“SPEKTROFOTOMETRI UV-VIS & SPECRONIC-20”
NAMA : Siti Raihan
NIM : RRA1C110002
'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.Peralatan yang digunakan
dalam spektrofotometri disebut spektrofotometer'.
Sinar atau cahaya yang berasal dari sumber
tertentu disebut juga sebagai radiasi elektromagnetik.Radiasi elektromagnetik yang
dijumpai dalam kehidupan sehari-hari adalah cahaya matahari.
Sesuai dengan namanya spektrofotometer UV-Vis merupakan gabungan antara
spektrofotometer UV dan Visible.Spektrofotometri visible disebut
juga spektrofotometri sinar tampak.Yang dimaksud sinar tampak adalah sinar yang
dapat dilihat oleh mata manusia. Cahaya yang dapat dilihat oleh mata manusia
adalah cahaya dengan panjang gelombang 400-800 nm dan memiliki energi sebesar
299–149 kJ/mol. Cahaya yang tampak atau cahaya yang dilihat dalam kehidupan sehari-hari
disebut warna komplementer.
Misalnya suatu zat akan berwarna orange bila menyerap warna biru dari spektrum
sinar tampak dan suatu zat akan berwarna hitam bila menyerap semua warna yang
terdapat pada spektrum sinar tampak. Untuk lebih jelasnya perhatikan tabel
berikut
|
Panjang gelombang (nm)
|
Warna warna yang diserap
|
Warna komplementer (warna yang terlihat)
|
|
400 – 435
|
Ungu
|
Hijau kekuningan
|
|
435 – 480
|
Biru
|
Kuning
|
|
480 – 490
|
Biru kehijauan
|
Jingga
|
|
490 – 500
|
Hijau kebiruan
|
Merah
|
|
500 – 560
|
Hijau
|
Ungu kemerahan
|
|
560 – 580
|
Hijau kekuningan
|
Ungu
|
|
580 – 595
|
Kuning
|
Biru
|
|
595 – 610
|
Jingga
|
Biru kehijauan
|
|
610 – 800
|
Merah
|
Hijau kebiruan
|
Pada spektrofotometer sinar tampak, sumber cahaya biasanya menggunakan lampu
tungsten yang sering disebut lampu wolfram.Wolfram merupakan salah satu unsur kimia,
dalam tabel periodik unsur wolfram termasuk golongan unsur transisi tepatnya
golongan VIB atau golongan 6 dengan simbol W dan nomor atom 74.Wolfram
digunakan sebagai lampu pada spektrofotometri tidak terlepas dari sifatnya yang
memiliki titik didih yang sangat tinggi yakni 5930 °C.
Gambar 2 jenis spektronic-20 yang bekerja
pada rentang panjang gelombang sinar tanpak.Gambar atas merupakan spectronic-20
lama yang sudah jarang bahkan mungkin tidak diproduksi lagi.Sedangkan gambar
kedua adalah spectronic-20 terbaru.
Panjang gelombang yang digunakan untuk melakukan analisis adalah panjang
gelombang dimana suatu zat memberikan penyerapan paling tinggi yang disebut λmaks.
Hal ini disebabkan jika pengukuran dilakukan pada panjang gelombang yang sama,
maka data yang diperoleh makin akurat atau kesalahan yang muncul makin
kecil.Berdasarkan hukum Beer absorbansi akan berbanding lurus dengan
konsentrasi, karena b atau l harganya 1 cm dapat diabaikan dan ε
merupakan suatu tetapan. Artinya konsentrasi makin
tinggi maka absorbansi yang dihasilkan makin tinggi, begitupun sebaliknya
konsentrasi makin rendah absorbansi yang dihasilkan makin rendah.
Spektrofotometer
UV-Vis merupakan spektrofotometer berkas ganda sedangkan pada spektrofotometer VIS
ataupun UV termasuk spektrofotometer berkas tunggal.Pada spektrofotometer
berkas ganda blanko dan sampel dimasukan atau disinari secara bersamaan,
sedangkan spektrofotometer berkas tunggal blanko dimasukan atau disinari secara
terpisah.
Spektrofotometer UV-VIS seperti yang
tertera pada gambar.
Dari 4 jenis spektrofotometri ini (UV,
Vis, UV-Vis dan Ir) memiliki prinsip kerja yang sama yaitu “adanya interaksi antara materi dengan cahaya
yang memiliki panjang gelombang tertentu”.Perbedaannya terletak pada
panjang gelombang yang digunakan.Secara sederhana Instrumen spektrofotometri
yang disebut spektrofotometer terdiri dari :
sumber
cahaya – monokromator – sel sampel – detektor – read out (pembaca).
Gambar . Daerah Spektrum Radiasi Elektromagnetik
Fungsi masing-masing bagian:
1. Sumber sinar polikromatis berfungsi
sebagai sumber sinar polikromatis dengan berbagai macam rentang panjang
gelombang. Untuk sepktrofotometer
·
UV
menggunakan lampu deuterium atau disebut juga heavi hidrogen
· VIS menggunakan lampu tungsten yang sering disebut lampu wolfram
·
UV-VIS
menggunan photodiode yang telah dilengkapi monokromator.
·
Infra
merah, lampu pada panjang gelombang IR.
2. Monokromator berfungsi sebagai
penyeleksi panjang gelombang yaitu mengubah cahaya yang berasal dari sumber
sinar polikromatis menjadi cahaya monaokromatis. Jenis monokromator yang saat
ini banyak digunakan adalan gratting atau lensa prisma dan filter optik.Jika
digunakan grating maka cahaya akan dirubah menjadi spektrum cahaya. Sedangkan
filter optik berupa lensa berwarna sehingga cahaya yang diteruskan sesuai
dengan warnya lensa yang dikenai cahaya. Ada banyak lensa warna dalam satu alat
yang digunakan sesuai dengan jenis pemeriksaan.Pada gambar di atas disebut
sebagai pendispersi atau penyebar cahaya.dengan adanya pendispersi hanya satu
jenis cahaya atau cahaya dengan panjang gelombang tunggal yang mengenai sel
sampel. Pada gambar di atas hanya cahaya hijau yang melewati pintu keluar.
Proses dispersi atau penyebaran cahaya seperti yang tertera pada gambar.
3. Sel sampel berfungsi sebagai tempat
meletakan sampel
·
UV,
VIS dan UV-VIS menggunakan kuvet sebagai tempat sampel. Kuvet biasanya terbuat
dari kuarsa atau gelas, namun kuvet dari kuarsa yang terbuat dari silika
memiliki kualitas yang lebih baik. Hal ini disebabkan yang terbuat dari kaca
dan plastik dapat menyerap UV sehingga penggunaannya hanya pada
spektrofotometer sinar tampak (VIS). Cuvet biasanya berbentuk persegi panjang
dengan lebar 1 cm.
·
IR,
untuk sampel cair dan padat (dalam bentuk pasta) biasanya dioleskan pada dua
lempeng natrium klorida. Untuk sampel dalam bentuk larutan dimasukan ke dalam
sel natrium klorida. Sel ini akan dipecahkan untuk mengambil kembali larutan
yang dianalisis, jika sampel yang dimiliki sangat sedikit dan harganya mahal.
4. Detektor berfungsi menangkap cahaya
yang diteruskan dari sampel dan mengubahnya menjadi arus listrik. Syarat-syarat
sebuah detektor :
·
Kepekaan
yang tinggi
·
Perbandingan
isyarat atau signal dengan bising tinggi
·
Respon
konstan pada berbagai panjang gelombang.
·
Waktu
respon cepat dan signal minimum tanpa radiasi.
- Signal listrik yang dihasilkan harus sebanding dengan tenaga radiasi.
Macam-macam detektor :
·
Detektor
foto (Photo detector)
·
Photocell,
misalnya CdS.
·
Phototube
·
Hantaran
foto
·
Dioda
foto
·
Detektor
panas
5. Read out merupakan suatu sistem
baca yang menangkap besarnya isyarat listrik yang berasal dari detektor.
Kini spektrofotometer yang
digunakan hanya menggunakan satu lampu sebagai sumber cahaya.Lampu yang
digunakan sebagai sumber cahaya yaitu photodiode yang telah dilengkapi
monokromator.Monokromator disini berfungsi untuk mengubah cahaya yang berasal
dari sumber cahaya sehingga diperoleh cahaya hanya dengan satu jenis panjang
gelombang.
Zat
yang dapat dianalisis dengan spektrofotometri UV-Vis yaitu zat dalam bentuk larutan dan zat yang tampak
berwarna maupun berwarna.Jenis spektroskopi UV-Vis terutama berguna
untuk analisis kuantitatif langsung misalnya kromofor, nitrat, nitrit dan kromat
sedangkan secara tak langsung misalnya ion logam transisi.
Langkah-langkah utama dalam analisa dengan
sinar UV/Vis
- Pembentukan molekul yang dapat menyerap sinar UV/Vis
- Harus dilakukan jika senyawa yang dianalisa tidak melakukan penyerapan didaerah UV/Vis
- Senyawa harus diubah menjadi bentuk lain yang dapat melakukan penyerapan pada daerah yang dimaksud. Misalnya mengubah menjadi berwarna atau tidak berwarna.
- Pemilihan panjang gelombang agar diperoleh panjang gelombang maksimum.
- Pembuatan kurva kalibrasi. Untuk keperluan ini dibuat sejumlah larutan standar dengan berbagai konsentrasi.
- Absorbans larutan standart ini diukur kemudian dibuat grafik A versus C.
- Hukum Lambert Beer terpenuhi, jika grafik berbentuk garis lurus yang melalui titik nol.
- Pengukuran sampel dilakukan pada kondisi yang sama seperti pada larutan standart.
Proses Absorbsi Cahaya pada Spektrofotometri
Ketika cahaya dengan
panjang berbagai panjang gelombang (cahaya polikromatis) mengenai suatu zat,
maka cahaya dengan panjang gelombang tertentu saja yang akan diserap. Di dalam
suatu molekul yang memegang peranan penting adalah elektron valensi dari setiap
atom yang ada hingga terbentuk suatu materi.Elektron-elektron yang dimiliki
oleh suatu molekul dapat berpindah (eksitasi), berputar (rotasi) dan bergetar
(vibrasi) jika dikenai suatu energi. Jika zat menyerap cahaya tampak dan UV
maka akan terjadi perpindahan elektron dari keadaan dasar menuju ke keadaan
tereksitasi. Perpindahan elektron ini disebut transisielektronik. Apabila cahaya yang diserap adalah cahaya
inframerah maka elektron yang ada dalam atom atau elektron ikatan pada suatu
molekul dapat hanya akan bergetar (vibrasi). Sedangkan gerakan berputar
elektron terjadi pada energi yang lebih rendah lagi misalnya pada gelombang
radio.Atas dasar inilah spektrofotometri dirancang untuk mengukur konsentrasi
suatu suatu yang ada dalam suatu sampel.Dimana zat yang ada dalam sel sampel
disinari dengan cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu. Ketika cahaya
mengenai sampel sebagian akan diserap, sebagian akan dihamburkan dan sebagian
lagi akan diteruskan.
Pada spektrofotometri,
cahaya datang atau cahaya masuk atau cahaya yang mengenai permukaan zat dan
cahaya setelah melewati zat tidak dapat diukur, yang dapat diukur adalah It/I0
atau I0/It (perbandingan cahaya datang dengan cahaya setelah
melewati materi (sampel). Proses penyerapan cahaya oleh suatu zat dapat
digambarkan sebagai berikut:
Gambar Proses penyerapan cahaya oleh zat
dalam sel sampel.dari gambar terlihat bahwa zat sebelum melewati sel sampel
lebih terang atau lebih banyak di banding cahaya setelah melewati sel sampel
Cahaya yang diserap diukur sebagai absorbansi (A) sedangkan cahaya yang
hamburkan diukur sebagai transmitansi (T), dinyatakan dengan hukum lambert-beer
atau Hukum Beer, berbunyi:
“Jumlah
radiasi cahaya tampak (ultraviolet, inframerah dan sebagainya) yang diserap
atau ditransmisikan oleh suatu larutan merupakan suatu fungsi eksponen dari
konsentrasi zat dan tebal larutan”.
Berdasarkan hukum Lambert-Beer, rumus yang digunakan untuk menghitung banyaknya
cahaya yang hamburkan:
dan
absorbansi dinyatakan dengan rumus:
dimana I0 merupakan intensitas
cahaya datang dan It atau I1 adalah intensitas cahaya
setelah melewati sampel.
Rumus yang diturunkan dari Hukum Beer dapat
ditulis sebagai:
|
A= a .b .c atau A = ε . b
. c
|
dimana:
A =
absorbansi
b atau terkadang digunakan l = tebal larutan (tebal kuvet diperhitungkan
juga umumnya 1 cm)
c =
konsentrasi larutan yang diukur
ε =
tetapan absorptivitas molar (jika konsentrasi larutan yang diukur dalam molar)
a =
tetapan absorptivitas (jika konsentrasi larutan yang diukur dalam ppm).
Hubungan antara
absorbansi terhadap konsentrasi akan linear (A≈C) apabila nilai absorbansi
larutan antara 0,2-0,8 (0,2 ≤ A ≥ 0,8) atau sering disebut sebagai daerah
berlaku hukum Lambert-Beer. Jika absorbansi yang diperoleh lebih besar maka
hubungan absorbansi tidak linear lagi.Kurva kalibarasi hubungan antara
absorbansi versus konsentrasi dapat dilihat pada gambar.
Gambar Kurva hubungan absorbansi vs
konsentrasi
Faktor-faktor yang menyebabkan absorbansi vs
konsentrasi tidak linear:
1.
Adanya serapan oleh pelarut. Hal ini dapat
diatasi dengan penggunaan blangko, yaitu larutan yang berisi selain komponen
yang akan dianalisis termasuk zat pembentuk warna.
2.
Serapan oleh kuvet. Kuvet yang ada biasanya
dari bahan gelas atau kuarsa, namun kuvet dari kuarsa memiliki kualitas yang
lebih baik.
3.
Kesalahan fotometrik normal pada pengukuran
dengan absorbansi sangat rendah atau sangat tinggi, hal ini dapat diatur dengan
pengaturan konsentrasi, sesuai dengan kisaran sensitivitas dari alat yang
digunakan (melalui pengenceran atau pemekatan).
Secara eksperimen hukum Lambert-beer akan
terpenuhi apabila peralatan yang digunakan memenuhi kriteria-kriteria berikut:
- Sinar yang masuk atau sinar yang mengenai sel sampel berupa sinar dengan dengan panjang gelombang tunggal (monokromatis).
- Penyerapan sinar oleh suatu molekul yang ada di dalam larutan tidak dipengaruhi oleh molekul yang lain yang ada bersama dalam satu larutan.
- Penyerapan terjadi di dalam volume larutan yang luas penampang (tebal kuvet) yang sama.
- Penyerapan tidak menghasilkan pemancaran sinar pendafluor. Artinya larutan yang diukur harus benar-benar jernih agar tidak terjadi hamburan cahaya oleh partikel-partikel koloid atau suspensi yang ada di dalam larutan.
- Konsentrasi analit rendah. Karena apabila konsentrasi tinggi akan menggangu kelinearan grafik absorbansi versus konsentrasi.
Faktor-faktor yang sering menyebabkan
kesalahan dalam menggunakan spektrofotometer dalam mengukur konsentrasi suatu analit:
- Adanya serapan oleh pelarut. Hal ini dapat diatasi dengan penggunaan blangko, yaitu larutan yang berisi selain komponen yang akan dianalisis termasuk zat pembentuk warna.
- Serapan oleh kuvet. Kuvet yang ada biasanya dari bahan gelas atau kuarsa, namun kuvet dari kuarsa memiliki kualitas yang lebih baik.
- Kesalahan fotometrik normal pada pengukuran dengan absorbansi sangat rendah atau sangat tinggi, hal ini dapat diatur dengan pengaturan konsentrasi, sesuai dengan kisaran sensitivitas dari alat yang digunakan (melalui pengenceran atau pemekatan).
