KIMIA ANALISIS INSTRUMEN BAGIAN : SPEKTROSKOPI

ANALISIS SPEKTROMETRI Spektroskopi adalah ilmu yang mempelajari segala sesuatu tentang interaksi antara materi dengan radiasi elektromagnetik. Metode pengukuran yang didasarkan pada pengetahuan tentang spektroskopi disebut spektrometri. Berdasarkan pada perbedaan keadaan materi, dibedakan: Spektroskopi molekuler (molecular spectroscopy) Spektroskopi atom (atomic spectroscopy) Berdasarkan sumber energi radiasi yang dipakai, dibedakan: Spektrometri sinar  dan sinar x Spektrometri UV-Vis Spektrometri IR Spektrometri Resonansi Magnetik Inti (NMR) Spektrometri Raman, dan sebagainya.

MATERI Menurut faham mekanika kuantum, tiap materi punya energi, dan energi tersebut berada dalam keadaan terkuantisasi. Atom adalah suatu materi sehingga atom juga punya energi yang terkuantisasi. Atom terdiri atas inti atom dan elektron. Atom punya gerak yaitu gerak translasi, rotasi dan vibrasi. Untuk atom diasumsikan bahwa inti atom adalah tetap. Elektron juga diasumsikan tidak bertranslasi (karena inti tetap, padahal gerakan elektron dikendalikan oleh inti dengan adanya gaya inti-elektron). Namun demikian elektron mengalami gerakan rotasi disekitar atom, sedang vibrasinya diabaikan. Karena atom terdiri dari inti dan elektron, padahal inti atom tetap, maka gerakan dalam suatu atom yang dibicarakan adalah gerakan elektron (rotasi elektron), sehingga dikatakan bahwa energi atom adalah energi dari elektron yang berotasi.

Untuk meninjau energi elektron dalam suatu atom dapat ditinjau dari : Teori Mekanika Klasik Teori Mekanika Kuantum Teori Mekanika Gelombang Elektron pada suatu atom tidak berkeliaran, melainkan terikat ke inti sehingga energinya negatif (-). Energi elektron pada bilangan kuantun n dirumuskan :

Dari persamaan diatas, jelas bahwa E sangat bergantung pada z (nomor atom) atau energi akan berbeda jika atomnya berbeda. Tingkat energi atom akan berbeda juga dengan tingkat energi ionnya. Hal ini disebabkan karena perbedaan gaya tarik antara inti dengan elektron pada atom atau ion. Contoh : Untuk Na ( e = 11, muatan = 0) maka gaya tarik elektron dengan inti kurang efektif. Untuk Na+ (e = 10, muatan = +1) maka gaya tarik elektron dengan inti lebih efektif. Sehingga dapat dikatakan bahwa atom atau ion memiliki tingkat energi yang karakteristik. Hal ini mengakibatkan spektroskopi atom juga karakteristik.

SIFAT RADIASI ELEKTROMAGNETIK Cahaya mempunyai kesamaan sifat dengan radiasi elektromagnetik, terutama mengenai sifat penjalarannya. Cahaya terdiri dari 2 komponen, yaitu komponen listrik dan komponen magnetik. Komponen elektrik inilah yang mempunyai peranan penting dalam spektroskopi daripada komponen listrik, karena interaksi gelombang elektromagnetik terutama terjadi antara medan listrik gelombang elektromagnetik dengan gerakan elektronik dari materi.

Radiasi elektromagnetik mempunyai dua sifat : sebagai gelombang dan materi Sifat Gelombang : Radiasi elektromagnetik mempunyai frekwensi () Energi radiasi (Power radiation). Radiasi elektromagnetik punya intensitas yang proporsional dengan energi radiasi yaitu jumlah energi dari seberkas sinar yang melewati luasan tertentu per detik. Difraksi.Bila seberkas radiasi elektromagnetik dilewatkan melalui celah sempit, maka akan terjadi difraksi. Dalam difraksi terjadi perubahan/pemisahan panjang gelombang.

Sifat Partikel : Radiasi elektromagnetik memiliki energi radiasi Energi radiasi elektromagnetik dipancarkan dalam bentuk kwanta (atau foton), energi satu foton hanya akan bergantung pada frekwensi. E = h  Sifat partikel dari radiasi elektromagnetik ditunjukkan dengan efekfotolistrik

h  e logam Terjadi pelepasan elektron logam, bila energi radiasi yang diberikan sesuai. Energi elektron yang dipancarkan ternyata sebanding dengan frekwensi radiasi yang diberikan. E elektron = h  - W Efek fotolistrik mudah terjadi pada logam yang mempunyai potensial ionisasi rendah seperti logam-logam alkali. Efek fotolistrik penting dalam spektroskopi khususnya pada rancangan suatu detektor.

I G I = Intensitas radiasi V yang dihasilkan sebanding dengan I V  I ada beda potensial (V) Interaksi Radiasi elektromagnetik dengan Materi

Macam interaksi yang terjadi sangat bergantung pada macam materi : Bila suatu radiasi elektromagnetik dilewatkan melalui materi, maka komponen listrik akan berinteraksi dengan atom dan molekul dalam materi tersebut. Macam interaksi yang terjadi sangat bergantung pada macam materi : Transmisi Radiasi. Absorbsi Radiasi. Dalam absorbsi atom/molekul akan mengalami eksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Hamburan Radiasi/Proses Scattering. Terjadi karena tumbukan antara radiasi elektromagnetik dengan partikel besar dalam medium.

HUBUNGAN KUANTITATIF RADIASI DENGAN MATERI Beberapa istilah dalam spektroskopi absorpsi adalah transmitansi, absorbansi dan absorptivitas. Istilah tersebut digunakan dalam spektroskopi UV-Vis, spektroskopi absorpsi atom dan spektroskopi IR. Transmitansi Apabila suatu berkas sinar radiasi dengan intensitas Io dilewatkan melalui suatu larutan dalam wadah transparan maka sebagian radiasi akan diserap sehingga intensitas radiasi yang diteruskan It menjadi lebih kecil dari Io. Transmitansi dengan simbol T dari larutan merupakan fraksi dari radiasi yang diteruskan atau ditansmisikan oleh larutan, yaitu : T = It/Io. Transmitansi biasanya dinyatakan dalam persen (%).

Absorbansi Absorbansi dengan simbol A dari suatu larutan merupakan logaritma dari 1/T atau logaritma Io/It. A = log (1/T) = log (Io/It) = - log (T) Contoh : Bila A = 0 artinya radiasi diteruskan 100%, bila A = 1 artinya radiasi diteruskan 10%. Nama lain dari absorbansi adalah Optical Density (OD) Absortivitas dan Absortivitas Molar Absorbansi berbanding langsung dengan tebal larutan dan konsentrasi larutan (hukum Beer), yaitu : A = a b c dimana: A = absorbansi a = konstanta disebut absortivitas b = tebal larutan c = konsentrasi larutan

Jika konsentrasi c dinyatakan dalam mol/liter (Molar) dan tebal larutan dalam cm maka absortivitas disebut absortivitas molar (), sehingga A =  b c Hukum Beer menyatakan bahwa absorbansi berbanding langsung dengan tebal larutan dan konsentrasi seperti telah dikemukakan sebelumnya. Rumus ini dapat dijelaskan sebagai berikut : Radiasi dengan intensitas Io yang dilewatkan bahan setebal b berisi sejumlah n partikel (atom, ion atau molekul) akan mengakibatkan intensitas berkurang menjadi It

Io > It X Y I - dI b It Io db Berkurangnya intensitas radiasi tergantung dari luas penampang (S) yang menyerap partikel, dimana luas penampang ini sebanding dengan jumlah partikel (n). Sehingga: sehingga

Bila diintegralkan Luas penampang S dapat dinyatakan dalam volume V dan ketebalan b : sehingga : atau

n/V menunjukkan banyaknya partikel/cm3, jadi besaran ini dapat dikonversi ke dalam konsentrasi dalam mol/l, yaitu : atau Sehingga: atau Jadi atau

PENGGOLONGAN SPEKTROSKOPI Dikenal dua kelompok utama spektroskopi, yaitu spektroskopi atom dan spektroskopi molekul. Dasar dari spektroskopi atom adalah tingkat energi elektron terluar suatu atom atau unsur, sedang dasar dari spektroskopi molekul adalah tingkat energi molekul yang melibatkan energi elektronik, vibrasi dan rotasi. Berdasarkan signal radiasi elektromagnetik, spektroskopi dibagi menjadi empat golongan yaitu spektroskopi absorbsi, spektroskopi emisi, spektroskopi scattering, dan spektroskopi fluoresensi.

Spektroskopi Absorbsi : Spektroskopi absorbsi sinar x Spektroskopi absorbsi UV-Vakum Spektroskopi UV-Vis Spektroskopi Infra Merah (IR) Spektroskopi Gelombang Mikro Spektroskopi Resonansi Magnetik Inti (NMR) Spektroskopi Resonansi Spin elektron (ESR) Spektroskopi “Photoacoustic”

Spektroskopi “Scattering” : Spektroskopi Raman Spektroskopi Fluoresensi : Spektroskopi Fluoresensi Sinar x Spektroskopi Fluoresensi UV-Vis