SPEKTROFOTOMETRI UV-TAMPAK
9.3. Teori Spektrometri Absorpsi Molekular 1 Hukum Fotometri (Lambert-Beer)
Metode analisa kuantitatip didasarkan pada absorpsi radiasi oleh suatu unsur yang mengabsorpsi dan melibatkan pengukuran intensitas cahaya atau kekuatan radiasi. Kita sekarang mempertimbangkan faktor yang mempengaruhi kekuatan radiasi dari cahaya yang dipancarkan melalui media absorsi.
Anggap ketebalan sel absorpsi b dan konsentrasi c. Suatu berkas cahaya dari radiasi monokromatik (yaitu panjang gelombang yang tunggal) dari kekuatan radiant I0 dalam larutan, dan suatu berkas cahaya yang muncul dari kekuatan radiasi I dipancarkan oleh larutan.
Gambar 9.5. Absorbsi oleh larutan pada konsentrasi c
Kenaikan berurutan pada jumlah molekul absorbing yang identik di alur berkas cahaya dari radiasi monokromatic menyerap pecahan energi radiasi yang sama
Gambar 9.6. Penurunan intensitas radiasi dengan bertambahnya ketebalan larutan
Jika penambahan ketebalan dari alur adalah db dan penurunan kekuatan radiasi yang melewati ketebalan adalah dI maka :
dI α I db yaitu dI = -kIdb Integrasi dari total ketebalan b
∫
dII =∫
−kdbyaitu ln I = -kb + w
sekarang jika : b = 0 , I = I0
∴ w = ln I0
∴ ln I = - kb + ln I0
yaitu ln
I0
I = - kb
Hukum ini dikenal sebagai Hukum Lambert dan menghubungkan ketebalan dari sel sampel (kuvet) pada perbandingan kekuatan radiasi berkas cahaya yang masuk dan berkas cahaya yang keluar, dan menyatakan
“Ketika radiasi monokromatik lewat melalui suatu medium yang transparan yang berisi suatu unsur absorbing, tingkat penurunan kekuatan radiasi dengan ketebalan dari medium adalah setara dengan kekuatan radian dari suatu radiasi “
Dengan alasan yang sama, untuk perubahan penambahan konsentrasi dari unsur absorbing, dc ,
ln I0
I = - k’c
Hukum ini disebut Hukum Lambert-Beer, dan berlaku untuk unsur yang menyerap
I I - dI
dI
d b
cahaya dengan menghubungkan konsentrasi dari jenis absorbing pada perbandingan kekuatan radiant berkas cahaya yang masuk dan yang keluar :
“Ketika radiasi monokromatk lewat melalui suatu medium yang transparan yang berisi suatu unsur absorbing, tingkat penurunan kekuatan radian dengan konsentrasi jenis unsur absorbing adalah sebanding dengan kekuatan radian dari suatu radiasi “
Hukum Lambert dan Hukum Lambert-Beer biasanya dikombinasikan dalam suatu hubungan tunggal sebagai dasar untuk semua penentuan kuantitatif.
ln
Ini disebut Hukum Lambert-Beer. Hukum ini hanya berlaku untuk radiasi monokromatik.
Karena jumlah kekuatan radiant I0 dan I merupakan sebuah perbandingan, ada beberapa unit yang mungkin digunakan. Jika ketebalan, yang disebut panjang sampel dalam bentuk centimeter dan konsentrasi, c dalam gram unsur absorbing per satu liter larutan, kemudian konstanta a disebut absorptivitas (kadang disebut koefisien peluruhan)
Biasanya, c ditetapkan dalam konsentrasi molar, dengan b dalam sentimeter.
Dalam hal ini Hukum Lambert-Beer ditulis sebagai : Log
I I0
= є b c
dimana є disebut absorptivitas molar (atau disebut koefisien peluruhan). Absorptivitas molar memiliki satuan L. mol-1.cm-1
Jumlah log (I0/I) didefinisikan sebagai absorbansi dan diberi simbol A, sehingga Hukum Lambert-Beer umumnya ditulis sebagai :
A =
є
b cSpektrofotometer modern dikalibrasi secara langsung dalam satuan absorbansi.
(Dalam beberapa buku lama log I0/I disebut densitas optik dan I digunakan sebagai ganti simbol P)
Perbandingan I/I0 disebut transmitans (T) dan beberapa instrumen disajikan dalam % transmitans, ( I/I0 ) x 100.
Sehingga hubungan absorbansi dan transmitans dapat ditulis sebagai : A = - log T
transmitans dan absorbansi dihitung dengan menggunakan rumus tersebut.
Dari pembahasan di atas dapat dikatakan bahwa konsentrasi dari suatu unsur berwarna harus sebanding dengan intensitas warna larutan. Ini adalah dasar pengukuran yang menggunakan pembanding visual di mana intensitas warna dari suatu larutan dari suatu unsur yang konsentrasinya tidak diketahui dibandingkan dengan intensitas warna dari sejumlah larutan yang diketahui konsentrasinya.
9.3.2 Variasi Absorpsiivitas dengan panjang gelombang
Absorpsivitas (a) atau absorpsivitas molar(
є
) adalah konstan (tetap) untuk suatu unsur atau senyawa pada panjang gelombang tertentu. Ini merupakan ukuran seberapa kuat suatu unsur menyerap cahaya pada panjang gelombang tertentu.Karena suatu unsur akan menyerap cahaya lebih kuat pada panjang gelombang tertentu daripada yang lainnya, dikatakan absorpsivitas bervariasi sesuai dengan panjang gelombang.
Absorpsivitas akan maksimum pada panjang gelombang absorbansi maksimum (transmitans minimum)
9.3.3 Spektrum absorpsi
Spektrometri molekular dapat digunakan dalam penentuan kualitatif untuk memberikan informasi struktural, seperti adanya gugus fungsional dalam suatu unsur tertentu. Informasi ini dapat diperoleh dengan mengukur besarnya radiasi yang diserap oleh suatu unsur pada panjang gelombang tertentu.
Hasil pengukuran berupa grafik (diagram) antara absorbansi (atau transmitans) versus panjang gelombang inilah yang disebut spektrum absorpsi.
Gambar 9.7.
Kurva spektrum dari larutan kalium permanganat yang mengandung 20 ppm Mn
Untuk analisis kuantitatip, panjang gelombang yang paling sesuai akan menunjukkan absorbansi maksimum ( transmitans minimum) dari suatu larutan.
9.3.4 Teori dasar absorbansi UV dan sinar tampak.
Absorpsi radiasi oleh suatu sampel organik di daerah ultraviolet dan sinar tampak, akan bersamaan dengan perubahan keadaan elektronik dalam molekul yaitu energi disediakan untuk mempromosikan energi dari keadaan dasar ke orbital energi yang lebih tinggi ( keadaan tereksitasi) yang dikenal sebagai orbital anti-bonding.
Ada 3 jenis orbital keadaan dasar yang mungkin terlibat : 1. Orbital molekular ikatan σ
2. Orbital molekular ikatan π
3. Orbital atomik non-bonding n
Dua jenis orbital anti-bonding yang terlibat dalam transisi adalah : (1) orbital σ* (sigma star)
(2) orbital π* (pi star)
Catatan : Tidak ada orbital anti bonding n* karena elektron-elektron ini tidak membentuk ikatan.
Transisi yang terjadi dalam absorpsi sinar UV dan sinar tampak adalah : σ σ *
n σ * n π * π π *
transisi σ σ * dan n σ * memerlukan energi yang besar dan oleh karena itu terjadi pada UV jauh atau lemah pada daerah 180-240 nm.
Sebagai konsekuensi kelompok-kelompok jenuh seperti : C C
C C C O N N C C
C Cl
: :
:
C O H::
C N
H
:
H
tidak akan terjadi absorbsi yang kuat pada daerah UV – sinar tampak.
Transisi n π * dan π π * terjadi dalam molekul tak jenuh dan memerlukan energi lebih sedikit daripada transisi ke orbital antibonding σ *
9.3.5 Struktur senyawa dan spektrum
Transisi ke π * bila terjadi pada gugus terisolasi akan menghasilkan absorpsi lemah pada frekuensi rendah, meskipun pada kelompok-kelompok ikatan meningkatkan intensitas dan panjang gelombang, sehingga senyawa dengan ikatan-ikatan yang intensif akan terlihat sebagai senyawa mempunyai warna cukup kuat.
Dua jenis gugus yang mempengaruhi spektrum absorpsi suatu senyawa : a) Kromofor
Kromofor adalah suatu gugus fungsi, tidak terhubung dengan gugus lain, yang menampakkan spektrum absorpsi karakteristik pada daerah sinar UV-sinar tampak.
Ada 3 jenis Kromofor sederhana
• Ikatan ganda antara dua atom yang tidak memiliki pasangan elektron bebas contoh :
• Ikatan ganda antara dua atom yang memiliki pasangan elektron bebas contoh :
• Cincin Benzena
C C C O H C N
H
H
C C
: :
C O
Jika beberapa Kromofor berhubungan maka absorpsi menjadi lebih kuat dan berpindah ke panjang gelombang yang lebih panjang.
b) Auksokrom
Auksokrom tidak menyerap pada panjang gelombang 200-800nm, namun mempengaruhi spektrum chromophore dimana auxochrome tersebut terikat
- CH3 - OH -NH2 - NO2
Auksokrom dapat mempengaruhi sebagai berikut :
Menggeser ke panjang gelombang lebih panjang (red shift) disebut efek batokromik Menggeser ke panjang gelombang lebih pendek (blue shift) disebut efek hipsokromik amax meningkat ( peningkatan intensitas) disebut hiperkromik
amax menurun (penurunan intensitas) disebut hipokromik