Spektrofotometri

ANALISA SPEKTROFOTOMETER UV-VISIBLE

7.1.  Tujuan Percobaan

        -   Menentukan panjang gelombang maksimal dari KMnO₄

        -   Menentukan konsentrasi sampel menggunakan Spektrofotometer UV-Visible

7.2.  Tinjauan Pustaka

        Spektrofotometer sesuai dengan namanya adalah alat yang terdiri dari spektrometer dan fotometer. Spektrometer menghasilkan sinar dari spektrum dengan panjang gelombang tertentu dan fotometer adalah alat pengukur intensitas cahaya yang ditransmisikan atau yang diabsorpsi. Jadi spektrofotometer digunakan untuk mengukur energi secara relatif jika energi tersebut ditransmisikan, direflesikan atau diemisiskan sebagai fungsi dan panjang gelombang. Kelebihan spektrofotometer dibanding fotometer adalah panjang gelombang dari sinar putih dapat terseleksi dan ini diperoleh dengan alat pengurai seperti prisma, grating ataupun celah optis.

        Umumnya spektroskopi dengan sinar ultraviolet (UV) dan sinar tampak (VIS) dibahas bersama karena sering kedua pengukuran dilakukan pada waktu yang sama. Karena Spektroskopi UV-VIS berkaitan dengan proses berenergi tinggi yakni transisi elektron dalam molekul, informasi yang didapat cenderung untuk molekul keseluruhan bukan bagian-bagian molekulnya. Metoda ini sangat sensitif dan dengan demikian sangat cocok untuk tujuan analisis. Lebih lanjut, Spetroskopi UV-VIS sangat kuantitatif dan jumlah sinar yang diserap oleh sampel diberikan oleh ungkapan hukum Lambert-Beer. Menurut hukum ini, absorbans larutan sampel sebanding dengan panjang lintasan cahaya d dan konsentrasi larutannya c (Takeuchi, 2006).

        Spektrofotometri menyiratkan pengukuran jauhnya pengabsorbsian energi cahaya oleh suatu sistem kimia itu sebagai fungsi dari panjang gelombang radiasi, demikian pula pengukuran pengabsorbsian yang menyendiri pada suatu panjang gelombang tertentu (Day, 2002).

Dasar Spektroskopi Ultra Violet dan terlihat:

-  Serapan oleh senyawa

Serapan cahaya oleh molekul dalam daerah spektrum ultraviolet dan terlihat    tergantung pada struktur elektronik dari molekul. Spektra ultraviolet dan terlihat dari senyawa-senyawa organik berkaitan erat transisi-transisi diantara tingkatan-tingkatan tenaga elektronik.

-  Tenaga dan spektrum elektromagnetik

Untuk menggambarkan sifat-sifat radiasi elektromagnetik digunakan dua teori yang saling melengkapi yaitu teori gelombang dan teori korpuskuler. Teori gelombang digunakan untuk menerangkan beberapa parameter radiasi elektromagnetik yang berupa kecepatan, frekuensi, panjang gelombang, dan amplitudo. Teori gelombang tidak dapat menerangkan fenomena-fenomena yang berkaitan dengan serapan atau emisi dari tenaga radiasi. Untuk proses ini diperlukan teori korpuskuler, yang menyatakan bahwa radiasi elektromagnetik sebagai partikel yang bertenaga yang disebut foton. Tenaga foton berbanding langsung dengan frekuensi radiasi.

-  Hukum-hukum kuantitatif

Mula pertama sel diisi dengan larutan blanko yang biasanya terdiri dari pelarut plus  konstituen cuplikan yang lain dari pada spesies penyerap utama. Dengan larutan blanko dalam sel ini, kekuatan cahaya dari radiasi yang dipancarkan menggambarkan kekuatan cahaya yang masuk dikurangi dengan yang hilang oleh penghamburan, pemantulan, dan serapan oleh konstituen lain (biasanya sangat kecil).

-  Sistem lebih dari satu komponen

Bila sistem mengandung lebih dari satu komponen penyerap, ternyata bahwa spesies -spesies tersebut berkelakuan tidak tergantung satu terhadap lain dan absorbansi mereka adalah aditif.

-  Orbital-orbital yang terlihat dalam transisi elektronik

Bila molekul menyerap sinar ultraviolet/terlihat pada tenaga tertentu, maka pertama bahwa hanya satu elektron dipromosikan ketingkat tenaga yang lebih tinggi, dan bahwa electron-elektron yang lain tidak terpengaruh.

-  Klasifikasi transisi serapan elektronik

Dalam hal ini perlu mendefinisikan pengertian-pengertian tertentu yang sering digunakan dalam pembicaraan spektra elektronik. Kromofor perkataan kromofor digunakan untuk menyatakan gugus tak jenuh kovalen yang dapat menyerap radiasi dalam daerah-daerah ultraviolet dan terlihat.

-  Pengaruh konjugasi

Jenis konjugasi ini telah lama dikenal dan terutama yang dihubungkan dengan sistem terkonjugasi yang kita kenal.

-  Kromofor karbonil

Gugus karbonil mengandung sepasang elektron – Ժ, sepasang elektron – Π, dan dua pasang elektron tak berikatan (n atau p). Keton-keton dan aldehida-aldehida jenuh menunjukkan tiga jalur serapan, dua daripadanya teramati dalam daerah ultraviolet jauh (Hardjono, 2001).

         Analisis spektrofotometer IR digunakan untuk mengetahui gugus-gugus yang terbentuk dari sampel yang dihasilkan dan juga memprediksikan reaksi polimerisasi yang terjadi. Analisis ini didasarkan pada analisis dari panjang gelombang puncak-puncak karakteristik dari suatu sampel. Panjang gelombang puncak-puncak tersebut menunjukkan adanya gugus fungsi tertentu yang ada pada sampel, karena masing-masing gugus fungsi memiliki puncak karakteristik yang spesifik untuk gugus fungsi tertentu (Budi, 1991).

Beberapa istilah dan hubungan digunakan untuk menggambarkan gelombang ini. Panjang gelombang merupakan jarak linier dari suatu titik pada satu gelombang ketitik yang bersebelahan pada gelombang yang berdekatan, panjang gelombang memiliki karakteristik yang berbeda-beda, yaitu:

- Dimensi panjang gelombang adalah panjang (L) yang dapat dinyatakan dalam  centimeter (cm).

-  Satuan nanometer (nm) saat ini dipilih daripada satuan yang pemakaiannya lebih kuno yakni milimikron (mµ).

-  Huruf latin lambda (λ) merupakan simbol yang umum digunakan untuk panjang

    gelombang.

-  Frekuensi merupakan banyaknya gelombang yang melewati suatu titik tertentu dalam

    satuan waktu. Dimensi frekuensi adalah seper waktu (T^-1) dan satuan yang digunakan

    biasanya detik^-1. Satuan frekuensi juga dapat dinyatakan putaran per detik atau Hertz

    (Hz) (Ibnu , 2007).

Macam-macam spektrofotometri

             Dalam analisis Spektrofotometri digunakan suatu sumber radiasi yang menjorok ke dalam daerah ultraviolet spektrum itu. Dari spektrum ini, dipilih panjang-panjang gelombang tertentu dengan lebar pita kurang dari 1 nm. Proses ini memerlukan penggunaan instrument yang lebih rumit dan karenanya lebih mahal. Instrumen yang digunakan untuk maksud ini adalah spektrofotometer, dan seperti tersirat dalam nama ini, instrumen ini sebenarnya terdiri dari dua instrumen dalam satu kotak sebuah spektrometer  dan sebuah fotometer (Bassett, 1994).

Jenis-jenis spektrofotometri

1.    Spektrofotometri Inframerah

Spektrofotometri inframerah sangat penting dalam kimia modern, terutama (meskipun bukan satu-satunya) dalam daerah organik. Spektrofotometer ini merupakan alat rutin untuk mendeteksi gugus fungsional, mengidentifikasi senyawa, dan menganalisis campuran.

2.    Spektrofotometri Ultraviolet-Cahaya Tampak (UV-VIS)

Semua molekul dapat mengabsorpsi radiasi dalam daerah UV Tampak karena mereka mengandung elektron, baik sekutu maupun menyendiri, yang dapat dieksitasikan ke tingkat energi yang lebih tinggi.

Metode ini mempunyai keuntungan dan kerugian:

-  Keuntungan:

   sensitif, batas deteksinya rendah, mudah.

-  Kelemahannya: 

    perlu perlakuan awal untuk menghilangkan unsur-unsur pengganggu, dan  menggunakan beberapa macam bahan kimia sebagai pereaksi.

Untuk mendapatkan data pengujian yang valid, diperlukan validasi metode analisis dengan parameter adalah akurasi, presisi, batas deteksi, selektivitas, linieritas kisaran konsentrasi (Purwanto, 2012).

3.    Spektrofotometri Diferensial

Biasanya larutan pembanding dalam spektrofotometri adalah pelarut murni atau sesuatu macam larutan blanko yang mengandung sedikit zat yang akan ditetapkan atau tidak sama sekali.

4.    Spektrofotometri Absorpsi Atom

Spektra absorpsi lebih sederhana dibandingkan dengan spektra molekulnya karena keadaan energi elektronik tidak mempunyai sub tingkatan vibrasi-rotasi. Jadi spektra absorpsi atom terdiri dari garis-garis yang jauh lebih tajam daripada pita-pita yang diamati dalam spektroskopi molekular.

Analisis kimia bertujuan untuk mengetahui komposisi suatu zat atau campuran zat yang merupakan informasi kualitatif mengenai ada atau tidak adanya suatu unsur atau komponen dalam contoh. Selain itu juga untuk mengukur jumlah atau banyaknya unsur yang diteliti atau dengan perkataan lain adalah untuk mengetahui data kuantitatif, juga dapat dipakai untuk menentukan struktur suatu zat.

Hukum-hukum yang mendasari metode spektrofotometri ada 3, yaitu:

1.    Hukum Bouger (Lambert)

Hubungan antara serapan radiasi dan panjang jalan melewati medium yang menyerap mula-mula dirumuskan oleh Bouger (1729), meskipun kadang-kadang dikaitkan kepada Lambert (1768). Baiklah kita bayangkan suatu medium penyerap yang homogen seperti suatu larutan kimia terbagi dalam lapisan-lapisan yang sama tebalnya. Jika suatu berkas radiasi monokromatik (yakni radiasi dengan panjang gelombang tunggal) diarahkan menembus medium itu, ternyata bahwa tiap lapisan menyerap fraksi yang sama besar. Penemuan Bouger dapat dirumuskan secara matematis sebagai berikut, Bila P₀ adalah daya radiasi masuk dan P daya yang keluar dari suatu lapisan medium 

2.    Hukum Beer

Hubungan antara konsentrasi spesies penyerap dan tingkat absorpsi dirumuskan oleh Beer dalam tahun 1859. Hukum Beer analog dengan hukum Bouger dalam memberikan berkurangnya secara eksponen daya radiasi yang diteruskan, dengan pertambahan aritmetik konsentrasi. Jadi :

Hukum Beer dapat diterapkan benar-benar hanya untuk radiasi monokromatik dan dimana sifat dasar spesies penyerap tak berubah sepanjang jangka konsentrasi yang diselidiki. Kita akan mengomentari lebih jauh mengenai butir ini dengan apa yang disebut penyimpangan dari Hukum Beer.

3.    Hukum Gabungan Bouger-Beer

Hukum Bouger dan hukum Beer mudah digabungkan menjadi suatu rumus yang nyaman. Di catat bahwa dalam mempelajari efek konsentrasi yang berubah-ubah terhadap absorpsi, panjang jalan melewati larutan dijaga agar konstan, namun hasil-hasil yang diukur akan bergantung pada besarnya nilai konstan itu. Dengan perkataan lain, hukum Beer seperti tertulis diatas, dengan k₄= f (b). Serupa pula, Hukum Bouger, dengan k₂ = f(c). Substitusi hubungan-hubungan mendasar ini ke dalam hukum Bouger dan hukum Beer memberikan

Maka satu-satunya kondisi di bawah mana kedua fungsi variabel tak-bergantungan itu dapat sama adalah bila keduanya sama dengan suatu tetapan :

 Dalam analisis kimia dikenal berbagai macam cara untuk mengetahui data kualitatif dan kuantitatif baik yang menggunakan suatu peralatan optik (instrumen) ataupun dengan cara basah. Alat instrumen biasanya dipergunakan untuk menentukan suatu zat berkadar rendah, biasanya dalam satuan ppm (part per million) atau ppb (part per billion). Salah satu metode sederhana untuk menentukan zat organik dan anorga-nik secara kualitatif dan kuantitatif dalam contoh air laut, yaitu dengan metode Spektrofotometri Ultra-violet dan Sinar Tampak. Prinsip kerjanya berdasarkan penyerapan cahaya atau energi radiasi oleh suatu larutan. Jumlah cahaya atau energi radiasi yang diserap memungkinkan pengukuran jumlah zat penyerap dalam larutan secara kuantitatif.

Faktor-faktor yang mempengaruhi spektrofotometer UV Visible

1.    Pembentukan molekul yang dapat menyerap sinar UV-Vis

Hal ini perlu dilakukan jika senyawa yang dianalisis tidak menyerap daerah tersebut.

2.    Waktu operasional (operating time)

Cara ini biasa digunakan untuk pengukuran hasil reaksi atau pembentukan warna. Tujuannya adalah untuk mengetahui waktu pengukuran yang stabil.

3.    Pemilihan panjang gelombang

Panjang gelombang yang digunakan untuk analisis kuantitatif adalah panjang gelombang yang mempunyai absorbansi maksimal.

4.    Pembuatan kurva baku

Dibuat seri larutan baku dari zat-zat yang akan dianalisis dengan berbagai konsentrasi.

5.    Pembacaan absorbansi sampel atau cuplikan

Absorban yang terbaca pada spektrofotometer hendaknya antara 0,2 sampai 0,8 atau 15 % sampai 70 % jika dibaca sebagai transmitan (Ibnu, 2007).

Hal-hal yang harus diperhatikan dalam Spektrofotometri, yaitu:

            Dalam analisis Spektrofotometri Ultraviolet dan Sinar Tampak harus diperhatikan hal-hal sebagai berikut, karena berhubungan dengan warna

˗   Kestabilan warna

Sedapat mungkin warna yang dihasilkan stabil untuk beberapa lama.

˗   Reaksi warna yang spesifik

Sebaiknya dipakai reaksi warna yang spesifik untuk unsur tertentu, sehingga ada- nya unsur-unsur lain tidak mengganggu dan pemisahan tidak perlu dilakukan.

˗   Sifat zat warna

Kalau zat warna yang terbentuk berada dalam keadaan tertutup dan segera diperiksa karena penguapan akan menyebabkan pemekatan larutan.

˗   Sensitif

Sensitif yaitu dengan perubahan konsentrasi yang kecil, akan menyebabkan pemekatan larutan.

˗   Larutan homogen

    Larutan yang homogen akan mengabsorpsi cahaya di setiap bagian sama.

Cahaya adalah suatu bentuk energi radiasi yang mempunyai sifat sebagai gelombang dan partikel.

- Sifatnya sebagai gelombang dapat dilihat dengan terjadinya pembiasan dan pemantulan cahaya oleh suatu medium, sedangkan

-   Sifatnya sebagai partikel dapat dilihat dengan terjadinya efek foto listrik.

-   Energi radiasi terdiri dari sejumlah besar gelombang elektromagnetik dengan panjang  

    gelombang yang berbeda-beda.

Susunan peralatan Spektrofotometer Ultra-violet dan Sinar Tampak  yang meliputi bagian bagian sebagai berikut:

1.    Sumber Radiasi/Cahaya

Yaitu untuk pengukuran absorpsi. Sumber cahaya ini harus memancarkan sinar dengan kekuatan yang cukup untuk penentuan dan pengukuran, juga harus memancarkan cahaya berkesinambungan yang berarti harus mengandung semua panjang gelombang dari daerah yang dipakai. Kekuatan sinar radiasi haruskonstan selama waktu yang diperlukan. Sumber Cahaya Tampak yang paling umum dipakai adalah lampu Wolfram. Sedangkan sumber radiasi Ultra-violet biasa dipergunakan lampu Hidrogen atau Deuterium yangterdiri dari tabung kaca dengan jendela darikwartz yang mengandung Hidrogen dengan tekanan tinggi. Oleh karena kaca menyerap radiasi Ultra-violet, maka sistim optik Spektrofotometer Ultra-Violet dan selharus dibuat dari bahan kwartz.

2.    Monokromator

Dipergunakan untuk memisahkan radiasi ke dalam komponen komponen panjang gelombang dan dapat memisahkan bagian spektrum yang diinginkan dari lainnya.

3.    Sel Absorpsi

Dipakai dari bahan silika, kuvet dan plastik banyak dipakai untuk daerah sinar tampak. Kualitas data absorbans sangat tergantung pada cara pemakaian dan pemeliharaan sel. Sidik jari,lemak atau pengendapan zat pengotor pada dinding sel akan mengurangi transmisi. Jadi sel-sel itu harus bersih sekali sebelum dipakai.

4.    Detektor

Dipergunakan untuk menghasilkan signal elektrik. Dimana signal elektrik ini
sebanding dengan cahaya yang diserap. Signal elektrik ini kemudian dialirkan ke alat pengukur

5.    Pencatat / Recorder

     Dipergunakan untuk mencatat data hasil pengukuran dari detektor, yang dinyatakan  dengan angka (Triyati, 1985).

Kegunaan Spektrofotometer Ultra-violet dan Sinar Tampak dalam analisis kimia adalah untuk analisis kualitatif dan kuantitatif.

Hal tersebut disebabkan karena pita-pita absorpsi yang diperoleh melebar, dengan demikian kurang khusus atau terbatas pemakaiannya. Walaupun demikian, berdasarkan spektrum serapan Ultra-violet dan Sinar Tampak, dapat dipakai untuk mengetahui ada atau tidak adanya gugus fungsional tertentu dalam senyawa organik. Alat ini dapat juga dipergunakan untuk menentukan jumlah kecil senyawa berkadar rendah yang dapat mengabsorpsi dalam media non absorben Pemakaian Spektrofotometer Ultra-violet dan Sinar Tampak dalam analisis kuantitatif mempunyai beberapa keuntungan:

-   Dapat dipergunakan untuk banyak zat organik dan anorganik. Adakalanya beberapa   zat harus diubah dulu menjadi senyawa berwarna sebelum dianalisa.

-   Selektif Pada pemilihan kondisi yang tepat dapat dicari panjang gelombang untuk zat yang dicari.

-   Mempunyai ketelitian yang tinggi, dengan kesalahan relatif sebesar 1% — 3%, tetapi kesalahan ini dapat diperkecil lagi.

-   Dapat dilakukan dengan cepat dan tepat.

Oleh karena prinsip kerja Spektrofotometer Ultra-violet dan Sinar Tampak berdasarkan penyerapan cahaya oleh suatu larutan, maka semua contoh yang akan diperiksa hams diubah terlebih dahulu menjadi bentuk larutan. Untuk pemakaian Spektrofotometer Sinar Tampak larutan tersebut harus berwarna. Hal ini bisa dikerjakan dengan menambahkan pereaksi tertentu pada contoh yang diperiksa. Kemu- dian hasil pengukuran dari Spektrofotometer dimasukkan ke dalam rumus lambert-beer, maka akan didapatkan kadar zat yang dicari

Contoh aplikasi spektrofotometri pada kehidupan sehari-hari:

-       Identifikasi zat-zat kimia

uji warna yang sederhana yang digunakan untuk maksud identifikasi. Warna ungu larutan permanganat, biru dari tembaga, warna kuningnya kromat, dan banyak yang lain dapat disebut. Spektrum absorbsi suatu senyawa, ditentukan dengan spektrofotometer, dapat dianggap sebagai suatu indikasi identitas yang lebih elegan, objektif, dan andal. Spektrum itu boleh dikatakan merupakan suatu tetapan fisik lain, yang bersama-sama dengan titik leleh, indeks bias, dan sifat lain, dapat digunakan untuk karakterisasi. Seperti tetapan yang lain, spektra absorbsi bukanlah bukti yang tak dapat salah bagi identifikasi, melainkan semata-mata menyatakan suatu alat lain yang tersedia untuk penerapan yang cerdas.

-       Analisa multikomponen

Sebuah spektrofotometer tak dapat menganalisis suatu sampel. Alat itu menjadi berguna hanya setelah sampel itu telah diolah sedemikian rupa sehingga pengukuran dapat ditafsirkan secara tak kembar arti. Tetapi, dalam banyak hal tak pertu bahwa setiap komponen individu dari suatu sampel yang kompleks dipencilkan satu dari semua lainnya. Misalnya dalam spektrofotometri kadang-kadang mungkin untuk mengukur lebih dari satu komponen dalam suatu larutan tunggal. Andaikan satu larutan mengandung dua konstituen yang menyerap, X dan Y. Rumit tidaknya situasi bergantung pada spektra serapan X dan Y (Day, 2002).