SPEKTROFOTOMETRI SINAR TAMPAK DAN ULTRAVIOLET

OLEHMuhammad Imam Arifin

Pengukuran absorbansi atau transmitansi dalam spektrokopi ultraviolet dan daerah tampak digunakan untuk analisa Kualitatif dan Kuantitatif spesies kimia.

Absorbansi spesies ini berlangsung dalam dua tahap :

1). M + hv = M* , Merupakan eksitasi spesies akibat absorpsi foton dengan waktu hidup terbatas (10-8 – 10-9 detik ).

2). Relaksasi dengan perubahan M* mejadi spesies baru dengan reaksi fotokimia.

Spektroskopi absorbsi berguna untuk mengkarakterisasikan gugus fungsi dalam suatu molekul dan untuk analisis kuantitatif.

Spesies yang mengabsorbsi dapat melakukan transisi yang meliputi :

a). Transisi yang meliputi elektron π, σ dan n-elektron

b). Absorpsi yang melibatkan elektron d dan fc). Spektrum Absorbsi transfer muatan

Konsentrasi larutan berwarna diukur dengan melihat absorbansi sinar. Pada daerah tampak konsentrasi dapat ditentukan dengan 3 teknik :

a). Kolorimetri atau Kolorimetri Visualb). Fotometric). Spektrofotometri

HUKUM DASAR SPEKTROSKOPI ABSORPSI  Lambert (1760) dan Beer (1852) dan juga

Bouger menunjukkan hubungan berikut: T=Pt/Po= 10-abc (i) b= jarak tempuh optik, c = konsentrasi log(T) =log (Pt/Po) = -abc (ii) a = tetapan absorpsivitas T = Transmitasi log (1/T) = log (Pt/Po) = abc = A (iii) A= absorbansi, -log (T) i.e.A =abc (iv) (1/T) = T-1 adalah opasitas ( tembus cahaya) A= abc a= absorpsvitas  

Hukum di atas dapat di tinjau sebagai berikut : a). jika suatu berkas radiasi monokromatik yang sejajar

jatuh pada medium pengabsorpsi pada sudut tegak lurus

setiap lapisan yang sangat kecilnya akan menurutkan intensitas berkas.

b). jika suatu cahaya monokromatis mengenai suatu medium yang transparan, laju pengurangan intensitas dengan ketebalan medium sebanding dengan intensitas cahaya.

c). intensitas berkas sinar monokromatis berkurang secara eksponsial bila konsentrasi zat pengabsorpsi bertambah.

  Hal di atas adalah persamaan mendasar untuk

spektroskopi absorpsi, dikenal sebagai hukum Beer’s Lambert atau hukum Beer Bougar.

Karena A= abc , A α c bila ab konstanta A α b bila ac konstanta

A α bc bila a konstanta.

Kolorimeter VisualSuatu pengulangan( duplikasi ) warna dilakukan dalam dua larutan yang mengandung sejumlah zat warna yang sama pada kolom dengan diameter penampang yang sama serta tegak lurus dengan arah sinar. Biasanya sinar putih digunakan dan kondisi keasaman transmisi antara larutan standar dan larutan sampel diperoleh dengan pengamatan visual.

1. Metode deret standar ( tabung Nessler )Pada metode deret standar, tabung-tabung seragam yang tidak berwarna dengan dasar datar( tabung Nessler ) digunakan untuk menampung lautan dengan jumlah volume tertentu. Warna ini kemudian dibandingkan dengan larutan standar yang dibuat dari komponen yang sama dengan yang dianalisis tetapi konsentrasinya telah diketahui. Pada dasarnya pengukuran Nessler bekerja bedasarkan prinsip perbandingan warna.

2. Metode Pengenceran ( Silinder Hehner )Pada metode pengenceran, larutan sampel dan larutan standar dengan konsentrasi ditempatkan pada tabung kaca dengan ukuran yang sama. Larutan yang lebih pekat diencerkan sampai warnanya mempunyai intensitas yang sama dengan yang lebih encer.

3. Metode Kesetimbangan ( Kolorimeter Dubosque )Metode kesetimbangan adalah metode yang paling umum digunakan pada kolorimeter visual. Alat yang menggunakan teknik ini disebut kolorimeter Dubosque atau kolorimeter celup. Panjang jalan yang ditempuh sinar divariasikan hingga intensitas warna pada kedua tabung sama.

Fotometri1. Sel Fotoelektrik dan Filter

Pada kolorimeter visual kita dapat melihat intensitas warna dengan mata telanjang. Akan tetapi karena ketelitian visual manusia terbatas, maka tidaklah mungkin untuk mendapatkan hasil yang reprodusibel. Untuk mengurangi kesalah tersebut, intensitas emisi biasanya diukur dengan fotosel.

Pada metode visual kita dapat menggunakan sumber lampu yang tidak monokromatis. Karena itu pada fotometri kita menggunakan filter interferensi ini terdiri dari kaca berwarna ataupun gelatin yang berwarna dan mempunyai sifat mentransmisikan sinar dari spektrum daerah tertentu saja. Dengan menggunakan filter tersebut, sinar yang boleh dikatakan hampir monokromatis akan diperoleh.

2. Fotometri BerfilterAda 2 macam fotometer yang digunakan, yaitu :a. Fotometer sel tunggal.

Yang perlu diperhatikan pada teknik ini adalah intensitas sumber sinar yang tetap pada interval waktu dua pengukuran(Blangko dan sampel ).b. fotometer sel ganda ( fotometer berkas ganda ).

Ide dasar penggunaan berkas ganda ini sebenarnya adalah agar flux cahaya yang masuk kondisinya sama sehingga dapat mengurangi kesalahan pengoperasian. Pada berkas ganda ini yang kita ukur adalah perbedaan intensitas antara dua berkas sinar, yaitu antar berkas sinar yang melalui larutan dan sinar yang melalui larutan sampel.

3. Kesalahan-kesalahan pada Fotometri FotoelektrikKesalah mungkin saja terjadi selama pengukuran fotoelektrik. Memungkinkan juga terdapat berbagai kesalahan selama pengukuran ini. Salah satunya jika kesalahan disebabkan oleh respon cahaya yang tidak linear baik oleh elektornya maupun rangkaian pengukuran, untuk mengatasinya gunakan fotosel yang sama kepekaannya dan pilih rangkaian penguat yang baik. Dan untuk kesalahan yang lain tentunya ada.

SpektrofotometriSpektrofotometer sesuai dengan namanya adalah alat yang terdiri dari spektrometer dan fotometer. Spektrometer menghasilkan sinar dari spektrum dengan panjang gelombang tertentu, sedangkan fotometer adalah alat pengukuran intensitas cahaya yang ditransmisikan atau yang diabsopsi. Jadi spektrofotometer digunakan untuk mengukur energi secara relatif jika energi tersebut ditransmisikan, direfleksikan atau diemisikan sebagai fungsi dari panjang gelombang. Kelebihan spektrofotometer dibandingkan dengan fotometer adalah panjang gelombang dari sinar putih dapat lebih terseleksi dan diperoleh dengan alat pengurai seperti prisma, grating ataupun celah optis.

Suatu spektrofotometer tersusun dari sumber spektrum tampak yang kontinyu, monokromator, sel pengabsopsi untuk larutan sampel atau blangko dan suatu alat untuk mengukur perbedaan absorpsi antara sampel dan blangko ataupun pembanding.

1. SumberSumber yang biasa digunakan pada spektofotometri absorsi adalah lampu Wolfram.

2. MonokromatorDigunakan untuk memperoleh sumber sinar yang monokromatis. Alatnya dapat berupa prisma maupun grating.

3. Sel AbsopsiPada pengukuran didaerah tampak kuvet kaca atau kuvet kaca corex dapat digunakan, tetapi untuk pengukuran pada daerah UV kita harus menggunakan sel kuarsa karena gelas tidak tembus cahaya pada daerah ini.

4. DetektorPeranan detektor penerima adalah memberikan respon terhadap cahaya pada berbagai panjang gelombang.

Cara kerja Spektrofotometer

Analisis Multikomponen secara serentak dengan

spektrofotometer

Bila di inginkan pengukuran secara serentak terhadap dua komponen, maka pengukuran dapat dilakukan pada dua panjang gelombang dimana masing-masing komponen tidak saling menggangu. Dua macam kromofor yang berbeda akan mempunyai kekuatan absopsi cahaya yang berbeda pula pada satu daerah panjang gelombang.

Contoh pemakaian teknik ini adalah analisis Cr dan Mn dari sampel baja tanpa melakukan pemisahan terlebih dahulu. Disini oksidasi Mn menghasilkan KMnO4 dengan absopsi maksimum pada 545 nm sedangkan Cr menghasilkan K2Cr2O7 dengan absopsi maksimum pada 440 nm.

Spektrofotometri diferensial

Teknik ini biasanya meliputi 2 metode, Pada kedua metode ini konsentrasi sama sekali tidak dipengaruhi oleh perubahan luar :

1. Metode Absorbansi Tinggi, digunakan untuk analisis larutan yang sangat pekat.

2. Metode Absorbansi Rendah, digunakan untuk larutan yang sangat encer.

Absorbansi tinggi : Digunakan untuk larutan yang sangat pekat.

- Skala alat dapat diatur menjadi 100 satuan dengan 1. Memperbesar lebar celah2. Memperbesar intensitas sumber3. Memperbesar sensitivitas detektor

- Standar dengan konsentrasi lebih rendah dari sample

Absorbansi rendah : Digunakan untuk larutan yang sangat encer

- Standar dengan konsentrasi lebih tinggi dari samplePerbandingan plot absorbansi terdekat digunakan untuk ketelitian analisis dan kemudahan pengukuran absorbansi sample (kalibrasi)

I II III IV V VI VII

Konsentrasi ( µg/ml)

0 5 10 40 80 200 280

Absorbansi 0 0,025 0,050 0,20 0,40 1,00 1,4

Spektrofotometri Reflektansi

Sebuah penggabungan untuk melakukan pengukuran reflektansi tersedia untuk spektrofotometri standar. MgO digunakan sebagai standar pembanding kecerahan cahaya yang dipantulkan. Suatu garis horizontal pada setiap titik antara 100% T dan 0% T menunjukkan kesamaan absorpsi pada seluruh panjang gelombang didaerah spektrum tampak, kesamaan absorpsi ini ditunjukkan oleh warna abu-abu. Spektroskopi reflektansi berguna untuk mengukur sampel berwarna yang tidak larut pada bermacam pelarut.

Titrasi FotometriPerubahan dalam absorbansi larutan dapat digunakan untuk

mengikuti perubahan konsentrasi konstituen pengabsorpsi cahaya selama titrasi.

Absorpsi berbanding secara linear dengan konsentrasi konstituen pengabsorpsi

titrasinya dimana titran, reaktan atau hasil reaksi mengabsorpsi; maka plot absorbansi terhadap volume titran akan terdiri dari 2 garis lurus yang saling berpotongan pada satu titik.

Macam-macam polanya adalah sebagai berikut :1). Titran saja yang mengabsorsi ( misal : Magnesium oksinat

dengan larutan bromat-bromida ).2). Produk reaksi yang mengabsopsi ( misal : kobalt terhadap

versene ).3). Analit diubah menjadi zat yang mengabsopsi ( misal : toludin

terhadap propanol ).4). Analit berwarna diubah menjadi zat yang tidak berwarna dengan

titran seperti pereaksi brominasi.

Komposisi dari Kopleks BerwarnaKomposisi kompleks berwarna dapat ditentukan

dengan spektrofotometri. Metode yang biasa digunakan adalah metode perbandingan Mole Yoe; Metode Job dengan variasi kontinyu dan metode pebandingan Slope.

Pada perbandingan mole, absorbansi diukur pada deret larutan yang bervariasi konsentrasi salah satu konstituen baik logamnya maupun reagennya(R), sedangakan jumlah zat lain tetap.

Pada metode Job, variasi kontinyu sederet larutan dari berbagai fraksi mol logam M atau pereaksi R

M+R M+Rdimana jumlah antara keduanya tetap, diukur absorbansinya secara spektrofotometri.

Metode perbandingan slopeMetode ini digunakan untuk senyawa kompleks lemah dengan asumsi

1. Pembentukan senyawa kompleks dapat dibuat dengan salah satu reaktan berlebih

2. Mengikuti Hukum Beer

Semua metode diatas mempunyai beberapa keterbatasan dan tidak dapat digunakan untuk menentukan komposisi spesies berwarna.

Aplikasi lain untuk spektrofotometri adalah menentukan pH larutan dengan persamaan :

pH = pKa + log [ bentuk alkali ] [ bentuk asam ]

Ini sering digunakan untuk menentukan nilai pK indikator asam basa.

Sensivitas Sandell

Sensivitas adalah hal yang penting pada kolorimetri penentuan logam-logam pengotor (traces). Ia

dinyatakan sebagai berat terkecil zat yang masih dapat ditentukan dalam suatu kolom larutan

dengan penampang lintang tertentu.Sensivitas sandell adalah sebanding dengan

absorpsivitas molar larutan dari produk berwarna dan kemampuan langsung atau tidak langsung

pengamat untuk mendeteksi perbedaan yang kecil dalam transmisi atau absorpsi larutan.

Terimakasih