E. Spektrofotometri Ultraviolet
Spektrofotometri UV-Vis adalah anggota teknik analisis spektroskopik yang menggunakan sumber radiasi elektromegnetik ultraviolet dekat 190-380
nm dan sinar tampak 380-780 nm dengan menggunakan instrumen spektrofotometer Mulja dan Suharman, 1995. Spektrofotometri serapan
merupakan pengukuran suatu interaksi antara radiasi elektromagnetik dan molekul
atau atom dari suatu zat kimia.
Analisis secara spektrofotometri UV-Vis selalu melibatkan pembacaan serapan radiasi elektromagnetik oleh molekul atau radiasi elektromagnetik yang
diteruskan. Keduanya dikenal sebagai serapan A dan transmitan dengan satuan persen T. Jika radiasi elektromagnetik dikenakan terhadap suatu zat yang
dengan intensitas radiasi datang I , maka hal yang terjadi radiasi tersebut dapat
diserap I
a
, diteruskan I
t
, dan dipantulkan I
r
sehingga terdapat persamaan: I
= I
a
+ I
t
+ I
r
..........................................................................................5 Namun, nilai I
r
± 4 dapat diabaikan karena digunakan larutan pembanding dalam pengerjaannya sehingga persamaannya menjadi:
I = I
a
+ I
t
.................................................................................................6 Untuk mendapatkan suatu korelasi matematik antara transmitan atau
serapan terhadap intensitas radiasi atau konsentrasi zat yang dianalisis dan tebal yang menyerap, maka didapatkan persamaan oleh Bouguer, Lambert dan Beer
yang dinyatakan sebagai berikut:
T = = 10
- Ɛbc
..........................................................................................8 A = log
= Ɛbc .......................................................................................9
Keterangan: T
..
= persen transmitan I
= intensitas radiasi yang datang I
t
= intensitas radiasi yang diteruskan A = serapan
Ɛ = daya serap molar M
-1
cm
-1
Persamaan di atas dapat dijabarkan dengan asumsi sebagai berikut: 1.
Jika suatu berkas radiasi monokromatik yang sejajar jatuh pada medium penyerap pada sudut tegak lurus setiap lapisan yang sangat kecil akan
meneruskan intensitas berkas. 2.
Jika suatu cahaya monokromatis mengenai pada medium yang transparan, laju pengurangan intensitas dengan ketebalan medium sebanding dengan intensitas
cahaya. 3.
Intensitas berkas sinar monokromatis berkurang secara eksponensial bila konsentrasi zat penyerap bertambah Khopkar, 1990.
Hubungan antara nilai dengan daya serap molar
Ɛ adalah sebagai berikut:
Ɛ = x
M
-1
cm
-1
........................................................................10 Nilai Ɛ merupakan daya serap molar atau koefisien ekstingsi molar. Nilai
Ɛ tiap molekul atau ion dalam pelarut tertentu memiliki karakter masing-masing, pada panjang gelombang tertentu serta tidak dipengaruhi oleh konsentrasi dan
panjang gelombang lintasan radiasi Sastrohamidjojo, 2001. Nilai Ɛ sangat
mempengaruhi puncak spektrum yang dihasilkan suatu zat. Beberapa karakteristik nilai Ɛ yang berpengaruh terhadap puncak spektrum adalah sebagai berikut: 1-10
M
-1
.cm
-1
: sangat lemah; 10-10
2
M
-1
.cm
-1
: lemah; 10
2
-10
3
M
-1
.cm
-1
: sedang; 10
3
- 10
4
M
-1
.cm
-1
: kuat; 10
4
-10
5
M
-1
.cm
-1
: sangat kuat Mulja dan Suharman, 1995. Daya serap oleh molekul dalam daerah spektrum ultraviolet dan visibel
tergantung dari struktur elektronik molekul itu sendiri. Keadaan dasar suatu molekul organik mengandung elektron-elektron valensi dalam tiga jenis orbital
molekul utama, yaitu orbital sigma σ, orbital pi dan orbital elektron bebas
n. Baik orbital σ maupun orbital dibentuk dari tumpang tindih dua orbital
atom atau hibrid. Oleh karena itu, masing-masing orbital molekul ini mempunyai suatu orbital σ atau
antiikatan yang berkaitan dengannya. Jika suatu molekul dikenai oleh radiasi elektromagnetik maka akan mengakibatkan adanya eksitasi
atau transisi elektron ke tingkat energi yang lebih tinggi. Transisi-transisi elektron mencakup promosi suatu elektron dari salah satu dari tiga keadaan dasar σ;
; atau n ke salah satu dari dua keadaan eksitasi σ atau
. Terdapat empat transisi yang mungkin, seperti diagram berikut :
Gambar 4. Diagram Energi Tingkat Transisi Elektron Anonim
d
, 2013
Dalam proses penyerapan cahaya, kromofor memegang peranan penting sebagai gugus yang berfungsi sebagai penjerap cahaya. Dalam transisi σ
σ kromofor yang berperan adalah yang mempunyai elektron pada orbital molekul σ.
Molekul tersebut merupakan organik jenuh yang tidak mempunyai atom dengan pasangan elektron bebas, seperti alkana C-C dan C-H. Terjadi pada daerah
ultraviolet jauh sekitar 150 nm dan membutuhkan energi terbesar. Transisi n
σ terjadi pada ultraviolet jauh, diperankan oleh kromofor dalam senyawa dengan molekul organik jenuh yang mempunyai satu atau lebih atom dengan pasangan
elektron, seperti karbonil C=O, C-S, C-N dan C-Cl. Transisi terjadi pada
daerah ultraviolet jauh sekitar 200 nm, diberikan oleh senyawa yang hanya memiliki orbital molekul
alkena dan alkuna, seperti CC dan C=C Anonim
d
, 2013.
Secara garis besar, terdapat tiga teknik untuk melakukan pengukuran kuantitatif secara spektrofotometri, yakni sebagai berikut:
1. Analisis kuantitatif zat tunggal
Dilakukan pengukuran serapan menggunakan panjang gelombang maksimum atau pada panjang gelombang minimum jika dilakukan pengukuran
transmitan. Terdapat empat cara pelaksanaan analisis kuantitatif zat tunggal, yaitu: a.
Membandingkan serapan zat yang akan dianalisis dengan serapan
reference standa rd
pada panjang gelombang maksimum. Persyaratannya, pembacaan nilai serapan sampel dan
reference standard
tidak berbeda jauh.
b. Menggunakan kurva baku yang dipersiapkan dari larutan
reference standard
dengan pelarut tertentu pada panjang gelombang maksimum. Lalu dibuat sistem koordinat
Cartesian
dimana sebagai ordinat adalah serapan dan sebagai absis adalah konsentrasi.
c. Menghitung nilai serapan jenis larutan sampel
pada pelarut tertentu dan dibandingkan dengan serapan jenis yang dianalisis, yang tertera pada
buku resmi. d.
Menggunakan perhitungan nilai ekstingsi molar serapan molar Ɛ sama dengan cara c hanya saja perhitungan serapan molar lebih tepat karena
melibatkan massa molekul relatif. 2.
Analisis kuantitatif campuran dua komponen zat Merupakan pengembangan metode dari analisis kuantitatif zat tunggal. Pada
prinsipnya, dicari serapan atau beda serapan dari masing-masing komponen zat yang memiliki korelasi linear dengan konsentrasi tertentu dan dihitung kadar
masing-masing komponen zat atau salah satu komponen zat yang terdapat dalam campuran.
3. Analisis kuantitatif campuran tiga macam atau lebih zat
Prinsipnya dicari beda serapan antara masing-masing komponen kemudian dikurangi dengan serapan yang dimiliki larutan standarnya masing-
masing Mulja dan Suharman, 1995. Dalam analisis kuantitatif zat tunggal pada spektrofotometri ditentukan
terlebih dahulu panjang gelombang maksimum yang didapatkan melalui pengukuran serapan senyawa pada panjang gelombang yang memberikan serapan
yang maksimum. Alasan digunakannya panjang gelombang maksimum adalah sebagai berikut:
1. Memiliki kepekaan yang maksimal karena pada panjang gelombang
maksimum terjadi perubahan serapan untuk setiap satuan konsentrasi paling besar.
2. Pada daerah sekitar panjang gelombang maksimum akan memiliki bentuk
kurva serapan yang linear datar sehingga hukum Lambert-Beer dapat terpenuhi.
3. Akan memberikan kesalahan pengukuran yang kecil jika dilakukan pada
panjang gelombang maksimum Gandjar dan Rohman, 2007. Penggunaan pelarut yang tepat merupakan salah satu titik krusial dalam
analisis menggunakan metode spektrofotometri. Secara umum pelarut-pelarut yang digunakan dalam spektrofotometri harus melarutkan analit, meneruskan
radiasi dalam daerah panjang gelombang yang dikehendaki, tidak memiliki sistem ikatan rangkap terkonjugasi, tidak berwarna dan kemurniannya harus tinggi atau
derajat untuk analisis tinggi. Hal lain yang juga harus diperhatikan adalah polaritas pelarut karena akan mempengaruhi pergeseran spektrum yang dianalisis.
Beberapa pelarut yang sering digunakan dalam daerah-daerah ultraviolet dan visibel adalah aseton, benzen, karbon tetraklorida, kloroform, dioksan,
sikloheksan, isopropanol, diklorometan, etanol, etil, eter, metanol dan air Sastrohamidjojo, 2001.
Secara umum rangkaian komponen penyusun spektrofotometer UV-Vis dapat dilihat pada gambar berikut:
Gambar 5. Spektrofotometer
Single Beam
Anonim
e
, 2013
Gambar 6. Spektrofotometer
Double Beam
Clark, 2006
Spektrofotometer dibagi menjadi dua jenis, yaitu spektrofotometer
single beam
dan spektrofotometer
double beam
. Perbedaan kedua jenis spektrofotometer tersebut terdapat pada pemberian cahaya, dimana pada
single beam
cahaya hanya melewati satu arah dan yang diperoleh hanya nilai serapan dari larutan yang
dimasukkan. Berbeda dengan spektrofotometer
double beam
, nilai blanko dapat langsung diukur bersamaan dengan nilai serapan larutan yang diinginkan dalam
satu kali proses yang sama. Prinsipnya adalah dengan adanya
chopper
yang akan membagi sinar menjadi dua, dimana salah satunya melewati blanko
reference beam
dan yang lainnya melewati larutan
sa mple beam
. Spektrofotometer
double beam
memiliki keunggulan yang lebih dibandingkan spektrofotometer
single beam
karena nilai serapan larutannya yang telah mengalami pengurangan nilai terhadap nilai serapan blanko. Selain itu, pada spektrofotometer
double beam
juga dapat mengatasi kelemahan pada spektrofotometer
single beam
seperti adanya perubahan intensitas cahaya akibat fluktuasi voltase sumber sinar.
Kelemahan spektrofotometer
double beam
yakni lebih rumit dan harganya lebih mahal, dibandingkan dengan spektrofotometer
single beam
yang lebih sederhana dan lebih murah Sastrohamidjojo, 2001
Fungsi beberapa bagian yang terdapat dalam rangkaian spektrofotometer adalah sebagai berikut:
1. Sumber cahaya:
Sumber cahaya yang ideal untuk pengukuran serapan harus menghasilkan spektrum yang terus-menerus dengan intensitas yang sama
pada kisaran panjang gelombang yang dijangkau. Sumber cahaya ultraviolet yang biasa digunakan adalah lampu hidrogen dan lampu deuterium,
sedangkan untuk visibel digunakan lampu filamen tungsten atau wolfram. 2.
Monokromator: Berfungsi untuk mengubah cahaya polikromatis yang dipancarkan
sumber cahaya menjadi monokromatis panjang gelombang tunggal dan memisahkannya menjadi jalur-jalur yang sempit. Juga terdapat penyaring
yang mampu meneruskan radiasi pada daerah panjang gelombang tertentu dan menyerap radiasi pada panjang gelombang yang lain.
3. Tempat cuplikan:
Cuplikan yang digunakan ditempatkan pada suatu sel atau yang dikenal sebagai kuvet. Untuk daerah ultraviolet biasanya digunakan
Quartz
atau sel dari silika yang dilebur, sedangkan untuk daerah visibel digunakan gelas biasa atau
Quartz
. 4.
Detektor: Berfungsi untuk memberikan respon terhadap cahaya pada berbagai
panjang gelombang dan mengubah tenaga tersebut untuk dapat diukur secara kuantitatif
yang dicatat oleh meter pencatat
recorder
Sastrohamidjojo, 2001.
F. Landasan Teori