Diktat Kimia Analisis Instrumen

8/16/2019 Diktat Kimia Analisis Instrumen

1/160

MENGENAL LEBIH JAUH

TEKNIK ANALISA

KROMATOGRAFI & SPEKTROSKOPI

SANDRA HERMANTO, M.Si.

PROGRAM STUDI KIMIA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UIN SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA

2009

4400.0 4000 3000 2000 1500 1000 450. 0

0.0

10

20

30

40

50

60

70

83.4

CM-1

%T


2/160

Kata Pengantar

Salah satu faktor penting dalam meningkatkan kualitas pendidikan di perguruan tinggi

adalah tersedianya referensi pendukung kegiatan belajar mengajar bagi mahasiswa baik dalambentuk teks book/buku pegangan, buku paket, diktat atau kumpulan karya ilmiah maupun

informasi lainnya yang mendukung dengan bahasa yang mudah dimengerti dan dipahami olehsemua pihak yang terlibat dalam proses pembelajaran tersebut.

Kebutuhan akan tersedianya buku ilmiah berbasis bahasa indonesia di perguruan

tinggi, khususnya untuk mata kuliah Kimia Analisa Instrumen dirasakan sangat penting

terutama bagi dosen, mahasiswa maupun para peneliti yang bergelut dalam pengembangan

ilmu kimia serta aplikasinya di berbagai bidang.Buku ajar Kimia Analisa Instrumen sengaja disusun dengan harapan dapat membantu

pemahaman mahasiswa terhadap materi perkuliahan sehingga dapat meningkatkan mutupendidikan di perguruan tinggi khususnya dalam pengembangan ilmu kimia di berbagai

program studi/jurusan yang terkait. Buku ini dirancang sedemikian rupa dengan dilengkapiberbagai gambar/ilustrasi sehingga diharapkan pembaca dapat memahami setiap konsep yang

terkandung di dalamnya.

Akhirnya, penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah

membantu dan memberikan saran serta perhatiannya baik secara moriil maupun materilhingga penulisan buku ajar ini dapat terlaksana. Penulis berharap semoga buku ini dapat

bermanfaat bagi siapapun yang menggunakannya.

Jakarta, Septemb er 2011

Penyusun


3/160

DAFTAR ISI

Halaman

Kata Pengantar iDaftar Isi ii

BAB I : Dasar-dasar Kimia Analisis Instrumen

A. Pendahuluan

B. Teknik Preparasi Sampel

C. Teknik Pengukuran Sampel

D. Pengolahan Data Analitik dan Pengambilan Kesimpulan

E. Validasi Metode

1

1

2

3

3

3

BAB II : Pengenalan Spektroskopi

A.

Radiasi Gelombang ElektromagnetikPanjang Gelombang, Frekuensi dan Kecepatan Cahaya

Frekuensi sinar dan energinya

Spektrum Sinar tampak

Spektrum elektromagnetik

B. Sejarah Spektroskopi

8

8

8

9

9

10

11

BAB III : Spektroskopi UV-Visible

A. Dasar-dasar Spektroskopi UV-Visible

Komponen Spektroskopi UV-Visible

Faktor-faktor yang mempengaruhi nilai Absorbansi

B.

Hukum Beer-LambertC. Toeri Orbital Molekul

Orbital Ikatan dan Anti Ikatan

Orbitan ikatan dalam ikatan rangkap dua

Energi relatif berbagai macam orbital ikatan

D. Teori Promosi Elektron

E. Warna Komplementer

F. Identifikasi Senyawa organik berdasarkan spektrum UV

G. Aplikasi Spektrofotometri UV-Visible untuk analisa kuantitatif

13

13

13

16

1617

17

19

20

26

30

36

37

BAB IV : Spektroskopi Infra Merah

A.

Dasar-dasar Spektroskopi Infra MerahPergerakan Ikatan (Vibrasi molekul)

B.

Arti dari Spektrum Infra Merah

Spektrum Infra merah senyawa Alkohol

Spektrum Infra merah Golongan Ester

Spektrum Infra merah Golongan Keton

Spektrum Infra merah Golongan Asam Karboksilat

Spektrum Infra Merah Senyawa Amine Primer

C.

Area Sidik Jari

D. Komponen Instrument Spektroskopi IR

E. Aplikasi Spektroskopi IR

39

3940

42

43

44

44

45

45

46

48

49


4/160

BAB V : Spektroskopi Massa

A. Pendahuluan

Bagaimana Spekrometer massa bekerja

Diagram lengkap spektrometer massa

B.

Bentuk output Spektrometer massa

C.

Pola Fragmentasi Spektra massa senyawa organikMenggunakan spektra massa untuk membedakan antar unsur

51

51

51

55

55

60

BAB VI : Spektroskopi Serapan Atom

A. Pendahuluan

B. Prinsip Analisa Spektroskopi Serapan Atom

C. Sistem Atomisasi

D.

Instrumentasi Spektroskopi Serapan Atom

E.

Metode Analisis

F. Gangguan dalam Analisis SSA

62

62

62

64

65

66

67

BAB VII : Spektroskopi Resonansi Magnet IntiA.

Latar Belakang Spektroskopi RMI

B. Prinsip dasar Spektroskopi RMI

Pergeseran Kimia

C. Pengaruh Lingkungan Kimia Atom Hidrogen

D.

Pencacah Integrator

E.

Ciri-ciri Spektrum RMI

F. Spektra RMI Resolusi Rendah

G. Spektra RMI resolusi Tinggi

H. Pemisahan (Splitting) pada spektra RMI Resolusi Tinggi

I. Spektra RMI 13C

6868

69

70

70

71

71

73

76

80

82

BAB VIII : Dasar-dasar Kromatografi

A. Pendahuluan

B. Sejarah Kromatografi

C.

Jenis Kromatografi

D. Besaran-besaran Umum Kromatografi

E. Teori Dasar Proses Kromatografi

86

86

86

87

88

91

BAB IX : Kromatografi Kertas & KLT

A. Kromatografi Kertas

Nilai Rf

Kromatografi kertas dua arahBagaimana kromaografi kertas bekerja?

B. Kromatografi lapis Tipis

Bagaimana kromatografi lapis tipis bekerja

94

94

95

9698

99

103

BAB X : Kromatografi Kolom

A. Pendahuluan

B. Kromatografi Kolom Adsorpsi

Penyiapan Kolom

Kelebihan dan kekurangan kromatografi kolom adsorpsi

C. Kromatografi Penukar Ion

Karakter Resin penukar IonPemilihan resin

105

105

105

106

108

108

109109


5/160

Penyiapan resin dan pemilihan buffer

D. Kromatografi gel Filtrasi

Karakterisasi sifat fisik gel filtrasi

Karakteristik kimia Gel

Penyiapan gel dan penyimpanan

Aplikasi kromatografi gel filtrasi

110

110

111

112

113

113

BAB XI : Kromatografi Cair Kinerja Tinggi

Kolom dan Pelarut

Diagram Alir KCKT

Interpretasi output dari detector

Isocratic flow vs gradient elution

Jenis-jenis detector

Aplikasi KCKT

115

105

116

118

119

120

123

BAB XI : Kromatografi Gas

A.

PendahuluanB. Prinsip dasar kromatografi gas

Bagaimana kerja kolom

Bagaimana pemisahan berlangsung dalam kolom

Isocratic flow vs gradient elution

Jenis-jenis detector

Aplikasi KCKT

C. Cara Memilih Kolom

D. Karakteristik kolom

E.

Pemrograman temperatur

F. Detektor

123

123123

124

125

119

120

126

127

128

129

130

BAB XI : Kromatografi Gas-Spektroskopi Massa (GCMS)

A.

Prinsip dasar GCMS

B. Proses Pemisahan pada GCMS

C. Kegunaan bagian-bagian instrument

D. Faktor-faktor yang harus dipertimbangkan sebelum analisis

E. Sistem Operasional GCMS

F.

Teknik Preparasi Sampel

G. Perawatan dan pemecahan masalah

DAFTAR PUSTAKA

132

132

132

133

136

136

139

139

Glossary of chromatographic terms


6/160

BAB I

DASAR-DASAR KIMIA ANALISIS

INSTRUMEN

A. Pendahuluan

Kimia analitik sering didifinisikan sebagai suatu ilmu atau seni ketrampilan mengenai

cara-cara menetapkan komposisi suatu zat baik dalam bentuk unsur-unsurnya maupun senyawayang terkandung di dalamnya. Dalam sejarahnya, perkembangan kimia analitik sejalankemajuan teknologi, dimana penemuan berbagai instrumen dan alat ukur telah mendukungkemajuan dalam bidang analisa kimia., Pada awal abad 19, analisa gravimetri dan volumetri

merupakan cara-cara analisa konvensional yang mengandalkan pada ketrampilan seoranganalis dalam melakukan pengukuran dan perhitungan stoikimetrik untuk mengidentifikasi suatuanalit. Dekade berikutnya penemuan alat spektroskopi telah menghantarkan kepada cara-caraanalisa yang lebih mudah dan akurat, walaupun pada awalnya teknik ini hanya digunakanuntuk analisa kualitatif unsur/senyawa tetapi seiring dengan perkembangan teknologi, cara-carakolorimetri dan turbidimetri mulai mengambil peran dalam analisa kuantitatif. Beberapa tahunkemudian metode pengukuran dengan arus listrik dapat digunakan untuk menentukan titik

akhir titrasi yang dikenal dengan titrasi konduktometri. Selanjutnya, melalui perkembanganteknologi elektronik yang cukup pesat di era tahun 1930an, penggunaan alat instrumen dalam

kegiatan analisa menjadi bagian yang sangat penting dalam menunjang perkembangan ilmukimia analitik. Hampir semua sifat fisik yang khas dari suatu unsur atau senyawa dapatdigunakan sebagai dasar bagi cara-cara analisa secara instrmentasi.

Sifat fisik suatu unsur atau senyawa kimia umumnya berasal dari sifat khas atom-atomunsur atau senyawa yang menyusunnya. Muatan listrik suatu atom hampir tidak terbaca dengan

alat listrik biasa sehingga memerlukan alat khusus untuk menggandakannya. Alat penggandamuatan listrik atau radiasi gelombang elektromagnetik dari suatu unsur atau senyawa dikenaldengan ampifier . Selain itu kepekaan dari pengamatan manusia juga sangat terbatas misalnyadalam mengamati perbedaan warna yang intensitasnya sangat rendah, sehingga untuk itudiperlukan sautu alat pedeteksi yang mampu mendeteksi perbedaan tersebut. Dengan

menggunakan detektor inilah alat instrumen mampu mendeteksi konsentrasi suatu senyawawalaupun dalam jumlah yang sangat rendah. Oleh karena itu cara analisa intrumen memiliki

kepekaan yang relatif tinggi jika dibandingkan dengan analisa konvensional, selain itu analisainstrumen juga tidak memerlukan waktu yang lama, penggunaan pelarut dan bahan-bahan

kimia pendukung yang sedikit serta reprodusibilitas yang tinggi. Namun demikian tidak berarticara analisa instrumen lebih sederhana dari cara-cara konvensional.

Ada beberapa hal yang setidaknya harus diperhatikan oleh analis sebelum melakukan

analisa dengan alat instrumen, antara lain :

a. Apakah analisis harus dilakukan di lapangan atau bisa dilakukan di laboratorium?

b. Apakah teknik sampling yang dilakukan telah sesuai dengan metode analisa yang akandigunakan?

c. Apakah metode analisa telah divalidasi sebelumnya?

d. Bagaimanakah cara penyiapan contoh yang bisa meminimalkan atau menghindarikesalahan dalam analisa?

e. Berapa derajat ketelitian dan ketepatan yang diperlukan?f. Apakah terdapat zat/senyawa standar sebagai pembanding? Dst.


7/160

B. Teknik Preparasi Sampel

Untuk memperoleh informasi tentang komposisi kimia suatu bahan, terkadangdiperoleh dengan langkah yang sederhana dan cepat, namun tidak jarang pula yang

memerlukan langkah yang rumit dan waktu yang lama. Hal tersebut bergantung pada sifat dankompleksitas analit yang akan dianalisa serta keberadaannya di dalam matriks sampel. Secara

umum, langkah-langkah analisis antara lain melibatkan beberapa tahapan sebagai berikut : sampling dan pengawetan sampel , perlakuan awal dalam upaya menyiapkan analit ( preparasi sampel ), pengukuran, pengolahan data analitik dan pengambilan kesimpulan.

Dalam hal tertentu, kimia analisa instrumen melakukan pula upaya pemisahan dan pemurnian suatu konstituen dari konstituen lainnya atau dari matriks sampelnya. Pekerjaan inidapat pula dimasukkan dalam tahap preparasi sampel. Namun bila konstituen yang diinginkan berada dalam matriks sampel yang rumit, maka tahap ini merupakan suatu bidang pekerjaankimia analitik tersendiri, yang lebih dikenal dengan kimia pemisahan analitik. Dari sini munculteknik-teknik analisis baru yang merupakan gabungan dua atau lebih teknik analisis, misalnyadalam analisa kafein dalam matriks sampel organik yang dilakukan dengan menggunakan

metode ekstraksi dan kromatografi.

Sifat informasi mengenai komposisi kimia suatu analit penting diketahui agar dapatmerancang skenario analisis beserta peralatan yang digunakan. Berdasarkan sifat informasinya,analisis kimia dibedakan menjadi :

a. Analisa proksimat : informasi yang diperlukan cukup dengan mengetahui jenis dan jumlahsuatu unsur atau senyawa dalam suatu bahan tanpa mengetahui struktur senyawa yangsesungguhnya.

b. Analisa parsial : analisa yang hanya memerlukan informasi konstituen tertentu dalamsampel.

c. Analisa konstituen renik : analisa parsial yang khusus memerlukan informasi keberadaan

dan jumlah konstituen renik dalam sampel.d. Analisa lengkap : analisa ini dilakukan untuk mendapatkan informasi secara lengkap

tentang keberadaan semua konstituen dalam suatu sampel.

Berdasarkan ukuran sampel yang digunaan, metode analisis dibedakan menjadi :

a. Analisis makro, bilamana ukuran sampel lebih dari 0,1 g.

b. Analisis semi mikro, bila ukuran sampel antara 0,01 hingga 0,1 g.c. Analisis mikro, bilamana ukuran sampel kurang dari 0,01 g.

Tidak selamanya sampel dapat langsung diukur dengan suatu metode tertentu. Hal inidisebabkan antara lain oleh :1. Metode pengukurannya yang tidak memungkinkan untuk pengukuran langsung.2. Konstituen yang diinginkan berada dalam matriks sampel yang rumit, yang bila dilakukan

pengukuran langsung akan mengganggu pengukuran konstituen yang diinginkan.

Perlakuan pendahuluan bisa saja dilakukan secara sederhana, namun banyak pula yangmembutuhkan teknik preparasi yang sangat rumit.Misalnya dalam penetapan kadar besi dalamair sungai secara spektrofotometri serapan atom hanya memerlukan penambahan sedikit asamke dlam sampel untuk mencegah terjadinya hidrolisis dari ion besi. Sedangkan peentapan besi

dari sampel batuan (misalnya dari granit) memerlukan perlakuan awal yang lebih rumit,dimana batuan digerus terlebih dahulu hingga ukuran tertentu, selanjutnya diambil sejumlah

kecil melalui prosedur sampling conning and quartering dan dilanjutkan denganmemperlakukan sampel dengan pelarut asam (misalnya asam nitrat), dan memisahkan bagianterlarutnya dari yang tidak larut dan diakhiri dengan menjadikan larutan itu dalam volumetertentu sebelum dilakukan pengukuran dengan spektrofotometer serapan atom.

Metode penguraian sampel sangat beragam, diantaranya adalah pelarutan dengan

pelarut yang sesuai, peleburan yang diikuti dengan pelarutan dan pelarutan yang diikuti dengan pemisahan. Pemisahan yang digunakan selain untuk mengisolasi konstituen yang diinginkan


8/160

dari konstituen lainnya, juga digunakan sebagai upaya pemekatan. Cara-cara pemisahan yangkerap digunakan antara lain adalah : distilasi, ektraksi pelarut, ekstraksi padat-cair, pengendapan, ultrafiltasi, elektroforesis dan kromatografi.

C. Teknik Pengukuran Sampel

Tahap pengukuran merupakan tahapan yang memerlukan penanganan yang seksama,agar pekerjaan-pekerjaan sebelumnya dalam mempersiapkan analit tidak sia-sia. Metodeanalisis yang digunakan secara umum digolongkan menjadi metode kimia konvensional danmetode kimia instrumen atau metode modern. Bagi keperluan analisis kualitatif diperlukankonstituen standar sebagai referensi. Untuk keperluan analisa kuantitatif ditambah dengankalibrasi. Beberapa kriteria pengukuran diperlukan untuk mendapatkan hasil yang valid.Kriteria tersebut antara lain : replikasi (keterulangan) pengukuran, presisi dan akurasi(ketepatan dan kecermatan) hasil pengukuran, limit deteksi, limit kuantisasi dan kepekaan.

Pemilihan alat ukur yang memadai serta rancangan pengukuran sangat berpengaruh

terhadap hasil analisis. Informasi awal mengenai kadar suatu konstituen dalam sampel amatmembantu dalam memilih alat dan menentukan metode pengukuran. Dasar-dasar statistika juga

sangat menunjang dan banyak diperlukan dalam pengambilan keputusan, sehingga setiaplangkah analisis diupayakan untuk menghindari kesalahan sekecil mungkin.

D. Pengolahan data Analitik dan Pengambilan Kesimpulan

Kimia analitik instrumen tidak hanya melakukan pengukuran untuk keperluaninformasi kualitatif dan kuantitatif saja, namun melakukan pula interpretasi serta berupayamemecahkan masalah yang timbul. Presisi dan akurasi serta batas ketangguhan hasil analisisdapat ditentukan melalui pengolahan data analitik berdasarkan cara-cara yang dapatdipertanggungjawabkan. Suatu hasil analisis dapat dinyatakan dengan bilangan tertentu atautidak ada sama sekali/ tidak terdeteksi (ttd). Pengukuran yang sudah dilandasi dengan hukum-hukum tertentu, misalnya Hukum Lambert-Beer tentang penyerapan radiasi gelombang

elektromagnetik oleh suatu zat memberikan acuan bahwa hubungan antara absorbansi dengankonsentrasi zat adalah linear. Namun demikian, dalam suatu pengukuran dalam upayamembuktikan suatu kaidah, maka data-data yang diperoleh perlu diolah secara benar.

Pada kenyataannya informasi tentang komposisi kimia suatu bahan yang dianalisadengan metode tertentu memiliki perbedaan dengan nilai yang sesungguhnya. Perbedaan antaranilai hasil pengukuran dengan nilai yang sesungguhnya merupakan kesalahan pengukuran.Secara umum kesahalan pengukuran digolongkan menjaid kesalahan acak (random error) dankesalahan kontinyu (continue error). Kesalahan acak disebut juga kesalahan yang tidak dapat

diperbaiki (incorrigible error) atau kesalahan tak pasti (undefinit error), sedangkan kesalahankontinyu disebut pula kesalahan yang dapat diperbaiki (corrigible error) atau kesalahan yang pasti (definit error). Kesalahan yang pasti dibedakan menjadi kesalahan metodik, kesalahanoperatip dan kesalahan instrumental. Besarnya kesalahan-kesalahan tersebut memberikankontribusi terhadap nilai ketidakpastian pengukuran (uncertenty).

E. Validasi Metode Analisis

Validasi merupakan suatu uji kinerja metode standar. Validasi ini dilakukan terhadapsuatu metode standar sebelum diterapkan di laboratorium. Validasi sebuah metode bermaksud

untuk membuktikan bahwa laboratorium yang bersangkutan mampu melakukan pengujiandengan metode tersebut dengan hasil yang valid. Disamping itu validasi juga bertujuan untuk

membuktikan bahwa laboratorium memiliki data kinerja. Hal ini dikarenakan laboratoriumyang berbeda memiliki kondisi dan kompetensi personil serta kemampuan peralatan yang berbeda. Sehingga, kinerja antara satu laboratorium dengan laboratorium lainnya tidaklahsama.

Didalam verifikasi metode, kinerja yang akan diuji adalah keselektifan seperti ujiakurasi (ketepatan) dan presisi (kecermatan). Dua hal ini merupakan hal yang paling minimal

http://www.chem-is-try.org/tabel_periodik/torium/http://www.chem-is-try.org/tabel_periodik/torium/


9/160

harus dilakukan dalam verifikasi sebuah metode. Suatu metoda yang presisi (cermat) belummenjadi jaminan bahwa metode tersebut dikatakan tepat (akurat). Begitu juga sebaliknya, suatumetode yang tepat (akurat) belum tentu presisi.

Hubungan antara akurasi dan presisi dalam uji metode dapat terjadi dalam empat hal:

Akurasi dan presisi sama-sama rendah Presisi tinggi, akurasi rendah Presisi rendah, akurasi tinggi Akurasi dan Presisi tinggi.

Jika diimajinasikan kedalam dunia nyata, akurasi dan presisi digambarkan dengananak-anak panah yang dilepaskan dari busur dan sasaran tembak. Dikatakan akurat dan presisiatau cermat dan tepat, jika anak panah yang dilepaskan dari busur tepat mengenai pusat sasaran panah yang dituju. Ketika anak panah kedua dilepaskan, maka harus tepat mengenai pusat

sasaran, dan seterusnya. Artinya, setiap kali pengulangan berada pada sasaran yang hendak dituju.

Meskipun demikian, akurasi tidaklah sama dengan presisi dan tidak sama denganreliabilitas/keandalan suatu data. Akurasi diartikan sebagai kedekatan hasil analisa terhadapnilai yang sebenarnya. Presisi diartikan sebagai kedekatan antara sekumpulan hasil analisa.Sedangkan reliabilitas data adalah gabungan antara presisi dan akurasi. Dengan kata lain,akurasi bertujuan untuk mendapatkan suatu nilai yang benar. Presisi bertujuan untuk mendapatkan nilai yang sama. Sedangkan reliabilitas data adalah untuk mendapatkan nilaiyang benar dan sama.

Reliabilatas data (keandalan suatu data) merupakan syarat mutlak yang harusdimiliki oleh suatu laboratorium analisa. Suatu laboratorium yang berkualitas harus dapatmengeluarkan data-data yang andal dan dapat dipercaya (memiliki akurasi dan presisi tinggi).Dalam skala industri, laboratorium bertugas sebagai “pabrik” yang memproduksi data,kemudian data ini akan diteruskan kepada pihak proses yang memproduksi barang yangsebenarnya. Dan tentu saja mereka akan memproduksi barang sesuai dengan data-data yang

dikeluarkan laboratorium. Apa jadinya jika formula dan analisa yang dikeluarkan laboratorium(misalnya farmasi) salah ? Bisa jadi obat yang akan diproduksi akan tidak sesuai denganfungsinya.

Berdasarkan SNI 19-17025-2000, validasi adalah konfirmasi suatu metode melalui pengujian dan pengadaan bukti bahwa syarat-syarat tertentu dari suatu metode telah dipenuhi.Validasi perlu dilakukan oleh laboratorium terhadap : Metode non standar Metode yang dikembangkan sendiri Metode standar yang digunakan diluar lingkup yang dimaksud Metode standar yang dimodifikasiMetode standar untuk menegaskan dan mengkonfirmasikan bahwa metode tersebut sesuai

dengan penggunaannya.

Beberapa parameter analisis yang harus dipertimbangkan dalam validasi metodeanalisis adalah sebagai berikut:

1. Accuracy (Kecermatan)

Accuracy adalah ukuran yang menunjukkan derajat kedekatan hasil analis dengankadar analit yang sebenarnya. Accuracy dinyatakan sebagai persen perolehan kembali(recovery) analit yang ditambahkan. Accuracy dapat ditentukan melalui dua cara, yaitumetode simulasi ( spiked-placebo recovery) atau metode penambahan baku ( standard

addition method ).Dalam metode simulasi, sejumlah analit bahan murni ditambahkan ke dalam

plasebo (semua campuran reagent yang digunakan minus analit), lalu campuran tersebut

dianalisis dan hasilnya dibandingkan dengan kadar standar yang ditambahkan (kadar yangsebenarnya). Recovery dapat ditentukan dengan cara membuat sampel plasebo (eksepien


10/160

obat, cairan biologis) kemudian ditambah analit dengan konsentrasi tertentu (biasanya 80%sampai 120% dari kadar analit yang diperkirakan), kemudian dianalisis dengan metodeyang akan divalidasi. Tetapi bila tidak memungkinkan membuat sampel plasebo karenamatriksnya tidak diketahui seperti obat-obatan paten, atau karena analitnya berupa suatusenyawa endogen misalnya metabolit sekunder pada kultur kalus, maka dapat dipakai

metode adisi.Dalam metode adisi (penambahan baku), sampel dianalisis lalu sejumlah tertentu analit

yang diperiksa (pure analit/standar) ditambahkan ke dalam sampel, dicampur dan dianalisislagi. Selisih kedua hasil dibandingkan dengan kadar yang sebenarnya (hasil yang

diharapkan).Pada metode penambahan baku, pengukuran blanko tidak diperlukan lagi. Metode ini tidak dapat digunakan jika penambahan analit dapat mengganggu pengukuran, misalnya analityang ditambahkan menyebabkan kekurangan pereaksi, mengubah pH atau kapasitas dapar,dll.Dalam kedua metode tersebut, recovery dinyatakan sebagai rasio antara hasil yangdiperoleh dengan hasil yang sebenarnya. Biasanya persyaratan untuk recovery adalah tidak boleh lebih dari 5%.

2. Precision (keseksamaan) Precision adalah ukuran yang menunjukkan derajat kesesuaian antara hasil uji

individual, diukur melalui penyebaran hasil individual dari rata-rata jika prosedur diterapkan secara berulang pada sampel-sampel yang diambil dari campuran yanghomogen.

Presicion diukur sebagai simpangan baku atau simpangan baku relatif (koefisienvariasi). Precision dapat dinyatakan sebagai repeatability (keterulangan) ataureproducibility (ketertiruan).

Repeatability adalah keseksamaan metode jika dilakukan berulang kali olehanalis yang sama pada kondisi sama dan dalam interval waktu yang pendek. Repeatability

dinilai melalui pelaksanaan penetapan terpisah lengkap terhadap sampel-sampel identik yang terpisah dari batch yang sama, jadi memberikan ukuran keseksamaan pada kondisi

yang normal. Reproducibility adalah keseksamaan metode jika dikerjakan pada kondisi yang

berbeda. Biasanya analisis dilakukan dalam laboratorium-laboratorium yang berbedamenggunakan peralatan, pereaksi, pelarut, dan analis yang berbeda pula. Analisisdilakukan terhadap sampel-sampel yang diduga identik yang dicuplik dari batch yang

sama. Reproducibility dapat juga dilakukan dalam laboratorium yang sama denganmenggunakan peralatan, pereaksi, dan analis yang berbeda.

Kriteria seksama diberikan jika metode memberikan simpangan baku relatif (RSD)atau koefisien variasi (CV) 2% atau kurang. Akan tetapi kriteria ini sangat fleksibeltergantung pada konsentrasi analit yang diperiksa, jumlah sampel, dan kondisilaboratorium. Dari penelitian dijumpai bahwa koefisien variasi meningkat dengan

menurunnya kadar analit yang dianalisis.Ditemukan bahwa koefisien variasi meningkat seiring dengan menurunnyakonsentrasi analit. Pada kadar 1% atau lebih, standar deviasi relatif antara laboratoriumadalah sekitar 2,5% ada pada satu per seribu adalah 5%. Pada kadar satu per sejuta (ppm)

RSDnya adalah 16%, dan pada kadar part per bilion (ppb) adalah 32%. Pada metode yangsangat kritis, secara umum diterima bahwa RSD harus lebih dari 2%.

Percobaan keseksamaan dilakukan terhadap paling sedikit enam replika sampelyang diambil dari campuran sampel dengan matriks yang homogen. Sebaiknyakeseksamaanditentukan terhadap sampel sebenarnya yaitu berupa campuran dengan bahan pembawasediaan farmasi (plasebo) untuk melihat pengaruh matriks pembawa terhadap keseksamaan

ini. Demikian juga harus disiapkan sampel untuk menganalisis pengaruh pengotor dan hasil

degradasi terhadap keseksamaan ini.


11/160

3. Selektivitas (Spesifisitas)

Selektivitas atau spesifisitas suatu metode adalah kemampuannya yang hanyamengukur zat tertentu saja secara cermat dan seksama dengan adanya komponen lain yangmungkin ada dalam matriks sampel. Selektivitas seringkali dapat dinyatakan sebagaiderajat penyimpangan (degree of bias) metode yang dilakukan terhadap sampel yang

mengandung bahan yang ditambahkan berupa cemaran, hasil urai, senyawa sejenis,senyawa asing lainnya, dan dibandingkan terhadap hasil analisis sampel yang tidak

mengandung bahan lain yang ditambahkan.Selektivitas metode ditentukan dengan membandingkan hasil analisis sampel yang

mengandung cemaran, hasil urai, senyawa sejenis, senyawa asing lainnya atau pembawa plasebo dengan hasil analisis sampel tanpa penambahan bahan-bahan tadi.Penyimpangan hasil jika ada merupakan selisih dari hasil uji keduanya. Jika cemaran danhasil urai tidak dapat diidentifikasi atau tidak dapat diperoleh, maka selektivitas dapatditunjukkan dengan cara menganalisis sampel yang mengandung cemaran atau hasil ujiurai dengan metode yang hendak diuji lalu dibandingkan dengan metode lain untuk pengujian kemurnian seperti kromatografi, analisis kelarutan fase, dan DifferentialScanning Calorimetry. Derajat kesesuaian kedua hasil analisis tersebut merupakan ukuran

selektivitas. Pada metode analisis yang melibatkan kromatografi, selektivitas ditentukanmelalui perhitungan daya resolusinya (Rs).

4. Linearitas dan Rentang

Linearitas adalah kemampuan metode analisis memberikan respon proporsionalterhadap konsentrasi analit dalam sampel. Rentang metode adalah pernyataan batasterendah dan tertinggi analit yang sudah ditunjukkan dapat ditetapkan dengan kecermatan,keseksamaan, dan linearitas yang dapat diterima.

Linearitas biasanya dinyatakan dalam istilah variansi sekitar arah garis regresiyang dihitung berdasarkan persamaan matematik data yang diperoleh dari hasil uji analitdalam sampel dengan berbagai konsentrasi analit. Perlakuan matematik dalam pengujian

linearitas adalah melalui persamaan garis lurus dengan metode kuadrat terkecil antara hasilanalisis terhadap konsentrasi analit.

Dalam beberapa kasus, untuk memperoleh hubungan proporsional antara hasil pengukuran dengan konsentrasi analit, data yang diperoleh diolah melalui transformasimatematik dulu sebelum dibuat analisis regresinya.

Dalam praktek, digunakan satu seri larutan yang berbeda konsentrasinya antara 50 – 150% kadar analit dalam sampel. Di dalam pustaka, sering ditemukan rentang

konsentrasi yang digunakan antara 0 – 200%. Jumlah sampel yang dianalisis sekurang-kurangnya delapan buah sampel blanko.

Sebagai parameter adanya hubungan linier digunakan koefisien korelasi r padaanalisis regresi linier Y = a + bX. Hubungan linier yang r = +1 atau –1 bergantung padaarah garis. Sedangkan nilai a menunjukkan kepekaan analisis terutama instrumen yangdigunakan. Parameter lain yang harus dihitung adalah simpangan baku residual (Sy).

Dengan menggunakan kalkulator atau perangkat lunak komputer, semua perhitunganmatematik tersebut dapat diukur

5. Batas Deteksi (Limit of Detection ) dan Batas Kuantitasi (Limit of Quatification )

Batas deteksi adalah jumlah terkecil analit dalam sampel yang dapat dideteksi yangmasih memberikan respon signifikan dibandingkan dengan blangko. Batas deteksimerupakan parameter uji batas. Batas kuantitasi merupakan parameter pada analisis renik dan diartikan sebagai kuantitas terkecil analit dalam sampel yang masih dapat memenuhikriteria cermat dan seksama.

Penentuan batas deteksi suatu metode berbeda-beda tergantung pada metodeanalisis itu menggunakan instrumen atau tidak. Pada analisis yang tidak menggunakaninstrumen batas tersebut ditentukan dengan mendeteksi analit dalam sampel pada pengenceran bertingkat. Pada analisis instrumen batas deteksi dapat dihitung denganmengukur respon blangko beberapa kali lalu dihitung simpangan baku respon blangko danformula di bawah ini dapat digunakan untuk perhitungan :

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_dasar/pemurnian-material/kromatografi/http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_dasar/cairan_dan_larutan/larutan/http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_dasar/cairan_dan_larutan/larutan/http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia_dasar/pemurnian-material/kromatografi/


12/160

Q = (k x Sb)/SlQ = LOD (batas deteksi) atau LOQ (batas kuantitasi)k = 3 untuk batas deteksi atau 10 untuk batas kuantitasiSb = simpangan baku respon analitik dari blangkoSl = arah garis linear (kepekaan arah) dari kurva antara respon terhadap konsentrasi = slope

(b pada persamaan garis y = a+bx)Batas deteksi dan kuantitasi dapat dihitung secara statistik melalui garis regresi

linier dari kurva kalibrasi. Nilai pengukuran akan sama dengan nilai b pada persamaangaris linier y = a+bx, sedangkan simpangan baku blanko sama dengan simpangan baku

residual (Sy/x.)a. Batas deteksi (LoD)Karena k = 3, Simpangan baku (Sb) = Sy/x, maka:LoD = (3 Sy/x)/ Sl b. Batas kuantitasi (LoQ)Karena k = 10, Simpangan baku (Sb) = Sy/x, maka:LoQ = (10 Sy/x)/Sl

Cara lain untuk menentukan batas deteksi dan kuantitasi adalah melalui penentuan

rasio S/N (signal to noise ratio). Nilai simpangan baku blanko ditentukan dengan caramenghitung tinggi derau pada pengukuran blanko sebanyak 20 kali pada titik analit

memberikan respon. Simpangan baku blanko juga dihitung dari tinggi derau puncak ke puncak, jika diambil dari tinggi puncak derau atas dan bawah (Np-p) maka s0 = Np-p/5sedangkan kalau dari puncak derau bawah saja (puncak negatif) maka s0 = Np/2,selanjutnya perhitungan seperti tersebut di atas.

6. Ketangguhan metode (ruggedness )

Ketangguhan metode adalah derajat ketertiruan hasil uji yang diperoleh darianalisis sampel yang sama dalam berbagai kondisi uji normal, seperti laboratorium,analisis, instrumen, bahan pereaksi, suhu, hari yang berbeda, dll. Ketangguhan biasanyadinyatakan sebagai tidak adanya pengaruh perbedaan operasi atau lingkungan kerja pada

hasil uji. Ketangguhan metode merupakan ukuran ketertiruan pada kondisi operasi normalantara lab dan antar analis.

Ketangguhan metode ditentukan dengan menganalisis beningan suatu lot sampelyang homogen dalam lab yang berbeda oleh analis yang berbeda menggunakan kondisioperasi yang berbeda, dan lingkungan yang berbeda tetapi menggunakan prosedur dan parameter uji yang sama.

Derajat ketertiruan hasil uji kemudian ditentukan sebagai fungsi dari variabel penentuan. Ketertiruan dapat dibandingkan terhadap keseksamaan penentuan di bawahkondisi normal untuk mendapatkan ukuran ketangguhan metode. Perhitungannyadilakukan secara statistik menggunakan ANOVA pada kajian kolaboratif yang disusunoleh Youden dan Stainer.

7. Kekuatan (Robustness )Untuk memvalidasi kekuatan suatu metode perlu dibuat perubahan metodologi

yang kecil dan terus menerus dan mengevaluasi respon analitik dan efek presisi danakurasi. Sebagai contoh, perubahan yang dibutuhkan untuk menunjukkan kekuatan prosedur HPLC dapat mencakup (tapi tidak dibatasi) perubahan komposisi organik fasegerak (1%), pH fase gerak (± 0,2 unit), dan perubahan temperatur kolom (± 2 – 3° C).

Perubahan lainnya dapat dilakukan bila sesuai dengan laboratorium. Identifikasisekurang-kurangnya 3 faktor analisis yang dapat mempengaruhi hasil bila diganti ataudiubah. Faktor risinal ini dapat diidentifikasi sebagai A, B, dan C. Perubahan nilai faktor-faktor ini dapat diidentifikasi dengan a, b, dan c. Lakukan analisis pada kondisi yang telah

disebutkan pada pemeriksaan ketangguhan.


13/160

BAB II

PENGENALAN SPEKTROSKOPI

A. Radiasi Gelombang Elektromagnetik

Panjang gelombang, frekuensi, dan kecepatan cahaya

Jika anda menggambarkan suatu berkas sinar sebagai bentuk gelombang, jarak antara

dua puncak dinamakan panjang gelombang sinar (). Ini akan sama dengan jarak antara dualembah atau dua posisi lain yang identik dalam gelombang.

Gambar 2.1 Radiasi sinar sebagai gelombang

Kita dapat menggambarkan puncak-puncak gelombang ini bergerak dari kiri ke kanan.

Jika anda menghitung banyaknya puncak yang lewat tiap detiknya, anda akan mendapatkanfrekuensi sinar. Frekuensi diukur dengan satuan putaran per detik, atau disebut juga denganHertz, Hz. Putaran per detik dan Hert mempunyai arti yang sama.

Sinar oranye, sebagai contoh, mempunyai frekuensi sekitar 5 x 1014

Hz (sering

dinyatakan dengan 5 x 108

MHz - megahertz). Itu artinya terdapat 5 x 1014

puncak gelombangyang lewat tiap detiknya.

Sinar mempunyai kecepatan tetap pada media apapun. Sebagai contoh, sinar selalumelaju pada kecepatan sekitar 3 x 10

8meter per detik pada kondisi hampa. Ini merupakan

kecepatan sebenarnya dari semua radiasi elektromagnetik ? tidak hanya sinar tampak.Terdapat hubungan yang sederhana antara panjang gelombang dan frekuensi dari suatu

warna dengen kecepatan sinar.:

dan anda dapat mengolahnya untuk mendapatkan panjang gelombang jika diketahuifrekuensinya atau sebaliknya:


14/160

Hubungan ini artinya jika anda menaikkan frekuensi, maka panjang gelombang akan berkurang.

Gambar 2.2 Radiasi frekuensi tinggi berbanding terbalik dengan panjang gelombang

Bandingkan diagram ini dengan diagram yang sama di atas. jika panjang gelombanglebih panjang, maka frekuensi lebih rendah. Ini sangat penting agar anda merasa cocok denganhubungan antara frekuensi dan panjang gelombang. Jika anda mempunyai dua gambar panjang

gelombang dari dua sinar yang berbeda warnanya, anda akan mengetahui manakah yangfrekuensinya lebih tinggi.

Sebagai contoh, jika anda mendapatkan sinar warna merah mempunyai panjanggelombang 650 nm, dan hijau 540 nm, penting bagi anda untuk mengetahui manakah yanglebih tinggi frekuensinya. (hijau - panjang gelombang yang lebih pendek berarti frekuensinyalebih tinggi.

Frekuensi sinar dan energinya

Tiap frekuensi sinar mempunyai hubungan yang khas dengan energi, berikut adalah persamaan sederhananya:

Anda dapat melihat bahwa pada frekuensi yang lebih tinggi, maka energi sinar akan lebihtinggi.Jadi, dapatkah anda mengelompokannya? Cobalah!

Sinar dengan panjang gelombang sekitar 380 ? 435 nm terlihat sebagai warna-warnaungu. Berbagai warna merah mempunyai panjang gelombang sekitar 625 -740 nm. Manakah

yang energinya paling tinggi? Sinar dengan energi paling besar akan mempunyai frekuensi paling tinggi - dan panjang gelombangnya paling pendek. Dengan kata lain, sinar ungu pada

380 nm adalah ujung dari urutan warna.

Spektrum Sinar tampak

Diagram berikut menunjukkan gambaran spektrum sinar tampak


15/160

Warna Panjang gelombang (nm)

Ungu 380 - 435

Biru 435 - 500

Sian (biru pucat) 500 - 520

Hijau 520 - 565

Kuning 565 - 590

Oranye 590 - 625

Merah 625 - 740

Spektrum elektromagnetik

Spektrum elektromagnetik tidak hanya terbatas pada warna-warna yang dapat kitalihat. Sangat mungkin mendapatkan panjang gelombang yang lebih pendek dari sinar ungu ataulebih panjang dari sinar merah. Spektrum elektromagnetik adalah rentang semua radiasielektromagnetik yang mungkin. Spektrum elektromagnetik dapat dijelaskan dalam panjanggelombang, frekuensi, atau tenaga per foton. Energi dari foton adalah 4.1 feV per Hz, yaitu 4.1μeV/GHz Panjang gelombang dikalikan dengan energy per foton adalah 1.24 μeVm

Spektrum elektromagnetik dapat dibagi dalam beberapa daerah yang terentang darisinar gamma gelombang pendek berenergi tinggi sampai pada gelombang mikro dangelombang radio dengan panjang gelombang sangat panjang. Pembagian ini sebenarnya tidak

begitu tegas dan tumbuh dari penggunaan praktis yang secara historis berasal dari berbagaimacam metode deteksi. Biasanya dalam mendeskripsikan energi spektrum elektromagnetik

dinyatakan dalam elektronvolt untuk foton berenergi tinggi (di atas 100 eV), dalam panjanggelombang untuk energi menengah, dan dalam frekuensi untuk energi rendah (λ ≥ 0,5 mm).Istilah "spektrum optik " juga masih digunakan secara luas dalam merujuk spektrumelektromagnetik, walaupun sebenarnya hanya mencakup sebagian rentang panjang gelombang

saja (320 - 700 nm)

Pada spektrum yang lebih lengkap, akan ditunjukan ultra-unggu dan infra-merah, tetapidapat diperlebar lagi hingga sinar-X dan gelombang radio, diantara sinar yang lain. Diagram berikut menunjukan gambaran posisi spektrum-spektrum tersebut.

http://id.wikipedia.org/wiki/Radiasi_elektromagnetikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Radiasi_elektromagnetikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Panjang_gelombanghttp://id.wikipedia.org/wiki/Panjang_gelombanghttp://id.wikipedia.org/wiki/Frekuensihttp://id.wikipedia.org/wiki/Fotonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Elektronvolthttp://id.wikipedia.org/wiki/Spektrum_optikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Spektrum_optikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Elektronvolthttp://id.wikipedia.org/wiki/Fotonhttp://id.wikipedia.org/wiki/Frekuensihttp://id.wikipedia.org/wiki/Panjang_gelombanghttp://id.wikipedia.org/wiki/Panjang_gelombanghttp://id.wikipedia.org/wiki/Radiasi_elektromagnetikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Radiasi_elektromagnetik


16/160

Gambar 2.3 Gambaran spektrum elektromagnetik

Jangan terlalu memikirkan batas-batas diantara berbagai bagian radiasielektromegnetik? karena tidak ada batasnya. Perhatikanlah bagian sinar tampak, dan satu bagian yang berada didekatnya. Perhatikan juga pola umumnya. Juga perhatikan bahwa energi

dari berbagai macam radiasi meningkat dengan meningkatnya frekuensi.

B. Sejarah Spektroskopi

Penggunaan spektroskopi sebagai sarana penentuan struktur senyawa memiliki sejarahyang panjang. Reaksi nyala yang populer berdasarkan prinsip yang sama dengan spektroskopi.Di pertengahan abad ke-19, kimiawan Jerman Robert Wilhelm Bunsen (1811-1899) danfisikawan Jerman Gustav Robert Kirchhoff (1824-1887) berkerjasama mengembangkanspektrometer (Gambar 2.4). Dengan bantuan alat baru ini, mereka berhasil menemukan duaunsur baru, rubidium dan cesium. Kemudian alat ini digunakan banyak kimiawan untuk menemukan unsur baru semacam galium, indium dan unsur-unsur tanah jarang. Spektroskopitelah memainkan peran penting dalam penemuan gas-gas mulia.

Metoda penyelidikan dengan bantuan spektrometer disebut spektrometri. Dengansumber cahaya apapun, spektrometer terdiri atas sumber sinar, prisma, sel sampel, detektor dan pencatat. Fungsi prisma adalah untuk memisahkan sinar polimkromatis di sumber cahayamenjadi sinar monokromatis, dan dengan demikian memainkan peran kunci dalamspektrometer.

Dalam spektrometer modern, sinar yang datang pada sampel diubah panjang

gelombangnya secara kontinyu. Hasil percobaan diungkapkan dalam spektrum dengan absisnyamenyatakan panjang gelombang (atau bilangan gelombang atau frekuensi) sinar datang danordinatnya menyatakan energi yang diserap sampel.


17/160

Gambar 2.4 Spektrometer yang dibuat oleh Bunsen dan Kirchhoff. detektor yang digunakan sangat

sederhana (mata manusia) kemudian pelat fotografi digunakan dengan ekstensif.

Metode spektroskopi/spektrometri banyak dimanfaatkan dalam analisis kimia terutamauntuk atom/senyawa yang memiliki sifat dapat mengemisikan atau mengabsorbsi cahaya

sebagai bentuk radiasi gelombang elektromagnetik.Beberapa tipe alat spektroskopi antara lain adalah :

a. Spektroskopi adsorpsi (Spektrofotometer UV-Vis dan AAS). b. Spektroskopi Fluorosen ( Fluorescence spectroscopy)c. Spektrsokopi sinar X

d. Sepktroskopi emisie. Flame fotometrif. Spektroskopi infra merah

g. Spektroskopi sinar gamma, alpha dan beta.h. Spektroskopi nuklir

Gambar 2.5 Contoh skema kerja alat spektroskopi


18/160

BAB III

SPEKTROSKOPI SERAPAN MOLEKUL

(UV-VISIBLE

A. Dasar-Dasar Spektroskopi UV-Visibel

Jika anda melewatkan sinar putih pada media yang berwarna, sebagian warna akanterserap. Larutan yang mengandung ion tembaga (II) terhidrat, sebagai contoh, kelihatan biru pucat karena larutan menyerap sinar dari spektrum merah. Panjang gelombang yangtersisa akan berkombinasi di dalam mata dan otak untuk memunculkan warna sian (biru pucat).

Beberapa media yang tak berwarna juga menyerap sinar, tetapi dalam daerah ultra-ungu (UV). Karena kita tak mampu melihat sinar UV, maka kita tak dapat mengamati penyerapannya. Media yang berbeda akan menyerap sinar dengan panjang gelombang yang berbeda, dan ini dapat dipakai untuk mengidentifikasi suatu materi. Keberadaan ion logam,sebagai contoh, atau gugus fungsi dalam senyawa-senyawa organik.

Besarnya penyerapan juga tergantung pada konsentrasi materi, jika berupa larutan.Perhitungan banyaknya penyerapan dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi larutan

yang sangat encer.

Bagian-bagian penting spektrofotometer UV-VisibelSuatu spektrometer serapan menghitung banyaknya sinar yang diserap oleh

berbagai senyawa yang dilewati spektrum UV dan tampak. Kita akan memulai dengandiagram lengkap, kemudian menerangkan apakah yang terjadi pada setiap bagian.

Gambar 3.1 Skema kerja alat spektrofotometer UV-Vis

Sumber sinar

Anda memerlukan sumber sinar yang menyediakan seluruh spektrum tampak danultra-ungu dekat sehingga anda mendapatkan spektrum pada daerah 200 nm - 800 nm.(sedikit melebar ke infra-merah dekat).


19/160

Anda tidak akan mendapatkan daerah panjang gelombang tersebut dari lamputunggal, dan juga kombinasi dari dua lampu - lampu deuterium untuk mendapatkanspektrum UV dan lampu tungsten/halogen untuk mendapatkan spektrum tampak.

Hasil kombinasi kedua lampu tersebut difokuskan pada kisi difraksi.

Kisi difraksi dan celah

Anda mungkin sudah terbiasa dengan percobaan prisma yang dapat memisahkan

sinar menjadi komponen-komponen warnanya. Suatu kisi difraksi mempunyai fungsi yangsama, tetapi lebih efisien.

Gambar 3.2 Pola kisi difraksi sinar UV-visibel

Tanda panah biru menunjukan jalur berbagai panjang gelombang sinar diteruskandengan arah yang berbeda. Celah (slit) hanya menerima sinar pada daerah panjang

gelombang yang sangat sempit untuk diteruskan ke spektrometer. Dengan memutar kisidifraksi secara perlahan, anda akan mendapatkan sinar dari seluruh spektrum (sebagiankecil daerah panjang gelombang pada suatu waktu) yang selanjutnya diteruskan ke dalaminstrumen.

Lempeng putar

Gambar 3.3 Model lempeng putar monokromator

Sinar datang dari kisi difraksi dan celah akan mengenai lempeng putar dan satu dari tiga hal berikut dapat terjadi.

1. Jika sinar mengenai bagian transparan, sinar akan mengarah langsung dan melewati selyang mengandung sampel. Kemudian dipantulkan oleh cermin ke lempeng putar kedua.

Catatan: lampu deuterium mengandung gas deuterium pada kondisi tekanan rendah dan dihubungkandengan tegangan tinggi. Ini menghasilkan suatu spektrum kontinu yang merupakan spektrum UV.


20/160

Lempeng ini berputar ketika sinar datang dari lempeng yang pertama, sinar akanmengenai bagian cermin lempeng kedua. Yang kemudian memantulkannya ke detektor.Selanjutnya mengikuti jalur merah pada diagram berikut:

2. Jika berkas asli sinar dari celah mengenai bagian cermin lempeng putar pertama, berkas

akan dipantulkan sepanjang jalur hijau. Setelah cermin, sinar melewati sel referens(akan diterangkan nanti). Akhirnya sinar mencapai lempeng kedua yang berputar,sehingga sinar mengenai bagian transparan. Selanjutnya akan melewati detektor.

3. Jika sinar mengenai bagian hitam lempeng pertama, sinar akan dihalangi - dan untuk sesaat tidak ada sinar yang melewati spektrometer. Komputer akan memroses arus yangdihasilkan oleh detektor karena tidak ada sinar yang masuk.

Sel sampel dan referens

Baik sel sampel maupun referens biasanya merupakan wadah gelas atau kuarsakecil, sering juga disebut kuvet , dibuat sedemikian rupa sehingga jarak yang dilalui berkassinar adalah 1 cm. Sel sampel berisi larutan materi yang akan diuji - biasanya sangat encer.Pelarut dipilih yang tidak menyerap sinar secara signifikan pada daerah panjang gelombangyang digunakan (200 - 800 nm). Sel referens hanya berisi pelarut murni.

Detektor dan komputer

Detektor mengubah sinar yang masuk menjadi arus listrik. Arus lebih tinggi jikaintensitas sinarnya lebih tinggi. Untuk tiap panjang gelombang sinar yang melewatispektrometer, intensitas sinar yang melewati sel referens dihitung. Biasanya disimbolkansebagai Io - dengan I adalah intensitas. Intensitas sinar yang melewati sel sampel jugadihitung untuk panjang gelombang tersebut dan disimbolkan, I.

Jika I lebih kecil dari Io, berarti sampel menyerap sejumlah sinar. Kemudian suatumatematika sederhana dikerjakan oleh komputer untuk mengubahnya menjadi apa yangdinamakan absorbansi sampel, disimbolkan dengan A.

Agar lebih jelas ketika kita membahas teori pada bagian lain, hubungan antara Adan dua intensitas adalah :

…………………………….1)


21/160

Pada diagram anda akan mendapatkan absorbansi berkisar dari 0 sampai 1, tetapidapat lebih tinggi dari itu. Absorbansi 0 pada suatu panjang gelombang artinya bahwa tidak ada sinar yang diserap pada panjang gelombang tersebut. Intensitas berkas sampel danreferens sama, sehingga perbandingan Io/I adalah 1. log10 dari 1 adalah nol.

Absorbansi 1 terjadi jika 90% sinar pada panjang gelombang yang ada diserap - berarti 10% sinar tidak diserap. Pada kasus ini, Io/I adalah 100/10 (=10) dan log10 dari 10

adalah 1.

Perekam grafik

Perekam grafik biasanya merupakan plot antara absorbansi dengan panjanggelombang. Hasilnya akan tampak sebagai berikut:

Materi ini diketahui mempunyai puncak absorbansi pada 255 dan395 nm.

Gambar 3.4 Contoh kurva spektrum UV-vis

Faktor-faktor yang mempengaruhi nilai Absorbansi

Bagian sinar yang diserap akan tergantung pada berapa banyak molekul yang

beinteraksi dengan sinar. Bayangkan anda memiliki zat warna organik yang kuat/tajam.Jika zat warna tersebut berupa larutan pekat, maka akan diperoleh absorbansi yang sangattinggi karena ada banyak molekul yang berinteraksi dengam sinar. Akan tetapi, dalamlarutan yang sangat encer, sangat sulit untuk melihat warnanya, sehingga absorbansinyasangat rendah.

Seandainya anda ingin membandingkan zat warna tersebut dengan senyawa lain,namun anda tidak mengetahui konsentrasinya, maka anda tidak akan dapat membuat

perbandingan dengan baik tentang senyawa mana yang menyerap sinar lebih banyak.

Pentingnya bentuk wadah

Seandainya sekarang anda memiliki larutan zat warna yang sangat encer dalamwadah yang berbentuk tabung sedemikian sehingga yang dilewati sinar panjangnya 1cm.

Absorbansi tidak akan terlalu tinggi. Selain itu, seandainya anda melewatkan sinar melalui tabung sepanjang 100 cm yang berisi larutan yang sama. Sinar akan lebih banyak diserap karena sinar berinteraksi dengan lebih banyak molekul. Sekali lagi, jika andaingin membandingkan diantara larutan yang ada, anda juga harus memperhatikan panjanglarutan yang dilalui sinar.

Konsentrasi dan panjang larutan menjadi pertimbangan dalam menghitung nilaiAbsorbansi. Hubungan antara konsentrasi, panjang larutan yang dilalui dan nilaiabsorbansi digambarkan dalam persamaan matematis yang dikenal dengan Hukum Beer- Lambert.

B. Hukum Beer-Lambert

Seperti apakah hukum Beer-Lambert ?


22/160

Anda akan mendapatkan berbagai simbol untuk beberapa istilah dalam persamaanhukum Beer-Lambert khususnya untuk konsentrasi dan panjang larutan. Saya akanmenggunakan bentuk yang mudah dimengerti dimana konsentrasi larutan adalah "c" dan panjang adalah "l".

Andaseharusnya mengenali bagian kiri persamaan seperti pada definisi absorbansi, A. Anda juga mendapatkan persamaan yang menyatakan A:

……………………………………… 2)

Ini lebih mudah diingat daripada yang sebelumnya, tetapi anda harus tetapmemahami persamaan untuk absorbansi. Jika persamaan pertama dan kedua digabungkan,

maka :

Huruf Yunani epsilon dalam persamaan ini disebut absorptivitas molar - atau

kadang-kadang disebut dengan koefisien absorpsi molar yang nilainya akan sangat bervariasi bergantung pada jenis dan konsentrasi larutan.

Absorptivitas molar

Untuk menentukan nilai koefisien absorptivitas molar, dapat digunakan persamaan

berikut :

Ingat bahwa absorbansi larutan akan bervariasi berdasarkan konsentrasi atauukuran wadah. Absorptivitas molar diperoleh dari pembagian absorbansi dengankonsentrasi dan panjang larutan yang dilalui sinar. Pada dasarnya, ini memberikan nilaiabsorbansi standar - sinar berjalan sepanjang 1 cm melewati larutan 1 mol dm

-3. Hal ini

artinya bahwa anda dapat membandingkan antara satu senyawa dengan senyawa lainnyatanpa mengkhawatirkan pengaruh konsentrasi dan panjang larutan.

Nilai absorptivitas molar dapat bervariasi. Contohnya, etanal memiliki dua puncak serapan dalam spektrum UV-tampak - keduanya dalam spektrum ultra-violet. Dua puncak serapan ini disebabkan oleh promosi elektron dari pasangan bebas pada oksigenke orbital pi anti-ikatan; atau dari orbital pi ikatan ke orbital pi anti-ikatan.

C. Teori Orbital Molekul

Orbital ikatan dan anti-ikatan

Pada pembahasan ini diasumsikan bahwa anda telah memahami bagaimanaterbentuknya ikatan kovalen sederhana diantara dua atom. Orbital atom setengah isi pada

tiap atom mengalami tumpang-tindih (overlap) untuk membentuk orbital baru (orbitalmolekul) yang berisi dua elektron dari kedua atom. Pada kasus dua atom hidrogen,


23/160

masing-masing atom mempunyai satu elektron dalam orbital 1s. Atom-atom hidrogen iniakan membentuk orbital baru di sekitar kedua inti hidrogen.

Gambar 3.5. Orbital ikatan sigma

Adalah penting mengetahui secara pasti apakah arti dari orbital molekul ini.Kedua elektron sangat mungkin ditemukan di orbital molekul ini - dan tempat yang paling

mungkin untuk menemukan elektron adalah di daerah yang berada diantara garis dua inti.Molekul dapat terbentuk karena kedua inti atom tarik-menarik dengan kuat

dengan pasangan elektron. Ikatan yang paling sederhana ini disebut ikatan sigma ()

suatu ikatan sigma adalah ikatan dimana pasangan elektron paling mungkin ditemukan pada garis diantara dua inti. Akan tetapi semua ini adalah hasil penyederhanaan. Pada

teori orbital molekul jika anda memulai dengan dua orbital atom, maka anda harusmendapatkan dua orbital molekul - dan rupanya kita baru memperoleh satu orbitalmolekul. Orbital molekul kedua terbentuk, tetapi dalam banyak kasus (termasuk molekulhidrogen) orbital ini kosong, tidak terisi elektron. Orbital ini disebut sebagai orbital anti- ikatan . Orbital anti-ikatan mempunyai bentuk dan energi yang sedikit berbeda dari orbital

ikatan.Diagram berikut menunjukkan bentuk-bentuk dan tingkat energi relatif dari

berbagai orbital atom dan orbital molekul ketika dua atom hidrogen dikombinasikan.

Orbital anti-ikatan selalu ditunjukan dengan tanda bintang pada simbolnya.Perhatikan, ketika orbital ikatan terbentuk, energinya menjadi lebih rendah daripada

energi orbital atom asalnya (sebelum berikatan). Energi dilepaskan ketika orbital ikatanterbentuk, dan molekul hidrogen lebih stabil secara energetika daripada atom-atomasalnya.

Sedangkan, suatu orbital anti-ikatan adalah kurang stabil secara energetikadibanding atom asalnya. Stabilnya orbital ikatan adalah karena adanya daya tarik-menarik

antara inti dan elektron. Dalam orbital anti-ikatan daya tarik-menarik yang ada tidak ekuivalen. Sebaliknya, anda akan mendapatkan tolakan. Sehingga peluang menemukan


24/160

elektron diantara dua inti sangat kecil, bahkan ada bagian yang tidak mungkin ditemukanelektron diantara dua inti tersebut. Sehingga tak ada yang menghalangi dua inti untuk saling menolak satu sama lain.

Jadi dalam kasus hidrogen, kedua elektron membentuk orbital ikatan, karenamenghasilkan stabilitas yang paling besar dan lebih stabil daripada yang dimiliki oleh

atom yang terpisah/tak berikatan, dan lebih stabil dari elektron dalam orbital anti-ikatan.

M engapa helium ti dak membentuk molekul H e 2 ?

Anda dapat memberikan penjelasan yang masuk akal bahwa helium tak dapat

membentuk molekul He2 karena helium tidak memiliki elektron tak berpasangan untuk dipakai bersama. Baik! Tetapi marilah kita lihat juga dari sudut pandang teori orbitalmolekul.Diagram untuk helium merupakan sedikit modifikasi dari diagram hidrogen.

Sekarang kita mempunyai 4 elektron dalam orbital atom mula-mula. Dua orbitalatom akan membentuk dua orbital molekul. Ini artinya, kita akan menggunakan orbitalmolekul ikatan dan anti-ikatan untuk mengakomodasi keduanya. Tetapi ada sesuatu yang perlu diperhatikan karena stabilitas energetika dari pembentukan orbital ikatan akan berkurang dengan adanya orbital anti ikatan. Pada kasus ini, pembentukan He2 tak ada

manfaatnya secara energetika - jadi He2 tak dapat terbentuk.

Orbital anti-ikatan dalam ik atan r angkap dua

Anda mungkin sudah tidak asing dengan gambar ikatan rangkap dua padamolekul etena berikut:

Ikatan pi ditunjukan dengan warna merah, tentu, merupakan suatu orbital ikatan

normal. Ikatan ini dibentuk oleh tumpang-tindih diantara sisi-sisi orbital-p masing-masing

Catatan: ikatan digambarkan dengan berbagai cara untuk menunjukan bagaimana atom diatur dalam 3dimensi. Suatu ikatan ditunjukan dengan garis normal yang tak terpotong pada bidang gambar (layar). Garisputus-putus menunjukan ikatan yang menjauhi anda. Garis tebal menunjukan ikatan yang mengarah keluarbidan mendekati ermbaca .


25/160

atom karbon yang setengah isi. Ingat bahwa dua bentuk merah yang ditunjukan padadiagram adalah bagian dari orbital ikatan pi yang sama.

Menurut teori orbital molekul, jika terjadi tumpang-tindih diantara dua orbitalatom, pasti diperoleh dua orbital molekul. Orbital yang kedua adalah orbital pi anti-ikatan

dan kita tak pernah mendapatkannya pada keadaan normal. Orbital pi anti-ikatan (sepertiorbital sigma anti-ikatan) berada pada tingkat energi yang lebih tinggi daripada orbital

ikatan. Kedua elektron pada ikatan pi ditemukan dalam orbital pi ikatan.

M er angkuman energi r elatif dari berbagai macam orbital

Diagram berikut memberikan gambaran umum bagaimana energi dari berbagai jenis orbital saling berhubungan satu sama lain dalam beberapa senyawa. Kita akanmelihatnya untuk menerangkan penyerapan cahaya. Diagram ini hanya menunjukan skalarelatif. Anda akan melihat daftar orbital baru dalam diagram - yang ditandai "n" (untuk non-ikatan). Orbital non-ikatan yang menjadi perhatian kita mengandung elektron pasangan bebas, contohnya pada atom oksigen, nitrogen, dan halogen. Jadi orbital non-ikatan adalah orbital yang mengandung pasangan elektron bebas pada tingkat ikatan.

Gambar 3.6 Diagram tingkat energi orbital

Pada saat sinar melewati suatu senyawa, sebagian energi dalam sinar mendorong

salah satu elektron dari orbital ikatan atau non-ikatan ke salah satu orbital anti-ikatan.Perbedaan energi diantara tingkat-tingkat energi ini menentukan frekuensi (atau panjanggelombang) sinar yang diserap, dan perbedaan energi itu akan berbeda pada tiap senyawa.

Konjugasi

Kita akan melewatkan sejenak penjelasan tentang konjugasi - adalah penting untuk melihat terlebih dahulu beberapa jenis ikatan yang lain.

I katan r angkap dua pada etena

Untuk memahami ikatan rangkap dua terkonjugasi - pertama-tama anda harusyakin bahwa anda telah memahami ikatan rangkap dua yang sederhana. Etenamengandung ikatan rangkap dua sederhana antara dua atom karbon, tetapi dua bagianikatan ini berbeda. Bagian pertama adalah ikatan sigma sederhana yang terbentuk daritumpang-tindih antar ujung-ujung orbital pada tiap atom karbon, dan bagian lain

Catatan: hati-hati, jangan bingung membedakan non-ikatan dengan anti-ikatan - keduanya sangatlahberbeda. Orbital non-ikatan terjadi oleh adanya pasangan elektron bebas - sangat stabil, mengisi orbital.Orbital anti-ikatan kosong dan stabilitasnya lebih rendah dari suatu senyawa jika senyawa tersebut

mengandung elektron. Jika ragu-ragu, kembalilah dan baca kembali materi mengenai orbital anti-ikatan,dan yakinlah anda dapat mengetahui bahwa orbital anti ikatan tidak mengandung pasangan elektron

bebas.


26/160

disebabkan oleh tumpang-tindih sisi-sisi orbital-p masing-masing karbon. Diagrammenjelaskan pembentukan ikatan pi - dimana dua orbital-p bertumpang-tindih pada sisi-sisinya:

menghasilkan ikatan pi yang umum.

I katan r angkap dua terk onju gasi pada buta-1,3-diena

Buta-1,3-diena mempunyai struktur sebagai berikut:

Sekarang gambarkan pembentukan orbital molekul seperti anda membayangkandua molekul etena yang digabung menjadi satu. Anda akan mendapatkan ikatan sigmayang terbentuk oleh tumpang-tindih pada ujung-ujung orbital atom karbon dan hidrogen.Akan tersisa orbital- pi pada tiap atom karbon.

Orbital-p itu akan saling tumpang-tindih pada sisi-sisinya dan semuanya! Suatusistem delokalisasi ikatan pi terbentuk, sama dengan kasus benzena yang mungkin sudah

tak asing lagi bagi anda. Diagram menunjukan salah satu dari orbital molekul.

Untuk menekankan kembali - diagram hanya menunjukan satu orbital molekulyang terdelokalisasi. Ingat bahwa warna merah (atas dan bawah) pada gambar menunjukan bagian dari orbital yang sama. Interaksi dari dua ikatan rangkap dua untuk menghasilkan sistem delokalisasi elektron pi pada keempat atom disebut sebagaikonjugasi . Konjugasi dalam konteks ini dapat diartikan "bergabung bersama".

Pada kenyataannya, jika anda memulai dengan tumpang-tindih empat orbitalatom, anda akan mendapatkan empat orbital molekul. Empat elektron akan menempati

dua tingkat energi terendah - masing-masing dua. Itu artinya anda akan mendapatkan dua


27/160

orbital ikatan pi. Kita hanya menggambarkan salah satunya untuk penyederhanaan -lainnya mempunyai bentuk yang berbeda.

Ada juga dua orbital pi anti-ikatan, tetapi kosong. Untuk beberapa alasan, kitamengabaikan hal ini - meskipun tidak untuk topik ini, karena energi dari sinar dapatmendorong elektron dari orbital pi ikatan ke orbital anti-ikatan (sebagaimana akan anda

lihat pada bagian berikutnya).

Pengenalan ikatan rangkap dua terkonjugasi dalam suatu molekul

Ikatan rangkap dua terkonjugasi dapat anda jumpai pada molekul yang

mengandung lebih dari satu ikatan rangkap dua, yaitu dengan adanya ikatan rangkap duadan ikatan tunggal yang berselang-seling .

Ikatan rangkap dua tidak selalu terbentuk dari atom-atom karbon. Molekul-molekul berikut mengandung ikatan rangkap dua terkonjugasi, meskipun untuk contohterakhir, konjugasinya tidak terdapat pada seluruh bagian molekul:

Selanjutnya, molekul berikut mengandung dua ikatan rangkap dua, tetapi tidak terkonjugasi. Ikatan rangkapnya terpisah oleh dua ikatan tunggal.

Alasan mengapa harus ada ikatan rangkap dua dan ikatan tunggal yang berselang-seling adalah bahwa dengan cara ini dapat diperoleh semua orbital-pi bertumpang-tindih pada sisi-sisinya. Pada contoh terakhir, anda akan mendapatkan tumpang-tindih pada sisi-sisi tiap ujung molekul untuk mendapatkan dua ikatan pi. Tetapi ikatan tunggal tambahan

di tengah menghentikan interaksi mereka satu sama lain.

Perluasan Delokalisasi ikatan rangkap dua terkonjugasi Cincin benzena

Anda pasti tidak asing lagi dengan delokalisasi pada cincin benzena. Jika andamembayangkan benzena dengan struktur Kelulé, anda mempunyai sistem yang sempurna

dengan ikatan tunggal dan ikatan rangkap dua yang berselang-seling di seluruh bagianmolekul.

Konjugasi ini memberikan sistem pi yang terdelokalisasi.


28/160

Sekali lagi, ingatlah bahwa ini hanyalah menunjukan satu orbital molekul yangterbentuk. Sebenarnya ada tiga orbitan pi ikatan dan tiga orbital pi anti-ikatan - karenamereka terbentuk dari kombinasi enam orbital atom. Orbital ikatan tambahan tidak tergambarkan.

Fenilamin dan fenol

Delokalisasi juga dapat meluas di luar ikatan pi, yang melibatkan pasangan elektron

bebas seperti pada atom nitrogen atau oksigen. Dua contoh sederhana adalah fenilamin(anilin) dan fenol. Digambarkan dengan struktur Kekulé:

Anda dapat melihat ikatan tunggal dan ikatan rangkap dua berselang-selingsepanjang cincin benzena. Konjugasi ini menyebabkan sistem delokalisasi elektron sepertidalam benzena yang dapat ditunjukkan sebagai berikut:

Tetapi delokalisasi tidak terhenti pada cincin saja. Delokalisasi meluas ke atomnitrogen dan oksigen. Pada fenilamin, ada satu pasangan elektron bebas pada atomnitrogen yang dapat bertumpang-tindih dengan elektron cincin.

Sebagai akibatnya terjadi delokalisasi yang melibatkan cincin dan nitrogen.


29/160

Hal yang sama terjadi pada fenol. Satu pasangan elektron bebas dari oksigen bertumpang-tindih dengan elektron cincin. Pasangan elektron bebas yang lain tidak terlibat karena arahnya berbeda.

Jadi, jika anda mencoba untuk memperkirakan sejauh mana delokalisasi dapatmeluas dalam suatu molekul, jangan lupa untuk melihat atom-atom dengan pasanganelektron bebas yang dapat dilibatkan dalam delokalisasi.

Gugu -gugus lai n sebagai tambahan

Lihatlah secara khusus cincin benzena dengan gugus samping yang mengandungikatan rangkap dua. Sekarang mulailah dengan salah satu pasangan yang sederhana -feniletena (stirena) dan benzaldehida.

Pada masing-masing contoh, anda mendapatkan delokalisasi di seluruh cincin.Apakah delokalisasinya meluas ke gugus samping? Apakah anda mendapatkan ikatan

tunggal dan ikatan rangkap dua yang berselang-seling? Anda mempunyai ikatan rangkapdua dalam gugus samping, kemudian suatu ikatan tunggal, dan cincin yang

terdelokalisasi. Lihatlah pada feniletena, dan bayangkanlah pengaturan orbital sebelumterjadi delokalisasi pada gugus samping:


30/160

Anda dapat melihat bahwa ikatan rangkap dua dan elektron cincin akan bertumpang-tindih untuk membentuk sistem delokalisasi seperti ini:

Benzaldehida sangat mirip, kecuali bahwa kali bukan gugus CH 2 yagn berada di ujung,

ada sebuah oksigen dengan dua pasangan elektron bebas. Delokalisasinya sama persis.

Hati-hatilah, ingat bahwa untuk mendapatkan perluasan delokalisasi, ikatan

rangkap dua pada rantai samping harus dapat berkonjugasi dengan elektron cincin - dua bagian ini harus mampu bergabung bersama. Molekul seperti dalam diagram berikut tidak mempunyai delokalisasi yang meluas ke rantai cabang. Gugus CH2 tambahan mencegah

terjadinya tumpang-tindih pada sisi-sisi antara orbital p dari ikatan rangkap dua denganelektron cincin.

Gugus samping lain yang dapat diamati adalah gugus nitro, NO2 - contohnyanitrobenzena. Ikatan dalam gugus nitro cukup sulit. Ikatannya sering ditunjukan denganikatan rangkap dua antara nitrogen dengan salah satu oksigen, dan satu ikatan koordinasi(ikatan kovalen dative).

Struktur ini kurang tepat. Kedua ikatan nitrogen-oksigen adalah identik dan gugustersebut terdelokalisasi. Sering digambarkan sebagai berikut:


31/160

Setengah lingkaran yang terputus-putus menunjukan delokalisasi. Bayangkan iniseperti lingkaran yang anda gambarkan di tengah-tengah heksagon benzena. Delokalisasiini hanyalah ikatan tunggal. Anda dapatkan dua konjugasi, dan delokalisasi terjadi diseluruh molekul.

D. Teori promosi elektron

Ketika kita membicarakan urutan orbital-orbital yang ada pada senyawa organik pada bagian pendahuluan, anda akan melihat bahwa diagram tersebut menunjukan energi

relatif tiap orbital:

Ingat bahwa diagram tersebut tidak menunjukan skala sebenarnya tetapi hanyamenunjukan kedudukan relatifnya terhadap orbital lain. Ketika sinar melewati suatusenyawa, energi dari sinar digunakan untuk mendorong perpindahan elektron dari orbitalikatan atau orbital non-ikatan ke salah satu orbital anti-ikatan yang kosong.Perpindahan/lompatan elektron yang mungkin terjadi akibat adanya sinar adalah :

Gambar 3.7. Perpindahan/lompatan elektron dari orbital ikatan

Pada tiap kemungkinan, suatu elektron tereksitasi dari orbital yang terisi penuh ke

orbital anti-ikatan yang kosong. Tiap lompatan elektron memerlukan energi dari sinar,


32/160


33/160

Gambar 3.8. Lompatan elektron yang penting

Ingat bahwa lompatan yang lebih besar membutuhkan energi yang lebih besar danmenyerap sinar dengan panjang gelombang yang lebih pendek. Lompatan yang

ditunjukan dengan tanda panah abu-abu menyerap sinar UV dengan panjang gelombang

yang lebih rendah dari 200 nm.

Lompatan yang penting diantaranya: Dari orbital pi ikatan ke orbital pi anti-ikatan; Dari orbital non-ikatan ke orbital pi anti-ikatan; Dari orbital non-ikatan ke orbital sigma anti-ikatan.

Artinya untuk menyerap sinar pada daerah antara 200 - 800 nm (pada daerahdimana spektra diukur), molekul harus mengandung ikatan pi atau terdapat atom denganorbital non-ikatan. Ingat bahwa orbital non-ikatan adalah pasangan elektron bebas,misalnya pada oksigen, nitrogen, atau halogen.

Bagian molekul yang dapat menyerap sinar disebut sebagai gugus kromofor .

Seperti apakah spektrum serapan

Diagram berikut menunjukan spektrum serapan sederhana buta-1,3-diena -molekul yang telah kita bahas sebelumnya. Absorbansi (pada sumbu tegak) adalah ukuran

banyaknya sinar yang diserap. Nilai yang lebih tinggi, berarti lebih banyak panjanggelombang khas yang diserap.

Anda akan melihat puncak serapan pada 217 nm. Ini berada pada daerah ultra-violet dan tidak ada tanda yang menunjukan penyerapan pada daerah sinar tampak karena

buta-1,3-diena tidak berwarna. Anda mendapatkan puncak pada grafik dengan simbol"lambda-max".

Pada buta-1,3-diena, CH2=CH-CH=CH2, tidak ada elektron non-ikatan. Artinyalompatan elektron yang terjadi hanya (dalam kisaran yang dapat diukur olehspektrometer) dari orbital pi ikatan ke orbital pi anti-ikatan.


34/160

Satu kromofor yang menghasilkan dua puncak

Suatu kromofor seperti pada ikatan rangkap dua karbon-oksigen pada etanal,sebagai contoh, jelas memiliki elektron pi sebagai bagian dari ikatan rangkap dua, dan juga mempunyai pasangan elektron bebas pada atom oksigen.

Artinya bahwa dimungkinkan terjadi dua penyerapan yang penting dari diagram

energi terakhir. Anda akan mendapatkan satu elektron tereksitasi dari orbital pi ikatan keorbital pi anti-ikatan, atau eksitasi elektron pasangan bebas pada oksigen (orbital non-

ikatan) ke orbital pi anti-ikatan.

Orbital non-ikatan memiliki energi yang lebih tinggi daripada orbital pi ikatan.Artinya, lompatan elektron dari pasangan bebas pada oksigen ke orbital pi anti-ikatanmemerlukan energi yang lebih rendah. Dapat diartikan juga elektron dari pasangan bebas

pada oksigen menyerap sinar dengan frekuensi yang lebih rendah dan karena itu panjanggelombangnya lebih tinggi. Karena itu etanal menyerap sinar dari dua panjang gelombang

yang berbeda:

pi ikatan ke pi anti-ikatan puncak serapannya pada 180 nm; non-ikatan ke pi anti-ikatan puncak serapannya pada 290 nm.

Kedua serapan ini berada pada daerah ultra-violet, tetapi sebagian besar spektrometer tidak dapat membaca serapan pada 180 nm karena spektrometer tersebut bekerja pada kisaran 200 - 800 nm.

Pentingnya konjugasi dan delokalisasi terhadap panjang gelombang yang diserap

Perhatikan tiga molekul berikut:

Etena mempunyai ikatan rangkap dua karbon-karbon yang terisolasi, tetapi duasenyawa lainnya mempunyai ikatan rangkap dua yang terkonjugasi. Pada contoh ini, adadelokalisasi dari orbital pi ikatan pada semua molekul.

Sekarang lihat pada panjang gelombang sinar yang diserap oleh masing-masing molekul.

molekul panjang gelombang serapan maksimum (nm)

etena 171

buta-1,3-diena 217

heksa-1,3,5-triena 258


35/160


36/160

bersama-sama. Gambar berikut menunjukan struktur beta-karoten dengan ikatan rangkapdua dan ikatan tunggal yang berselang-seling yang ditunjukan dengan warna merah.

Gambar 3.9. Struktur molekul -karoten

Yang lebih terdelokalisasi, perbedaan energi antara energi tertinggi orbital piikatan dan energi terendah orbital pi anti-ikatan lebih kecil. Karena itu untuk mendorong

elektron pada beta-karoten dibutuhkan energi yang lebih kecil daripada contoh-contohmolekul sebelumnya - karena perbedaan tingkat energinya lebih rendah. Ingat bahwaenergi yang rendah artinya sinar yang diserap frekuensinya lebih rendah dan hal ituekivalen dengan panjang gelombang yang lebih panjang. Beta-karoten menyerap sinar pada daerah ultra-violet sampai violet tetapi lebih kuat pada daerah tampak antara 400 dan

500 nm dengan puncak 470 nm.Jika anda membaca bahasan tentang radiasi elektromegnetik, anda mungkin ingat

bahwa panjang gelombang berhubungan dengan warna:

daerah warna panjang gelombang (nm)

ungu 380 - 435

biru 435 - 500

sian (biru-pucat) 500 - 520

hijau 520 - 565

kuning 565 - 590

oranye 590 - 625

merah 625 - 740

Jadi jika serapan paling kuat adalah dari violet ke sian, warna apakah yang dapatanda lihat? Hal ini menarik, anda tentu memikirkan warna yang ada di sebelah kiri.

Sayangnya, ini tidaklah sesederhana itu! Kadang-kadang apa yang anda lihat tidak sepertiyang anda harapkan. Pencampuran panjang gelombang sinar tidak memberikan hasil yangsama seperti jika anda mencampurkan warna-warna cat. Anda akan mendapatkan bahwawarna yang anda lihat adalah warna-warna komplementer ..

Jika anda menyusun beberapa warna dalam suatu lingkaran, anda mendapatkansuatu "roda warna". Diagram berikut menunjukan salah satu versi yang mungkin

diperoleh. Pencarian dengan internet akan mendapatkan beberapa versi yang berbeda!


37/160

Warna-warna yang saling berlawanan satu sama lain pada roda warna dikatakan

sebagai warna-warna komplementer. Biru dan kuning adalah warna komplementer; merahdan sian adalah komplementer; demikian juga hijau dan magenta (merah muda).Pencampuran dua warna komplementer akan menghasilkan sinar putih.

Apakah ini artinya jika sinar putih diserap, yang ditangkap oleh mata kita adalahhasil pencampuran suatu panjang gelombang sinar dengan warna komplementernya. Pada

beta-karoten lebih membingungkan, karena anda menyerap suatu daerah panjanggelombang. Jika puncak serapan bergerak dari biru ke sian, warna yang anda lihat adalahlawannya, yaitu kuning kemerahan atau orange. Anda akan mendapatkan perubahanwarna yang lebih jelas pada dua contoh yang akan kita bahas berikut.

Penerapanya pada perubahan warna dari dua indikator

Fenolftalin

Anda pernah memakai fenolftalin sebagai indikator asam-basa, dan mengetahui bahwa fenolftalin tak berwarna dalam suasana asam dan berwarna merah muda padalarutan basa. Bagaimana hubungan perubahan warna ini dengan perubahan dalam

molekul?

Struktur dari dua molekul yang berbeda warna adalah:

Keduanya menyerap sinar ultra-violet, selain itu struktur di sebelah kanan jugamenyerap sinar tampak dengan puncak 553 nm. Molekul dalam larutan asam tak

berwarna karena mata kita tidak dapat mendeteksi fakta adanya penyerapan beberapasinar ultra-violet. Akan tetapi, mata kita mampu mendeteksi penyerapan pada 553 nm

yang dihasilkan oleh pembentukan molekul dalam larutan basa. 553 nm merupakandaerah hijau pada spektrum sinar tampak. Jika anda melihat kembali roda warna, andaakan menemukan bahwa warna komplementer hijau adalah merah muda dan itulah warnayang dapat kita lihat.

Lalu mengapa perubahan struktur menyebabkan perubahan warna? Yang terjadiadalah pergeseran serapan ke panjang gelombang yang lebih tinggi pada larutan basa.Seperti yang telah kita ketahui, pergeseran ke panjang gelombang yang lebih tinggi terkait

dengan derajat delokalisasi yang lebih besar. Berikut adalah struktrur pada larutan asam


38/160

yang telah dimodifikasi menjadi bentuk tak berwarna. Jangkauan delokalisasi ditunjukandengan warna merah.

Perlu diketahui bahwa delokalisasi terjadi pada ketiga cincin - melebar hingga

ikatan rangkap dua karbon-oksigen, dan ke atom-atom oksigen karena adanya pasanganelektron bebas. Tetapi delokalisasi tidak meluas ke seluruh molekul. Atom karbon ditengah dengan empat ikatan tunggal menghalangi tiap daerah delokalisasi berhubungansatu sama lain. Sekarang bandingkan dengan bentuk yang berwarna merah muda :

Penataan-ulang menyebabkan delokalisasi melebar ke seluruh ion. Delokalisasi

yang lebih besar ini menurunkan beda energi antara orbital molekul berpasangan yang

tertinggi dan orbital pi anti-ikatan tak berpasangan yang paling rendah. Energi yangdibutuhkan untuk melompat lebih rendah dan panjang gelombang sinar yang diserap lebih

panjang.

Metil oranye

Anda mengetahui bahwa metil oranye berwarna kuning dalam larutan basa dan berwarna merah dalam larutan asam.Struktur dalam larutan basa:

Dalam larutan asam, ion hidrogen (barangkali tidak diharapkan) menempel padasalah satu nitrogen pada ikatan rangkap dua nitrogen-nitrogen.

Sekarang lebih rumit! Muatan positif pada nitrogen terdelokalisasi (menyebar ke

seluruh struktur) - khususnya ke bagian molekul sebelah kiri. Umumnya penggambaranstruktur untuk metil oranye yang berwarna merah adalah :

Ingat : kenaikan delokalisasi menggeser puncak serapan ke panjang gelombang yang lebih tinggi.


39/160


40/160

pada sisi kanan atas molekul tidak benar-benar tunggal atau rangkap dua, tetapi diantarakeduanya. Demikian juga untuk semua ikatan yang ada.

Dua struktur yang kita miliki sebelumnya yang menggambarkan bentuk merahdari metil oranye juga merupakan bentuk yang dapat diterima dimana struktur metiloranye dapat digambarkan dalam dua bentuk. Kita dapat menunjukan struktur

terdelokalisasinya:

Dua bentuk ini merupakan hasil pergerakan elektron dalam struktur, tanda panah bergelombang dipakai untuk menunjukan bagaimana struktur tersebut berubah.

Dalam kenyataannya, elektron tidak bergeser penuh. Hanya dalam kasus benzena,struktur yang sebenarnya berada diantaranya. Anda dapat juga memahami bahwa penggambaran bentuk yang dapat diterima tidak berpengaruh pada geometri struktur.Jenis, panjang dan sudut ikatan tidak berubah pada struktur sebenarnya.

Sebagai contoh, pasangan elektron bebas pada atom nitrogen yang ditunjukandalam gambar terakhir keduanya terlibat delokalisasi. Untuk terjadinya hal ini semua

ikatan di sekitar nitrogen harus berada dalam sisi yang sama dengan pasangan elektron bebas sehingga dapat terjadi tumpang-tindih dengan orbital atom tetangga pada sisi-sisinya. Kenyataannya pada masing-masing bentuk yang dapat diterima satu dari nitrogenini ditunjukan berlaku seperti pada amonia - seperti terjadi kesalahan pengaturan ikatan -dan terlihat jika delokalisasi dirusak.

Masalahnya adalah tidak mudah menggambarkan struktur delokalisasi yang rumitdengan gambar sederhana. Hal ini cukup sulit untuk benzena dan untuk metil oranye adametode yang memberikan kemungkinan kekeliruan jika anda tidak menggunakan bentuk yang dapat diterima. Struktur yang sebenarnya tak dapat ditunjukan dengan salah satu dari bentuk-bentuk yang mungkin, tetapi masing-masing memberikan petunjuk bagaimanaterjadinya delokalisasi.

Jika kita mengambil dua bentuk dan menuliskan kemungkinan yang paling besar,

ini menunjukan bahwa ada delokalisasi elektron di seluruh struktur, tetapi kerapatan


41/160

elektron yang sedikit agak rendah di sekitar dua nitrogen menyebabkan muatan positif muncul pada salah satu bentuk yang diterima atau lainnya.

Lalu mengapa bentuk merah lebih terdelokalisasi daripada bentuk kuning?

Akhirnya, kita menerima penjelasan mengapa delokalisasi lebih besar pada

bentuk merah metil oranye dalam larutan asam daripada bentuk kuning dalam larutan basa. Jawaban dapat didasarkan pada fakta bahwa pasangan elektron bebas terlibat penuh

dalam delokalisasi bentuk merah sebagaimana yang kita gambarkan. Bentuk yang dapatditerima dengan muatan positif pada nitrogen menunjukan gerakan yang signifikan bahwa

pasangan elektron bebas bergerak ke seluruh molekul.Bukankah hal yang sama juga terjadi pada pasangan elektron bebas nitrogen yang

sama dalam bentuk kuning metil oranye? Secara keseluruhan tidak sama. Bentuk yangdapat diterima yang anda gambar menghasilkan atom bermuatan negatif lain pada seluruhstruktur. Pemisahan muatan negatif dan positif secara energetika tidak disukai. Pada bentuk merah, tidak ada pemisahan muatan yang baru melainkan hanya menggeser muatan positif di sekitar struktur.

F. Identifikasi senyawa organik berdasarkan spektra serapan UV

Jika anda telah mempelajari bagian terakhir, anda akan mengetahui bahwa panjang gelombang serapan maksimum (lambda-max) tergantung pada keberadaankromofor (gugus penyerap sinar) pada suatu molekul. Sebagai contoh, pada bagian lain

anda telah mengetahui fakta bahwa ikatan rangkap dua karbon-karbon (contohnya dalametena) mempunyai serapan maksimum pada 171 nm. Dua ikatan ganda terkonjugasi

dalam buta-1,3-diena mempunyai serapan maksimum pada panjang gelombang yang lebih panjang dari 217 nm. Kita juga telah membahas mengenai dua puncak dalam spektrumetanal (mengandung ikatan rangkap dua karbon-oksigen) pada 180 dan 290 nm. Contohlainnya yang sederhana, jika anda membandingkan puncak spektrum serapan UV-tampak yang ada dengan daftar puncak yang telah diketahui, akan mudah untuk mendapatkan

gambar struktur molekul yang tidak diketahui.Daftar puncak termasuk nilai absorptivitas molar telah diketahui. Hal ini akan

membantu anda agar lebih yakin. Contohnya (kembali menggunakan ikatan rangkap duakarbon-oksigen), data menunjukan bahwa puncak pada 290 mempunyai absorptivitasmolar hanya 15, bandingkan dengan puncak pada 180 yang mencapai 10000.

Tabel 3.1. Contoh gugus-gugus kromofor

Chromophore Example Excitation λ max, nm ε Solvent

C=C Ethene π __

> π* 171 15,000 hexane

C≡C 1-Hexyne π __

> π* 180 10,000 hexane

C=O Ethanal n __ > π*

π __

> π*

290

180

15

10,000

hexane

hexane

N=O Nitromethane n __ > π*

π __

> π*

275

200

17

5,000

ethanol

ethanol

C-X X=Br

X=I

Methyl bromide

Methyl Iodide

n __ > σ*

n __ > σ*

205

255

200

360

hexane

hexane


42/160

G. Aplikasi Spektrofotometri UV-Vis untuk Analisa Kuantitatif

Anda harus mengingat hukum Beer-Lambert:

Pada bagian kiri persamaan diketahui sebagai absorbansi larutan dan dihitungdengan spektrometer. Persamaannya kadang ditulis dalam term absorbansi.

Simbol epsilon adalah absorptivitas molar larutan.

M enentukan konsentr asi dengan absorptivi tas molar

Jika anda mengetahui absorptivitas larutan pada suatu panjang gelombang, dananda mengukur absorbansi larutan pada panjang gelombang itu, maka konsentrasi dapatdihitung dengan mudah. Variabel lain dalam persamaan itu adalah panjang larutan.Variabel ini dapat ditentukan, kenyataannya, sel yang berisi larutan dapat dibuat dengan panjang yang telah diketahui yaitu 1 cm.

Contohnya, andaikan anda mempunyai suatu larutan dalam sel sepanjang 1 cm.Anda menghitung absorbansinya pada panjang gelombang tertentu dengan spektrometer.

Nilainya adalah 1,92. Anda mendapatkan nilai absorptivitas molar dalam tabel adalah19400 untuk panjang gelombang yang dimaksud.Mensubstitusikan nilai-nilai itu:

Konsentrasi yang sangat rendah dapat diperoleh jika senyawa yang anda miliki

mempunyai absorptivitas molar yang sangat tinggi. Metode ini tentu saja tergantung padaada-tidaknya nilai absorptivitas molar yang akurat. Akan lebih baik menentukankonsentrasi dengan kurva kalibrasi.

M enentukan k onsentr asi dengan ku rva kal ibr asi

Dengan cara ini anda tidak perlu bertumpu pada nilai absorptivitas molar,reliabilitas hukum Beert-Lambert, bahkan dimensi sel larutan. Yang anda lakukan adalahmembuat seri larutan senyawa yang akan diamati dengan konsentrasi yang akurat.

Konsentrasi seri larutan ini harus berada pada kisaran konsentrasi yang akan ditentukanlebih encer dan lebih pekat dari konsentrasi yang diperkirakan. Dengan larutan yang

berwarna hal ini tidak sulit. Anda cukup membuat beberapa larutan dengan warna yanglebih terang dan lebih gelap.

Untuk masing-masing larutan, tentukan absorbansinya pada panjang gelombangyang memberikan serapan paling kuat gunakan wadah yang sama. Kemudian buat grafik


43/160

antara absorbansi lawan konsentrasi. Ini disebut dengan metode kurva kalibrasi.Berdasarkan hukum Beet-Lambert, absorbansi sebanding dengan konsentrasi, dandiharapkan anda akan mendapatkan garis lurus. Hal ini berlaku pada larutan encer, dankurang cocok pada larutan pekat, sehingga anda akan mendapatkan suatu kurva. Selamaanda bekerja pada kisaran konsentarsi yang diamati, hal ini tidak terlalu dipermasalahkan.

Untuk grafik yang paling baik, kurva kalibrasinya akan tampak seperti gambar berikut. (saya menggambarkannya sebagai garis lurus dengan koefisien linieritas (R 2)

mendekati 1, ini dapat anda peroleh jika anda bekerja pada larutan yang benar-benar encer. Tetapi jika berupa kurva, tidak masalah!)

Gambar 3.10. Contoh kurva kalibrasi

Ingat bahwa tidak perlu dibuat garis yang melewati titik nol. Jika hukum Beer-Lambert bekerja sempurna, garis tersebut akan melewati titik nol, tetapi anda tidak dapatmenjamin hal ini untuk konsentrasi yang anda amati. Sekarang anda harus menghitungabsorbansi larutan yang tidak diketahui konsentrasinya pada panjang gelombang yang

sama. Sebagai contoh, absorbansinya 0,600, maka anda dapat membaca hubungannya

dengan konsentrasi seperti pada grafik berikut.

Gambar 3.10. Cara menentukan konsentrasi melalui ekstrapolasi kurva kalibrasi


44/160

BAB IV

SPEKTROSKOPI SERAPAN MOLEKUL

(INFRA MERAH)

A. Dasar-dasar Spektroskopi Infra Merah (IR)

Anda mungkin tahu bahwa cahaya yang bisa kita lihat itu terdiri dari gelombang

elektromagnetik dengan frekwensi yang berbeda-beda, setiap frekwensi tersebut bisa dilihatsebagai warna yang berbeda. Radiasi Infra-merah juga merupakan gelombang denganfrekwensi yang berkesinambungan, hanya saja mata kita tidak bisa melihat mereka.

Jika anda menyinari sebuah senyawa organik dengan sinar infra-merah yang

mempunyai frekwensi tertentu, anda akan mendapatkan bahwa beberapa frekwensi tersebutdiserap oleh senyawa tersebut. Sebuah alat pendetektor yang diletakkan di sisi lain senyawatersebut akan menunjukkan bahwa beberapa frekwensi melewati senyawa tesebut tanpa diserapsama sekali, tapi frekwensi lainnya banyak diserap.

Berapa banyak frekwensi tertentu yang melewati senyawa tersebut diukur sebagai'persentasi transmitasi' ( percentage transmittance). Persentasi transmitasi dengan nilai 100 berarti semua frekwensi dapat melewati senyawa tersebut tanpa diserap sama sekali. Padakenyataannya, itu tidak pernah terjadi, selalu akan ada penyerapan, walaupun kecil, mungkintransmitasi sebesar 95% adalah yang terbaik yang bisa anda peroleh.

Diktat Kimia Analisis Instrumen

Documents

Transcript of Diktat Kimia Analisis Instrumen