SPEKTROFOTOMETRI SERAPAN UV-VIS

Transkripsi

1 SPEKTROFOTOMETRI SERAPAN UV-VIS SPEKTROFOTOMETRI SERAPAN UV-VIS PRINSIP DASAR HUKUM BEER INSTRUMENTASI APLIKASI 1

2 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 Materi Energi Transisi : -Elektronik -Vibrasi -Rotasi -spin 2

3 Radiasi/sinar Interaksi Materi energi (radiasi) Suatu bentuk gelombang Energi, E h. h c Interaksi : absorpsi (a) transmisi (b) refleksi ( c ) difraksi (d) c a d b d Pengantar Jenis Sinar Daerah spektra elektromagnetik Panjang gelombang Sinar gama ( ) < 0.05 Å Inti Transisi Sinar x Å Elektronik (K dan L) UV nm Elektronik (ev) Visibel nm Elektronik (ev) IR nm μm μm Vibrasi molekul Vibrasi molekul Rotasi molekul Gel mikro mm Rotasi molekul Gel radio > 300 mm Spin elektron dan inti 3

4 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 Contoh yang melibatkan 3 jenis elektron di dalam molekul organik sederhana: * Tingkat energi orbital Cx xo * n = orbital X = orbital = orbitan n * * n * n * Jenis transisi elektron 4

5 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 < nm, rendah Contoh: metanol maks =184nm, =15 3. Transisi n - * : E kecil, panjang, nm = Transisi - * : Seny.org tak jenuh = 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

6 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 -- = nm -- = nm -- = 200 Anion anorganik: transisi n - * Contoh: nitrat, nitrit, karbonat. (λ nm) Prediksi panjang gelombang (UV/VIS) Dasar : -C=C-C=C- -C=C-C=O maks = 217 nm 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 6

7 Prediksi maks untuk senyawa berikut: 1. H 3 C-CH=CH(C 2 H 5 )-C(CH 3 )=C(CH 3 )-CH=O 2. O 3. Untuk poliena terkonjugasi, gunakan aturan Ficher-Kuhn: maks = m + 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 7

8 Transmitansi Nilai dari Transmitansi berbanding terbalik dengan absorbansi. Transmitansi larutan T merupakan bagian dari cahaya yang diteruskan melalui larutan Po P T 50% 100% 0% T P Po A Absorbansi 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 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 8

9 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 10 8 ) λ = panjang gelombang Grafik harga panjang gelombang terhadap absorbansi 1.6 Asetaldehid dalam air Asetaldehid dalam alkohol A Panjang gelombang, nm Energi maksimum akan terserap 9

10 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

11 HUKUM LAMBERT BEER 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 INSTRUMENTASI KONVENSIONAL MODERN Tabung Nessler Spektrofotometer Kolorimeter Dubosq 11

12 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 mm dan diameternya mm. 12

13 Kolorimeter Tabung Nessler 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. Berapa ppm? 1 ppm 2 ppm 3 ppm 4ppm 5 ppm Kolorimeter Dubosq Prinsip kerja sama dengan kolorimeter tabung Nessler. Alat pembanding warna dilengkapi dengan teropong. Cuplikan Pengatur jarak Teropong Standar 13

14 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

15 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

16 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 nm. Spektrofotometer Spektrofotometer Sinar Tampak (Vis) Sumber cahaya yang digunakan adalah lampu tungsten halogen. Lampu tungsten halogen menghasilkan cahaya tampak dalam daerah panjang gelombang 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

17 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. 17

18 Diagram Spektrofotometer Deuterium-UV Tungsten-Vis Lensa Lampu Lensa obyektif Filter Celah sinar Grating 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 ( nm) -Larutan sampel harus bening dan berwarna -Pelarut tidak menyerap sinar tampak Syarat pengukuran dengan spektrofotometer UV: -Sampel dalam larutan menyerap sinar UV ( nm) -Molekul senyawanya memiliki ikatan rangkap atau elektron nonbonding (transisi n- *, - *, n-δ*) -Larutan bening dapat didak berwarna 18

19 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 A 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 19