3/17/2011

1

SPEKTROFOTOMETRISERAPAN UV-VIS

SPEKTROFOTOMETRI SERAPANUV-VIS

PRINSIP DASAR

INSTRUMENTASI

HUKUM BEER

APLIKASI

3/17/2011

2

Pengantar

Istilah-Istilah:

1. Spektroskopi : Ilmu yang mempelajari interaksi materi

dengan energi pada level mikroskopis

2. Spektrometri : Ilmu yang mempelajari teknik pengukuran

interaksi materi dengan energi

3. Spektrofotometri : Ilmu yang mempelajari teknik pengukuran

interaksi materi dengan energi /sinar/komponen

sinar matahari

4. Spektrofotometer : alat/instrumen

Interaksi materi dengan energi

Materi

Energi

Transisi :

-Elektronik

-Vibrasi

-Rotasi

-spin

3/17/2011

3

Interaksi Materi – energi (radiasi)

Suatu bentuk gelombangRadiasi/sinar

Energi,

c

hhE .

a b

c

d

d

Interaksi :

absorpsi (a) transmisi (b)

refleksi ( c ) difraksi (d)

Pengantar

Daerah spektra elektromagnetik

Jenis Sinar Panjang gelombang

Transisi

Sinar gama () < 0.05 Å Inti

Sinar x 0.05 – 100 Å Elektronik (K dan L)

UV 10-180-350 nm Elektronik (ev)

Visibel 350 – 770 nm Elektronik (ev)

IR 770-2500 nm

2.5 – 50 μm

50 – 1000 μm

Vibrasi molekul

Vibrasi molekul

Rotasi molekul

Gel mikro 1 – 300 mm Rotasi molekul

Gel radio > 300 mm Spin elektron dan inti

3/17/2011

4

Spektrofotometri UV/VIS

Penyerapan sinar tampak atau ultraviolet oleh suatu molekul yang dapat menyebabkan eksitasi elektron dalam orbital molekul tersebut dari tingkat energi dasar ke tingkat energi yang lebih tinggi.

Proses :

Tahap 1 : M + hv M*

Tahap 2 : M* M + heat

C x xO

X = orbital

= orbital

= orbitan n

*

*

n

Tingkat energi orbital

*

*

n *

n *

Jenis transisi elektron

Contoh yang melibatkan 3 jenis elektron di

dalam molekul organik sederhana:

PRINSIP DASAR

3/17/2011

5

Jenis transisi

1. Transisi - * : Jauh , energi >, maks kecil

< 150 nm, UV vakum, sukar diamatiContoh: CH4 C-C, C-H maks = 125 nm

2. Transisi n - *: Seny.Jenuh, e tak berpasangan, energi < 150 – 250 nm, rendah

Contoh: metanol maks=184nm, =15

3. Transisi n - *: E kecil, panjang, 200-700 nm

= 10-100

4. Transisi - *: Seny.org tak jenuh

= 1000-10.000

1. Pengaruh pelarut:

a. Dalam pelarut polar,

transisi n - *terjadi pada yang lebih pendek

(pergeseran biru/ hipsokhromik)

transisi - * terjadi pada lebih panjang (pergeseran

merah/ batokhromik)

Pergeseran panjang gelombang

2. Pengaruh konjugasi:

menyebabkan tk. Energi orbital * turun,

energi <, maks > (pergeseran batokhromik)

3/17/2011

6

Catatan: Senyawa aromatik

transisi: - *, ada tiga puncak

184 nm -- = 60.000

204 nm -- = 7900

256 nm -- = 200

3. Auksokhrom: pergeseran merah

Auksokhrom: gugus fungsi yang tidak menyerap di daerah

UV tapi dapat menggeser puncak kromofor.

Anion anorganik: transisi n - *

Contoh: nitrat, nitrit, karbonat. (λ 215-230 nm)

Pergeseran Panjang Gelombang

Prediksi panjang gelombang (UV/VIS)

Dasar : -C=C-C=C- maks= 217 nm

-C=C-C=O maks = 215 nm

> C=C-C=C-C=O

Tambah: 10 nm untuk alkil

12 nm untuk alkil

18 nm untuk dan

30 nm untuk ekstra C=C

5 nm untuk bentuk ekso

3/17/2011

7

Prediksi maks untuk senyawa berikut:

1. H3C-CH=CH(C2H5)-C(CH3)=C(CH3)-CH=O

2.

O

3. Untuk poliena terkonjugasi, gunakan aturan

Ficher-Kuhn:

maks = 114 + 5m + n(48-1,7n)-16,5 Rendo-10 Rekso

Contoh : Hitung maks senyawa likopen

PRINSIP DASAR

Transmisi

Absorbsi

Cahaya saat mengenai larutan bening akan mengalami 2 hal yaitu :

3/17/2011

8

Transmitansi

Nilai dari Transmitansi berbanding terbalik dengan absorbansi.

Transmitansi larutan T merupakan bagian dari cahaya yang diteruskan melalui larutan

Po P

Po

P T

100% 0%50%

T

0 ∞0.3

A

Cahaya akan diserap jika energi cahaya tersebut sesuai dengan energi yang dibutuhkan untuk mengalami perubahan dalam molekul

Absorbansi larutan bertambah dengan pengurangan kekuatan sinar

Nilai Absorbansi berbanding lurus dengan ketebalan dan konsentrasi

Nilai Absorbansi berbanding terbalik dengan transmitan

Absorbansi

A= a b c

A = - log T atau A = log(1/T)

Keterangan :A = absorbansiT = Transmitansia = absortivitas b = ketebalan larutan c = konsentrasi larutan

Hukum Lambert-Beer:

3/17/2011

9

• Nilai Absorbansi berbanding terbalik dengan transmitan

• Energi maksimum yang diserap oleh larutan ditunjukan

pada panjang gelombang yang memiliki nilai absorbansi tertinggi dan % transmitan terendah.

• Energi maksimum dinyatakan dengan

E= h f atauE= h c/λ

dimana, E = energi cahayah = konstanta Planck (6,67492 x10-34 j sec)f frekuensiC= panjang gelombang cahaya (3 x 108 )λ = panjang gelombang

A

1.4

1.2

1.6

260 280 300 320

Panjang gelombang, nm

Asetaldehid dalam air

Asetaldehid dalam alkohol

Energi maksimum akan terserap

Grafik harga panjang gelombang terhadap absorbansi

3/17/2011

10

Jika suatu cahaya monokromatis dengan kekuatan Po dilewatkan kepada balok yang tegak lurus pada permukaan dengan ketebalan b dan mengandung n partikel pengabsorbsi, maka kekuatan cahaya menurun menjadi P.

HUKUM LAMBERT BEER

Syarat Hukum Beer :

Konsentrasi harus rendah

Zat yang diukur harus stabil

Cahaya yang dipakai harus monokromatis

Larutan yang diukur harus jernih

HUKUM LAMBERT BEER

3/17/2011

11

P = Po 10-abc

-log P/P = abc

-log T = abc

A = abc

Dimana;

T : transmisi

A : absorbansi

a: absorptivitas (tergantung satuan [ ] ); a(ppm) dan ε (Molar)

b: tebal media/kuvet

c: konsentrasi larutan

HUKUM LAMBERT BEER

INSTRUMENTASI

KONVENSIONAL MODERN

Tabung Nessler

Kolorimeter Dubosq

Spektrofotometer

3/17/2011

12

Syarat kolorimeter tabung Nessler larutan harus berwarna .

Kolorimeter Tabung Nessler

1 ppm 2 ppm 3 ppm 4 ppm 5 ppm

Larutan standar

Larutan cuplikan Berapa ppm?

Tabung Nessler adalah tabung gelas besar yang dasarnya rata dengan ukuran tinggi 175-200 mm dan diameternya 25-32 mm.

Kolorimeter Tabung Nessler

3/17/2011

13

Penentuan Kosentrasicuplikan :

membandingkan warna larutan analit dengan warna larutan yang jenis dankonsentrasinya telah diketahui (standar).

Kepekatan mata dalam membedakan warna merupakan faktor utama penentu ketelitian pengukuran pada metode ini.

Kolorimeter Tabung Nessler

Berapa ppm?

1 ppm 2 ppm 3 ppm 4ppm 5 ppm

Prinsip kerja sama dengan kolorimeter tabung Nessler.

Alat pembanding warna dilengkapi dengan teropong.

Cuplikan

Teropong

Pengatur

jarak

Standar

Kolorimeter Dubosq

3/17/2011

14

Sinar yang diserap adalah bagian kecil dari panjang gelombang pada daerah sinar tampak.

Komponen dari fotometer filter adalah sumbersinar, filter, sel tempat larutan, detektor dangalvanometer.

Sinar monokromatis ditangkap oleh detektordan diubah menjadi isyarat listrik yang dapatdibaca pada meter

Fotokolorimeter

Spektrofotometer terdiri dari :Sumber cahaya.Monokromator.Kompartemen sampel.Detektor dan pengukur intensitas cahaya.Skema konstruksi spektrofotometer :

Spektrofotometer

3/17/2011

15

Syarat Pelarut dalam Spektrofotometri

Dapat melarutkan cuplikan

Tidak menyerap sinar yang digunakan

Tidak bereaksi dengan cuplikan

Spektrofotometer

Jenis-jenis spektrofotometer :1. berdasarkan pada daerah spektrum yang akan

dieksporasi, terdiri dari :a. Spektrofotometer sinar tampak (Vis).b. Spektrofotometer sinar tampak (Vis) dan

ultraviolet (UV).

2. berdasarkan teknik optika sinar, terdiri dari :a. Spektrofotometer optika sinar ganda (double

beams optic).b. Spektrofotometer optika sinar tunggal (single

beams optic).

Spektrofotometer

3/17/2011

16

Spektrofotometer

Spektrofotometer Sinar Tampak (Vis) dan Ultraviolet (UV) :

Sumber cahaya yang digunakan adalah kombinasi antara lampu tungsten halogen dan lampu deuterium (D2).

Lampu deuterium (D2) dapat menghasilkan cahaya dalam daerah 160-380 nm.

Spektrofotometer

Spektrofotometer

Spektrofotometer Sinar Tampak (Vis)

• Sumber cahaya yang digunakan adalah lampu tungsten halogen.

• Lampu tungsten halogen menghasilkan cahaya tampak dalam daerah panjang gelombang 350-800 nm.

• Lampu tersebut terbuat dari tabung kuarsa yang berisi filamen tungsten dan sejumlah kecil iodine.

• Lampu ini mirip dengan lampu yang terdapat dalam perumahan dan perkantoran.

Spektrofotometer

3/17/2011

17

Spektrofotometer

Spektrofotometer Optika Sinar Tunggal (Single Beams Optic).

Semua cahaya melewati seluruh sel sampel.

Contoh alat spektrofotometer single beam adalah spektronik 20.

Alat ini merupakan desain paling awal tetapi masih banyak digunakan baik dalam pengajaran maupun laboratorium industri.

Spektrofotometer

Spektrofotometer

Spektrofotometer Optika Sinar Ganda (Double Beams Optic).

Cahaya terbagi ke dalam dua arah/berkas.

Berkas cahaya pertama melewati sel pembanding, dan cahaya yang lainnya melewati sel sampel.

Berkas cahaya kemudian bergabung kembali, masuk ke detektor.

Detektor merespon cahaya netto dari kedua arah

Beberapa alat double beam memiliki dua detektor, sampel dan sinar penghubung diukur pada waktu yang sama.

Spektrofotometer

3/17/2011

18

Diagram Spektrofotometer

Lampu

Lensa

Lensa obyektif

Pengatur panjang

gelombang

CuplikanDetektor

phototube

FilterCelah sinar

Grating

Deuterium-UV

Tungsten-Vis

UV-kwarsa

Vis-gelas

APLIKASI UV-VIS SPEKTROFOTOMETRI

Syarat pengukuran dengan spektrofotometer VISIBLE:

-Sampel dalam larutan menyerap sinar tampak (350-770 nm)

-Larutan sampel harus bening dan berwarna

-Pelarut tidak menyerap sinar tampak

Syarat pengukuran dengan spektrofotometer UV:

-Sampel dalam larutan menyerap sinar UV (180-350 nm)

-Molekul senyawanya memiliki ikatan rangkap atau elektron

nonbonding (transisi n-*, - *, n-δ*)

-Larutan bening dapat didak berwarna

3/17/2011

19

A

C

Linear regression

A = ε b C

Aplikasi SPEKTROFOTOMETRI UV-VIS

Keterangan :

A = absorbansi

ε = absortivitas

b = tebal larutan

C = konsentrasi

2. Analisis kuantitatif dengan metode kalibrasi

1. Analisis kuantitatif dengan metode perbandingan:

A(sampel)/A(standar) = C(sampel)/C(standar)

A masing-masing terukur, C standar diketahui, Csampel dapat ditentukan

Analisis kuantitatifPenetapan Fe(II) sebagai kompleks dengan o-fenantrolin (VIS)

Penetapan nitrat dalam makanan daging olahan

Penetapan kafein dalam berbagai kemasan minuman kaleng

Titrasi FotometriMendeteksi titik ekivalen titrasi, dimana analit, pereaksi, atau hasil titrasi mengabsorbsi radiasi

APLIKASI SPEKTROFOTOMETRI UV-VIS