Spektrofotometer UV-VIS

Spektrofotometer UV-VIS merupakan alat dengan teknik spektrofotometer pada daerah ultra-violet dan sinar tampak. Alat ini digunakan guna mengukur serapan sinar ultra violet atau sinar tampak oleh suatu materi dalam bentuk larutan. Konsentrasi larutan yang dianalisis sebanding dengan jumlah sinar yang diserap oleh zat yang terdapat dalam larutan tersebut. Dalam hal ini, hukum Lamber-Beer dapat menyatakan hubungan antara serapan cahaya dengan konsentrasi zat dalam larutan. Di bawah ini adalah persamaan Lamber-Beer ;


A = - log T = εb c

Dengan

A = absorban,
T = transmitan,
Ε = absortivitas molar (Lcm-1.mol-1),
b = panjang sel (cm), dan c = konsentrasi zat (mol/L).

Spektrum absorpsi yang diperoleh dari hasil analisis dapat memberikan informasi panjang gelombang dengan absorban maksimum dari senyawa atau unsur. Panjang gelombang dan absorban yang dihasilkan selama proses analisis digunakan untuk membuat kurva standar. Konsentrasi suatu senyawa atau unsur dapat dihitung dari kurva standar yang diukur pada panjang gelombang dengan absorban maksimum. Dari kurva standar kalibrasi, diperoleh persamaan garis
Y = ax + b
Dimana Y merupakan serapan dan x adalah konsentrasi unsur atau senyawa. Dengan persamaan garis tersebut dapat ditentukan konsentrasi sampel. Pada spektrofotometer UV-VIS, warna yang diserap oleh suatu senyawa atau unsur adalah warna komplementer dari warna yang teramati.Hal tersebut dapat diketahui dari larutan berwarna yang memiliki serapan maksimum pada warna komplementernya. Namun apabila larutan berwarna dilewati radiasi atau cahaya putih, maka radiasi tersebut pada panjang gelombang tertentu akan diserap secara selektif sedangkan radiasi yang tidak diserap akan diteruskan.
Beberapa warna yang diamati dan warna komplementer terdapat pada table 1.1. Contohnya adalah, hijau memiliki warna komplementer merah dan akan menyerap radiasi pada panjang gelombang sekitar 700 nm.


Adanya perpindahan elektron dalam atom atau molekul ke tingkat energi yang lebih tinggi merupakan akibat dari antaraksi antara materi dengan sinar elektromagnetik. Besarnya perpindahan elektron sama dengan energi radiasi yang berineraksi dengan molekul. Eksitasi elektron ketingkat energi yang lebih tinggi tergantung pada senyawa penyerapnya (kromofor penyerap).

Eksitasi elektron dari tingkat energi dasar ketingkat ketingkat energi yang lebih tinggi melelui dua tahap, yaitu sebagai berikut :

Tahap 1 ( Absorpsi ) = M +hv M*
Tahap 2 ( Relaksasi ) = M* M +heat

Tahap pertama adalah eksitasi M yang disebabkan oleh absobsi foton (hv) dan memiliki waktu hidup 10-8 - 10-9 detik. Sedangkan tahap kedua merupakan relaksasi M* menjadi spesies yang baru dengan reaksi fotokimia. Serapan pada daerah ultraviolet mengakibatkan eksitasi elektron ikatan.Ikatan-ikatan yang ada dalam spesies dapat dihubungkan dengan puncak absobsi atau panjang gelombang maksimum.
Adapun spesies yang mengabsobsi dapat melekukan transisi meliputi ;
a) Zat pengabsorbsi yang mengandung elektron π, δ dan n-elektron

Zat pengabsorbsi terjadi pada molekul-molekul organik dan sedikit anion anorganik. Senyawa tersebut memiliki elektron valensi yang dapat dieksitasi ketingkat energi yang lebih tinggi sehingga senyawa ini dapat menyerap cahaya yang dipancarkan. Untuk mengeksitasi elektron pembentuk ikatan tunggal diperlukan energi yang cukup tinggi sehingga penyerapannya terbatas pada daerah UV vakum atau pada panjang gelombang lebih dari 185 nm. Sedangkan penyerapan yang terjadi pada daerah yang lebih besar dari daerah UV vakum terbatas pada sejumlah gugus fungsi ( chromofore ) yang memiliki elektron valensi dengan energi eksitasi rendah.
Eksitasi elektron n ke orbital π* dalam ikatan ganda terjadi pada saat sinar UV-VIS diserap oleh molekul yang dianalisis dan transisi yang terjadi adalah n → π*.
Pada umumnya tingkat energi elektron nonbonding terdapat pada orbital- orbital π dan δ bonding dan antibonding. Penyerapan terhadap radiasi dapat menyebabkan transisi elektron diantara tingkat elektron tertentu. Pada gambar 5.2 dapat dilihat jenis transisi yang mungkin terjadi pada saat analisis, diantaranya δ → δ*, n → δ*, n → π*, dan π → π*.

Gambar 5.1 tingkat energi elektron molekul
Kromofor Allena ( C6H13CH=CH2 ), pelarut n-heptan merupakan kromofor organik yang memiliki panjang gelombang maksimum 177 nm. Data panjang gelombang tersebut hanya mampu member petunjuk kasar yang digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsional. Hal ini disebabkan posisi maksimum dipengaruhi pelarut serta struktur molekul kromofor.
Kromofor dan ausokrom mempengaruhi penyerapan cahaya pada spektrofotometer UV-VIS. Kromofor merupakan gugus yang dapat menyerap sinar UV-VIS, sedangkan ausokrom adalah gugus yang tidak dapat menerap radiasi, tetapi dapat menggeser panjang gelombang maksimum atau meningkatkan єmax.
Berikut adalah tabel gugus-gugus penyerap cahaya pada panjang gelombang UV-VIS (kromofor).
Tabel 1.2 gugus-gugus penyerap cahaya pada λ UV-VIS (kromofor) :

b) Absorbsi yang melibatkan elekttron d dan f
Elektron-elektron pada orbital f menyerap cahaya UV mengkibatkan terjadinya transisi logam golongan f. Sedangkan unsur-unsur yang tergolong pada orbital d dapat menyerap cahaya UV dan cahaya tampak. Sementara itu, proses penyerapan pada unsur-unsur transisi dalam seperti lantanida dan aktinida menyebabkan terjadinya transisi elektron pada 4f dan 5f. Untuk transisi 3d dan 4dmemiliki pita lebar dab biasanya terdeteksi pada daerah sinar tampak. Puncak-puncak absorpsi yang terbentuk dipengaruhi lingkungan yang mengelilinginya. Dengan menggunakan teori medan kristal diketahui bahwa dengan adanya ligan, orbital t2g ( dxy, dyz,dzx ) dan orbital eg terpecah sebesar∆ .besarnya splitting pada ligan dapat dilihat dalam deret spektrokimia berikut ini,
I- < Br- < Cl- < F- < OH- < oksalat2- < H2O < SCN- < NH3 < en < NO2- < CN-.

c) Absorbsi perpindahan muatan
Kompleks perpindahan mauatan merupakan akibat dari komplek anorganik yang memperlihatkan perpindahan muatan. Salah satu contohnya adalah kompleks besi (II) o-penentrolina.
Suatu komplek dapat menunjukan spektrum perpindahan elektron apabila salah satu dari komponen komplek tersebut memiliki sifat penyumbang elektron atau dapat dikatakan sebagai pendonor sedangkan komponen lainnya bersifat penerima atau akseptor elektron.
Perpindahan elektron dari donor elektron ke akseptror elektron merupakan akibat dari penyerapan radiasi, sehingga bentuk tereksitasi merupakan hasil dari proses oksidasi reduksi internal. Semakin kecil energi yang diperlukan untuk proses perpindahan elektron , menyebabkan komplek menyerap radiasi pada panjang gelombang lebih besar.


Spektrofotometer UV-VIS dapat digunakan untuk analisis kualitatif
maupun analisis kuantitatif.

 Analisis Kualitatif
Penggunaan alat ini dalam analisis kuantitatif sedikit terbatas sebab spektrum sinar tampak atau sinar UV menghasilkan puncak-puncak serapan yang lebar sehingga dapat disimpulkan bahwa spektrum yang dihasilkan kurang menunjukan puncak-punca serapan. Namun, walaupun puncak yang dihasilkan bebentuk lebar, puncak tersebut masih dapat digunakan untuk memperoleh keterangan ada atau tidaknya gugus fungsional tertentu dalam suatu molekul organik.
 Analisis Kuantitatif
Penggunaan sinar UV dalam analisis kuantitatif memberikan beberapa
keuntungan, diantaranya ;
Dapat digunakan secara luas
Memiliki kepekaan tinggi
Keselektifannya cukup baik dan terkadang tinggi
Ketelitian tinggi
Tidak rumit dan sepat

Adapun langkah-langkah utama dalam analisis kuantitatif adalah ;
•Pembentukan warna ( untuk zat yang yang tak berwarna atau warnanya kurang kuat ),
•Penentuan panjang gelombang maksimum,
•Pembuatan kurva kalibrasi,
•Peangukuran konsentrasi sampel.
Larutan-larutan standar sebaiknya memiliki komposisi yang sama dengan komposisi cuplikan sementara konsentrosi cuplikan berada diantara konsentrasi-konsentrasi larutan standar.

Dengan membandingkan serapan radiasi oleh sampel terhadap larutan standar yang telah diketahui konsentrasinya dapat ditentukan konsentrasi sampel. Penentuan konsentrasi zat dalam contoh dapat ditentukan dengan dua cara, yaitu dengan cara kurva kalibrasi dan cara standar adisi.

Cara kurva kalibrasi. Hal pertama yang dilakukan denagn menggunakan cara ini adalah pembuatan deret larutan standar, kemudian diukur serapannya dan dibuat kurva kalibrasi antara konsentrasi dengan serapan. Dengan mengukur serapan sampel dan memesukannya kedalam persamaan garis yang dihasilkan dari kurva kalibrasi, maka konsentrasi sampel akan diketahui


absorbansi
konsentrasi
Gambar 5.2 kurva kalibrasi


Cara standar adisi dilakukan dengan cara menambahkan sejumlah larutan sampel yang sama ke dalam larutan standar. Cara ini menggunakan persamaan Lamber-Beer,Ac = ε.b.Vx.Cx + ε.b.Vs.Cs
Vt Vt

Dimana Ac merupakan absorbansi campuran antara sampel dan standar sedangkan Vx, Vs, Vt adalah volume standar, volume standar dan volume total. Sedangkan Cx dan Cs adalah konsentrasi sampel dan standar. Kurva Ac diperoleh dengan cara mengikuti persamaan di atas. Dimana kurva Ac merupakan fungsi dari Vs dan berbentuk linier. Dengan menggunakan persamaan tersebut juga dapat ditentukan konsentrasi sampel ( Cx ).

Spektrofotometer merupakan alat yang terdiri dari spektrometer dan fotometer. Dimana spektrometer merupakan alat yang dapat menghasilkan spektrum yang diperoleh dari sinar dengan panjang tertentu, sedangkan fotometer adalah alat yang memiliki fungsi untuk mengukur intensitas cahaya yang diserap maupun yang diteruskan. Maka dapat disimpulkan bahwa spektrofotometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur energi secara selektif apabila energi tersebut diteruskan, direfleksikan, atau diemisikan sebagai panjang gelombang.

Spektrofotometer yang digunakan adalah spektronik 20. Alat ini memiliki panjang gelombang pada rentang 340 nm – 600 nm. Larutan berwarna yang akan dianalisis diletakan ke dalam tabung kufet untuk kemudian diletakan pada tempat cuplikan dan absorbsi atau % transmitan dapat dilihat pada skala pembaca.

Spektroskofi UV-VIS memiliki instrumentasi yang terdiri dari lima komponen utama, yaitu ;
Sumber radiasi
Wadah sample
Monokromator
Detektor
Rekorder

Gambar 5.3 alat spektonik 20

Gambar diatas adalah gambar alat spektronik 20 yang sering digunakan.
Gambar 5.3 alat spektonik 20
Sumber radiasi yang digunakan oleh spektronik 20 adalah lampu wolfram atau sering disebut lampu tungsten. Arus cahaya pada lampu tungsten tergantung pada tegangan lampu dan eksvonen, i = kVn. Adapun kelebihan dari lampu wolfram adalah energy radiasi yang dilepaskan tidak berpariasi pada berbagai panjang gelombang. Wadah sampel yang digunakan pada umumnya disebut sel atau kuvet.

Kuvet yang baik untuk spektroskopi ultra violet dan spektroskopi sinar tampak adalah kuvet yang terbuat dari kuarsa. Sektroskopi ultra violet biasanya menggunakan panjang sel 1 cm serta ada juga yang panjangnya 0,1 cm. Monokromator digunakan sebagai alat penghasil sumber sinar monokromatis, kata lainnya adalah menghasilkan radiasi dengan satu panjang gelombang. Monokromator prisma, celah, lensa serta cermin. Celah digunakan untuk mengarahkan sinar monokromatis yang diharapkan dari sumber radiasi.

Apabila celah berada pada posisi yang tepat, maka radiasi akan dirotasikan melalui prisma sehingga diperoleh panjang gelombang yang diharapkan. Detektor berfungsi untuk menangkap sinar yang merupakan sinar terusan dari larutan. Di dalam amplifier sinar tersebut diubah menjadi signal listrik. Dan di dalam rekorder signal tersebut direkam sebagai spektrum yang berbentuk puncak-puncak. Spektrum absorpsi merupakan plot antara absorbans sebagai ordinat dan panjang gelombang sebagai absis.

Tidak semua pelarut dapat digunakan dalam spektrofotometri. Pelarut yang digunakan dalam spektrofotometri adalah pelarut yang dapat melarutkan cuplikan serta tidak menyerap sinar yang digunakan sebagai sumber radiasi.
. The Woodward-aturan Fieser adalah serangkaian pengamatan empiris yang dapat digunakan untuk memprediksi λmax , yang panjang gelombang yang paling intens UV / Vis penyerapan, untuk conjugated compounds organik seperti dienes dan ketones.
The wavelengths penyerapan puncak dapat berhubungan dengan jenis obligasi yang ada pada molekul dan berharga dalam menentukan kelompok fungsional dalam molekul. UV / Vis penyerapan tidak Namun, khusus untuk menguji setiap kompleks. Sifat dari larutan, dengan pH dari solusi, suhu, konsentrasi elektrolit tinggi, dan adanya campur zat dapat mempengaruhi penyerapan Spectra dari compounds, seperti variasi di celah lebar (bandwidth efektif) di spectrophotometer.