SPEKTROFOTOMETRI SERAPAN UV-VIS

SPEKTROFOTOMETRI
SERAPAN UV-VIS
SPEKTROFOTOMETRI SERAPAN
UV-VIS
PRINSIP DASAR
HUKUM BEER
INSTRUMENTASI
APLIKASI
3/17/2011
1

Istilah-Istilah:
Pengantar
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
Materi
Interaksi materi dengan energi
Energi
Transisi :
-Elektronik
-Vibrasi
-Rotasi
-spin
3/17/2011
2

Radiasi/sinar
Interaksi :
Interaksi Materi – energi (radiasi)
Energi,
� absorpsi (a) transmisi (b)
� refleksi ( c ) difraksi (d)
Pengantar
Suatu bentuk gelombang
Daerah spektra elektromagnetik
Jenis Sinar Panjang
gelombang
Sinar gama (�) < 0.05 Å Inti
�
E � h.
� �
c
a
Transisi
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
h
d
b
Gel radio > 300 mm Spin elektron dan inti
d
c
�
3/17/2011
3

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
Contoh yang melibatkan 3 jenis elektron di
dalam molekul organik sederhana:
Cx x
O
= orbital �
X = orbital �
= orbitan n
PRINSIP DASAR
� *
� *
n
�
�
Tingkat energi orbital
� �
*
� � *
n � *
n � *
Jenis transisi elektron
3/17/2011
4

Jenis transisi
1. Transisi � - � * : Jauh , energi >, � maks kecil
< 150 nm, UV vakum, sukar diamati
Contoh: CH 4 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
1. Pengaruh pelarut:
� = 1000-10.000
Pergeseran panjang gelombang
a. Dalam pelarut polar,
transisi n - � * terjadi pada � yang lebih pendek
(pergeseran biru/ hipsokhromik)
transisi � - � * terjadi pada � lebih panjang (pergeseran
merah/ batokhromik)
2. Pengaruh konjugasi:
menyebabkan tk. Energi orbital � * turun,
energi (pergeseran batokhromik)
3/17/2011
5

Pergeseran Panjang Gelombang
3. Auksokhrom: pergeseran merah
Auksokhrom: gugus fungsi yang tidak menyerap di daerah
Catatan: Senyawa aromatik
UV tapi dapat menggeser puncak kromofor.
transisi: � - � *, ada tiga puncak
184 nm --� � = 60.000
204 nm --� � = 7900
256 nm --� � = 200
Anion anorganik: transisi n - � *
Contoh: nitrat, nitrit, karbonat. (λ 215-230 nm)
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
6

Prediksi � maks untuk senyawa berikut:
1. H 3C-CH=CH(C 2H 5)-C(CH 3)=C(CH 3)-CH=O
2.
O
3. Untuk poliena terkonjugasi, gunakan aturan
Ficher-Kuhn:
� maks = 114 + 5m + n(48-1,7n)-16,5 R endo-10 R ekso
Contoh : Hitung � maks senyawa likopen
PRINSIP DASAR
Cahaya saat mengenai larutan bening
akan mengalami 2 hal yaitu :
Transmisi
Absorbsi
3/17/2011
7

Transmitansi
� Nilai dari Transmitansi berbanding terbalik dengan
absorbansi.
� Transmitansi larutan T merupakan bagian dari
cahaya yang diteruskan melalui larutan
Po P
Absorbansi
T �
� 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
P
Po
100%
T
50%
0%
0 0.3
A ∞
Hukum Lambert-Beer:
A= a b c
A = - log T atau
A = log(1/T)
Keterangan :
A = absorbansi
T = Transmitansi
a = absortivitas
b = ketebalan larutan
c = konsentrasi larutan
3/17/2011
8

• 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
A
1.6
1.4
1.2
E= h f atau
E= h c/λ
dimana, E = energi cahaya
h = konstanta Planck (6,67492 x10 -34 j sec)
f � frekuensi
C= panjang gelombang cahaya (3 x 10 8 )
λ = panjang gelombang
Grafik harga panjang gelombang
terhadap absorbansi
Asetaldehid dalam air
260 280 300 320
Panjang gelombang, nm
Asetaldehid dalam alkohol
Energi maksimum akan terserap
3/17/2011
9

HUKUM
LAMBERT BEER
� 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
3/17/2011
10

Dimana;
T : transmisi
P = Po 10 -abc
-log P/P = abc
-log T = abc
A = abc
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
11

Kolorimeter Tabung Nessler
� Syarat kolorimeter tabung Nessler larutan harus
berwarna .
1 ppm 2 ppm 3 ppm 4 ppm 5 ppm
Larutan standar
Berapa ppm?
Kolorimeter Tabung Nessler
Tabung Nessler adalah
tabung gelas besar yang
dasarnya rata dengan
ukuran tinggi 175-200 mm
dan diameternya 25-32
mm.
Larutan cuplikan
3/17/2011
12

Penentuan Kosentrasi
cuplikan :
� membandingkan warna
larutan analit dengan warna
larutan yang jenis dan
konsentrasinya telah
diketahui (standar).
� Kepekatan mata dalam
membedakan warna
merupakan faktor utama
penentu ketelitian
pengukuran pada metode ini.
� Prinsip kerja sama
dengan kolorimeter
tabung Nessler.
� Alat pembanding warna
dilengkapi dengan
teropong.
Kolorimeter Tabung Nessler
Kolorimeter
Dubosq
Berapa ppm?
Cuplikan
Pengatur
jarak
1 ppm 2 ppm 3 ppm 4ppm 5 ppm
Teropong
Standar
3/17/2011
13

Fotokolorimeter
� Sinar yang diserap adalah bagian kecil dari
panjang gelombang pada daerah sinar tampak.
� Komponen dari fotometer filter adalah sumber
sinar, filter, sel tempat larutan, detektor dan
galvanometer.
� Sinar monokromatis ditangkap oleh detektor
dan diubah menjadi isyarat listrik yang dapat
dibaca pada meter
Spektrofotometer
Spektrofotometer terdiri dari :
Sumber cahaya.
Monokromator.
Kompartemen sampel.
Detektor dan pengukur intensitas cahaya.
Skema konstruksi spektrofotometer :
3/17/2011
14

Spektrofotometer
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).
3/17/2011
15

Spektrofotometer
Spektrofotometer Sinar Tampak (Vis) dan
Ultraviolet (UV) :
� Sumber cahaya yang digunakan adalah kombinasi
antara lampu tungsten halogen dan lampu deuterium
(D 2).
� Lampu deuterium (D 2) dapat menghasilkan cahaya
dalam daerah 160-380 nm.
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.
3/17/2011
16

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 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.
3/17/2011
17

Deuterium-UV
Tungsten-Vis
Lampu
Detektor
phototube
Diagram Spektrofotometer
Filter
Lensa
Cuplikan
Celah sinar
UV-kwarsa
Vis-gelas
Lensa obyektif
Pengatur panjang
gelombang
APLIKASI UV-VIS SPEKTROFOTOMETRI
Syarat pengukuran dengan spektrofotometer VISIBLE:
Grating
-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
18

A
Aplikasi SPEKTROFOTOMETRI UV-VIS
1. Analisis kuantitatif dengan metode perbandingan:
A (sampel)/A (standar) = C (sampel)/C (standar)
A masing-masing terukur, C standar diketahui, C sampel dapat ditentukan
2. Analisis kuantitatif dengan metode kalibrasi
Linear regression
C
A = ε b C
Keterangan :
A = absorbansi
ε = absortivitas
b = tebal larutan
C = konsentrasi
APLIKASI SPEKTROFOTOMETRI UV-VIS
Analisis 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
3/17/2011
19