Spektrofotometer UV /VIS

BAB 1Latar belakang

Dengan semakin kompleksisitas berbagai keperluan saat ini, analisis kimia dengan mempergunakan metoda fisik dalam hal identifikasi dari berbagai selektifitas fungsi polimer campuran, pemodifikasi dan aditif digunakan untuk plastik dan elastomer. Spektroskopi infra merah, metoda pengukuran fotometer UV, gas dan liquid kromatografi dan spektroskopi masa bersama sama dengan dari metoda pengukuran termoanalisis (DSC-TGA) merupakan alat yang teliti sebagai pilihan untuk analisis kwalitatif dan kwantitatif bahan.

Spektrofotometri merupakan salah satu metode dalam kimia analisis yang digunakan untuk menentukan komposisi suatu sampel baik secara kuantitatif dan kualitatif yang didasarkan pada interaksi antara materi dengan cahaya. Sedangkan peralatan yang digunakan dalam spektrofometri disebut spektrofotometer. Cahaya yang dimaksud dapat berupa cahaya visibel, UV dan inframerah, sedangkan materi dapat berupa atom dan molekul namun yang lebih berperan adalah elektron yang ada pada atom ataupun molekul yang bersangkutan.

Para kimiawan telah lama menggunakan bantuan warna sebagai bantuan dalam mengenali zat-zat kimia. Spektrofotometri dapat dianggap sebagai suatu perluasan pemeriksaan visual yang dengan studi lebih mendalam dari absorpsi energi radiasi oleh macam-macam zat kimia memperkenankan dilakukannya pengukuran ciri-ciri serta kuantitatifnya dengan ketelitian lebih besar (Day dan Underwood, 1993).

Tujuan

         Mengetahui konsep dasar spektroskopi serapan         Mampu menjelaskan perbedaan antara spektroskopi, spektrometri dan spektrofotometri         Mampu menjelaskan perbedaan antara Spektrometri serapan sinar ultra violet dan sinar

tampak         Mampu menjelaskan dengan bantuan skema perbedaan antara spektrometri satu berkas sinar

(single beam) dan dua berkas sinar (double beam)         Mampu mengkalkulasi hasil analisis teknik spektrofotometri serapan sinar ultra violet dan

sinar tampak         Mampu menjelaskan dan mengkalkulasi hasil analisis metode spektrometri serapan senyawa

multi komponen

Manfaat         Dapat mengetahui Komponen Spektrofotometer UV/VIS.

         Dapat mengetahui Fungsi dari Bagian-Bagian Spektrofotometer UV/VIS.

         Dapat mengetahui Cara Kerja Spektrofotometer UV/VIS.

         Dapat mengetahui Keuntungan Analisis Secara Spektrofotometer UV/VIS.

Rumusan masalah1.     Apa yang dimaksud dengan spektrofotometer UV / VIS ?2.     Apa-apa saja komponen dan fungsi dari bagian-bagian spektrofotometer UV/VIS ?3.     Bagaimana cara kerjanya spektrofotometer UV/ VIS ?

Kelebihan dan kekurangan Spektrofotometer UV/VISKelebihan

  Panjang gelombang dari sinar putih dapat lebih terseleksi  Caranya sederhana  Dapat menganalisa larutan dengan konsentrasi yang sangat kecil

Kekurangan

  Absorbsi dipengaruhi oleh pH larutan, suhu dan adanya zat pengganggu dan kebersihan dari kuvet

  Hanya dapat dipakai pada daerah ultra violet yang panjang gelombang >185 nm  Pemakaian hanya pada gugus fungsional yang mengandung elektron valensi dengan energy

eksitasi rendah  Sinar yang dipakai harus monokromatis

BAB IIDasar Teori

         Spektroskopi : Ilmu yang mempelajari interaksi materi dengan energi pada level mikroskopis         Spektrometri : Ilmu yang mempelajari teknik pengukuran interaksi materi dengan energy         Spektrofotometri : Ilmu yang mempelajari teknik pengukuran interaksi materi dengan energy

/sinar/komponen sinar matahari         Spektrofotometer : alat/instrumen

Spektroskopi adalah sebuah cabang ilmu pengetahuan yang mempergunakan cahaya(radiasi sinar tampak) dengan panjang gelombang tertentu untuk menghasilkan spectra, yang lalu digambarkan sebagai fungsi intensitas radiasi terhadap panjang gelombang atau frekuensi terhadap analit. Pengertian spektroskopi sekarang tidak hanya mencakup radiasi sinar tampak, tetapi juga radiasi elektromagnetik seperti sinar X , Ultraviolet, sinar tampak , infra merah, gelombang mikro dan frekuensi radio.

Radiasi serapan adalah radiasi elektromagnetik yang merupakan jenis energy yang paling banyak digunakan , namun yang paling banyak dikenal adalah energy panas dan sinar tampak, diikuti sinar gamma , sinar X , sinar ultra violet , gelombang mikro dan  radiasi frekuensi radio. Absorpsi adalah suatu  proses dimana spesi kimia dalam media transparan melemahkan frekuensi dari radiasi gelombang elektromagnetik.Kareteristik serapan spesi dijelaskan oleh spectrum absorpsi yang merupakan penggambaran fungsi melemahnya berkas radiasi terhadap panjang gelombang frekuensi atau angka gelombang.Empat terminology digunakan disini adalah:

1.      TransmitansiApabila seberkas sinar radiasi dilewatkan pada sebuah larutan yang diletakkan dalam sebuah wadah kuvet dengan ketebalan b cm dan konsentrasi c mol/L , maka terjadi interaksi antara energy foton dan partikel absorbsi , data berkas cahaya melemah dari Po menjadi P. Transmitansi T dari medium adalah fraksi antara radiasi insiden yang ditransmisikan oleh medium. Transmitansi dinyatakan dalam persen (%).

2.      Absorbansi

3.      Absortivitas  dan molar absortivitasAbsorbansi berbanding lurus dengan tebal larutan yang dilalui larutan dan konsentrasi dari spesi penyerap.

Cahaya saat mengenai larutan bening akan mengalami 2 hal yaitu :a)      Transmitansi  Nilai dari Transmitansi berbanding terbalik dengan absorbansi.  Transmitansi larutan T merupakan bagian dari cahaya yang diteruskan melalui larutanb)      Absorbansi  Cahaya akan diserap jika energy 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

  HUKUM

LAMBERT BEERJika 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.

Syarat Hukum Beer :  Konsentrasi harus rendah  Zat yang diukur harus stabil  Cahaya yang dipakai harus monokromatis  Larutan yang diukur harus jernih

P = Po 10-abc

-log P/P = abc-log T = abc

A = abcDimana;T : transmisiA : absorbansia: absorptivitas (tergantung satuan [ ] ); a(ppm) dan ε (Molar)b: tebal media/kuvetc: konsentrasi larutan

Spektrofotometer UV /VIS

Spektrofotometer adalah alat untuk mengukur transmitan atau absorban suatu sampel sebagai fungsi panjang gelombang. Spektrofotometer merupakan gabungan dari alat optic dan elektronika serta sifat-sifat kimia fisiknya. Dimana detector dapat mengukur intensitas cahaya yang dipancarkan secara tidak langsung cahaya yang diabsorbsi. Tiap media akan menyerap cahaya pada panjang gelombang tertentu tergantung pada senyawa atau warna yang terbentuk.

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).

Spektrofotometri UV-Vis merupakan gabungan antara spektrofotometri UV dan Visible. Alat ini menggunakan dua buah sumber cahaya yang berbeda, yaitu sumber cahaya UV dan sumber cahaya Visible. Larutan yang dianalisis diukur serapan sinar ultra violet atau sinar tampaknya. Konsentrasi larutan yang dianalisis akan sebanding dengan jumlah sinar yang diserap oleh zat yang terapat dalam larutan tersebut.

Spektrofotometri UV-Vis adalah anggota teknik analisis spektroskopik yang memakai sumber REM (radiasi elektromagnetik) ultraviolet dekat (190-380 nm) dan sinar tampak (380-780 nm) dengan memakai instrumen spektrofotometer. Spektrofotometri UV-Vis melibatkan energi elektronik yang cukup besar pada molekul yang dianalisis, sehingga spektrofotometri UV-Vis lebih banyak dipakai untuk analisis kuantitatif dibandingkan kualitatif.

Spektroskopi UV/VIS merupakan metode penting yang mapan, andal dan akurat. Dengan menggunakan spektroskopi UV/VIS, substansi tak dikenal dapat diidentifikasi dan konsentrasi substansi yang dikenal dapat ditentukan. Pelarut untuk spektroskopi UV harus memiliki sifat pelarut yang baik dan memancarkan sinar UV dalam rentang UV yang luas.

Spektrofotometer Uv-Vis adalah alat yang digunakan untuk mengukur transmitansi, reflektansi dan absorbsi dari cuplikan sebagai fungsi dari panjang gelombang. Spektrofotometer sesuai dengan namanya merupakan 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 diabsorbsi. Jadi spektrofotometer digunakan untuk mengukur energi cahaya secara relatif jika energi tersebut ditransmisikan, direfleksikan atau diemisikan sebagai fungsi dari panjang gelombang. Suatu spektrofotometer tersusun dari sumber spektrum sinar tampak yang sinambung dan monokromatis. Sel pengabsorbsi untuk mengukur perbedaan absorbsi antara cuplikan dengan blanko ataupun pembanding.

Spektrofotometer Uv-Vis merupakan spektrofotometer yang digunakan untuk pengukuran didaerah ultra violet dan didaerah tampak. Semua metode spektrofotometri berdasarkan pada serapan sinar oleh senyawa yang ditentukan, sinar yang digunakan adalah sinar yang semonokromatis mungkin.

Spektrofotometer UV-Vis (Ultra Violet-Visible) adalah salah satu dari sekian banyak instrumen yang biasa digunakan dalam menganalisa suatu senyawa kimia. Spektrofotometer umum digunakan karena kemampuannya dalam menganalisa begitu banyak senyawa kimia serta kepraktisannya dalam hal preparasi sampel apabila dibandingkan dengan beberapa metode analisa.

Spektrofotometri UV/Vis melibatkan energi elektronik yang cukup besar pada molekul yang dianalisis, sehingga spetrofotometer UV/Vis lebih banyak dpakai ntuk analisis kuantitatif dibanding kualitatif.

Spektrofotometri UV-vis adalah pengukuran serapan cahaya di daerah ultraviolet (200–350 nm) dan sinar tampak (350 – 800 nm) oleh suatu senyawa. Serapan cahaya uv atau cahaya tampak mengakibatkan transisi elektronik, yaitu promosi elektron-elektron dari orbital keadaan dasar yang berenergi rendah ke orbital keadaan tereksitasi berenergi lebih tinggi.

Warna yang diserap oleh suatu senyawa merupakan warna komplementer dari warna yang teramati. Beberapa warna yang diamati dan warna komplementernya terdapat pada tabel berikut ini :

Panjang gelombang

Warna terlihat Warna komplementer

<400 Ultraviolet -400-450 Violet Kuning450-490 Biru Jingga490-550 Hijau Merah550-580 Kuning Ungu580-650 Jingga Biru650-700 Merah Hijau

>700 Inframerah

Sinar dari sumber cahaya akan dibagi menjadi dua berkas oleh cermin yang berputar pada bagian dalam spektrofotometer. Berkas pertama akan melewati kuvet berisi blanko, sementara berkas kedua akan melewati kuvet berisi sampel. Blanko dan sampel akan diperiksa secara bersamaan. Adanya blanko, berguna untuk menstabilkan absorbsi akibat perubahan voltase dari sumber cahaya.

Prinsip kerja Spektrofotometer UV/VISSpektrofotometri uv-vis mengacu pada hukum Lambert-Beer. Apabila cahaya

monokromatik melalui suatu media (larutan), maka sebagian cahaya tersebut akan diserap, sebagian dipantulkan dan sebagian lagi akan dipancarkan.

Berdasarkan teknik optika sinar, terdiri dari: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 industry

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.

APLIKASI UV-VIS SPEKTROFOTOMETRI

  Syarat pengukuran dengan spektrofotometer VISIBLE:Sampel dalam larutan menyerap sinar tampak (350-770 nm)Larutan sampel harus bening dan berwarnaPelarut tidak menyerap sinar tampak

  Syarat pengukuran dengan spektrofotometer UV:Sampel dalam larutan menyerap sinar UV (180-350 nm)

*, n-δ*) - *, Molekul senyawanya memiliki ikatan rangkap atau electron nonbonding (transisi n-Larutan bening dapat tidak berwarna

APLIKASI SPEKTROFOTOMETRI UV-VISAnalisis kuantitatif

  Penetapan Fe(II) sebagai kompleks dengan o-fenantrolin (VIS)  Penetapan nitrat dalam makanan daging olahan  Penetapan kafein dalam berbagai kemasan minuman kaleng

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

BAB IIIPEMBAHASAN

1.     Apa yang dimaksud dengan spektrofotometer UV / VIS ?  Penyerapan sinar tampak atau ultraviolet oleh suatu molekul yang dapat menyebabkan eksitasi

electron dalam orbital molekul tersebut dari tingkat energy dasar ke tingkat energi yang lebih tinggi.

  Alat yang digunakan untuk mengukur transmitansi, reflektansi dan absorbsi dari cuplikan sebagai fungsi dari panjang gelombang.

2.     Apa-apa saja komponen dan fungsi dari bagian-bagian spektrofotometer UV/VIS ?Bagian-bagian Spektrofotometer UV-Vis :

1.       Sumber cahayaSumber cahaya pada spektrofotometer harus memiliki panacaran radiasi yang stabil

dan intensitasnya tinggi. Sumber  cahaya pada spektrofotometer UV-Vis ada dua macam :

a.       Lampu Tungsten (Wolfram)Lampu ini digunakan untuk mengukur sampel pada daerah tampak. Bentuk lampu

ini mirip dengan bola lampu pijar biasa. Memiliki panjang gelombang antara 350-2200 nm. Spektrum radiasianya berupa garis lengkung. Umumnya memiliki waktu 1000jam pemakaian.

Lampu Tungsten (Wolfram)

b.      Lampu DeuteriumLampu ini dipakai pada panjang gelombang 190-380 nm. Spektrum energy

radiasinya lurus, dan digunakan untuk mengukur sampel yang terletak pada daerah uv. Memiliki waktu 500 jam pemakaian.

2.      MonokromatorMonokromator adalah alat yang akan memecah cahaya polikromatis menjadi  cahaya

tunggal (monokromatis) dengan komponen panjang gelombang tertentu. Bagian-bagian monokromator, yaitu :

a.       PrismaPrisma akan mendispersikan radiasi elektromagnetik sebesar mungkin supaya di

dapatkan resolusi yang baik dari radiasi polikromatis.

b.      Grating (kisi difraksi)Kisi difraksi memberi keuntungan lebih bagi proses spektroskopi. Dispersi sinar

akan disebarkan merata, dengan pendispersi yang sama, hasil dispersi akan lebih baik. Selain itu kisi difraksi dapat digunakan dalam seluruh jangkauan spektrum.

c.       Celah optisCelah ini digunakan untuk mengarahkan sinar monokromatis yang diharapkan dari

sumber radiasi. Apabila celah berada pada posisi yang tepat, maka radiasi akan dirotasikan melalui prisma, sehingga diperoleh panjang gelombang yang diharapkan.

d.      FilterBerfungsi untuk menyerap warna komplementer sehingga cahaya yang diteruskan

merupakan cahaya berwarna yang sesuai dengan panjang gelombang yang dipilih.

3.      Kompartemen sampel

Kompartemen ini digunakan sebagai tempat diletakkannya kuvet. kuvet merupakan wadah yang digunakan untuk menaruh sampel yang akan dianalisis. Pada spektrofotometer double beam, terdapat dua tempat kuvet. Satu kuvet digunakan sebagai tempat untuk menaruh sampel, sementara kuvet lain digunakan untuk menaruh blanko. Sementara pada spektrofotometer single beam, hanya terdapat satu kuvet.Kuvet yang baik harus memenuhi beberapa syarat sebagai berikut :

a.       Permukaannya harus sejajar secara optisb.      Tidak berwarna sehingga semua cahaya dapat di transmisikanc.       Tidak ikut bereaksi terhadap bahan-bahan kimiad.      Tidak rapuhe.       Bentuknya sederhana

Terdapat berbagai jenis dan bentuk kuvet pada spektrofotometer. Umumnya pada pengukuran di daerah UV, digunakan kuvet yang terbuat dari bahan kuarsa atau plexiglass. Kuvet kaca tidak dapat mengabsorbsi sinar uv, sehingga tidak digunakan pada saat pengukuran di daerah UV.  Oleh karena itu, bahan kuvet dipilih berdasarkan daerah panjang gelombang yang digunakan. Gunanya agar dapat melewatkan daerah panjang gelombang yang digunakan.

• UV : fused silika, kuarsa• Visible : gelas biasa, silika atau plastik• IR : KBr, NaCl, IRTRAN atau kristal dari senyawa ion

Bahan Panjang gelombang

Silika 150-3000Gelas 375-2000

Plastik 380-800Tabel 2 Bahan Kuvet Sesuai Panjang Gelombang

4.      Detektor

Detektor akan menangkap sinar yang diteruskan oleh larutan. Sinar kemudian diubah menjadi sinyal listrik oleh amplifier dan dalam rekorder dan ditampilkan dalam bentuk angka-angka pada reader (komputer).Terdapat beberapa jenis detector pada spektrofotometer :

Jenis detector λ  range (nm)

Sifat pengukuran Penggunaan

Phototube 150 – 1000

arus listrik UV

Photomultiplier

150 – 1000

arus listrik UV/Vis

Solid state 350 – 3000

Thermocouple 600 – 20.000

arus listrik IR

Thermistor 600 – 20.000

hambatan listrik IR

Tabel 3 Jenis-jenis detektor berdasarkan panjang gelombang

Syarat-syarat ideal sebuah detector adalah :-          Mempunyai kepekaan tinggi-          Respon konstan pada berbagai panjang gelombang-          Waktu respon cepat dan sinyal minimum tanpa radiasi-          Sinyal listrik yang dihasilkan harus sebanding dengan tenaga radiasi

5.      Visual displayMerupakan system baca yang memperagakan besarnya isyarat listrik, menyatakan

dalam bentuk % Transmitan maupun Absorbansi.

3.     Bagaimana cara kerjanya spektrofotometer UV/ VIS ?Cara kerja Spektrofotometer UV/VIS :

Cahaya yang berasal dari lampu deuterium maupun wolfram yang bersifat polikromatis di teruskan melalui lensa menuju ke monokromator pada spektrofotometer dan filter cahaya pada fotometer. Monokromator kemudian akan mengubah cahaya polikromatis menjadi cahaya monokromatis (tunggal). Berkas-berkas cahaya dengan panjang tertentu kemudian akan dilewatkan pada sampel yang mengandung suatu zat dalam konsentrasi tertentu. Oleh karena itu, terdapat cahaya yang diserap (diabsorbsi) dan ada pula yang

dilewatkan. Cahaya yang dilewatkan ini kemudian di terima oleh detector. Detector kemudian akan menghitung cahaya yang diterima dan mengetahui cahaya yang diserap oleh sampel. Cahaya yang diserap sebanding dengan konsentrasi zat yang terkandung dalam sampel sehingga akan diketahui konsentrasi zat dalam sampel secara kuantitatif.

Atau dengan cara :Tempatkan larutan pembanding, misalnya blangko dalam sel pertama sedangkan

larutan yang akan dianalisis pada sel kedua. Kemudian pilih foto sel yang cocok 200nm-650nm (650nm-1100nm) agar daerah λ yang diperlukan dapat terliputi. Dengan ruang foto sel dalam keadaan tertutup “nol” galvanometer didapat dengan menggunakan tombol dark-current. Pilih h yang diinginkan, buka fotosel dan lewatkan berkas cahaya pada blangko dan “nol” galvanometer didapat dengan memutar tombol sensitivitas. Dengan menggunakan tombol transmitansi, kemudian atur besarnya pada 100%. Lewatkan berkas cahaya pada larutan sampel yang akan dianalisis. Skala absorbansi menunjukkan absorbansi larutan sampel.

 

KesimpulanSpektrofotometer UV / VIS adalah

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

 Alat yang digunakan untuk mengukur transmitansi, reflektansi dan absorbsi dari cuplikan sebagai fungsi dari panjang gelombang.

 pengukuran serapan cahaya di daerah ultraviolet (200–350 nm) dan sinar tampak (350 – 800 nm) oleh suatu senyawa, Serapan cahaya uv atau cahaya tampak mengakibatkan transisi elektronikKomponen pada UV :

  Sumber cahaya  Monokromator  Kompartemen sampel  Detektor  Visual display

Aplikasi Spektrofotometri UV-VISAnalisis kuantitatif :

  Penetapan Fe(II) sebagai kompleks dengan o-fenantrolin (VIS)  Penetapan nitrat dalam makanan daging olahan  Penetapan kafein dalam berbagai kemasan minuman kaleng

Titrasi Fotometri :  Mendeteksi titik ekivalen titrasi, dimana analit, pereaksi, atau hasil titrasi mengabsorbsi radiasi