Dasar2 Spektrofotometri.ppt

SPEKTROFOTOMETRI Disusun oleh : Drs. Sunardi. Msi Departemen Kimia FMIPA-UI

Silabus mata kuliah (3 SKS) :  Tujuan

Umum:

Memahami berbagai metode analisis fotometri dan penerapannya di dalam analisis kimia.

Silabus mata kuliah (3 SKS) :  Tujuan

Umum:

Memahami berbagai metode analisis fotometri dan penerapannya di dalam analisis kimia.

Silabus mata kuliah (3 SKS) : 

Isi Kuliah:  Pendahuluan  Dasar-dasar spektroskopi absorpsi dan emisi  Analisis kualitatif dan kuantitatif berdasarkan absorpsi radiasi elektromagnetik  Instrumentasi untuk spektrometri  Spektroskopi molekul: UV-Vis, fluoresensi, infra merah (IR)  Spektroskopi atom: serapan atom: serapan atom (AAS), emisi nyala,  Spektrometri massa (MS)  Nuclear magnetic resonance (NMR)

Buku Referensi : 1.

Principles of Instrumental Analysis.Douglas A.Skoog, F.J.Holler, T.Nieman.fifth edition, Sounder Coller Publ. © 1998

2.

Fundamental of Analytical Chemistry.Douglas A.Skoog, D.M. West, F.J. Holler.sixth edition, Sounder Coller Publ. © 1992

3.

Instrumental Methods of Chemical Analysis.Galen W. Ewing. fifth edition Mc. Graw Hill Book Company © 1985

4.

Modern Methods of Chemical Analysis.Robert L.Pecsok, et all.second edition John Wiley & Sons © 1968

Pendahuluan      

Klasifikasi metode analitik Jenis metode instrumen Prinsip instrumen kimia Pemilihan metode analitik Performa/ karakteristik Instrumen Kalibrasi metode analitik

Klasifikasi metode analitik 

Metode klasik



Metode instrumental 

Metode klasik Pemisahan

komponen dalam sempel :

pengendapan



destilasi



ekstraksi




Analisis kualitatif metode klasik :  Sampel

hasil pemisahan ditambahkan reagen tertentu, kemudian diamati : 

warna



titik leleh



titik didih



kelarutan



bau



indeks refraksi



aktivitas optik

Klasifikasi metode analitik  Analisis

k u a n t i t a t i f metode klasik :

Kadar

sampel ditentukan dengan cara :

gravimetri



titimetri



 Apa

kekurangan analisis kimia metode klasik ?


Metode Instrumental Mengeksploitasi pnomena yang digunakan pada metode klasik. Komponen sampel diuji sifat-sifat fisiknya : daya hantar listrik (conductivity) potensial listrik absorpsi atau emisi cahaya perbandingan massa – muatan fluorescence

Klasifikasi metode analitik Dapat digunakan uji k u a l i t a t i f dan k u a n t i t a t i f untuk senyawa an-organik maupun organik. Pemisahan dilakukan dengan teknik k r o m a t o g r a f i atau e l e k t r o f o r e s i s dengan efisiensi tinggi. 

 Apa

keunggulan analisis kimia metode instrumen ?

Jenis metode instrumen Sifat karakteristik

Metode Instrumen

Emisi radiasi

Spektroskopi emisi (X-ray, UV,Vis, elektron, Auger) Fluorescence, Phosphorescence (X-ray, UV,Vis)

Absorpsi radiasi

Spektrofotometri & fotometri (Xray, UV,Vis,IR). Photoacoustic, NMR, ESR Spektroskopi.

Hamburan (Scatttering) radiasi

Turbidimetri, Nephelometri, Raman Spektroskopi


Metode Instrumen

Pembiasan

Refraktometri, Interferometri

(Refraction) radiasi Diffraksi radiasi

X-ray, Elektron difraksi

Rotasi radiasi

Polarimetri, Optical rotary dispersion, Cirular dichoism

Potensial listrik

Potensiometri, Chronopotensiometri

Muatan listrik

Coulometri


Metode Instrumen

Arus listrik

Amperometri, Polarografi

Hambatan listrik

Konduktometri

Massa

Gravimetri

Perbandingan Massamuatan

Spektrometri Massa

Laju reaksi

Metode kinetik

Karakteristik panas

Thermal titimetri, Thermal Gravimetri Analisis (TGA), Diferensial Thermal Analisis (DTA), Diferensial Scaning Calorimetri (DSC), Thermal Konduktometri

Keradioaktifan

Aktivasi dan pengenceran isotop

Prinsip instrumen kimia

Pemilihan metode analisis 

Seberapa besar ketepatan yang diinginkan ?



Seberapa besar jumlah sample ?



Seberapa besar konsentrasi analitnya ?

 Apasaja

komponen sample yang menyebabkan interverensi ?



Bagaimana sifat kimia dan fisika sample ?



Berapa banyak sample yang dianalisis ?

Performa/karakteristik Instrumen  Presisi  Bias

/ ketelitian

/ penyimpangan

 Sensitivitas  Batas

deteksi

 Kisaran

konsentrasi

 Selektifitas

Kalibrasi metode analitik  Metode

perbandingan langsung

 Metode

kurva kalibrasi

 Metode

standar adisi

 Metode

standar dalam

Dasar-dasar spektroskopi absorpsi dan emisi  Metode

spektrometri :

Adalah suatu kelompok metode analitik kimia yang didasarkan pada spektroskopi atom dan molekul  Spektroskopi

?

Interaksi antara gelombang elektromagnetik dengan suatu materi (atom atau molekul)

Gelombang elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik

Sifat gelombang elektromagnetik Parameter

gelombang : amplitudo frequensi

(A) (u)

panjang

gelombang (l).

Sifat gelombang elektromagnetik 

Hubungan antara E, l dan  dirumuskan sebagai berikut :

E  h. v Dimana : E = energi h = konstanta Planck : 6,62 x 1034 Joule.detik atau 4,136 μeV/GHz.  = frekuensi


Frekuensi dirumuskan : c v





l

Dimana: C = kecepatan cahaya didalam ruang vakum : 3 x 1010 cm/detik l = panjang gelombang

Sifat gelombang elektromagnetik

E   Dari

hc l

persamaan tersebut dapat disimpulkan : energi dari gelombang elektromagnetik terkuantum (terpaket), berbanding lurus dengan frekuensi dan berbanding terbalik dengan panjang gelombangnya.

Sifat gelombang elektromagnetik  Panjang

gelombang, biasanya dinyatakan pula dalam v (bilangan gelombang) dalam satuan cm 1.

1

l



v


Cepat rambat gelombang elektromagnetik sangat dipengaruhi oleh medium yang dilaluinya



Hubungan antara cepat rambat gelombang cahaya didalam medium vakum dan medium tidak vakum dirumuskan sebagai berikut :

E  hv 

hc nl

n = indek bias medium

v

c nl

Sifat gelombang elektromagnetik  Beberapa

satuan panjang gelombang :

mm (mili meter)

= 103 m

m (mikro meter)

= 106 m

nm (nano meter)

= 109 m

Ao (Angstrom)

= 1010 m

Sifat gelombang elektromagnetik 



Uraian matematik dari gelombang : 

y = komponen medan listrik.



y = A sin (wt + f) ; w = 2pu ; y = A sin (2put + f)

Superposisi (penggabungan) dari beberapa gelombang akan memenuhi persamaan : Y = A 1 sin (2pu1t + f1) + A2 sin (2pu2t + f2) + . . . . + An sin (2punt + fn) dimana : Y = resultante komponen medan listrik n = jumlah gelombang dengan frequensi yang berbeda.



Jika fasenya sama, akan saling menguatkan (interverensi konstruktif)



Jika fasenya berlawanan akan saling menghilangkan (interverensi destruktif)

Spektrum gelombang elektromagnetik



Spektrum cahaya tampak (Visible) Warna

Interval l

Interval u

Red

~ 625 to 740 nm ~ 480 to 405 THz

Orange

~ 590 to 625 nm ~ 510 to 480 THz

Yellow

~ 565 to 590 nm ~ 530 to 510 THz

Green

~ 520 to 565 nm ~ 580 to 530 THz

Cyan

~ 500 to 520 nm ~ 600 to 580 THz

Blue

~ 430 to 500 nm ~ 700 to 600 THz

Violet

~ 380 to 430 nm ~ 790 to 700 THz

Spektrum cahaya tampak (Visible) l (nm)

Warna

Warna komplemen

400 - 435

Violet/ Ungu

Hijau kekuningan

435 - 480

Biru

Kuning

480 - 490

Biru kehijauan

Orange/ Jingga

490 - 500

Hijau kebiruan

Merah

500 - 560

Hijau

Purple/ Merah Anggur

560 - 580

Hijau kekuningan

Violet/ Ungu

580 - 595

Kuning

Biru

595 - 600

Orange/ Jingga

Biru kehijauan

600 - 750

Merah

Hijau kebiruan

Interak si radiasi g.e.m.dengan materi

Interaksi radiasi g.e.m.dengan materi Energi radiasi

Interaksi yang terjadi

Sinar - X

elektron pada kulit k dan l

UV jauh

elektron pada kulit bagian tengah

UV dekat / UV

elektron valensi

Visible

elektron valensi

IR dekat/ IR tengah

Vibrasi molekul

IR jauh

Rotasi molekul

Gelombang Mikro

Rotasi molekul

Gelombang Radio

Resonansi inti magnet

Interaksi radiasi g.e.m.dengan materi  Jika

radiasi g.e.m. mengenai suatu materi maka ada beberapa kemungkinan yang terjadi : Difraksi radiasi (penguraian): Refraksi (pembiasan) Scattering (penghamburan)  Absorpsi (penyerapan) Emisi (pemancaran)

Interaksi radiasi g.e.m.dengan materi  Difraksi

radiasi (penguraian): akibat adanya interverensi 

Jika lebar celah (slit) >> dari l tidak terjadi difraksi

 Agar

terjadi difraksi lebar celah (slit) minimal = l



Difraksi dapat terjadi akibat refraksi, menggunakan prisma

Interaksi radiasi g.e.m.dengan materi 

Refraksi (pembiasan) : pembelokan arah sinar karena melewati medium yang berbeda kerapatannya.

sin  1 sin  2 

 2

n

1





n

2

 1

Scattering (penghamburan) :  Hamburan

Rayleigh

 Hamburan

oleh molekul besar (efek Tyndall)

 Hamburan

Raman

Interaksi radiasi g.e.m.dengan materi  Absorbsi





radiasi :  Absorbsi atom  Absorbsi molekul  Absorbsi oleh adanya induksi medan magnet Emisi radiasi :  Spektrum garis, dihasilkan oleh atom-atom  Spektrum pita, dihasilkan oleh molekul-molekul  Spektrum kontinyu dan diskontinyu Proses Relaksasi :  Relaksasi non radiasi  Fluoresen dan Fosforesen

Interaksi radiasi g.e.m.dengan materi  Absorbsi

radiasi : *

M + hv  M  Emisi

radiasi : *

M  M + hv


Tingkat energi spesi Kimia :  Atom, ion dan molekul dapat mengabsorbsi atau mengemisikan radiasi, dengan jumlah energi yang tertentu, yaitu sama dengan perbedaan tingkat tingkat energi yang dimilikinya. Tingkat energi yang tertentu tersebut memenuhi persamaan E 1 – Eo = hu = hc/l Eo = tingkat energi keadaan dasar (ground state) E1 = tingkat energi keadaan tereksitasi (excited state)


Proses absorbsi



Transisi elektronik : elektronik :

Perubahan distribusi elektron dalam atom atau molekul


Transisi vibrasi : vibrasi : Perubahan jarak rata-rata antara inti atom (panjang ikatan) – ikatan) – Infra Red



Transisi rotasi : rotasi : Perubahan energi rotasi molekul dari pusat gravitasinya – gravitasinya – Infra Red

Interaksi radiasi g.e.m.dengan materi


Tingkat energi transisi pada atom terjadi karena adanya perpindahan elektron pada subkulit s, p, d dan f



Tingkat energi tersebut nilainya tertentu sehingga spektrum absorpsi-emisi pada atom berupa garis



Interaksi radiasi g.e.m.dengan materi  Tingkat

energi transisi pada molekul meliputi transisi elektronik, transisi vibrasi dan transisi rotasi

 Adanya

tumpang tindih dari energi transisi tersebut menyebabkan spektrum absorpsiemisi pada atom berbentuk pita




Analisis kuantitatif 

Dasar pengukuran kuantitatif cara spektroskopi adalah mengukur intensitas radiasi yang diabsorpsi, ditransmisikan atau diemisikan oleh suatu materi yang diradiasi dengan g.e.m.



Persen intensitas energi yang diabsorpsi sebanding dengan banyaknya partikel yang mengabsorpsi g.e.m.


Hukum Lambert Beer. – Jika g.e.m. diradiasikan pada sampel, maka Intensitas energi radiasi yang berkurang (dI) persatuan jarak (db) akan sebanding dengan jumlah partikel yang mengabsorpsinya.

dI  NI I = jumlah photon per satuan luas penampang per detik N = jumlah partikel yang mengabsorpsi


N atau jumlah partikel yang mengabsorpsi radiasi adalah jumlah partikel yang berada dibagian yang dilewati oleh cahaya persatuan jarak (db).



N = ( 6,02 x 1020 partikel/mmole) x C mmol/ml x X x Y cm3



C = konsentrasi larutan



X x Y = luas penampang sampel yang di radiasi

Analisis kuantitatif 

Jika X = Y = 1cm dan 1 cm = 1 mL maka,

dI  NI N  k ' C db dI  NI  k ' I C db dI  k I C db

k’ = 6,02 x 1020 x X x Y partikel cm2/ mol k = adalah konstanta dan tanda “” karena berkurangnya intensitas radiasi


Jika persamaan tersebut diintegrasikan didapatkan : It b dI   k  C .db Io

ln

I

It Io

o

 kbC

2,303 log log

It Io



It

 kbC

Io  k

2,303

bC   .bC


 : absorpsifitas molar atau koefisien molar “extinction”.nilainya dipengaruhi oleh sifat sifat khas dari materi yang diradiasi.



Jika konsentrasi dalam satuan gram/liter maka  dapat diganti dengan a disebut sebagai “absorpsifitas spesifik”.


Transmitans adalah It perbandingan intensitas T  Io cahaya yang ditransmisikan ketika It log   .bC melewati sampel ( I t ) Io dengan intensitas cahaya mula-mula sebelum log T    .bC melewati sampel (I o).  log T   .b.C


log T disebut juga sebagai A = absorbans,

 log T  A   .bC 

Persamaan tersebut disebut sebagai : Hukum Lambert – Beer

Analisis kuantitatif


Persyaratan Hk Lambert-Beer:  Radiasi yang digunakan harus monokromatis.  Energi radiasi yang diabsorbsi oleh sampel tidak menimbulkan reaksi kimia, jadi proses yang terjadi hanya benar-benar absorbsi.  Sampel (larutan) yang mengabsorbsi harus homogen.  Tidak terjadi Fluoresensi atau Phosforesensi.  Indek refraksi tidak berpengaruh terhadap konsentrasi, jadi larutan tidak pekat (harus encer).

Analisis kuantitatif


Contoh soal 1 : Hitunglah nilai absorbans suatu larutan yang mempunyai nilai %T sebesar 89 pada panjang gelombang 400 nm?



Jawab : %T = T x 100 T = 89 : 100 = 0,89 A= log T = log 0,89 = 0,051

Analisis kuantitatif  Contoh

soal 2:

Sebuah larutan yang mengandung 4,5 ppm zat berwarna merah mempunyai absorban sebesar 0,30 pada panjang gelombang 530 nm pada sel 2 cm. Hitunglah a ?  Jawab

:

a = A/bC = 0,30 abs : ( 2 cm x 4,5 ppm) = 0,033 abs.cm 1.ppm1

Analisis kuantitatif  Contoh

soal 3 :

Sebuah larutan Co(H 2O)62+ mempunyai absorban sebesar 0,20 pada panjang gelombang 530 nm pada sel 1 cm. Jika diketahui   10 Lmol1cm1, hitunglah konsentrasinya ?  Jawab

:

A = abC

 A=

0,20 ; a= 10 dan b=1

C = A/ab = 0,20 : (10 x 1) = 0,02 M

Analisis kuantitatif 

Contoh soal 4: Lart MnO4 dng konsentrasi 1 x 10 4 M mempunyai absorban sebesar 0,20 pada panjang gelombang 525 nm. Berapakah konsentrasi larutan MnO 4 yang lain jika absorbansinya 0,5 ?



Jawab :

A sampel A s tan dar



abC sampel abC s tan dar

Analisis kuantitatif A sampel A s tan dar C sampel  C sampel 



C sampel C s tan dar

A sampel A s tan dar 0, 50 0, 20

C s tan dar 4

x1,0 x10 M 4

 2,5 x10 M


Pengukuran absorbans harus dilakukan pada l maksimum sebab : 

Pada titik ini responnya maksimum dan sensitifitasnya paling baik sehingga batas deteksinya rendah.



Pada titik ini kesalahannya paling kecil.

Pengukuran absorban



Perubahan yang kecil pada panjang gelombang ketika melakukan pengukuran akan menyebabkan perubahan yang besar pada respon, tetapi jika dilakukan pada panjang gelombang maksimum hal ini tidak terjadi.

Pengukuran absorban

Pengukuran absorban Ada dua jenis penyimpangan yang terjadi yaitu penyimpangan positif dan penyimpangan negatif , hal ini disebabkan oleh :  Sumber radiasi yang digunakan tidak monokromatis.  Panjang gelombang sinar yang digunakan meradiasi sampel harus pada panjang gelombang maksimum  Konsentrasi sampel yang dianalisis sangat encer atau sangat pekat  Adanya ketidak setabilan pada instrumentasi.   

Ketidak setabilan sumber listrik. Ketidak setabilan sumber radiasi. Ketidak setabilan detektor

Pengukuran absorban



Daerah pengukuran yang baik pada kurva yang linier, pada daerah ini respon maksimum, sensitifitasnya paling baik, batas deteksinya paling rendah dan kesalahan paling kecil.

Pengukuran absorban

Pengukuran absorban Batasan konsentrasi pada pengukuran absorban dengan spetrometer  Jika konsentrasi terlalu rendah, perubahan yang kecil pada konsentrasi menyebabkan perubahan yang besar pada % T  Jika konsentrasi terlalu tinggi, perubahan yang besar pada konsentrasi perubahan % T hanya kecil. 

Pengukuran absorban

Pengukuran absorban

Pengukuran absorban 2 komponen  Jika

dua spesi mengabsorbsi radiasi pada panjang gelombang yang sama, maka absorbannya merupakan gabungan kedua absorban spesi tersebut. AT = a1b1c1 + a2b2c2 Jika tebal selnya sama, maka : AT = (a1c1 + a2c2)b

Pengukuran absorban 2 komponen  Contoh

soal 5: Suatu larutan komples-logam (KL) mengabsorbsi pada l 522 nm ( = 1,18 x 104). Dalam larutan ini juga terdapat 1,0 x 104 M reagen (R) lain yang mengabsorbsi pada 522 nm dengan nilai ( = 5,12 x 102). Jika total absorbans pada 522 nm dalam sel 1 cm adalah 0,727. Berapakah konsentrasi KL ?

Pengukuran absorban 2 komponen  Jawab

AT

: = KL CKL + R CR

0,727 = 1,18 x 104 CKL+ (5,12 x 102 ) (1x 104 M) CKL

= 5,73 x 105 M

Pengukuran absorban 2 komponen  Contoh

soal 6: Kompleks logam X dan Y menunjukkan spektrum absorbsi yang saling tumpang tindih di daerah visible. Pada pengukuran dengan sel 1 cm menunjukkan absorban pada l1 = 0,533 dan pada l2 = 0,590. Jika  X pada l1 = 3,55 x 10 3 dan pada l2 = 5,64 x 10 2 sedangkan  Y pada l1 = 2,96 x 10 3 dan pada l2 = 1,45 x 10 4. Hitunglah konsentrasi X dan Y dalam campuran tersebut.

Pengukuran absorban 2 komponen spektrum absorbsi yang saling tumpang tindih

Pengukuran absorban 2 komponen Pada l 1 : 0,533  (3,55 x10 ) C X + (2,96 x10 ) C Y atau 3

3

0,533  2,96 x10 C Y 3

C X 

3,55 x10

3

Pengukuran absorban 2 komponen Pada l 2 :

0,590  (5,64 x10 ) C X + (1,45 x 10 ) C Y 2

4

C X disubstitu sikan ke dalam persamaan ini

5,64 x 10 (0,533  2,96 x10 C Y ) 2

0,590 

3

3,55 x10

3

+1,45 x10 C Y 4

5

didapatkannilai C Y  3,60 x10 M dan 5

0,533  (2,96 x 10 )(3,60 x 10 ) 3

C X 

3,55 x10

3

 1,20 x104 M

Emisi dari g.e.m.  Atom,

ion dan molekul dapat tereksitasi melalui beberapa cara

 Ketika

relaksasi mereka akan melepaskan energi yang diabsorbsinya

 Dalam

kondisi tertentu relaksasi dapat menghasilkan emisi radiasi g.e.m.

 Setiap

spesi menghasilkan emisi radiasi g.e.m. yang khas (spesifik)

Emisi dari g.e.m. Jenis

spektrum radiasi g.e.m.



Spektrum garis



Dihasilkan oleh emisi atom.



Berupa garis yang sempit tetapi kompleks



Terjadi dari transisi elektronik dan sub tingkat energinya.

Emisi dari g.e.m.  Spektrum

pita

 Dihasilkan

oleh emisi molekul.

 Berupa

pita yang

lebar  Terjadi

dari transisi elektronik, vibrasi dan rotasi.

Emisi dari g.e.m.  Spektrum

kontinyu

 Dihasilkan

oleh emisi zat padat yang dipanaskan hingga berpijar.

 Berupa

pita dengan daerah energi yang sangat lebar

l

maksimum merupakan fungsi dari temperatur zat.

Emisi dari g.e.m.  Fluoresen

Diawali dengan mengabsorbsi foton dan diemisikan berupa foton pula  Fosforesen

Mirip dengan fluoresen tetapi ada selang waktu sebelum mengemisikan foton. Waktu yang diperlukan dapat beberapa detik sampai beberapa jam.

Emisi dari g.e.m.  Ketika

terjadi emisi, jumlah sinar yang dihasilkan sebanding dengan konsentrasi spesi yang menghasilkan emisi dan dirumuskan dengan :

C  kI Dimana : C = konsentrasi k = konstanta pembanding I = Intensitas radiasi emisi

Titrasi spektrometri   



Penentuan titik ekivalen tidak memerlukan penambahan indikator Panjang gelombang yang digunakan dapat dipilih sesuai kemauan kita Kurva titrasi didapat dengan cara memplot antara absorbansi terhadap volume (mL) larutan titran. Bentuk kurva titrasi bergantung pada absorbsifitas molar zat yang terlibat dalam reaksi ( sampel, produk dan titran).

Titrasi spektrometri  Hanya

larutan titran yang mengabsorbsi radiasi

S=P=0  T > 0 S = sampel P = produk T = titran

Titrasi spektrometri  Hanya

larutan produk yang mengabsorbsi radiasi

 S =  T = 0  P > 0 S = sampel P = produk T = titran

Titrasi spektrometri 

Hanya larutan sampel yang mengabsorbsi radiasi

 P =  T = 0  S > 0 S = sampel P = produk T = titran


Hanya larutan produk yang tidak mengabsorbsi radiasi  P = 0  S >  T > 0

S = sampel P = produk T = titran


Hanya larutan sampel yang tidak mengabsorbsi radiasi

 S = 0  T >  P > 0 S = sampel P = produk T = titran

Dasar2 Spektrofotometri.ppt

Recommend Documents