SPEKTROFOTOMETRI UV-VISIBLE

Hukum Lambert

• Jika cahaya dialirkan melalui suatu larutan, maka pengurangan intensitas cahaya persatuan panjang larutan sebanding dg intensitas cahaya

• dP = k1Pdb

P = intensitas cahaya yg dialirkan melalui larutanB = tebal lapisan larutan/panjang jalan yg

ditempuh oleh sinar

Hukum Beer

• Jika cahaya dialirkan melalui suatu larutan maka pengurangan intensitas per satuan konsentrasi sebanding dg intensitas cahaya

• dP = k3C

dCP = intensitas cahaya yg dialirkan melalui suatu

larutanC = konsentrasi

HUKUM Lambert-Beer

• Log P0 = A = a b c

Pa = absortivitas, jika c dlm g/Lε = absortivitas mplar, jika c dlm mol/Lc = konsentrasi larutanP0 = daya radiasi masuk

b = tebal sel (cm)

• Besaran dapat juga dlm bentuk transmittan-log T = a b c

T = PP0

Jadi A = log P0 = -log T

PT dinyatakan dlm % . Misal % T = 40 berarti T = 40 % ,yang diserap 60 %

• A bersifat additif, yaitu jika suatu larutan mengandung dua macam zat penyerap dengan konsentrasi c1 dan c2 dan absortivitas kedua zat tersebut adalah ε1 dan ε2 maka :

A = ε1bc1 + ε2bc2

Name of unit Symbol DefinitionPhoton energy E E = hυ=h c/λ

Irradiance(Intensity) I Flow of energy per unit area per unit time

Transmittance T P/P0, the ratio of the radiant power passed through a sample,P, to the power incindent on it, P0

Radiant power Φ or P Rate of flow of radiant energy per second from a source (in watts)

Percent transmittance

% T 100 x T

Absorbance A -log T = -log (P/P0) = log (P0/P) = log (I0/I)=abc=εbc

Term Used in Absorption Spectrometri

Alat spektrofotometer UV-Vis

Monokromator• Digunakan untuk memilih λ yang kita inginkan• Dg prisma/kisi difraksi sinar polikromatis dapat

diuraikan menjadi komponen2 λ-nya dan dengan memakai lensa atau celah yang sempit, komponen ini dpt dipisahkan menjadi pita2 yg sempit.

• Keuntungan yg diperoleh adalah puncak dpt diukur pd nilai serapan yg maksimum dan hal ini mempertinggi kepekaan pengukuran

• Penyerapan sinar dg pita yg sempit akan memenuhi Hukum Lambert Beer dg lebih baik karena hanya λ yang diserap akan terukur. Dengan demikian dapat dibuat spektrum serapan yaitu kurva A thd λ

Sel atau kuvet

• Terbuat dari bahan yg dpt meneruskan sinar dan tdk menyerap cahaya dari daerah spektrum yang dipakai.

• Sel untuk blanko dan sel utk cuplikan harus matched.Artinya mempunyai sifat optik yang sama yaitu panjang jalan sinar, sifat2 pemantulan sinar, karakteristik transmisi(penerusan sinar) harus sama

• Sel ada yg berbentuk silinder (seperti tabung reaksi), dan persegi

• Bentuk silinder lebih murah tapi harus diberi tanda sendiri supaya penempatannya selalu sama. Pasangan silinder harus dimatched sendiri.

• Bentuk persegi adalah paling baik walau harga mahal. Pasangan yang sudah dimatched dapat dibeli.

• Dinding sel yg ditembusi sinar dijaga kebersihannya karena akan menimbulkan kesalahan besar pada pengukuran kuantitatif.

• Dinding sel yang akan dikenai sinar jangan dipegang langsung

• Sel yang terbuat dari kaca dan kwarsa dapat dibersihkan dengan air. Bila belum cukup dapat dibersihkan dg larutan detergen atau dg asam nitri hangat

• Jangan mengeringkan sel dg oven

Single beam, 1 set kuvet. Pelarut dan (pelarut+cuplikan) diukur sendiri

Double beam, 2 set. Pelarut dan (pelarut+cuplikan) dikenai sinar yg sama

pelarut

pelarut + cuplikan

Penggunaan sinar tampak/ultra lembayung

• Analisis kuantitatif• Analisis kualitatif, berguna untuk mengetahui

ada atau tdknya gugus fungsional tertentu. Misalnya gugus karbonil, aromatik, nitro, dan lain-lain dalam senyawa organik

Keuntungan spektrofotometer UV-Vis untuk analisis kuantitatif

1. Dapat digunakan secara luas• Banyak senyawa organik dan anorganik dpt

menyerap sinar ini• Utk senyawa yg tdk menyerap pada daerah

ini diubah dulu ke bentuk senyawa yg bisa menyerap dg reaksi kimia

2. Kepekaan tinggi• Ukuran kepekaan ialah harga absortivitas molar/ε

(10.000-40.000 M)• Konsentrasi 10-4-10-5 dapat dilakukan dg mudah

bahkan dg cara tertentu konsentrasi dapat diturunkan menjadi 10-6-10-7 M

• BERGUNA UNTUK ANALISIS renik (trace analysis). Analisis renik bertujuan utk menetapkan komponen renik dlm cuplikan sampai 0,0001 % berat

• Berguna utk mikroanalisis. Mikroanalisis adalah komponen utama yg kadarnya tdk kecil tetapi jumlahnya sangat sedikit

3. Keselektifan cukup baik• Bila suatu komponen (λ) harus dianalisis dlm

campuran mka dg mengatur kondisi larutan dapat dipilih daerah panjang gelombang dimana satu2nya senyawa yg menyerap adalah λ tertentu

4. Ketelitian tinggi• Kesalahan konsentrasi spektrofotometri

biasanya 1-3 %• Dg teknik tertentu kesalahan ini dapat

diperkecil hingga beberapa perpuluhan %

5. Tidak sukar dan cepat• Dibandingkan analisis klasik, cara ini tidak

sukar dan cepat terutama bila jumlah cuplikan banyak.

• Bisa diotomatisasikan mulai dari pemasukan cuplikan sampai dengan perhitungan konsentrasi komponen dlm cuplikan

Hal-hal yg harus diperhatikan pada prosedur analisis kuantitatif

• Pembentukan molekul yg dapat menyerap sinar pada daerah uv-vis

• Pemilihan panjang gelombang• Pembuatan kurva kalibrasi• Pengukuran absorbans atau % T cuplikan

Pembentukan molekul yg dpt menyerap sinar uv-vis

• Langkah ini dilakukan bila senyawa yg dianalisis tdk melakukan penyerapan pada daerah sinar ini dengan cara mereaksikannya dg pereaksi yg dapat menyerap

• Misalnya ion Fe3+ warnanya sangat lemah (kuning), jadi absorbansinya kecil. Direaksikan dg KCNS atau pereaksi 1,10-fenantrolin akan timbul senyawa kompleks berwarna yg menyerap dg kuat dan dpt digunakan utk analisis besi dlm kadar kecil

Pereaksi yang dipakai harus memenuhi syarat

• Reaksinya harus selektif dan sensitif• Tdk boleh membentuk warna dg zat2 lain yg ada dlm

larutan• Reaksinya dg zat yg dianalisis harus berlangsung dg

cepat dan sempurna• Warna yg ditimbulkan harus stabil utk jangka waktu

yg tdk terlalu pendek• Pengaruh pH thd kompleks berwarna yg terjadi harus

diketahui

Pemilihan panjang gelombang

Bila tdk ada zat lain yg mengganggu, maka λ yg digunakan adalah A maksimum ,sebabnya ialah :

Perubahan serapan utk setiap satuan konsentrasi adaah paling besar pd λ maksimum sehingga diperoleh kepekaan analisis yg maksimum pula

Disekitar λ maksimum bentuk kurva serapan adalah datar, pada kondisi demikian hukum Lambert-Beer akan dipenuhi dg baik

Pembuatan kurva kalibrasi

• Dibuat sejumlah larutan dg berbagai konsentrasi yg diketahui (larutan baku).

• Absorban diukur (terhadap blanko) kemudian dibuat grafik A vs c

• Bila hukum Lambert-Beer terpenuhi maka grafik ini akan berbentuk garis lurus yang melalui titik nol koordinat yang disebut kurva kalibrasi

• Lereng atau slope kurva=a (absortivitas) atau ε (absortivitas molar)

Kurva baku sering dicek utk mencegah penyimpangan yg disebabkan oleh

• Kekuatan ion yang tinggi dari medium• Perubahan suhu yang agak besar• Penggunaaan sinar polikromatik• Adanya reaksi kimia

Pengukuran A cuplikan

• Pembentukan warna cuplikan harus dilakukan pada kondisi yang sama pada pembentukan warna pada standar

• Konsentrasi yg dicari dibuat sedemikian rupa sehingga A 0,12-1,0 atau %T 0,10-0,75 (10-75%) dg anggapan kesalahan pembacaan ±0,005 atau %T=0,5%. Ini disebut kesalahan fotometrikdg nilai konsentrasi C sebesar 1-2% bila nilai A yg diukur 0,15-1,0

Kesalahan-kesalahan yg bergantung pada T

• Kesalahan yg bersumber pada penyiapan cuplikan

• Ketidaksempurnaan kuvet• Ketidakpastian pemasangan panjang

gelombang• Perubahan intensitas pancaran sumber sinar

Analisis kualitatif

• Berguna untuk mengetahui ada/tidaknya gugus fungsional tertentu

Macam ikatan

• Ikatan σ, lebih kuat dan stabil• Ikatan π lemah, mudah putus• Energi ikatan adalah energi yang diperlukan

untuk memutus suatu ikatan. Semakin banyak ikatan maka energi ikatan juga semakin besar

+ overlap

Ikatan σ

Ikatan σ *

overlap

Ikatan π

Ikatan π *

Ikatan tunggal (ikatan σ)

Ikatan tunggal (ikatan σ)Ikatan rangkap (ikatan π)

• Non bonding elektron (n)/done pair electron/pasangan elektron bebas

• Contoh C=O

Bagian cuplikan yang mana yang dapat menyerap sinar uv-vis?

cuplikanE=hυ

energi

σ

π

n

π *

σ*

σ- σ * π-π * n-σ * n- π *

bonding

bonding

nonbonding

antibonding

antibonding

• Jika dikenai energi E=hυ dimana E>Eσ maka ikatan σ akan putus menghasilkan ikatan σ anti bonding. Tetapi ini jarang terjadi karena dibutuhkan energi yang besar untuk eksitasi σ – σ *.Jadi senyawa yang hanya memiliki ikatan σ saja(contoh:alkana) apabila diukur spektrofotometri uv-vis tidak memberikan respon

• Ikatan π jika dikenai energi yang tinggi (E>Eπ) maka ikatan akan putus menghasilkan π antibonding

• Untuk nonbonding elektron akan mudah sekali mengalami eksitasi jika dikenai sinar/energi karena ada elektron bebas yang tdk berikatan

Senyawa λmax (nm) εmax

H2O 167 1480

CH3OH 184 150

CH3Cl 173 200

CH3I 258 365

(CH3)2S 229 140

(CH3)2O 184 2520

CH3NH2 215 600

(CH3)3N 227 900

Absorbsi senyawa tidak jenuh ( transisi n-σ*)

• Kromofor adalah gugus fungsional tdk jenuh yg dapat menyerap sinar radiasi elektromagnetik pada daerah uv-vis

• Pergeseran batokromik (red shift) ialah pergeseran serapan ke arah λ yang lebih panjang

• Pergeseran hipsokromik (blue shift) ialah pergeseran serapan ke arah λ yang lebih pendek

Kromofor Contoh Pelarut Λmaks, nm

εmax

Alkena C6H13CH=CH2 n-heptana 177 13000

Alkena terkonyugas

i

CH2=CHCH=CH2 n-heptana 217 21000

Alkuna C5H11CΞC-CH3 n-heptana 178 10000

196 2000

225 160

Karbonil CH3C=OCH3 n-heksana 186 1000

280 16

CH3C=OH n-heksana 180 besar

293 12

Karboksil CH3C=OOH etanol 204 41

Amido CH3C=ONH2 air 214 60

Azo CH3N=NCH3 etanol 339 5

Karakteristik absorbsi gugus kromofor

Kromofor Contoh Pelarut Λmax, nm εmax

Nitro CH3NO2 Isooktana 280 22

Nitroso C4H9NO Etil eter 300 100

665 20

Nitrat C2H5ONO2 Dioksan 270 12

Aromatik Benzen n-heksana 204 7900

256 200

Syarat pelarut

• Dapat melarutkan cuplikan• Dapat meneruskan sinar dari daerah panjang

gelombang yang dipakai• Tidak boleh menyerap sinar tersebut• Kemurniannya tinggi

Pelarut Batas tembus sinar

(nm)

Pelarut Batas tembus sinar (nm)

Aseton 330 Etanol 95 % 205

Benzen 285 Dietil eter 205

CCl4 265 Iso oktana 215

Kloroform 245 Isopropanol 215

Diklorometana 235 Metanol 215

Karbondisulfida

375 Piridin 305

Sikloheksana 215 Air 200

Dioksan 320 Silena 295

Batas tembus sinar terendah untuk pelarut didaerah uv-vis

• Senyawa 1,3-butadiena• CH2=CH2-CH2=CH2 mempunyai angka serapan

dasar λ=217 nm• Jika atom H diganti gugus alkil maka λ akan

bertambah 5 nm sifat aditif• Jika jumlah atom H yang diganti nxR maka λ=λ

dasar(217 nm)+(nx5 nm)

Sistem diena tertutup

Angka dasar serapan λ =253 nmPada ujung2nya mengalami substitusi R disebut “sisa cincin”Setiap sisa cincin nambah λ 5 nmAngka serapan aditif 253 nm + (nx5 nm)

• Lima buah sampel air sungai Gadjah Wong yang masing2 volumenya 10 mL diambil dan dimasukkan ke dalam 5 buah labu ukur 25 mL. Ke dalam labu ukur tersebut ditambahkan 0,5,10,15, dan 20 mL larutan standar Fe2+ 10 ppm dan pengompleks 1,10 fenantrolin.Setelah diencerkan hingga 25 mL absorbansi 5 larutan tersebut diukur pada 510 nm dan dihasilkan absorbansi berturut-turut 0,214;0,425;0,685;0,825 dan 0,970. Buatlah persamaan regresi liniernya dan tentukan konsentrasi Fe2+ dalam sungai tersebut

Bagian cuplikan yang mana yang dapat menyerap sinar uv-vis?

cuplikanE=hυ

• Yang berperan dalam menyerap sinar adalah ikatan

• Energi dari luar yang diserap akan menyebabkan eksitasi dan jika energinya cukup besar maka ikatan dapat putus

Daftar Pustaka

• Harvey, D., Modern Analytical Chemistry, 2000, The McGraw Hill Companies, North America.

• Rubinson, K.A., Rubinson, J.F., Contemporary Instrumental Analysis, 2000, Prentice-Hall, New Jersey

• Skoog, D.A., Principles of Instrumental Analysis, 1985, third Edition, Saunders College Publishing, America

• Skoog,D.A., West,D.M., Holler,F.J., Crouch,S.R., Fundamentals of Analytical Chemistry, 2004, Thomson Learning, America