SPEKTROSKOPI

Warna  salah satu kriteria untuk mengidentifikasi suatu obyek Analisis spektrokimia  spektrum radiasi elektromagnetik digunakan untuk menganalisis spesies kimia dan menelaah interaksinya dengan radiasi elektromagnetik Radiasi elektromagnetik mempunyai 2 karakter: Sebagai gelombang  bisa bergerak Sebagai partikel  mempunyai energi

v = frekuensi Persamaan Planck Suatu foton memiliki energi tertentu dan dapat menyebabkan transisi tingkat energi suatu atom atau molekul Persamaan Planck E = energi foton v = frekuensi h = tetapan Planck = 6,624 x 10-27 erg detik

v = frekuensi λ = panjang gelombang C = kecepatan 1 A = 10-10 m

Sumber : http://www.lbl.gov/MicroWorlds/ALSTool/EMSpec/EMSpec2.html

Sumber : http://bouman.chem.georgetown.edu/S02/lect10/lect10.htm

Satuan yang sering digunakan

Tiap spesies kimia memiliki tingkat-tingkat energi yang berbeda  transisi perubahan energinya juga berbeda Suatu spektrum yang diperoleh dengan memplot beberapa fungsi frekuensi terhadap frekuensi radiasi elektromagnetik adalah khas untuk spesies kimia tertentu  berguna untuk identifikasi

SPEKTROSKOPI Merupakan salah satu metode analisis instrumental Dasar: interaksi energi radiasi elektromagnetik dengan materi Interaksi dapat berupa: refleksi, refraksi, dan defraksi Hasil interaksi radiasi dengan materi: Absorpsi Emisi Luminisensi penghamburan (scattering)

1. Absorpsi Suatu berkas radiasi elektromagnetik bila dilewatkan melalui sampel kimia sebagian akan terabsorpsi Absorpsi meliputi transisi dari tingkat dasar ke tingkat yang lebih tinggi Spektra absorpsi dapat disebabkan oleh: Absorpsi atom Absorpsi molekul

Spektra absorpsi dapat disebabkan oleh: Absorpsi atom Atom dieksitasikan ke tingkat lebih tinggi (pada radiasi UV dan tampak menyebabkan transisi elektron valensi dalam unsur) Spektra absorpsi atom biasanya merupakan puncak yang sempit Absorpsi molekul Molekul poliatom dalam keadaan terkondensasi akan membutuhkan energi lebih besar Spektra molekuler pada daerah UV yang tampak dicirikan dengan pita absorpsi pada daerah panjang gelombang tertentu

2. Emisi Radiasi elektromagnetik dihasilkan jika ion, atom atau molekul tereksitasi kembali ke tingkat energi lebih rendah atau energi dasar Eksitasi dapat dilakukan dengan: nyala, bunga api atau loncatan listrik Partikel peradiasi menghasilkan suatu spektrum garis (radiasi dengan panjang gelombang tertentu) Eksitasi zat padat atau cairan yang atom-atomnya tersusun berdekatan menghasilkan spektrum pita atau kontinyu (terdiri atas panjang gelombang yang sangat berdekatan)

3. Luminisensi Atom atau molekul tereksitasi dengan absorpsi radiasi elektromagnetik dan suatui emisi terjadi jika spesies tereksitasi kembali ke keadaan dasar Contoh: pendar fluor dan pendar fosfor Pendar fluor Terjadi lebih cepat dibandingkan pendar fosfor Berakhir sekitar 10-5 detik atau kurang setelah eksitasi Pendar fosfor Terjadi > 10-5 detik dan dapat berlangsung terus beberapa menit atau bahkan beberapa jam setelah radiasi dihentikan

4. Penghamburan Penghamburan radiasi elektromagnetik tidak memerlukan energi transisi Penghamburan meliputi pengacakan arah berkas radiasi Untuk partikel koloid, penghamburan sinar dapat dilihat dengan mata telanjang Penghamburan oleh molekul pada panjang gelombang lebih kecil dari panjang gelombang radiasi dikenal sbg Pengamburan Rayleigh

Jika suatu berkas sinar melewati medium homogen  sebagian cahaya datang (Io) akan diabsopsi (sebesar Ia), sebagian kecil dipantulkan (sebesar Ir) dan sisanya ditransmisikan (sebesar I1) Maka: Io = Ia + Ir + I1 Io : Intensitas radiasi yang masuk Ia : Intensitas radiasi yang diabsorpsi Ir : Intensitas radiasi yang dipantulkan I1 : Intensitas radiasi yang diteruskan Nilai Ir kecil sekali (4%), sehingga untuk tujuan praktis: Io = Ia + I1

Hukum Lambert-Beer : Io log — = abc I Io : Intensitas radiasi yang masuk I : Intensitas radiasi yang diteruskan a : absorbtivitas b : jarak tempuh optik atau tebal medium penyerap (cm) c : konsentrasi atau kadar zat penyerap

Log (Io/I) = abc =A (I/Io) = T A = - log T T = 10-abc A = absorbansi T = transmitansi %T = T x 100%  prosen transmitansi Absorpsivitas molar adalah absorbansi larutan yang diukur dengan ketebalan b = 1 cm dan dengan konsentrasi c = 1 mol/l Absorpsivitas molar juga dikenal sebagai koefisien ekstingsi molekular ()

Jika suatu berkas radiasi monokromatik yang sejajar jatuh pada medium pengabsorpsi pada sudut tegak lurus akan menurunkan intensitas berkas Jika suatu cahaya monokromatis mengenai suatu medium yang transparan, laju pengurangan intensitas dengan ketebalan medium sebanding dengan intensitas cahaya Intensitas berkas sinar monokromatis berkurang secara eksponensial jika konsentrasi zat pengabsorpsi bertambah

Keabsahan Hukum Beer Cahaya yang digunakan harus monokromatis (sebab: jika tidak, akan diperoleh dua nilai absorbansi pada dua panjang gelombang) Hukum Beer tidak berlaku untuk larutan yang pekat Jika selama pengukuran pada larutan encer terjadi reaksi kimia seperti polimerisasi, hidrolisis, asosiasi atau disosiasi, maka hukum Beer tidak berlaku Jika suatu sistem mengikuti hukum Beer, maka grafik antara absorbansi terhadap konsentrasi akan menghasilkan garis lurus melalui (0,0)

Pada max : absorbansi berbanding lurus dengan konsentrasi senyawa yang menyerap Hubungan linier ini tidak berlaku untuk semua tingkat konsentrasi  perlu diperhatikan akan bekerja pada konsentrasi berapa Kesalahan minimum jika transmitan sampel 20 – 65%

Contoh 1: Jika absorbsivitas molar suatu kompleks berwarna pada 240 nm adalah 3,20 x 103, hitung absorbansi suatu larutan dengan konsentrasi 5,0 x 10-5 M bila lebar selnya 50 mm dan diukur pada 240 nm Jawab: a = 3,20 x 103 b = 50 mm = 5 cm c = 5,0 x 10-5 M A = abc A = 3,20 x 103 x 5 x 5,0 x 10-5 = 0,80

Contoh 2: Hitung absorbsivitas suatu senyawa dengan BM 144, jika 1 x 10-5 g/l larutan senyawa tsb mempunyai absorbansi 0,40 pada sel 1 cm Jawab: A = 0,40 b = 1 cm c = 1 x 10-5 g/l BM = 144 c = (1 x 10-5 )/144 = 6,9 x 10-8 M A = abc 0,40 = a x 1 x 6,9 x 10-8 a = 5,7 x 1 x 10-6

Spektrometer UV – Vis UV : 190 – 350 nm Visible : 325 – 850 nm Kegunaan : terutama untuk analisa kuantitatif (penentuan kadar) Komponen/senyawa akan menyerap sinar dengan max pada  tertentu A (absorbansi) : banyaknya sinar diserap  = panjang gelombang max =  dengan absorbansi tertinggi

Alat : spektrofotometer

SPEKTROFOTOMETER 1. Sumber radiasi Sumer yang biasa digunakan pada spektroskopi absorbsi adalah lampu wolfram Keunggulan lampu wolfram: energi radiasi yang dibebaskan tidak bervariasi pada berbagai panjang gelombang Lampu hidrogen atau lampu deuterium digunakan untuk sumber pada daerah UV

2. Monokromator Digunakan untuk memperoleh sumber sinar monokromatis  menguraikan cahaya polikromatis menjadi beberapa komponen panjang gelombang tertentu (monokromatis) yang bebeda (terdispersi) Alat: Prisma Grating Cahaya monokromatis ini dapat dipilih panjang gelombang tertentu yang sesuai untuk kemudian dilewatkan melalui celah sempit yang disebut slit. Ketelitian dari monokromator dipengaruhi juga oleh lebar celah (slit width) yang dipakai.

3. Sel absorbsi Menggunakan kuvet: Kuvet kaca  untuk pengukuran di daerah tampak Sel kuarsa  untuk pengukuran di daerah UV

4. Detektor Peranan detektor penerima: memberikan respon terhadap cahaya pada berbagai panjang gelombang Detektor akan mengubah cahaya menjadi sinyal listrik yang selanjutnya akan ditampilkan oleh penampil data dalam bentuk jarum penunjuk atau angka digital. detektor untuk Spektrofotometer UV - Vis yang biasa digunakan : Photo tube Barrier Layer Cell Photo Multiplier Tube Photo tube Barrier Layer Cell Photo Multiplier Tube

U-2001 UV/Visible Spectrophotometer

Kesalahan-kesalahan dalam spektrometri Kuvet kotor / tergores Sidik jari yang dapat menyerap radiasi UV Penempatan kuvet yang tidak tepat posisinya Ukuran kuvet tidak seragam Adanya gelombang udara / gas dalam lintasan radiasi  yang dihasilkan tidak cocok dengan yang tertera pada instrumen Kurang teliti dalam penyiapan sampel

1. Ubah harga persen transmitans berikut menjadi absorbans : Tugas : 1. Ubah harga persen transmitans berikut menjadi absorbans : a. 75 b. 50 2. Senyawa dengan BM 150 mempunyai daya serap molar 4,0 x 105. Berapa gram senyawa tsb harus dilarutkan dalam 1 liter larutan, sehinga setelah 200 kali pengenceran mengakibatkan larutan akan mempunyai absorbans 0,60 dalam 1,0 cm sel?