TUGAS KIMIA MATERIAL SPEKTROSKOPI INFRA MERAH (FT-IR) DAN SINAR TAMPAK (UV-Vis)
Oleh : BENNY RIO FERNANDEZ 10 212 07 029
Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Syukri Arief, M.Eng
PROGRAM STUDI KIMIA PASCASARJANA UNIVERSITAS ANDALAS PADANG 2011
Spektroskopi Infra Merah (FT-IR) dan Sinar Tampak (UV-Vis)
Spektroskopi merupakan studi antaraksi radiasi elektromagnetik dengan materi. Radiasi elektromagnetik adalah suatu bentuk dari energi yang diteruskan melalui ruang dengan kecepatan yang luar biasa. Dikenal berbagai bentuk radiasi elektromagnetik dan yang mudah dilihat adalah cahaya atau sinar tampak. Tabel I menjelaskan karakterisasi dari radiasi gelombang elektromagnetik. Contoh lain dari radiasi elektromagnetik adalah radiasi sinar gamma, sinar x, ultra violet, infra merah, gelombang mikro, dan gelombang radio seperti terlihat pada Tabel II.
Tabel I. Spesifikasi dari masing-masing gelombang elektromagnetik (Macomber, 1998).
Tabel II. Radiasi elektromagnetik dan tipe spektroskopi.
Radiasi Elektromagnetik mempunyai panjang gelombang, frekuensi, kecepatan, dan amplitudo.Panjang gelombang (dengan si mbol
λ ) adalah jarak antara dua puncak
atau dua lembah dari suatu gelombang seperti terlihat pada Gambar 1.
Gambar 1. Gelombang Elektromagnetik.
Biasanya satuan panjang gelombang dinyatakan dalam nm atau Angstrom ,
Ǻ (l nm = 10 Angstrom), kecuali radiasi infra merah dalam μm, gelombang mikro dalam cm, dan gelombang radio dalam m (meter). Panjang gelombang radiasi sinar tampak berkisar dari 380 sampai 780 nm dan radiasi infra merah berkisar dari 780 sampai 1000 um. Frekuensi dengan simbol
ʋ
menunjukkan jumlah gelombang yang terjadi per-
detik. Frekuensi sering dinyatakan dengan satuan detik -1 atau putaran per detik (Hz, Hertz). Radiasi elektromagnetik dipancarkan dan diserap sebagai paket energi yang disebut foton. Energi foton tergantung pada frekuensi radiasi dengan persamaan:
dengan h menyatakan tetapan Planck yang besarnya 6,63 x 10 -27 erg detik atau 6,63 x 10-34 J detik. Besaran energi foton sinar X ( λ ~ 108 cm) adalah sekitar 1000 kali energi foton yang dipancarkan kawat Wolfram (Tungsten) pijar ( λ ~ 10 cm). -4
Dikenal dua kelompok utama spektroskopi, yaitu spektroskopi atom dan spektroskopi molekul. Dasar dari spektroskopi atom adalah tingkat energi elektron
terluar suatu atom atau unsur sedangkan dasar dari spektroskopi molekul adalah tingkat energi molekul yang melibatkan energi elektronik, energi vibrasi, dan energi rotasi. Berdasarkan sinyal radiasi elektromagnetik, maka penggolongan spektroskopi dibagi menjadi empat golongan yaitu : 1. Serapan (Absorpsi), 2. Emisi (Emission),
3. Penghamburan (Scattering), dan 4. Flouresensi. Spektroskopi absorpsi meliputi spektroskopi absorpsi sinar-X, spektroskopi absorpsi UV-Vakum, spektroskopi absorpsi UV-Vis, spektroskopi absorpsi infra merah (IR), spektroskopi absorpsi gelombang mikro, spektroskopi resonansi magnet inti (NMR), spektroskopi resonansi spin elektron (ESR), dan spektroskopi photoacoustic. Spektroskopi emisi terdiri atas emisi sinar gamma, spektroskopi emisi sinar-X, dan spektroskopi emisi UV-Vis. Spektroskopi scattering adalah spektroskopi Raman, sedangkan Spektroskopi fluoresensi terdiri dari spektroskopi fluoresensi sinar-X dan spektroskopi fluoresensi UV-Vis. Ketika proses serapan terjadi, maka energi foton akan ditransfer ke molekul yang memiliki kemampuan untuk menyerapnya. Sehingga menghasilkan suatu molekul atau partikel yang kelebihan energi, dan akan mengalami eksitasi. Pada saat kembali kekeadaan dasar, maka akan melepaskan sejumlah paket energi, yang dikenal dengan emisi. Sedangkan penghamburan terjadi ketika arah dari foton mengalami pergeseran
kebeberapa sudut yang akan mengganggu keadaan suatu partikel. Gelombang dapat dikarakterisasi menggunakan dua kuantitas, yaitu: 1.
Panjang gelombang (λ), dan
2. Amplitudo maksimum (A)
I. F ouri er T r ansf orm -I nf r a Red Spectroscopy (FT-IR) atau Spektroskopi Infra Merah
Fourier Transform-Infra Red Spectroskopy atau yang dikenal dengan FT-IR merupakan suatu teknik yang digunakan untuk menganalisa komposisi kimia dari senyawa-senyawa organik, polimer, coating atau pelapisan, material semikonduktor, sampel biologi, senyawa-senyawa anorganik, dan mineral. FT-IR mampu menganalisa suatu material baik secara keseluruhan, lapisan tipis, cairan, padatan, pasta, serbuk, serat, dan bentuk yang lainnya dari suatu material. Spektroskopi FT-IR tidak hanya mempunyai kemampuan untuk analisa kualitatif, namun juga bisa untuk analisa kuantitatif. Dasar lahirnya spektroskopi FT-IR adalah dengan mengasumsikan semua molekul menyerap sinar infra merah, kecuali molekul-molekul monoatom ( He, Ne, Ar, dll) dan molekul-molekul homopolar diatomik ( H 2, N2, O2, dll). Molekul akan
menyerap sinar infra merah pada frekuensi tertentu yang mempengaruhi momen dipolar atau ikatan dari suatu molekul. Supaya terjadi penyerapan radiasi inframerah, maka ada beberapa hal yang perlu dipenuhi, yaitu : 1. Absorpsi terhadap radiasi inframerah dapat menyebabkan eksitasi molekul
ke tingkat energi vibrasi yang lebih tinggi dan besarnya absorbsi adalah terkuantitasi. 2. Vibrasi yang normal mempunyai frekuensi sama dengan frekuensi radiasi
elektromagnetik yang diserap 3. Proses absorpsi (spektra IR) hanya dapat terjadi apabila terdapat perubahan
baik nilai maupun arah dari momen dua kutub ikatan Spektroskopi infra merah dilakukan pada daerah infra merah yaitu dari panjang gelombang 0.78 sampai 1000 urn atau pada kisaran frekuensi 12800 - 10 cm . Teknik spektroskopi infra merah terutama untuk mengetahui gugus fungsional suatu senyawa, juga untuk mengidentifikasi senyawa, menentukan struktur molekul, mengetahui kemurnian, dan mempelajari reaksi yang sedang berjalan.
Daerah Spektrum Inframerah
Spektrum inframerah terletak pada daerah dengan panjang gelombang 0,78 sampai 1000 m atau bilangan gelombang dari 12800 sampai 10 cm -1. Spektrum inframerah dapat dibagi menjadi inframerah dekat, inframerah pertengahan, dan inframerah jauh, seperti diperlihatkan pada Tabel III.
Tabel iII. Daerah spektrum Infra merah.
Aplikasi spektroskopi infra merah sangat luas baik untuk analisis kualitatif maupun kuantitatif. Penggunaan yang paling banyak adalah pada daerah pertengahan dengan kisaran bilangan gelombang 4000 sampai 670 cm -1 atau dengan panjang
gelombang 2.5 sampai 15 μm. Kegunaan yang paling penting adalah untuk identifikasi senyawa berikatan kovalen karena spektrumnya sangat kompleks terdiri dari banyak puncak-puncak. Spektrum infra merah dari senyawa kova len juga mempunyai sifat fisik yang karakteristik, artinya kemungkinan dua senyawa mempunyai spektrum sama adalah kecil sekali.
Spektrum Inframerah dan Vibrasi Molekul
Radiasi infra merah dengan frekuensi kurang dari 100 cm -1 atau dengan panjang
gelombang lebih dari 100 μm d iserap
oleh molekul dan dikonversi ke dalam energi
rotasi molekul. Bila radiasi infra merah dengan frekuensi dalam kisaran 10000 sampai 100 cm-1 atau dengan panjang gelombang 1 sampai 100 um, maka radiasi akan diserap oleh molekul dan dikonversi ke dalam e nergi vibrasi molekul.
Gambar 2. Perubahan momen dwikutub molekul heterointi.
Vibrasi molekul hanya akan terjadi bila suatu molekul terdiri dari dua atom atau lebih. Untuk dapat menyerap radiasi infra merah (aktif inframerah), vibrasi suatu molekul harus menghasilkan perubahan momen dwikutub. Gambar 2, memperlihatkan vibrasi molekul yang menghasilkan perubahan momen dwikutub. Sebagai contoh molekul HCl, dimana molekul hidrogen klorida mempunyai kerapatan elektron yang tidak sama antar atom pembentuknya. Kerapatan elektron Cl lebih besar dari H. Jadi HCI mempunyai momen dwikutub (disebut juga polar).
Molekul yang tidak mempunyai momen dwi kutub (μ = 0) atau selama bervibrasi ikatannya tidak menghasilkan perubahan momen dwikutub seperti O2, N2 atau Cl2, maka rotasi ataupun vibrasi molekulnya tidak menyerap radiasi infra merah (tidak aktif inframerah). Terdapat dua jenis vibrasi molekul yaitu stretching (ulur) dan bending (tekuk). Vibrasi stretching adalah pergerakan atom yang teratur sepanjang sumbu ikatan antara
dua atom sehingga jarak antara atom dapat bertambah atau berkurang. Vibrasi stretching meliputi stretching simetris
dan stretching asimetris. Gambar 3.
memperlihatkan hal ini.
Gambar 3. Vibrasi stretching simetris dan asimetris.
Vibrasi bending adalah pergerakan atom yang menyebabkan perubahan sudut ikatan antara dua ikatan atau pergerakan dari sekelompok atom terhadap atom lainnya. Vibrasi bending meliputi scissoring (deformation), wagging, twisting dan rocking . Gambar 4. menunjukkan gerakan dari keempat vibrasi bending .
Gambar 4. Tipe vibrasi tekuk (bending ).
Instrumentasi
Komponen spektrofotometer infra merah (IR) terdiri dari lima bagian pokok yaitu : 1. Sumber sinar, 2. Tempat sampel, 3. Monokromator, 4. Detektor, dan 5. Rekoder.
Gambar 5. Skema alat spektrofotometer infra merah.
Terdapat dua macam spektrofotometer infra merah yaitu dengan berkas tunggal ( single-beam) dan berkas ganda (double-beam).
1. Sumber Sinar
Radiasi infra merah dihasilkan dari pemanasan suatu sumber radiasi dengan listrik sampai suhu antara 1500 dan 2000 K. Sumber radiasi yang biasa digunakan berupa lampu Nernst Glower, Globar dan Kawat Nikrom. Nernst Glower merupakan campuran oksida dari zirkon (Zr) dan yitrium (Y) yaitu ZrO2 dan Y2O3, atau campuran oksida thorium (Th) dan serium (Ce). Nernst Glower ini berupa silinder dengan diameter 1 sampai 2 mm dan panjang 20 mm. Pada ujung silinder dilapisi platina untuk melewatkan arus listrik. Nernst Glower mempunyai
radiasi maksimum pada panjang gelombang 1.4 μm atau 1
bilangan gelombang 7100 cm -
. Globar merupakan sebatang silikon karbida (SiC) biasanya dengan diameter 5
mm dan panjang 50 mm. Radiasi maksimum Globar terjadi pada panjang gelombang 1,8-2,0 m atau bilangan gelombang 7100 cm -1. Kawat Nikhrom merupakan campuran nikel (Ni) dan Krom (Cr). Kawat ini berbentuk spiral dan mempunyai intensitas radiasi lebih rendah dari Nernst Glower dan Globar tetapi umurnya lebih panjang.
2. Tempat Sampel
Wadah sampel atau sel tergantung dari jenis sampel. Untuk sampel berbentuk gas digunakan sel gas dengan lebar sel atau panjang berkas radiasi 40 m. Hal ini
dimungkinkan untuk menaikkan sensitivitas karena adanya cermin yang dapat memantulkan berkas radiasi berulang kali melalui sampel. Wadah sampel untuk sampel berbentuk cairan umumnya mempunyai panjang berkas radiasi kurang dari 1 mm biasanya dibuat lapisan tipis (film) diantara dua keping senyawa yang transparan terhadap radiasi infra merah. Senyawa yang biasa digunakan adalah natrium klorida (NaCI), kalsium fluorida (CaF 2), dan kalsium iodida (CaI). Dapat pula dibuat larutan yang kemudian dimasukkan ke dalam sel larutan. Wadah sampel untuk padatan mempunyai panjang berkas radiasi kurang dari 1 mm (seperti wadah sampel untuk cairan). Sampel berbentuk padatan ini dapat dibuat pelet, pasta, atau lapisan tipis. Pelet KBr dibuat dengan menggerus sampel dan kristal KBr (0.1 - 2.0 % berdasar berat ) sehingga merata kemudian ditekan (ada kalanya sampai 8 ton) sampai diperoleh pelet atau pil tipis. Pasta (mull) dibuat dengan mencampur sampel dan setetes bahan pasta sehingga merata kemudian dilapiskan diantara dua keping NaCl yang transparan terhadap radiasi infra merah. Bahan pasta yang biasa digunakan adalah parafin cair. Lapis tipis dibuat dengan meneteskan larutan dalam pelarut yang mudah menguap pada permukaan kepingan NaCI dan dibiarkan sampai menguap. Persiapan Sampel
Persiapan sampel dapat dilakukan dengan beberapa cara, tergantung dari jenis sampel itu sendiri (padat, cair dan gas).
Persiapan sampel padat. 1. Metode Mull Sampel Disuspensikan ke dalam minyak mineral Nujol (hidrokarbon jenuh berantai panjang). 2.
Metode Pelet KBr 1-10
gram sampel dihaluskan secara hati-hati dengan 100 mg
KBr dan mencetaknya menjadi cakram tipis atau pelet. 3. Metode Lapis Tipis Sampel disuspensikan dengan
cara “sonifikasi”. Suspensi kemudian
dipipet ke dalam sel jendela Irtran-II (kristal ZnS) atau kristal NaCl, sehingga 1-5 mg/cm2 dapat dipindahkan ke dalam sel tersebut. Sampel akan mengering setelah didiamkan pada suhu kamar.
Persiapan sampel cair. Tahapannya antara lain : 1. Teteskan sedikit cairan sampel (bebas air) yang akan diukur pada satu bagian window KBr, kemudian pasangkan satu bagian window KBr lagi sehingga cairan merata pada permukaan window. 2. Siapkan window KBr pada holder, kemudian lakukan pengukuran dengan alat.
Persiapan sampel gas. Sampel gas dimasukkan kedalam tempat sampel khusus.
4.
Monokromator
Pada pemilihan panjang gelombang infra merah dapat digunakan filter, prisma atau grating. Sehingga memungkinkan sebagian sinar melewati sampel dan sebagian melewati blanko (reference). Setelah dua berkas tersebut bergabung kembali kemudian dilewatkan ke dalam monokromator. Untuk tujuan analisis kuantitatif, biasa digunakan filter seperti: filter dengan panjang gelombang 9,0
μm untuk penentuan asetaldehida, fil ter
dengan panjang
gelombang 13, 4 μ m untuk o-diklorobenzena, dan filter dengan panjang gelombang 4,5
μm untuk dinitrogen oksida. Ada juga filter μm, 4,5 sampai 8 μ m, dan 8 sampai 14, 5 μm. 5.
yang mempunyai kisaran 2,5 sampai 4,5
Detektor
Setelah radiasi infra merah melewati monokromator kemudian berkas radiasi ini dipantulkan oleh cermin-cermin dan akhirnya ditangkap oleh detektor. Detektor pada spektrofotometer infra merah merupakan alat yang bisa mengukur atau mendeteksi energi radiasi akibat pengaruh panas. Berbeda dengan detektor lainnya ( seperti: phototube) dimana pengukuran radiasi infra
merah
lebih
sulit
karena
intensitas radiasi rendah dan energi foton infra merah juga rendah. Akibatnya sinyal dari detektor infra merah kecil sehingga dalam pengukurannya harus diperbesar. Terdapat dua macam detektor, yaitu: 1. Termokopel (thermocouple), dan 2. Bolometer Yang paling banyak digunakan dalam spektrofotometri infra merah adalah
termokopel.
6.
Rekorder
Sinyal yang dihasilkan dari detektor kemudian direkam sebagai spektrum infra merah yang berbentuk puncak-puncak absorpsi. Spektrum infra merah ini menunjukkan hubungan antara absorpsi dan
frekuensi atau bilanqan
gelombang atau
panjang
-1
gelombang. Sebagai absis adalah frekuensi (Hertz, detik ) atau panjang gelombang -1
(µm) atau bilangan gelombang (cm ) dan sebagai ordinat adalah transmitan (%) atau absorban. Contoh spektrum absorpsi infra merah dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Spektrum absorban dan transmitan.
Spektrum infra merah
merupakan
spektrum
yang
menunjukkan
banyak
puncak absorpsi pada frekuensi yang karakteristik. Spektroskopi infra merah disebut juga spektroskopi vibrasi. Untuk setiap ikatan kimia yang berbeda seperti C - C, C= C, C=- 0, C = 0, 0 = H dan sebagainya mempunyai frekuensi vibrasi yang
berbeda
sehingga kemungkinan dua senyawa berbeda yang mempunyai spektrum absorpsi yang sama adalah kecil sekali. Untuk mengidentifikasi senyawa yang belum diketahui perlu dibandingkan dengan spektrum standar yang dibuat pada kondisi sama. Daerah absorpsi pada kisaran frekuensi 1500 sampai 700 cm
-1
atau panjang gelombang 6,7-14 µm disebut daerah
sidik jari (jati diri). Senyawaan yang mempunyai spektrum infra merah sama adalah identik. Untuk mempermudah memahami, maka ditampilkan pada Gambar 7.
Gambar 7. Intrepetasi spectrum spesifik dari masing-masing gugus fungsi senyawa.
Keuntungan FT-IR
Beberapa keuntungan dari FT-IR untuk analisa suatu material, antara lain: a. Tidak merusak sampel, non-destructive b. Metoda pengukuran dengan tingkat ketelitian yang tinggi tanpa harus dilakukan kalibrasi ulang c. Proses analisa berlangsung lebih cepat d. Sensitif
Analisa Kualitatif dan Kuantitatif
a. Analisa Kualitatif (gugus fungsi), Serapan khas untuk setiap ikatan dalam gugus. Secara sederhana, identifikasi suatu zat dilakukan dengan menbandingkan spektrumnya dengan spektrum dari zat standar. Bila zat yang diperiksa sama dengan standar, maka posisi dan intensitas relatif dari puncak-puncak resapan harus sama.
b. Analisa Kuantitatif. Jarang dilakukan karena spektra IR rumit. Namun prinsipnya adalah Hukum Lambeer-Beer:
Yaitu penentuan konsentrasi sebanding dengan serapan. Teknik yang umum dilakukan untuk pembuatan spektra pada analisis kuantitatif yaitu solution spektra atau KBr disc.
II. Spektroskopi UV-Vis (Spektroskopi Sinar Ultraviolet-Tampak)
Spektrofotometri UV-Vis adalah anggota teknik analisis spektroskopik yang memakai sumber radiasi elektromagnetik ultraviolet dekat (190-380 nm) dan sinar tampak (380-780 nm) dengan memakai instrumen spektrofotometer. Spektrofotometri UV-Vis melibatkan energi elektronik yang cukup besar pada molekul yang dianalisis, sehingga spektrofotometri UV-Vis lebih banyak dipakai untuk analisis kuantitatif dibandingkan kualitatif. Teknik spektroskopi pada daerah ultra violet dan sinar tampak biasa disebut spektroskopi UV-Vis. Dari spektrum absorpsi dapat diketahui panjang gelombang dengan absorbans- maksimum dari suatu unsur atau senyawa. Konsentrasi suatu unsur atau senyawa juga dengan mudah dapat dihitung dari kurva standar yang diukur pada panjang gelombang dengan absorbans maksimum. Absorbsi cahaya UV-Vis mengakibatkan transisi elektronik, yaitu promosi elektron-elektron dari orbital keadaan dasar yang berenergi rendah ke orbital keadaan tereksitasi berenergi lebih tinggi. Energi yang terserap kemudian terbuang sebagai cahaya atau tersalurkan dalam reaksi kimia. Absorbsi cahaya tampak dan radiasi ultraviolet meningkatkan energi elektronik sebuah molekul, artinya energi yang disumbangkan oleh foton-foton memungkinkan electron-electron itu mengatasi kekangan inti dan pindah keluar ke orbital baru yag lebih tinggi energinya. Semua molekul dapat menyerap radiasi dalam daerah UV-tampak karena mereka mengandung electron, baik sekutu maupun menyendiri, yang dapat dieksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Absorbsi untuk transisi elektron seharusnya tampak pada panjang gelombang diskrit sebagai suatu spektrum garis atau peak tajam namun ternyata berbeda. Spektrum UV maupun tampak terdiri dari pita absorbsi, lebar pada daerah panjang gelombang yang lebar. Ini disebabkan terbaginya keadaan dasar dan keadaan eksitasi sebuah molekul dalam subtingkat-subtingkat rotasi dan vibrasi. Transisi elektronik dapat terjadi dari subtingkat apa saja dari keadaan dasar ke subtingkat apa saja dari keadaan eksitasi. Karena berbagai transisi ini berbeda energi sedikit sekali, maka panjang gelombang absorpsinya juga berbeda sedikit dan menimbulkan pita lebar yang tampak dalam spektrum itu. Di samping pita-pita spektrum visible disebabkan terjadinya tumpang tindih energi elektronik dengan energi lainnya (translasi, rotasi, vibrasi) juga disebabkan ada faktor lain sebagai faktor lingkungan kimia yang diberikan oleh pelarut yang dipakai.
Pelarut akan sangat berpengaruh mengurangi kebebasan transisi elektronik pada molekul yang dikenakan radiasi elektromagnetik. Panjang gelombang dimana terjadi eksitasi elektronik yang memberikan absorban maksimum disebut sebagai panjang gelombang maksimum (
λmaks
) .
Penentuan panjang gelombang maksimum yang pasti (tetap) dapat dipakai untuk identifikasi molekul yang bersifat karakteristik-karakteristik sebagai data sekunder. Dengan demikian spektrum visibel dapat dipakai untuk tujuan analisis kualitatif (data sekunder) dan kuatitatif. Molekul-molekul yang memerlukan lebih banyak energi untuk promosi elektron akan menyerap cahaya pada panjang gelombang yang lebih pendek. Molekul yang menyerap energi lebih sedikit akan menyerap cahaya pada panjang gelombang yang lebih panjang. Senyawa yang menyerap cahaya dalam daerah tampak memiliki elektron yang lebih mudah dipromosikan daripada senyawa yang menyerap cahaya pada panjang gelombang UV yang lebih pendek. Analisis kualitatif dengan metode spektrofotometri UV-Vis hanya dipakai untuk data sekunder atau data pendukung. Pada analisis kualitatif dengan metode spektrofotometri UV-Vis yang dapat ditentukan ada 2 yaitu :
• •
Pemeriksaan kemurnian spektrum UV-Vis. Penentuan panjang gelombang maximum.
Pada penentuan panjang gelombang maksimum didasarkan atas perhitungan pergeseran panjang gelombang maximum karena adanya penambahan gugus pada sistem kromofor induk.
Prinsip Dasar
Hukum Lambert-Beer menyatakan hubungan antara serapan dan panjang jalan melewati medium yang menyerap , dan hubungan antara konsentrasi spesies penyerap dan tingkat absorbsi. Hokum ini menyatakan absorban zat terlarut adalah proporsional dengan konsentrasi sebagai:
A = ε. b. C A = absorban
ε = koefisien ansorbansi molar -1
C = konsentrasi solute ( mol/L ) b = tebal curvet
Orbital-orbital Yang Terlibat Dalam Transisi Elektronik
Gambar 8. Transisi-transisi yang melibatkan berbagai macam orbital.
1.
Transisi π →σ→ionisasi Transisi ini terjadi dalam ultraviolet jauh yaitu 180 nm dan untuk mempelajarinya membutuhkan alat khusus. Daerah ini dikenal daerah Schuman atau ultraviolet vakum.
2. Transisi π
→π*
Kelompok ini paling berguna dan merupakan serapan-serapan karakteristik dari senyawa-senyawa organik dan
tereksitasi polar”.
biasanya dihubungkan dengan “tingkat
Dalam sistem-sistem yang sederhana transisi ini terjadi dalam
ultraviolet jauh, misalnya etilena,
λ maks kira-kira 160 nm, meskipun demikian
substitusi oleh gugus alkil akan menggeser ke batokromik (merah). 3. Transisi n → π
*
Transisi dari jenis meliputi transisi elektron-elektron hetero atom tak berikatan ke orbital anti ikatan
π
*
. Serapan ini terjadi pada panjang
gelombang yang panjang dan intensitasnya rendah. 4. Transisi n → σ * Senyawa-senyawa jenuh yang mengandung hetero atom seperti nitrogen, oksigen, belerang, atau halogen memiliki electron-elektron tak berikatan (electron-elektron n atau -p) di samping elektron-elektron
–σ. Senyawa-
senyawa hetero atom menunjukkan jalur serapan yang kemungkinan disebabkan oleh transisi elektron-elektron dari orbital tak berikatan atomatom hetero ke orbital anti ikatan
*
σ.
Instrumentasi
Komponen dari spektroskopi UV-Vis terdiri dar i: 1. Sumber sinar, 2. Monokromator, 3. Tempat sampel, dan 4. Detektor.
Gambar 8. Skema alat spektroskopi UV-Vis sinar tunggal dan sinar ganda.
1. Sumber Sinar
Sumber sinar terdiri dari benda yang tereksitasi hingga ke tingkat tenaga yang tinggi oleh sumber listrik bertegangan tinggi atau oleh pemanasan listrik. Benda atau materi yang kembali ke tingkat tenaga yang lebih rendah atau ke tingkat dasarnya, melepaskan foton dengan tenaga- tenaga
yang karakteristik yang sesuai dengan ΔE,
yaitu perbedaan tenaga antara tingkat tereksitasi dan t ingkat dasar rendah. Sumber sinar yang ideal untuk pengukuran serapan harus menghasilkan spektrum kotinu dengan intensitas yang seragam pada keseluruhan kisaran panjang gelombang yang sedang dipelajari. a. Sumber Radiasi Ultraviolet Sumber-sumber radiasi ultraviolet yang kebanyakan digunakan adalah lampu hidrogen dan lampu deuterium. Mereka terdiri dari sepasang elektroda yang
terselubung dalam tabung gelas dan diisi dengan gas hidrogen atau deuterium pada tekanan yang rendah. Bila tegangan yang tinggi dikenakan pada elektroda-elektroda,
maka
akan
dihasilkan
elektron-elektron
yang
mengeksitasikan elektron-elektron lain dalam molekul gas ke tingkatan tenaga yang tinggi. Bila elektron-elektron kembali ke tingkat dasar mereka
melepaskan radiasi dalam daerah sekitar 180 dan 350 nm. Sumber radiasi UV yang lain adalah lampu xenon, tetapi dia tidak sestabil lampu hidrogen.
b. Sumber Radiasi Terlihat Sumber radiasi terlihat dan radiasi infra merah dekat yang biasa digunakan adalah lampu filament tungsten . Filament dipanaskan oleh sumber arus searah (DC), atau oleh baterai. Filament tungsten menghasilkan radiasi kontinu dalam daerah antara 350 dan 2500 nm.
2. Monokromator
Seperti kita ketahui bahwa sumber radiasi yang umum digunakan menghasilkan radiasi kontinu dalam kisaran panjang gelombang yang lebar. Dalam spektrofotometer, radiasi yang polikromatik ini harus diubah menjadi radiasi monokromatik. Ada 2 jenis alat
yang
digunakan
untuk
mengurai
radiasi
polikromatik
menjadi
radiasi
monokromatik yaitu: a. Penyaring, dan b. monokromator.
3. Tempat Sampel
Cuplikan yang akan dipelajari pada daerah ultraviolet atau terlihat yang biasanya berupa gas atau larutan ditempatkan dalam sel atau kuvet. Untuk daerah ultraviolet biasanya digunakan Quartz atau sel dari silika yang dilebur, sedangkan untuk daerah sinar tampak digunakan gelas biasa atau Quartz.
Sel yang digunakan untuk cuplikan yang berupa gas mempunyai panjang dari 0,1 hingga 100 nm, sedang sel untuk larutan mempunyai panjang lintasan t ertentu dari 1 hingga 10 cm, sebelum sel dipakai harus dibersihkan dengan air, atau jika dikehendaki dapat dicuci dengan larutan deterjen atau asam nitrat panas.
4. Detektor
Peranan detektor penerima adalah memberikan respon terhadap cahaya pada berbagai panjang gelombang. Pada spektrofotometer, tabung pengganda electron yang digunakan prinsip kerjanya telah diuraikan. Setiap detektor menyerap tenaga foton yang mengennainya dan mengubah tenaga tersebut untuk dapat diukur secara kuantitatif seperti sebagai arus listrik atau
perubahan-perubahan panas. Kebanyakan detektor menghasilkan sinyal listrik yang dapat mengaktifkan meter atau pencatat. Setiap pencatat harus menghasilkan sinyal yang secara kuantitatif berkaitan dengan tenaga cahaya yang mengenainya.
Syarat-syarat Detektor 1. Sensitivitas tinggi hingga dapat mendeteksi tenaga cahaya yang mempunyai
tingkatan rendah sekalipun 2. Waktu respon pendek 3. Stabilitas yang panjang/ lama untuk menjamin respon secara kuantitatif 4. Sinyal elektronik yang mudah diperjelas.
Analisa Kualitatif dan Kuantitatif
a. Analisa Kualitatif Dengan membandingkan intesitas puncak serapan. b. Analisa Kuantitatif Menggunakan rumus Lamber-Beer
DAFTAR PUSTAKA Macomber, Roger. S., 1998, A Complete Introduction to Modern NMR Spectroscopy, John Willey & Sons, United State of America. Perez, J. E., R. T. Meyer, FTIR Spectroscopy, CIC Photonic, In
Sherman Hsu, C. P., Handbook of Instrumental Techniques for Analytical Chemistry
Stuart, B., 2004, Infrared Spectroscopy: Fundamentals and Applications, John Willey & Sons, Ltd
