Dosen Pengampu : Dosen Pengampu : Nailys Sa’adah, M.Si Nailys Sa’adah, M.Si
KIMIA ANALISIS
KIMIA ANALISIS
INSTRUMN
SPKTR!MTRI U"#"IS
SPKTR!MTRI U"#"IS
Pengantar SpektroskopiPengantar Spektroskopi
Konsep Dalam SpektrometriKonsep Dalam Spektrometri
Perumusan Hk.BeerPerumusan Hk.Beer
Prinsip Dasar UV-VisPrinsip Dasar UV-Vis
Zat-Zat PengabsorbsiZat-Zat Pengabsorbsi
InstrumentasiInstrumentasi
APA ITU$$
PN%RTIAN
SPEKTROSKOPI : Ilmu yang mempelajari interaksi materi dengan energi
SPEKTROMETRI : Ilmu yang mempelajari teknik pengukuran interaksi materi dengan energi
SPEKTROFOTOMETRI : Ilmu yang mempelajari teknik
pengukuran interaksi materi dengan energi/sinar/komponen sinar matahari
Konsep Dalam Spektrometri
Spektrometri merupakan metode pengukuran yang di dasarkan pada interaksi radiasi elektromagnetik dengan partikel dan akibat dari interaksi tersebut menyebabkan energi di serap atau yang di pan!arkan tersebut di"ubungkan pada konsentrasi analit dalam larutan.RM &Radiasi le'()omagne(i'*
!elom"ang elektromagnetik atau sering
dise"ut dengan radiasi elektromagnetik #REM$ adalah sejenis energi yang dise"arkan oleh suatu sum"er %ahaya yang "ergerak lurus ke depan dengan ke%epatan yang sangat tinggi&
!elom"ang elektromagnetik dapat "erupa
%ahaya tampak' panas radiasi' sinar (' sinar )*' gelom"ang mikro' gelom"ang radio' ds"&
REM merupakan "entuk energi radiasi yang mempunyai si+at gelom"ang dan partikel #+oton$&
E , energi %ahaya #erg$' - , +rekuensi
h , konstanta Plan%k #.'. & 0123 4&s$'
% , ke%epatan %ahaya # 5 0101 %m&s20$'
6 , panjang gelom"ang #%m$
Pan(ang gelombang !a"aya elektromagnetik
ber)ariasi dari beberapa * sampai beberapa meter. Unit-unit yang digunakan untuk melukiskan
pan(ang gelombang adala" sebagai berikut +
* % Angstrom % ,-, m % ,-. !m % ,-/ mikrometer
nm % nanometer % ,-0 m % , angstrom % ,1
mikrometer
2m % mikrometer % ,-3 m % ,/ angstrom
Spe'()um +a)na
Panang gelom-ang&nm* +a)na +a)na 'omplemen(e)
/-/14 Violet 5ungu6 Hi(au Kekuningan
/14-/ Biru Kuning
/-/0 Biru Ke"i(auan 7ingga /0-4 Hi(au Kebiruan 8era"
4-43 Hi(au Ungu Kemera"an 43-4 Hi(au Kekuningan Ungu
40-3, 7ingga Biru Ke"i(auan 3,-3 8era" Hi(au Kebiruan 3-9 Ungu Kemera"an Hi(au
Gambaran Spektrum
Elektromagnetik
Jenis dari radiasi Daerah frekuensi (Hz)
Daerah panjang gelombang
ipe dari radiasi Emisi Sinar27 8&0109 1'0 Inti
(2rays &01092&010. 1'02011 Elektron "agian
dalam
)* .&010.2;&010. <20=1 nm Elektron ikatan
*isi"le ;&010<20&010; 0=12>=1 nm Elektron ikatan
IR 3&010320&010; >=12111 nm Rotasi/?i"rasi
molekul Mi%ro@a?es 3&01002=&0101 1'><2'>< nm Rotasi
Resonansi Spin Elektron
0&0101 %m Spin e dalam medan
magnet !esonansi
magnet inti
<&01=2&01> 1'.201 m Spin inti dalam
magnet
Jenis !adiasi Spektrometri
8olekul dapat memiliki berbagai (enis energi antara lain +
,. $nergi rotasional yang disebabkan ole" perputaran molekul
tersebut pada pusat gaya beratnya.
:. $nergi )ibrasional energi yang disebabkan perpinda"an
periodik atom-atomnya dari posisi keseimbangannya.
1. $nergi elektronik karena elektron-elektron yang
ber"ubungan dengan masing-masing atom atau ikatan yang selalu dalam keadaan bergerak.
/. $nergi translasi energi kinetik atom atau molekul yang
dimiliki untuk bergerak dari suatu tempat ke tempat lainnya. ()anslasi )o(asional /i-)asional ele'()oni'
Pembagian Spektrometri
Spektrometri molekular
Spektroskopi molekular adala" teknik yang digunakan untuk mengidenti;ikasi senya<a organik dan anorganik dalam spesi molekular.
Spektroskopi molekuler berdasarkan atas radiasi ultra)iolet sinar tampak dan in;rared.
Banyak digunakan untuk identi;ikasi dari banyak spesies organik anorganik maupun biokimia.
Spektrometri atomik
Spektroskopi atomik adala" teknik yang digunakan untuk mengidenti;ikasi unsur organik dan anorganik dalam spesi atom.
Spektroskopi atomik digunakan untuk penentuan kualitati; dan kuantitati; dari sekitar 9 elemen.
Pe)umusan 0'.1ee)
Perumusan Hk.>ambert-Beer berkaitan dengan pelema"an suatu radiasi sinar ter"adap pan(ang gelombang ;rekuensi atau (umla" gelombang.
Dua aspek yang biasa dilakukan dalam mengukur kuantitati; dari pelema"an !a"aya adala" transmitansi dan absorbansi.
2. T)ansmi(ansi
Po P
-?ambar tersebut memperli"atkan kekuatan sinar sebelum 5Po6 dan sesuda" 5P6 mele<ati larutan yang mempunyai ketebalan 5b6 !m dan konsentrasi @at penyerap sinar. Sebagai akibat interaksi diantara !a"aya dan partikel-partikel penyerap 5pengabsorbsi6 adala" berkurangnya kekuatan dari P ke P. ransmitansi larutan 56 merupakan bagian !a"aya yang diteruskan melalui larutan.
3. A-so)-ansi
Berbeda dengan transmitansi absorbansi larutan bertamba" dengan pengurangan kekuatan sinar. Bila ketebalan benda'konsentrasi materi yang dile<ati !a"aya bertamba" maka !a"aya akan lebi" banyak diserap. 7adi absorbansi berbanding
lurus dengan konsentrasi 5!6 dan ketebalan 5b6.
A % a b ! atau A % b !
a % absorbti)itas 5> g-, !m-,6
= % konsentrasi analit 5g'>6
b % pan(ang sel'lebar ku)et 5!m6
Sya)a( Penggunaan 0'.1ee)
S"arat konsentrasi S"arat kimia
S"arat #aha"a
0& Syarat Konsentrasi Konsentrasi dapat mempengaruhi interaksi untuk menga"sorpsi %ahaya& ;& Syarat Kimia Aat penga"sorpsi tidak "oleh
terdisosiasi' "erasosiasi' atau "erinteraksi dengan pelarut yang menghasilkan suatu produk yang menyerap sinar ultra?iolet pada panjang gelom"ang yang "er"eda dari Bat yang dianalisis&
& Syarat Cahaya Derlaku untuk %ahaya monokromatis&
3& Syarat Kejernihan Kekeruhan larutan yang dise"a"kan oleh partikel2partikel koloid akan menye"a"kan penyimpangan k&Deer dikarenakan se"agian %ahaya akan diham"urkan oleh partikel2 partikel koloid' aki"atnya kekuatan %ahaya yang dia"sorpsi "erkurang dari yang seharusnya&
La(ihan Soal
,. Hitungla" energi yang diperlukan (ika suatu molekul
menunu(ukkan pan(ang gelombang 4: nm.
:. Diketa"ui suatu larutan ber<arna biru menun(ukkan
pan(ang gelombang /94 nm. Hitungla" berapa ;rekuensi dan tenaga per mol yang dibutu"kan.
1. Diketa"ui larutan metilen blue menun(ukkan C pada
instrumen 013C. Berapa nilai A nya.
/. >arutan =uS/ menyerap pada pan(ang gelombang /:
nm pada instrumen meng"asilkan nilai A%4/: pada konsentrasi , ppm. Berapa nilai serapan molarnya 5asumsikan tebal ku)et%, !m6.
PRINSIP DASAR U"#"IS
Ketika molekul mengabsorpsi radiasi UV atau Visible dengan pan(ang gelombang tertentu elektron dalam molekul akan mengalami transisi atau pengeksitasian dari tingkat energi yang lebi" renda" ke tingkat energi yang lebi" tinggi.
Diagram ransisi
σ dan π or"ital molekul ikatan σ dan π or"ital anti ikatan
6enis#enis T)ansisi le'()oni'
transisi yang melibatkan elektron E F dan n
transisi yang melibatkan trans;er muatan
elektron
$%&$% PE'G%S!PS*
2. Penye)apan oleh senya7a o)gani'
$nergi yang diserap dalam daera" UV ole" molekul organik menyebabkan transisi elektron dalam molekul. ransisi tersebut yaitu F F# n F# n E# dan E E#
6enis T)ansisi
G
H H
• Seny& organik tak jenuh , 01112
T)ansisi + +,
Transisi ini dapat terjadi dalam "e"erapa senya@a yang hanya memiliki ikatan tunggal dan tidak ada pasangan e "e"as& Contoh: pada hidrokar"on jenuh& Karena energi yang di"utuhkan untuk transisi ini sangat "esar dan serapan terjadi dalam keadaan )* jauh #0;.20< nm$' se"agai %ontoh metana 6ma5 ,
0;0'9 nm' dan etana 6ma5, 0< nm&
Karena se%ara umum spektrometer tidak mengoperasikan pada panjang gelom"ang kurang dari 0=12;11 nm' sehingga transisi ini tidak "isa se%ara umum dapat diamati&
T)ansisi n 89
Senya@a jenuh dengan pasangan e "e"as dapat mengalami transisi ini& Energi yang di"utuhkan untuk transisi n G le"ih ke%il di"andingkan
energi untuk G G& Serapan untuk transisi ini
mun%ul pada daerah )* dekat #0=12;11 nm$& Contoh : #C$J 6ma5,;;> nm&
T)ansisi n 9
Tipe transisi jenis ini ditunjukkan oleh molekul tidak jenuh yang mengandung atom seperti oksigen' nitrogen dan sul+ur& Transisi ini menampilkan ikatan yang lemah dalam spektrum serapan& Contoh: pada aldehid dan keton #yang tidak mempunyai ikatan C,C$ umumnya transisi terjadi pada daerah ;>1211 nm' pada kar"onil yang mempunyai dua ikatan jenuh dengan dua atau le"ih ikatan tunggal menunjukkan transisi ini pada daerah 112<1 nm&
T)ansisi - 9
Suatu transisi terjadi pada promosi
elektron dari or"ital ikatan ke or"ital anti ikatan & Transisi ini pada prinsipnya dapat terjadi dalam "anyak molekul yang mempunyai ikatan rangkap&
3. Penye)apan oleh ;a( ano)gani'
Pengeksitasian elektron dari suatu molekul
kompleks
Ligan yang digunakan merupakan molekul khelat organik yang mampu menga"sorpsi radiasi melalui transisi dan n & Pengkompleksasian
dengan ion logam adalah sama halnya pada protonasi suatu molekul yang akan menghasilkan peru"ahan nilai panjang gelom"ang dan intensitas dari serapan&
Pen"erapan transfer muatan
Contoh: kompleks "esi #III$ tiosianat
Syarat Pemili"an Pelarut
8ura"
Pelarut yang digunakan dapat melarutkan sampel idak mengadsorpsi !a"aya pada daera" pan(ang
Pela)u(
abel di ba<a" ini adala" pelarut yang se!ara umum digunakan dalam analisis dengan spektro;otometer UV +
Pela)u( Panang %elom-ang
Air ,0, nm 8etanol :1 nm $tanol :/ nm $ter :,4 nm Kloro;orm :19 nm Karbon tetraklorida :49 nm Siklo"eksana ,04 nm Dikloroetana :: nm
Panjang Gelombang (
G6
Pan(ang gelombang yang digunakan untuk melakukan analisis adala" pan(ang gelombang dimana suatu @at memberikan penyerapan paling tinggi yang disebut G maks.
Pergeseran Pan(ang ?elombang
KR!M!<!R ?ugus tak (enu" yang dapat menyebabkan radiasi$ +-- -- -S- -%- =%
AUKS!KR!M
?ugus (enu" yang bila terikat pada kromo;or menguba" G dan I
$ + -=H1 -=l -H H:
PR%SRAN 1AT0!KR!MIK
Pergeseran serapan keara" pan(ang gelombang yang lebi" pan(ang disebabkan substitusi atau pengaru" pengaru" pelarut 5pergeseran mera"6
PR%SRAN 0IPS!KR!MIK
Pergeseran serapan keara" pan(ang gelombang yang lebi" pendek disebabkan substitusi atau pengaru" pengaru" pelarut 5pergeseran biru6
Instrumen pada spektrofotometer
Se%ara sederhana Instrumen spektro+otometri yang dise"ut spektro+otometer terdiri dari :
sumber cahaya – monokromator – sel sampel – detektor – read out (pembaca).
Spektro;otometer UV-Vis
Single beam Double beam
PR1DAAN$$
Pada spektro;otometer UV-Vis sinar ganda 5double beam6 pengukuran P dan Po dilakukan se!ara
.ungsi agian *nstrumentasi
/0 Sumber !adiasi
"er+ungsi se"agai sum"er sinar polikromatis dengan "er"agai ma%am rentang panjang gelom"ang&
)* menggunakan lampu deuterium' hidrogen' 5enon'
mer%ury a%
*IS menggunakan lampu tungsten/@ol+ram
)*2*IS menggunan photodiode yang telah dilengkapi
monokromator
S"arat Sumber !adiasi 1
a& arus Sta"il
"& Lampu terse"ut menghasilkan intensitas yang %uku tinggi untuk energi yang ditransmisikan dan akhirnya dideteksi
>an(utanJ
20 Pen"eleksian Panjang Gelombang
"er+ungsi mengu"ah %ahaya yang "erasal dari sum"er sinar polikromatis menjadi %ahaya monokromatis&
Filter lat yang mengijinkan %ahaya pada panjang
gelom"ang yang di"utuhkan untuk losos menuju ku?et dengan mengadsor"si %ahaya pada panjang gelom"ang&
Monokromator digunakan untuk mendispersikan
sinar/radiasi menurut panjang gelom"angnya& 4enis : !rating' Prisma
3anjutan4
50 Sel sampel
"er+ungsi se"agai tempat meletakan sampel )*' *IS dan )*2*IS menggunakan ku6et se"agai tempat sampel&
Ku?et "iasanya ter"uat dari kuarsa atau gelas atau plastik& Ku?et "iasanya "er"entuk persegi panjang dengan le"ar 0 %m&
>an(utanJ
70 Detektor
"er+ungsi menangkap %ahaya yang diteruskan dari sampel dan mengu"ahnya menjadi arus listrik&
S"arat&s"arat sebuah detektor 1
Kepekaan yang tinggi
Per"andingan isyarat atau signal dengan "ising tinggi Respon konstan pada "er"agai panjang gelom"ang& Naktu respon %epat dan signal minimum tanpa radiasi&
Signal listrik yang dihasilkan harus se"anding dengan tenaga radiasi&
8a#am&ma#am detektor 1
etektor +oto #Photo dete%tor$ Photo%ell' misalnya CdS&
Phototu"e antaran +oto ioda +oto
3anjutan4
<& !ead out merupakan suatu sistem "a%a yang menangkap "esarnya isyarat listrik yang "erasal dari detektor&
asil yang didapatkan dalam analisis menggunakan )*2*is adalah nilai Transmitansi atau nilai "sor"ansi' yang nantinya akan dikon?ersikan untuk menghitung konsentrasi sampel&
Apli'asi Spe'()o5o(ome(e) U"#"is
,. 8etode Kolorimetri Visual + a. 8etode Deret Standar
b. 8etode Standar inggi >arutan :. 8etode otometer otolistrik
Pengukuran Konsentrasi
Me(ode Kali-)asi
Laitu metode yang dibuat dengan !ara membuat beberapa larutan standar yang tela" diketa"ui konsentrasinya dari kation analit yang ingin kita keta"ui konsentrasinya dalam sampel.
$ + = M &II* > s(d &ppm* A-so)-ansi / ,3 , 10 ,3 31 :/ 04 1: ,:3 / ,4 4 , ,4 : :4 1 14 / /4 .: ./ .3 . , ,.: ,./ ,.3 ,. ;56 % ./ - MN % , Konsen()asi A-so)-ansi y , m5 Q C imana' y , ( , M
>an(utanJ
Me(ode Adisi S(anda)
Laitu metode dengan !ara menamba"kan suatu larutan standar ke dalam larutan sampel. Se"ingga absorbansi yang terba!a merupakan absorbansi gabungan dari absorbansi analit dan standar.
A % A analit O A standar
A % b V analit . 8analit O b V std . 8std . V std atau 8lar V larutan V larutan
on(oh Soal
Sampel ba(a beratnya 34 mg dilarutkan dalam H1 dan dien!erkan sampai )olume larutan 4 m> dianalisis untuk kandungan nobium menggunakan brompyrogallol red dan menentukan absorbansi pada 3, nm. 7ika , m> larutan "asil pengen!eran tersebut digunakan dengan prosedur penamba"an 1 ppm larutan standar b. entukan kandungan b dalam sampel ba(a.
6a7a-a"apan berikutnya adala" menamba"kan larutan stnadar pada , m> larutan "asil pengen!eran +
• , m> sampel O m> std b larutan sampel , m> di analisis
• , m> sampel O : m> std b !ampuran lar. Spl O std
• , m> sampel O / m> std b !ampuran lar. Spl O std
• , m> sampel O 3 m> std b !ampuran lar. Spl O std
Penam-ahan s(d A
:/1
: /:
/ 3
3 994
.aktor&faktor pen"ebab kesalahan pengukuran spektrofotometer
%dan"a serapan oleh pelarut0
al ini dapat diatasi dengan penggunaan "langko' yaitu larutan yang "erisi selain komponen yang akan dianalisis termasuk Bat pem"entuk @arna&
Serapan oleh ku6et0
Ku?et yang ada "iasanya dari "ahan gelas atau kuarsa' namun ku?et dari kuarsa memiliki kualitas yang le"ih "aik&
Kesalahan fotometrik normal pada pengukuran dengan
a"sor"ansi sangat rendah atau sangat tinggi' hal ini dapat diatur dengan pengaturan konsentrasi' sesuai dengan kisaran sensiti?itas dari alat yang digunakan #melalui pengen%eran atau pemekatan$&
Hal "ang harus diperhatikan dalam pengukuran
Pada saat pengen%eran alat alat pengen%eran harus "ersih tanpa adanya Bat pengotor
alam penggunaan alat2alat harus steril
4umlah Bat yang dipakai harus sesuai dengan yang telah ditentukan
alam penggunaan spektro+otometri )*' sampel harus jernih dan tidak keruh
alam penggunaan spektro+otometri )*2*is' sampel harus "er@arna
>ati"an Soal
Suatu adsor"en digunakan untuk mengadsorpsi Bat
@arna RemaBol !olden ello@& Pengen%eran dilakukan pada AN untuk mem"uat larutan standar& Larutan standar masing2masing di"uat dalam ;< mL& asil a"sor"ansinya pada panjang gelom"ang <;1 nm dapat dilihat se"agai "erikut :
9o (ppm) % < 1';< 01 1'= 0< 1'<0 ;1 1'.0 ;< 1'>; 1 1'==
0& Duatlah kur?a kali"rasi pada data terse"ut&
;& Kemudian prediksikan apa yang terjadi jika:
a& 4ika diketahui sampel , 0'; "& 4ika diketahui sampel , 1'39
EXCITE ST!TE
"#$%& ST!TE
Penyerapan sinar pada daera" 5λ6 UV dan
sinar tampak dapat menyebabkan eksitasi molekul dari tingkat energi dasar ke
tingkat energi yang lebi" tinggi 5e!ited state6
er(adi ketika Gma dari suatu senya<a bergeser keer(adi ketika Gma dari suatu senya<a bergeser ke
pan(ang gelombang yang lebi" pendek pan(ang gelombang yang lebi" pendek
Hal ini biasanya disebabkan karena ke"adiran gugusHal ini biasanya disebabkan karena ke"adiran gugus
;ungsi yang menyebabkan ke"ilangan kon(ugasi atau ;ungsi yang menyebabkan ke"ilangan kon(ugasi atau bisa (uga akibat pengaru" peruba"an dari pelarut
bisa (uga akibat pengaru" peruba"an dari pelarut 5adanya ikatan H6
5adanya ikatan H6
Kadangkala ter(adi akibat kenaikan kepolaranKadangkala ter(adi akibat kenaikan kepolaran
pelarut pelarut
Blue s"i;t '
er(adi ketika G ma dari suatu senya<a bergeser keer(adi ketika G ma dari suatu senya<a bergeser ke
pan(ang gelombang yang lebi" pan(ang pan(ang gelombang yang lebi" pan(ang
8enempelnya suatu "eteroatom yang mengandung8enempelnya suatu "eteroatom yang mengandung
suatu pasangan elektron yang tidak terikat suatu pasangan elektron yang tidak terikat menyebabkan
menyebabkan geseran geseran batokromik batokromik 5?and(ar 5?and(ar dkkdkk :96.
:96.
Med S"i;t' Bat"o!"romi!
Kromo;or adala" gugus ;ungsi yang menyerap atauKromo;or adala" gugus ;ungsi yang menyerap atau
mengabsorbsi radiasi elektromagnetik di daera" mengabsorbsi radiasi elektromagnetik di daera" pan(ang gelombang ultra)iolet dan daera" !a"aya pan(ang gelombang ultra)iolet dan daera" !a"aya tampak.
tampak.
=onto" kromo;or+ =% =%= % dan =onto" kromo;or+ =% =%= % dan ::..
Kromo;or
Dua 7enis instrumen berdasarkan
kon;igurasi optik
Perbedaan kedua (enis spektro;otometer tersebut "anya pada pemberian !a"aya
sin'le(beam !a"aya "anya mele<ati satu ara" se"ingga nilai
yang diperole" "anya nilai absorbansi dari larutan yang dimasukan
double(beam nilai blanko dapat langsung diukur bersamaan
dengan larutan yang diinginkan dalam satu kali proses yang sama.Prinsipnya membagi sinar men(adi dua dimana sala" satu mele<ati blanko 5disebut (uga re)eren*e beam6 dan yang
lainnya mele<ati larutan 5disebut (uga sam+le beam6.double(
beam memiliki keunggulan lebi" dibanding sin'le(beam
karena nilai absorbansi larutannya tela" mengalami pengurangan ter"adap nilai absorbansi blanko
=a"aya "anya mele<ati satu ara" se"ingga nilai yang
diperole" "anya nilai absorbansi dari larutan yang
dimasukan. Pan(ang gelombang paling renda" adala" ,0 sampai :, nm dan paling tinggi adala"
sampai , nm 5Skoog DA ,0036.
Spektro;otometer double-beam nilai blanko
5>arutan berisi reagen yang digunakan untuk melarutkan sampel6 dapat langsung diukur
bersamaan dengan larutan yang diinginkan dalam satu kali proses yang sama
Sumber !a"aya yang digunakan adala" kombinasi antara lampu tungsten "alogen lampu tungsten stabil dan lampu deuterium 5D:6.
Sumber !a"aya
>ampu deuterium 5D:6 dapat meng"asilkan !a"aya dalam daera" ,3-1 nmoutput lebi" baik pada daera" 1-/nm
8onokromator merupakan alat untuk mengisolasi suatu berkas sempit dari
pan(ang gelombang-pan(ang gelombang dari spektrum luas yang disiarkan ole" sumber.
erdapat suatu !ela" dan prisma