SPEKTROFOTOMETRI UV-VIS

Istilah-Istilah:1. Spektroskopi : Ilmu yang mempelajari interaksi materi dengan energi pada level mikroskopis2. Spektrometri : Ilmu yang mempelajari teknik pengukuran interaksi materi dengan energi3. Spektrofotometri : Ilmu yang mempelajari teknik pengukuran interaksi materi dengan energi /sinar/komponen sinar matahari4. Spektrofotometer : alat/instrumen

Spektrofotometer spektrometer + fotometer Spektrometer menghasilkan sinar dari spektrum

dengan panjang gelombang tertentu Fotometer alat pengukur intensitas cahaya yang

ditransmisikan atau diabsorpsikan Spektrofotometer untuk mengukur energi secara

relatif jika energi tersebut ditransmisikan, direfleksikan atau diemisikan.

Berdasarkan jenis materi yang berinteraksi dengan radiasi elektromagnetik, dibagi :Spektrometri molekul radiasi

elektromagnetik berinteraksi dengan molekul Contoh : NMR, IR, UV-Vis, XRD

Spektrometri atom radiasi elektromagnetik berinteraksi dengan atomContoh : AAS, AFS

Tipe Radiasi

Frekuensi (Hz)

Panjang Gelombang

gamma-rays 1020-1024 <1 pmX-rays 1017-1020 1 nm-1 pmultraviolet 1015-1017 400 nm-1 nmvisible 4-7.5x1014 750 nm-400

nmnear-infrared 1x1014-4x1014 2.5 µm-750

nminfrared 1013-1014 25 µm-2.5

µmmicrowaves 3x1011-1013 1 mm-25 µmradio waves <3x1011 >1 mm

Spektrum Elektromagnetik

 warna yang teramati

 Warna yang diserap

 Panjang gelombang

 Green

 Red

 700 nm

 Blue-green

 Orange-red

 600 nm

 Violet

 Yellow

 550 nm

 Red-violet

 Yellow-green

 530 nm

 Red

 Green

 500 nm

 Orange

 Blue

 450 nm

 Yellow

 Violet

 400 nm

Penyerapan sinar tampak atau ultraviolet oleh suatumolekul yang dapat menyebabkan eksitasi elektrondalam orbital molekul tersebut dari tingkat energidasar ke tingkat energi yang lebih tinggi. Proses :Tahap 1 : M + hv M*Tahap 2 : M* M + heat

Spektrofotometri UV/VIS

HUKUM LAMBERT BEERJika suatu cahaya monokromatis dengan kekuatanPo dilewatkan kepada balok yang tegak lurus padapermukaan dengan ketebalan b dan mengandung npartikel pengabsorbsi, maka kekuatan cahayamenurun menjadi P.Syarat Hukum Beer :Konsentrasi harus rendahZat yang diukur harus stabilCahaya yang dipakai harus monokromatisLarutan yang diukur harus jernih

Skema susunan UV/Vis spektrofotometer

Sumber radiasi Terdiri atas bahan yang dapat tereksitasi ke tingkat energi yang tinggi melalui: a. proses pemanasan dengan bantuan arus listrik b. proses pelepasan elektron pada beda tegangan yang tinggi. Ketika kembali ke tingkat energi yang lebih rendah, bahan akan melepaskan sejumlah foton.

Sumber radiasi Monokromator Sampe

l Detektor Recorder

Sumber radiasi • Panjang gelombang yang dihasilkan beragam

pada daerah pita energi yang luas. • Intensitas radiasi yang dihasilkan harus sama

dan tetap sehingga tidak ada beda Po pada saat standarisasi dengan Po pada saat pengukuran Penting untuk model single-beam.

• Pada double-beam, setiap saat Po dan P selalu diukur dan dibandingkan secara simultan sehingga kestabilan sumber radiasi tidak terlalu penting.

Sumber radiasi UV: • Lampu hidrogen • Lampu deutorium Radiasi yang dihasilkan mempunyai panjang gelombang 180-350 nm.

• Lampu xenon menghasilkan radiasi UV dengan intensitas yang lebih tinggi tetapi tidak sestabil lampu hidrogen.

• Lampu pijar tungsten panjang gelombang pada daerah sinar tampak dan near infrared (panjang gelombang 350-2500 nm)

Monokromator Fungsi : untuk memecah radiasi polikromatis dengan pita energi yang lebar yang dihasilkan sumber radiasi menjadi radiasi dengan pita energi yang lebih sempit atau menjadi radiasi monokromatis.

Keuntungan radiasi dengan lebar pita (band width) yang sempit adalah: •Batas daerah yang terabsorpsi sangat berdekatan sehingga kecepatan hasil pengukuran absorbansi menjadi tinggi. •Sensitivitas meningkat karena pengukuran dapat dilakukan tepat pada absorpsi maksimum. •Kecenderungan mengikuti hukum Beer lebih besar karena yang terukur betul-betul hanya yang dapat terabsorpsi.

Monokromator mampu menghasilkan radiasi dengan lebar pita efektif sebesar 35 - 0,1 nm. • Lebar pita efektif yaitu kisaran panjang

gelombang dimana nilai transmitansi minimal ½ dari nilai maksimalnya.

Komponen –komponen monokromator • Celah untuk masuknya radiasi polikromatis

dari sumber radiasi. • Lensa/cermin untuk menyerap cahaya • Pendispersi cahaya yang berupa prisma atau

grating yang dapat memecah radiasi menjadi komponen-komponen panjang gelombang.

• Lensa/cermin pemfokus cahaya • Celah keluar

Wadah sampel (cuvet) • Cuvet terbuat dari kuarsa atau silika untuk

radiasi UV dan gelas biasa atau kuarsa untuk radiasi sinar tampak. Tebal cuvet bervariasi dari 1-10 cm.

• Cuvet ditempatkan setelah monokromator supaya kemungkinan terjadinya dekomposisi/fluorescence oleh panjang gelombang berenergi tinggi yang masih ada di dalam radiasi polikromatis dapat diminimalkan.

• Posisi permukaan cuvet tegak lurus datangnya radiasi sehingga kehilangan radiasi akibat pantulan/ refraksi dapat dikurangi.

Detektor Fungsinya adalah mengabsorpsi foton yang menumbuknya dan mengubahnya menjadi kuantitas yang dapat diukur seperti arus listrik atau perubahan suhu. Sebagian besar detektor modern mengubah energi foton menjadi sinyal listrik yang segera mengaktifkan meteran/recorder.

Syarat detektor: • Sensitivitas tinggi sehingga daya radiasi yang kecil

dapat terdeteksi. • Waktu response yang singkat • Stabil. • Sinyal elektronik yang dihasilkan mudah diperkuat

sehingga dapat dipakai untuk mengoperasikan alat pembaca hasil pengukuran Contoh: Photoelectric detector (Jumlah arus listrik yang dibangkitkan berbanding lurus dengan daya radiasi foton yang terabsorpsi)

Operasi single-beam dan double-beam Single-beam Radiasi dari monokromator yang masuk didispersikan oleh prisma/ grating. Ketika alat pendispersi dirotasikan, berbagai pita radiasi yang telah terpecah difokuskan pada celah keluar. Radiasi dilewatkan sampel dan diterima detektor.

Double-beam • Sinar dari monokromator diarahkan ke sel blangko dan

sel sampel dengan bantuan beam splitter (chopper). Kedua sinar dibandingkan terus menerus/ bergantian secara berulang-ulang.

• Fluktuasi pada intensitas sumber cahaya respon detektor dan hasil penguat sinyal dikompensasi dengan mengamati perbandingan sinyal antara blangko dengan sampel.

Pengukuran konsentrasi Pengukuran konsentrasi zat dalam sampel dengan UV/Vis dapat dilakukan untuk:Single komponen mengandung satu zat terlarut dan pelarutnya.Multi komponen mengandung lebih dari 1 zat terlarut dengan satu pelarut.

Sistem single komponenTahap penentuan konsentrasi meliputi1.Penentuan max (panjang gelombang yang terserap paling banyak oleh sampel)2.Penyiapan larutan standar dan sampel3.Pembuatan kurva standar (kurva kalibrasi)4.Pengukuran absorbansi sampel.

Penentuan λ maxZat tertentu λ max tertentuBenzen : λ max = 254 nmData λ max untuk beberapa zat tersedia di literatur.Bila tidak ada data λ max, maka harus dilakukan scanning terhadap sampel yang akan ditentukan konsentrasinya.

Kurva standar

Untuk mengetahui hubungan konsentrasi dengan absorbansi pada λ max.

• Untuk membuat kurva standard perlu larutan standar (larutan yang konsentrasinya diketahui dengan pasti).

• Dibuat larutan dengan konsentrasi nol (blangko) sampai konsentrasi tertentu.

• Pelarut harus dapat melarutkan sampel dengan sempurna dan dapat menghantarkan gelombang dengan daerah panjang gelombang yang dipakai pada analisis.

• Contoh: pelarut air (200 nm) pelarut metanol (215 nm) pelarut etanol 95 % (205 nm) Absorbansi untuk tiap konsentrasi diukur pada λ max.

• Keakuratan hasil pengukuran yang terbaik diperoleh pada % transmitansi 36,8 %.

• Hasil pengukuran dengan tingkat keakuratan yang masih dapat diterima yaitu pada % transmitansi 15 % - 65 %.

• Pada % transmitansi < 15 % maka ketidakpastian hasil pengukuran sangat tinggi. Oleh karena itu sampel harus diencerkan sampai memberikan % transmitansi pada kisaran yang diinginkan.

• Pelarut yang dipakai harus sama dengan yang dipakai pada pembuatan kurva standar.

• Pengukuran absorbansi larutan sampel dan larutan standar harus dengan cara dan alat yang sama.

• Berdasarkan absorbansi sampel konsentrasi sampel dibaca pada kurva standar.

Sistem multi komponen• Pada sistem multi komponen, lebih dari 1

komponen terlarut yang mengabsorpsi radiasi.

• Tiap komponen dianggap tidak saling mempengaruhi absorbansi satu sama lain dan absorbansinya bersifat aditif.

• Pada absorbansi maksimum komponen I, 1, komponen II juga punya absorbansi dalam jumlah yang berarti. Pada absorbansi maksimum komponen II, 2, komponen I juga menyerap radiasi.

• Spektrum absorpsi untuk campuran I dan II merupakan jumlah dari masing-masing kurva individual.

Absorptivitas molar tiap komponen ditentukan secara terpisah dengan melakukan pengamatan terhadap spektrum absorpsi dari larutan yang telah diketahui konsentrasinya. Jadi nilai cI dan cII dapat dihitung dari persamaan (1) dan (2) berdasarkan data pengukuran A campuran pada λ1 dan λ2. Secara umum bila ada n komponen dalam campuran, absorbansi total pada panjang gelombang λ memenuhi persamaan:

Pada prinsipnya pengukuran n absorbansi pada n panjang gelombang yang berbeda diperlukan untuk menentukan konsentrasi n komponen di dalam campuran maka ada n persamaan simultan dengan n besaran yang tidak diketahui. Bila mungkin, pilih panjang gelombang sehingga hanya 1 komponen yang dapat menyerap panjang gelombang itu. Pilih panjang gelombang yang memberikan nilai absortivitas komponen-komponen dalam campuran yang jauh berbeda satu sama lain.

Masalah yang sering timbul pada pengukuran •Nilai absorbansi terukur negatif cuvet untuk pengukuran sampel dan blangko berbeda selalu menggunakan cuvet yang sama untuk semua pengukuran. •Nilai absorbansi terukur > nilai sebenarnya ocuvet untuk pengukuran sampel dan blangko berbeda odinding cuvet tidak bersih (tersentuh jari pemakai) ocuvet baru saja dipakai mengukur konsentrasi larutan yang lebih pekat. Oleh karena itu maka: •1 cuvet untuk semua pengukuran •dinding cuvet yang dilewati sinar jangan disentuh dengan jari •setiap selesai mengukur absorbansi suatu larutan, cuvet dicuci dengan pelarut yang dipakai untuk membuat sampel sampai benar-benar bersih

•Nilai absorbansi terukur < nilai sebenarnya sama dengan atas. •Titik nol yang tidak stabil -sumber radiasi tidak stabil -adanya noise pada alat penguat sinyal cek titik nol setiap kali pengukuran

TERIMA KASIH