3/17/2011
SPEKTROFOTOMETRI SERAPAN UV-VIS
SPEKTROFOTOMETRI SERAPAN UV-VIS PRINSIP DASAR HUKUM BEER INSTRUMENTASI APLIKASI
1
3/17/2011
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 Transisi : -Elektronik -Vibrasi
Materi Energi
-Rotasi -spin
2
3/17/2011
Interaksi Materi – energi (radiasi) Radiasi/sinar
Suatu bentuk gelombang
Energi,
E h. h
Interaksi : absorpsi (a) transmisi (b)
c
a
c
d b d
refleksi ( c ) difraksi (d)
Pengantar Daerah spektra elektromagnetik Jenis Sinar Sinar gama ()
Panjang gelombang < 0.05 Å
Transisi 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
3/17/2011
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
PRINSIP DASAR
Tingkat energi orbital Contoh yang melibatkan 3 jenis elektron di dalam molekul organik sederhana:
* *
CO xx
n
= orbital X = orbital = orbitan n
*
*
n
*
n
*
Jenis transisi elektron
4
3/17/2011
Jenis transisi 1.
Transisi - * : Jauh , energi >,
maks
kecil
< 150 nm, UV vakum, sukar diamati Contoh: 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
Pergeseran panjang gelombang 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)
2. Pengaruh konjugasi: menyebabkan tk. Energi orbital * turun, energi <, maks > (pergeseran batokhromik)
5
3/17/2011
Pergeseran Panjang Gelombang 3. Auksokhrom: pergeseran merah Auksokhrom: gugus fungsi yang tidak menyerap di daerah UV tapi dapat menggeser puncak kromofor. Catatan: Senyawa aromatik 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=
-C=C-C=O
maks
217 nm
= 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
6
3/17/2011
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
Cahaya saat mengenai larutan bening akan mengalami 2 hal yaitu : Transmisi Absorbsi
7
3/17/2011
Transmitansi Nilai dari Transmitansi berbanding terbalik dengan
absorbansi. Transmitansi larutan T merupakan bagian dari cahaya yang diteruskan melalui larutan T
Po
100%
P
0
T
Absorbansi
50%
0.3
0%
A
∞
P Po
Hukum Lambert-Beer:
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
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
Nilai Absorbansi berbanding
terbalik dengan transmitan
8
3/17/2011
• 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 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 108 ) λ = panjang gelombang
Grafik harga panjang gelombang terhadap absorbansi
1.6
Asetaldehid dalam air Asetaldehid dalam alkohol
A 1.4
1.2
260
280
300
320
Panjang gelombang, nm Energi maksimum akan terserap
9
3/17/2011
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
10
3/17/2011
HUKUM LAMBERT BEER
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
INSTRUMENTASI
KONVENSIONAL
Tabung Nessler
MODERN
Spektrofotometer
Kolorimeter Dubosq
11
3/17/2011
Kolorimeter Tabung Nessler Syarat kolorimeter tabung Nessler larutan harus
berwarna .
1 ppm
2 ppm 3 ppm 4 ppm 5 ppm Larutan standar
Berapa ppm?
Larutan cuplikan
Kolorimeter Tabung Nessler
Tabung Nessler adalah tabung gelas besar yang dasarnya rata dengan ukuran tinggi 175-200 mm dan diameternya 25-32 mm.
12
3/17/2011
Kolorimeter Tabung Nessler Penentuan Kosentrasi cuplikan : membandingkan warna
larutan analit dengan warna larutan yang jenis dan konsentrasinya telah diketahui (standar).
1 ppm
2 ppm 3 ppm
4ppm
5 ppm
Kepekatan mata dalam
membedakan warna merupakan faktor utama penentu ketelitian pengukuran pada metode ini.
Berapa ppm?
Kolorimeter Dubosq
Teropong
Prinsip kerja sama dengan kolorimeter tabung Nessler. Standar
Alat pembanding warna dilengkapi dengan teropong.
Cuplikan
Pengatur jarak
13
3/17/2011
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 :
14
3/17/2011
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).
15
3/17/2011
Spektrofotometer 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.
16
3/17/2011
Spektrofotometer 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.
17
3/17/2011
Diagram Spektrofotometer Deuterium-UV Tungsten-Vis Lensa
Lensa obyektif
Lampu
Grating
Celah sinar Filter
Detektor phototube
Cuplikan UV-kwarsa Vis-gelas
Pengatur panjang gelombang
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
18
3/17/2011
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, Csampel dapat ditentukan
2. Analisis kuantitatif dengan metode kalibrasi
A= ε b C A
Linear regression 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
19
