Hukum Bouguer ( Lambert)

Hubungan antara absorbsi radiasi dan panjang jalan medium penyerap pertama kali dirumuskan oleh Bouguer (1729) meskipun kadang-kadang dianggap berasal dari Lambert (Underwood;1998). Bila sebuah medium penyerap yang homogen seperti larutan kimia dibagi menjadi lapisan-lapisan maya masing-masing dengan ketebalan sama, maka tiap-tiap lapisan akan menyerap bagian yang sama dari suatu sinar radiasi monokromatik yang diarahkan melewati medium tersebut atau tiap lapisan mengurangi tenaga radiasi sinar dengan bagian yang sama.

Penemuan Bouguer dapat dirumuskan secara matematik sebagai berikut :

-dP/db = k1P

Bila persamaan tersebut diintegrasikan antara batas-batas p0 dan p dan 0 dan b akan menghasilkan persamaan :

log P0/P = k2b

Hukum Beer

Hubungan antara konsentrasi macam-macam zat penyerap dan besarnya absorpsi dirumuskan oleh Beer pada tahun 1859. Hukum Beer analog dengan Hukum Buoguer dalam menguraikan pengurangan eksponensial dalam tenaga transmisi dengan suatu peningkatan aritmatik dalam konsentrasi.

-dP/db = k3P

log P0/P = k4c

Hukum Gabungan Bouguer – Beer

Hukum-hukum Bouguer dan Beer bila digabung akan menghasilkan suatu persamaan:

log P0/P = f(c)b = Kbc

log P0/P = f(b)c = Kbc

Istilah log (po/p) dinamakan absorbansi dan diberi tanda A. Sedangkan b, c dan k berturut-turut merupakan panjang jalan lewat medium penyerap. Konsentrasi zat penyerap dan tetapan. Bila konsentrasi (c) dalam satuan gram per liter maka tetapan tersebut disebut absorptivitas dengan tanda a. Apabila c dengan satuan mol per liter, tetapan disebut absorptivitas molar dengan tanda є. Maka sistem disarankan, hukum Bouguer – Beer dapat berupa dua bentuk :

A = a b c atau A= є b c

Dimana : A = absorbansi

a = absorpsivitas

b = panjang jalan sinar

c = konsentrasi

Karena a dan b tetap maka terdapat hubungan yang linear antara A (absorbans) versus c (konsntrasi).

Beberapa Istilah Dalam Spektrofotometri

Absorbans (A) , A = log (Po/P)

Absorptivitas (a), tetapan dalam Hukum Bouguer-Beer bila konsentrasi dinyatakan dalam %b/v dan tebal kuvet dalam cm. Dengan satuan liter per gram per sentimeter.

Absorptivitas molar (ε), tetapan dalam Hukum Bouguer-Beer bila konsentrasi dinyatakan dalam molar dan tebal kuvet dalam cm. Dengan satuan liter per mol per sentimeter.

Transmitan (T), fraksi dari daya radiasi yang diteruskan oleh suatu sampel T = P/Po. Sering dinyatakan sebagai suatu persentase : %T = (P/Po) x 100%.

INSTRUMENTASI UNTUK SPEKFOTOMETRI

Dalam fisika, spektrofotometri adalah studi kuantitatif spektra elektromagnetik. Hal ini lebih spesifik daripada spektroskopi elektromagnetik istilah umum dalam spektrofotometri berkaitan dengan cahaya, dekat-ultraviolet, dan dekat-inframerah. Juga, istilah ini tidak meliputi waktu-teknik spektroskopi diselesaikan.

Spektrofotometri melibatkan penggunaan spektrofotometer. Sebuah Spektrofotometer adalah Photometer (alat untuk mengukur intensitas cahaya) yang dapat mengukur intensitas sebagai fungsi dari warna (atau lebih spesifik panjang gelombang) cahaya. Fitur penting spektrofotometer adalah spektral linier bandwidth dan pengukuran penyerapan. Spektrofotometer adalah suatu instrumen untuk mengukur    transmitan / absorbans suatu sampel sebagai fungsi panjang gelombang, pengukuran terhadap sederetan sampel pada suatu panjang gelombang tunggal. Komponen utama dari spektrofotometer dapat dilihat pada gambar sebagai berikut :

Diagram komponen utama spektrofotometer.

Mungkin penerapan paling umum adalah pengukuran spektrofotometer cahaya penyerapan, tetapi mereka dapat dirancang untuk mengukur berdifusi atau specular reflectance. [Klarifikasi diperlukan] Strictly, bahkan setengah emisi instrumen pendaran adalah semacam Spektrofotometer.

Penggunaan spektrofotometer tidak terbatas pada studi dalam fisika. Mereka juga sering digunakan dalam bidang ilmiah lain seperti kimia, biokimia, dan biologi molekular. Mereka banyak digunakan di banyak industri termasuk pencetakan dan pemeriksaan forensik.

Spektrofotometer sesuai dengan namanya adalah alat yang terdiri dari spektrometer dan fotometer. Spektrometer menghasilkan sinar dari spektrum dengan panjang gelombang tertentu dan fotometer adalah alat pengukur intensitas cahaya yang ditransmisikan atau yang diabsorpsi. Jadi spektrofotometer digunakan untuk mengukur energi secara relatif jika energi tersebut ditransmisikan, direfleksikan atau diemisikan sebagai fungsi dari panjang gelombang.

Kelebihan spektrofotometer dibandingkan fotometer adalah panjang gelombang dari sinar putih lebih dapat terseleksi dan ini diperoleh dengan alat pengurai seperti prisma, grating ataupun celah optis. Pada fotometer filter, sinar dengan panjang gelombang yang diinginkan diperoleh dengan berbagai filter dari berbagai warna yang mempunyai spesifikasi melewatkan trayek panjang gelombang tertentu. Pada fotometer filter, tidak mungkin diperoleh panjang gelombang yang benar-benar monokromatis, melainkan suatu trayek panjang gelombang 30-40 nm. Sedangkan pada spektrofotometer, panjang gelombang yang benar-benar terseleksi dapat diperoleh dengan bantuan alat pengurai cahaya seperti prisma. Suatu spektrofotometer tersusun dari sumber spektrum tampak yang kontinyu, monokromator, sel pengabsorpsi untuk larutan sampel atau blangko dan suatu alat untuk mengukur perbedaan absorpsi antara sampel dan blangko ataupun pembanding (Khopkar SM,1990).

a. Spektrofotometer Berkas Tunggal

Spektrofotometer berkas tunggal mengukur intensitas cahaya relatif berkas sebelum dan sesudah pengujian sampel dimasukkan.Komponen dari suatu spektrofotometer berkas tunggal :

1. Sumber

Suatu sumber energy cahaya yang berkesinambungan yang meliputi daerah spectrum dimana instrument itu dirancang untuk beroperasi. sumber energy cahaya yang biasa untuk daerah tampak dari spectrum itu maupun daerah ultraviolet dekat dan inframerah dekat adalah sebuah lampu pijar dengan kawat ranbut terbuat dari wolfram. Pada kondisi operasi biasa, keluaran lampu wolfram ini memadai dari sekitar 235 atau 350 nm ke sekitar 3 µm. energy yang dipancarkan olah kawat yang dipanaskan itu beraneka ragam menurut panjang gelombangnya. Panas dari lampu wolfram dapat merepotkan; sringkali rumah lampu itu diselubungi air atau

didinginkan dengan suatu penghembus angin untuk mencegah agar sampel ataupun komponen lain dari instrument itu menjadi hangat.

2. Suatu monokromator yakni suatu piranti untuk mengecilkan pita sempit panjang-panjang gelombang dari spectrum lebar yang dipancarkan oleh sumber cahaya. Ini adalah piranti optis untuk memencilkan suatu berkas radiasi dari sumber berkesinambungan, berkas mana mempunyai kemurnian spectral yang tinggi dengan panjang gelombang yang diinginkan. Radiasi dari sumber difokuskan ke celah masuk, kemudian disejajarkan oleh sebuah lensa atau cermin sehingga suatu berkas sejajar jatuh ke unsure pendispersi, yang berupa prisma atau suatu kisi difraksi. Dengan memutar prisma atau kisi itu secara mekanis, aneka porsi spectrum yang dihasilkan oleh insur disperse dipusatkan pada celah keluar, dari situ, lewat jalan optis lebih jauh, porsi-porsi itu menjumpai sampel.

3. Suatu wadah sampel (kuvet) kebanyakan spektrofotometri melibatkan larutan dan karenanyan kebanyakan wadah sampel adalah sel untuk menaruh cairan ke dalam berkas cahaya spektrofotometer. Sel itu haruslah meneruskan energy cahaya dalam daerah spektral yang diminati: jadi sel kaca melayani daerah tampak, sel kuarsa atau kaca silica tinggi istimewa untuk daerah ultraviolet. Dalam instrument, tabung reaksi silindris kadang-kadang diginakan sebagai wadah sampel. Penting bahwa tabung-tabung semacam itu diletakkan secara reprodusibel dengan membubuhkan tanda pada salah satu sisi tabunga dan tanda itu selalu tetaparahnya tiap kali ditaruh dalam instrument. Sel-sel lebih baik bila permukaan optisnya datar. Sel-sel harus diisi sedemikian rupa sehingga berkas cahaya menembus larutan, dengan meniscus terletak seluruhnya diatas berkas. Umumnya sel-sel ditahan pada posisinya dengan desain kinematik dari pemegangnya atau dengan jepitan berpegas yang memastikan bahwa posisi tabung dalam ruang sel (dari) instrument itu reprodusibel

4. Suatu detectoryang berupa transduser yang mengubah energy cahaya menjadi suatu isyarat listrik. Detector dapat memberikan respons terhadap radiasi pada berbagai panjang gelombang Ada beberapa cara untuk mendeteksi substansi yang telah melewati kolom. Metode umum yang mudah dipakai untuk menjelaskan yaitu penggunaan serapan ultra-violet. Banyak senyawa-senyawa organik menyerap sinar UV dari beberapa panjang gelombang. Jika anda menyinarkan sinar UV pada larutan yang keluar melalui kolom dan sebuah detektor pada sisi yang berlawanan, anda akan mendapatkan pembacaan langsung berapa besar sinar yang diserap. Jumlah cahaya yang diserap akan bergantung pada jumlah senyawa tertentu yang melewati melalui berkas pada waktu itu. Anda akan heran mengapa pelarut yang digunakan tidak

mengabsorbsi sinar UV. Pelarut menyerapnya! Tetapi berbeda, senyawa-senyawa akan menyerap dengan sangat kuat bagian-bagian yang berbeda dari specktrum UV. Misalnya, metanol, menyerap pada panjang gelombang dibawah 205 nm dan air pada gelombang dibawah 190 nm. Jika anda menggunakan campuran metanol-air sebagai pelarut, anda sebaiknya menggunakan panjang gelombang yang lebih besar dari 205 nm untuk mencegah pembacaan yang salah dari pelarut.

5. Suatu system baca (piranti pembaca) yang memperagakan besarnya isyarat listrik, menyatakan dalam bentuk % Transmitan (% T) maupun Adsorbansi (A). Signal listrik dari detektor yang telah mengalami penguatan direkam sebagai spektrum yang berbentuk puncak-puncak

b. Spektrofotometer Berkas Rangkap

Spektrofotometer perekam yang mengalurkan secara automatis absorbans suatu sampel sebagai fungsi panjang gelombang selalu berupa instrument berkas rangkap. Spektrofotometer berkas ganda membandingkan intensitas cahaya lampu antara dua jalur, satu jalur berisi referensi sampel dan pengujian sampel lainnya.

Meskipun perbandingan pengukuran dari instrumen balok ganda lebih mudah dan lebih stabil, instrumen berkas tunggal dapat memiliki jangkauan dinamis yang lebih besar dan optis lebih sederhana dan lebih kompak.

Singkatnya, urutan peristiwa dalam Spektrofotometer adalah sebagai berikut:

1. Sumber cahaya bersinar menjadi monochromator.2. Sebuah panjang gelombang output tertentu dipilih dan berseri-seri pada sampel.3. Sampel menyerap cahaya.4. Sensor cahaya di belakang para sampel menanggapi rangsangan cahaya dan output

arus elektronik analog yang dikonversikan ke format yang dapat digunakan.5. Angka-angka tersebut baik langsung diplot, atau diberi makan ke komputer yang dapat

dimanipulasi (misalnya kurva smoothing, dasar koreksi dan coversion untuk serap, fungsi log cahaya pengiriman melalui sampel)

Banyak spektrofotometer harus dikalibrasi oleh suatu prosedur yang dikenal sebagai “zeroing.” The serap dari zat referensi ditetapkan sebagai nilai dasar, sehingga semua absorbencies zat lain dicatat relatif terhadap awal “membidik” substansi. The Spektrofotometer kemudian menampilkan% serap (jumlah cahaya yang diserap relatif terhadap zat awal).

GALAT DALAM SPEKTROFOTOMETRI

Galat dalam spektofotometri dapat timbul dari sejumlah sebab, beberapa diantaranya telah diduga dalam pembahasan mengenai instrumentasi tersebut diatas. Banyak yang dapat dilawan dengan keseksamaan dan akal sehat. Sel sampel harus bersih. Beberapa zat (misalnya protein) kadang-kadang menempel dengan sangat kuat pada sel dan sukar dicuci bersih. Bekas jari dapat menyerap radiasi ultraviolet. Penempatan sel dalam berkas haruslah dapat diulang (reprodusibel). Gelembung gas tidak boleh ada dalam jalan optis. Kalibrasi panjang gelombang instrument hendaknya kadang-kadang diperiksa dari hanyutan (drift) atau ketidakstabilan dalam rangkaian harus dikoreksi. Tidak boleh diandaikan bahwa hukum Bouger-Beer berlaku untuk system kimia yang belum teruji. Ketakstabilan sampel dapat menimbulkan galat jika pengukuran tidak ditentukan waktunya dengan seksama.

Konsentrasi spesies penyerap sangat penting dalam menetapkan galat setelah semua galat lain yang dapat dikendalikan itu diminimalkan. Secara instuitif masuk akal bahwa larutan yang akan diukur tidak boleh menyerap praktis smeua radiasi atau hamper tidak menyerap apapun. Maka kita dapat mengharapkan bahwa galat dalam menetapkan konsentrasi secara spektrofotometri akan minimal pada suatu nilai absorbans ditengah-tengah, yang jauh dari kedua ujung skala. Suatu rumus dapat diturunkan dari hukum Bouger-Beer yang menunjukkan dimana terdapat galat minimal.

Ingat bahwa rumus A = log (P0/P) = εbc. Ditetapkan P0 = 1, yang berpadanan dengan operasi nyata yang lazim dari penyetelan isntrumen ke 100% T, atau nol absorbans dengan larutan pembanding ada dalam berkas cahaya. Minimum dalam dc/c akan terjadi bila A x 10 -A

bernilai maksimum, diproses hingga terdapat hasil absorbans A = 0,43 atau 36,8% trasmitans.

Faktor dP dalam persamaan diatas, dengan mengikut praktek yang lazim dalam kalkulus, dapat diambil sebagai pendekatan dari deltaP, galat dalam P. Seringkali ini disebut galat fotometrik, dan untuk maksud kita semata-mata menyatakan ketidakpastian dalam membaca skala instrument. Ketidakpastian ini dianggap tetap dalam pembahasan sekarang ini. Untuk menemukan galat relative konsentrasi sebagai fingsi fotometrik pada konsentrasi yang optimal, masukkan 0,43 sebagai ganti A dalam persamaan untuk dc/c sehinga didapat dc/c = -2,72dP

Jadi jika dibuat galat 1% dalam pembacaan instrument, maka galat relative dalam c paling baik adalah 2,72%l dengannilai absorbans di atas dan dibawah 0,43, galat itu akan lebih besar dari 2,72%. Galat fotometrik dapat berjangka dari 0,1% ke beberapa persen, bergantung pada instrument yang digunakan. Galat relative dari konsentrasi yang diakibatkan oleh galat fotometrik 1% dalurkan terhadap transmitans persen. Galat tertentu dalam mengukur % transmitans akan mengakibatkan galat delta c yang kecil dalam konsentrasi ada konsentrasi yang sangat rendah karena kurva % transmitans sangatlah curam. Namun dimana c sangat kecil, galat c yang kecil akan memberikan galat mutlak dari c yang jauh lebih besar karena kurva %T lawan c jauh lebih datar. Pada daerah diantara keduanya, akan terdapat titik

dimana kedua efek ini bertemu dan memberikan galat relative delta c/c yang minimal. Kebetulan ini terjadi pada 36,8%.

Diandaikan bahwa galat dalam mengukur transmitans itu konstan, tak-bergantung pada nilai transmitans; galat itu dianggap seluruhnya timbul dari ketidakpastia dalam membaca skala instrument. Sebaliknya dalam beberapa dari instrument modern yang terbaik, factor pembatas kecermatan terletak di lain tempat, biasanya dalam tingkat bisingan rangkaian detector. Dalam kasus-kasus semacam itu, dP tidaklah konstan dan diperoleh fungsi galat yang berbeda, yang bernilai minimal tidak pada 36,8%melainkan pada nilai T yanglebih rendah.Sebenarnya dengan suatu instrument yang rumitpun sukar untuk memutuskan factor mana yang membatasi kecermatan. Jadi bagaimana dP akan berubah dengan perubahan P mungkin tidak jelas dan mungkin tidak syah untukmenghitung nilai % T yang berpadanan dengan galat minimal.