ANALISIS INSTRUMENTAL DENGAN SPEKTROFOTOMETRI UV/VIS

ANALISIS DENGAN METODE
SPEKTROFOTOMETRI UV/VIS
Perkembangan kimia analisis (kualitatif dan kuantitatif):
Analisis visual Analisis Instrumental

Analisis instrumental dikenal juga sebagai analisis Fisiko-kimia :
 memakai instrumen
 penentuan berdasarkan sifat-sifat fisiko-kimia dari molekul atau atom sampel yang dianalisis


ANALISIS KLASIK - ANALISIS MODERN
Analisis Instrumen berkembang pesat karena :
• Adanya tuntutan dan kebutuhan analisis terhadap matriks sampel yang sulit, jumlahnya sedikit, waktu analisis yang singkat, tidak diperlukan macam-macam pereaksi.

• Kesahihan analisis instrumental didukung oleh kecermatan, ketelitian, keterulangan, sensitivitas, kelurusan dan kestabilan dari suatu metode analisis yang dipakai.
• Sahih : memberikan hasil dengan kecermatan dan ketelitian yang memadai.
• Cermat (presisi): kedekatan hasil yang diperoleh dengan nilai sebenarnya, dinyatakan dengan % perolehan kembali (recovery).
• Ketelitian (akurasi):simpangan baku dari beberapa kali penentuan kuantitatif thd sampel yang dianalisis dengan metode yang sama.
• Keterulangan : pengulangan thd sampel yang sama dan metode yang sama dengan hasil analisis memenuhi persyaratan statistik.
• Sensitivitas : batas kadar terkecil yang dapat ditentukan, LOD (low of detection).
• Kestabilan : mempunyai ketahanan thd pengujian dg merk instrumen berbeda, waktu dan tempat berbeda.
Akurasi dan Presisi


Presisi ,Akurasi Presisi, tidak Akurasi





Tidak Presisi, Akurasi Tidak Presisi, tidak Akurasi

Kekurangan :
• Harga alat relatif mahal
• Perawatan rumit
• Pengoperasian sulit (perlu tenaga ahli)
• Kondisi ruangan : suhu, kelembaban
• Memerlukan alat-alat pendukung
• Harga analisa mahal

TEKNIK SPEKTROSKOPI
• Salah satu teknik analisis fisiko-kimia yang mengamati interaksi atom/molekul dengan radiasi elektromagnetik (REM) (interaksi sinar dengan materi)

• Warna-warna yang nampak adalah akibat serapan energi oleh senyawa organik maupun anorganik. Energi cahaya pada panjang gelombang tertentu yang diserap oleh suatu senyawa tergantung pada struktur senyawa tersebut. Oleh karena itu, teknik-teknik spektroskopi dapat digunakan untuk menentukan struktur senyawa yang tidak diketahui (Analisis Kualitatif)
REM
• Radiasi Elektromagnetik adalah energi yang dipancarkan menembus ruang dalam bentuk gelombang-gelombang. Setiap jenis radiasi elektromagnetik (gelombang radio, ultraviolet, inframerah, tampak, dll) dicirikan oleh panjang gelombang (wavelength, λ) dan frekuensinya (v).

• Radiasi elektromagnetik dipancarkan dalam bentuk paket-paket energi yang disebut foton atau kuantum. Energi suatu foton berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya.
• Radiasi dengan λ lebih pendek mempunyai E yang lebih tinggi. Oleh karena itu, sebuah foton cahaya UV berenergi lebih tinggi dari pada foton cahaya tampak dan jauh lebih tinggi dari pada sebuah foton gelombang radio. Sebaliknya, energi sebuah foton berbanding lurus dengan frekuensinya. Hubungan tersebut dirumuskan dalam persamaan :
Prinsip pengukuran
• Jika radiasi elektromegnetik dilewatkan pada suatu media yang homogen, maka sebagian radiasi itu ada yang dipantulkan, diabsorpsi dan ada yang ditransmisikan.

• Radiasi yang dipantulkan dapat diabaikan, sedangkan radiasi yang dilewatkan sebagian diabsorpsi dan sebagian lagi ditransmisikan.
• Akibat interaksi tsb akan menyebabkan : hamburan (scattering), absorpsi (absorption), dan emisi (emision) REM oleh atom/molekul yang diamati.
1. Hamburan : Spektrofotometri Raman
2. Absorpsi : Spektrofotometri uv-vis dan IR
3. Absorpsi yang disertai emisi : fosforesensi dan fluoresensi
• Masing-masing memberikan kegunaan dan keunggulan yang berbeda-beda dalam bidang analisis instrumental

Perumusan
• Io = Ia + It + Ir
• Io = Ia + It (Ir diabaikan krn ada blanko)
• Angka banding It/Io adalah bagian dari cahaya masuk yang diteruskan oleh medium setebal l dan disebut Transmitan.
• Kebalikannya (Io/It) adalah opasitas (keburaman), maka Absorbans, A, adalah :
A = log Io/It
• Hukum Lambert-Beer : mengkaji efek konsentrasi penyusun larutan yang berwarna terhadap transmisi dan absorpsi cahaya.
“Intensitas cahaya monokromatik berkurang secara eksponensial dengan bertambahnya konsentrasi zat penyerap secara linier”
A = a. b. C
a = Absorpsivitas (besarnya serapan)
b = tebal medium
C = konsentrasi larutan

SPEKTROFOTOMETRI UV-VIS
• Pengukuran serapan cahaya oleh suatu senyawa di daerah :
- ultraviolet (200 – 350 nm)
- sinar tampak (350 – 780 nm)

• Penyerapan cahaya uv atau tampak akan menyebabkan terjadinya transisi elektronik, yaitu promosi elektron-elektron dari orbital keadaan dasar (energi rendah) ke orbital keadaan tereksitasi (energi lebih tinggi).

Transisi Elektronik
E = hv = hc/ l
Molekul yang memerlukan E> akan menyerap pada l pendek.
Absorpsi pd 100 nm(uv) 750 nm(tampak)







Jenis Transisi Elektron
Keadaan dasar suatu molekul mengandung elektron-elektron valensi dalam tiga jenis utama orbital molekul, yaitu:
1. Orbital sigma(σ)
2. Orbital phi (π)
3. Orbital non bonding (n)
CH3
π .. C O: n
σ
CH3 formaldehide



σ* Anti bonding

π * Anti bonding



n
Nonbonding
E π Bonding

σ Bonding

Diagram tingkat energi elektronik
• Eksitasi elektron (σ – σ*)
E> , uv jauh l 100 – 200 nm, terjadi pada ikatan tunggal (alkana).
• Eksitasi elektron (π – π*)
uv jauh l 100 – 200 nm, terjadi pada C=C dan C≡C(alkena dan alkuna),
• Eksitasi elektron (n – σ*)
uv dekat dan sinar tampak (l 200 – 380 nm) terjadi pada gugus karbonil (dimetil keton dan asetaldehide)

Absorpsi pada sinar tampak
• Terjadi bila terdapat sejumlah gugus kromofor yang terkonjugasi (-C=C-C=C-). Pada sistem tersebut elektronnya mempunyai mobilitas yang tinggi. Oleh karena itu energi yang dibutuhkan untuk mengeksitasi elektronnya tidak terlampau tinggi. Semakin panjang rantai terkonjugasinya semakin rendah eksitasinya. Dan jika radiasi yang diabsorpsi setara dengan energi radiasi sinar tampak maka senyawa yang mengabsorpsi tersebut tampak berwarna.




Serapan sinar dan zat warna
Materi (sinar yang diserap: mrp warna komplemen)


REM

Mata (sinar yang diteruskan)


Warna komplementer
l nm Warna (diteruskan) Warna komplementer
400 – 435 Ungu Hijau kekuningan
435 – 480 Biru Kuning
480 – 490 Biru-kehijauan Jingga
490 – 500 Hijau kebiruan Merah
500 – 560 Hijau Ungu kemerahan
560 – 580 Hijau kekuningan Ungu
580 – 595 Kuning Biru
595 – 610 Jingga Biru kehijauan
610 – 750 Merah Hijau kebiruan

SUMBER RADIASI
Fungsi :
1. Memberikan energi radiasi pada l yang tepat untuk pengukuran
2. Mempertahankan intensitas sinar yang tetap selama pengukuran

Sumber radiasi :
• VISIBEL : Wolfram/Tungstein
l 350 – 780 nm
• UV : Deuterium
l 180 – 350 nm
MONOKROMATOR
• Fungsi : untuk memperoleh radiasi monokromatis dari sumber radiasi polikromatis.
• Monokromator terdiri dari susunan : celah masuk – filter – kisi (grating difraksi) atau prisma – celah keluar.



Susunan monokromator
1. Celah masuk (slit)
• Celah monokromator adalah bagian dari suatu sistem optik monokromator pada spektrofotometer uv-vis.
Fungsi : mempersempit radiasi masuk dari sumber radiasi ke zat
• Pengaturan celah (slit) berpengaruh terhadap terbentuknya radiasi monokromatis dan resolusi panjang gelombang
2. Filter : mengubah sinar menjadi sinar sejajar
3. Kisi difraksi atau prisma
Kisi difraksi : pemantulan sinar (menghasilkan dispersi yang sama untuk semua l). Prisma : pembiasan (terpecahnya radiasi menjadi beberapa radiasi dg l tertentu)
4. Celah keluar: mengisolasi sinar, menghalangi sinar lain dna membiarkan sinar yang diinginkan melewati zat.

Pemilihan l
 l maks: panjang gelombang dimana terjadi eksitasi elektronik yang memberikan absorbansi maksimum.
• Pada l maks : kepekaan maksimum, signal kuat pada larutan dengan konsentrasi tertentu.
• Perbedaan absorban sangat minimal dengan berubahnya panjang gelombang disekitar panjang gelombang absorban maksimum sehingga kesalahan pengukuran sangat kecil.

KUVET
• Sampel pada pengukuran ini umumnya berbentuk larutan
• Bahan kuvet harus transparan :
 Kaca : VIS (380 – 1100 nm)
 silika : UV-VIS (190 – 1100 nm)
• Posisi kuvet harus tegak lurus terhadap sinar datang
• Kuvet untuk blanko dan kuvet untuk sampel harus matched

DETEKTOR
• Fungsi : mengukur radiasi yang ditransmisikan oleh sampel dan mengukur intensitas radiasi tersebut.
• Syarat :
1. Mempunyai kepekaan yang tinggi terhadap radiasi yang diterima.
2. Mempunyai kemampuan memberikan respons terhadap radiasi pada daerah panjang gelombang yang lebar (uv-vis).
3. Memberikan respons terhadap radiasi dalam waktu yang serempak.
4. Signal elektronik yang diteruskan oleh detektor harus dapat diamplifikasi oleh penguat (amplifier) ke recorder (pencatat).




REKORDER
• Signal listrik yang keluar dari detektor diterima pada sirkuit potensiometer yang dapat langsung mengukur transmitans atau absorban. Rekorder dapat menggambarkan secara otomatis kurva absorpsi pada kertas rekorder.

APLIKASI SPEKTROFOTOMETER UV-VIS
• Analisis Kualitatif : dipakai untuk data sekunder atau data pendukung.
1. Pemeriksaan kemurnian : dibandingkan dengan standar.
2. Identifikasi : pengukuran l maks dan absorpsivitas molar.
3. Elusidasi struktur : informasi adanya gugus kromofor dan gugus fungsi melalui profil spektrum

• Analisis Kuantitatif
1. Senyawa Tunggal : Dengan membandingkan absorban senyawa yang dianalisis dengan reference standard pada panjang gelombang maksimum.
2. Senyawa multikomponen : mengukur absorban campuran pada panjang gelombang maksimum masing-masing
A l1 = a1(l1). C1 + a2(l1). C2
A l2= a1(l2). C1 + a2(l2). C2

Penentuan kafein dalam Teh
• Preparasi Sampel
1. Timbang teliti 0.5 – 1.5 g sampel teh yang telah dihaluskan, tambahkan 5 g MgO masukkan ke dalam beaker glass, tambahkan 100 ml aquadest
2. Didihkan larutan selama 30 menit, kemudian dinginkan.
3. Larutan disaring 2x dengan kertas saring biasa dan dengan saringan membran 0.5 µm
4. Masukkan larutan ke dalam labu ukur 250 ml, tepatkan dengan aquadest sampai tanda batas.
5. Lakukan pengenceran sebanyak 10 kali dari larutan 4.
• Pereaksi
a. Larutan induk kafein (50 ppm)
Pipet 10 ml larutan induk kafein 500 ppm ke dalam labu ukur 100 ml , encerkan dengan aquadest sampai tanda batas.
b. Larutan baku kafein
Buat kurva kalibrasi dari larutan A dengan dengan cara memipet larutan A masing-masing 4 ml; 6ml; 8ml; 10ml dan 12 ml, larutan ini mengandung kafein 4; 6 ; 8 ; 10;12 ppm.
c. Ukur larutan baku dan sampel pada l 273 nm.
d. Hitung kadar kafein dalam sampel.