga...
TRANSCRIPT
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.
SPEKTROFOTOMETRI 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
BAB2
pada molekul yang di analisis, sehingga spektrofotometer UV-Vis lebih banyak
dipakai untuk analisis kuantitatif dibandingkan kualitatif.
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.
●●
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
Pada gugus karbonil (dimetil keton & asetetaldehid) akan terjadi eksitasi
elektron (π → σ*) yang terjadi pada daerah ultraviolet jauh. Disamping itu
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
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
E
Tanpa pelarut Dengan pelarut etanol
π1
π1*
n1π
π*
n
pelarut yang polar akan lebih memantapkan keadaan π* sehingga
∆E untuk π1 - π 1* < π – π*.
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
SR D A VDSKM
M = monokromator
SK = sampel kopartemen
D = detektor
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
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
SUMBER RADIASI
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
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.
λ 1 λ 2
λ 3
MONOKROMATORSETTING
RADIAN POWER
EFFECTIVEBAND WITCH
BAND WITCHMONOKROMATOR
SETTING λ
- 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
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.
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.
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.
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
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.
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
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.