Spektrofotometri

Label: AKA, double beam, lambert-beer, materi AKA, post pintar, single beam, spektrofotometer, spektrofotometri, UV-VIS

Ini post pintar yang pertama, membahas tentang spektrofotometri dan kroni-kroninya. Udah siap belajar kan? Oke, ayo kita bahas satu persatu!

SPEKTROFOTOMETRI

· Definisi

Spektrofotometri adalah suatu metode dalam kimia analisis yang digunakan untuk mengukur konsentrasi sampel secara kuantitatif, berdasarkan interaksi materi dengan cahaya. Cahaya yang diserap oleh materi ini akan terukur sebagai Transmitans ataupun Absorbans. Dalam analisis cara spektrofotometri terdapat tiga daerah panjang gelombang elektromagnetik yang digunakan, yaitu daerah UV (200-380 nm), daerah Visible (380-700 nm), dan daerah Inframerah (700-3000 nm).

· Prinsip kerja spektrofotometri

Prinsip kerja spektrofotometri berdasarkan hukum Lambert-Beer, bila cahaya monokromatik (I₀) melalui suatu media (larutan), maka sebagian cahaya tersebut akan diserap (I_a), sebagian dipantulkan (I_r), dan sebagian lagi diteruskan (I_t). Berdasarkan hukum Lambert-Beer, rumus yang digunakan untuk menghitung banyaknya cahaya yang dihamburkan:

Dan absorbansi dinyatakan dengan rumus:

Dimana I₀ merupakan intensitas cahaya datang dan I_t atau I₁ adalah intensitas cahaya setelah melewati sampel. Rumus yang diturunkan dari Hukum Beer dapat ditulis sebagai:

Dimana:

A = Absorbansi

a = Tetapan absorbtivitas (jika konsentrasi larutan yang diukur dalam ppm)

c = Konsentrasi larutan yang diukur

ε = Tetapan absorbtivitas molar (jika konsentrasi larutan yang diukur dalam ppm)

b = Tebal larutan

Secara eksperimen hukum Lambert-beer akan terpenuhi jika:

1. Radiasi yang digunakan harus monokromatik

2. energi radiasi yang di absorpsi oleh sampel tidak menimbulkan reaksi kimia

3. Penyerapan sinar oleh suatu molekul yang ada di dalam larutan tidak dipengaruhi oleh molekul lain yang ada dalam larutan.

4. Penyerapan tidak menghasilkan pemancaran sinar pendafluor. Artinya larutan yang diukur harus benar-benar jernih agar tidak terjadi hamburan cahaya oleh partikel-partikel koloid atau suspensi yang ada di dalam larutan.

5. Konsentrasi analit rendah. Karena apabila konsentrasi tinggi akan menggangu kelinearan grafik absorbansi versus konsentrasi.

SPEKTROFOTOMETER

Spektrofotometer merupakan alat yang digunakan untuk menerapkan metode spektrofotometri. Pada prinsipnya ya jelas aja sama, yaitu pengukuran konsentrasi sampel yang didasarkan pada interaksi antara materi dengan cahaya.

Spektrofotometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur absorbansi dengan cara melewatkan cahaya dengan panjang gelombang tertentu pada suatu obyek kaca atau kuarsa yang disebut kuvet.Sebagian dari cahaya tersebut akan diserap dan sisanya akan dilewatkan. Nilai absorbansi dari cahaya yang dilewatkan akan sebanding dengan konsentrasi larutan di dalam kuvet. Skemanya seperti ini:

Komponen utama spektrofotometer

1. Sumber cahaya polikromatis

Sumber cahaya polikromatis berfungsi sebagai sumber sinar polikromatis dengan berbagai macam rentang panjang gelombang. Untuk spektrofotometer:

a. UV menggunakan lampu deuterium atau disebut juga heavi hidrogen

b. VIS menggunakan lampu halogen kuarsa / tungsten yang sering disebut lampu wolfram. Tungsten mempunyai titik didih yang tertinggi (3422 ºC) dibanding logam lainnya. karena sifat inilah maka ia digunakan sebagai sumber lampu.

c. UV-VIS menggunan photodiode yang telah dilengkapi monokromator.

d. Infra merah, lampu pada panjang gelombang IR.

2. Monokromator

Monokromator berfungsi sebagai penyeleksi panjang gelombang yaitu mengubah cahaya yang berasal dari sumber sinar polikromatis menjadi cahaya monaokromatis. Jenis monokromator yang saat ini banyak digunakan adalah gratting atau lensa prisma dan filter optik.

3. Sel (Kuvet)

Kuvet adalah tempat yang digunakan untuk meletakkan larutan yang hendak diukur. Kuvet yang digunakan umumnya tidak menyerap sinar. Pada pengukuran daerah sinar tampak (visible) kuvet kaca dapat digunakan, tapi untuk daerah UV kita harus menggunakan kuvet kuarsa karena gelas tidak tembus cahaya pada daerah ini. Untuk daerah IR dapat digunakan kuvet kristal garam.

4. Detektor

Detektor berfungsi untuk mengubah energi sinar yang diteruskan oleh sampel menjadi besaran listrik yang terukur. Detektor yang ideal harus memiliki kepekaan yang tinggi, perbandingan sinyal-noise yang tinggi dan sifat tanggap yang stabil pada daerah panjang gelombang pengamatan.

5. Penguat/Amplifier

Berfungsi untuk memperbesar arus yang dihasilkan oleh detektor agar dapat dibaca oleh indikator.

6. Read-Out (alat pembaca)

Read out merupakan suatu sistem baca yang menangkap besarnya isyarat listrik yang berasal dari detektor. Hasil yang dikeluarkan dapat melalui printer, digital recorder, atau komputer yang dilengkapi layar monitor.

Prinsip Kerja Spektrofotometer

Cahaya polikromatis dari sumber cahaya masuk ke dalam monokromator dan mengalami penguraian menjadi cahaya monokromatis. Cahaya tersebut kemudian diteruskan memalui sel yang berisi sampel. Cahaya sebagian diserap oleh sel dan sebagiannya lagi diteruskan ke fotosel yang berfungsi untuk mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Energi listrik yang dihasilkan oleh fotosel memberikan sinyal pada detektor yang kemudian diubah menjadi nilai serapan atau transmitans dari zat yang dianalisis.

Jenis spektrofotometer

· Berdasarkan teknik optika sinar yaitu:

1. Single-beam spectrophotometer (spektrofotometer berkas tunggal)

Sesuai namanya, spektrofotometer jenis ini hanya memiliki satu berkas sinar,sehingga dalam pengukuran sampel dan larutan blanko harus dilakukan secara bergantian dengan sel yang sama. Jadi pertama kita mengukur absorbansi larutan blanko, kemudian re-zero, lalu ganti larutan blanko dengan sampel. Skemanya seperti ini:

2. Double-beam spectrophotometer (spektrofotometer berkas ganda)

Cahaya terbagi ke dalam dua arah/berkas. Berkas cahaya pertama melewati sel pembanding, dan cahaya yang lainnya melewati sel sampel. Berkas cahaya kemudian bergabung kembali, masuk ke detektor. Detektor merespon cahaya netto dari kedua arah. Nilai blanko dapat langsung diukur bersamaan dengan larutan yang diinginkan dalam satu kali proses yang sama. Skemanya seperti ini:

Perbedaan spektrofotometer berkas tunggal dan ganda:

Single-beam	Double-beam
Penentuan spektrum serapan secara manual, sehingga boros waktu	Hemat waktu
Harga lebih murah	Lebih mahal
Semua cahaya melewati seluruh sel sampel.	Cahaya terbagi menjadi 2 berkas: berkas pertama melewati sel pembanding, dan berkas kedua melewati sel sampel
tidak terdapat cermin V dan tempat penyimpanan kuvet hanya satu buah	terdapat cermin V yang berfungsi memecah sinar menjadi dua bagian, dan tempat kuvet ada dua buah

· Berdasarkan Sumber cahaya yang digunakan

A. Spektrofotometri Vis (Visible)

Pada spektrofotometri ini yang digunakan sebagai sumber sinar/energy adalah cahaya tampak (Visible). Cahaya visible termasuk spectrum elektromagnetik yang dapat ditangkap oleh mata manusia. Panjang gelombang sinar tampak adalah 380-750 nm.

Sampel yang dapat dianalisa dengan metode ini hanya sample yang memiliki warna. Oleh karena itu, untuk sample yang tidak memiliki warna harus terlebih dulu dibuat berwarna dengan menggunakan reagent spesifik yang akan menghasilkan senyawa berwarna. Reagent yang digunakan harus betul-betul spesifik hanya bereaksi dengan analat yang akan dianalisa. Selain itu juga produk senyawa berwarna yang dihasilkan harus benar-benar stabil.

B. Spektrofotometri UV (Ultra Violet)

Berbeda dengan spektrofotometri Visible, pada spektrofometri UV berdasarkan interaksi sampel dengan sinar UV. Sinar UV memiliki panjang gelombang 190-380 nm. Karena sinar UV tidak dapat dideteksi oleh mata manusia maka senyawa yang dapat menyerap sinar ini terkadang merupakan senyawa yang tidak memiliki warna, bening dan transparan. Larutan yang dapat dianalisis dengan spektrofotometer UV merupakan senyawa yang mempunyai gugus kromofor. Gugus kromofor adalah gugus molekul yang mengandung sistem elektronik yang dapat menyerap energi pada daerah UV. Prinsip dasar pada spektrofotometri adalah sample harus jernih (tidak keruh) dan larut sempurna. Tidak ada partikel koloid apalagi suspensi.

Spektrofotometri UV memang lebih simple dan mudah dibanding spektrofotometri visible, terutama pada bagian preparasi sample. Namun harus hati-hati juga, karena banyak kemungkinan terjadi interferensi dari senyawa lain selain analat yang juga menyerap pada panjang gelombang UV. Hal ini berpotensi menimbulkan bias pada hasil analisa.

C. Spektrofotometri UV-Vis

Spektrofotometri ini merupakan gabungan antara spektrofotometri UV dan Visible. Menggunakan dua buah sumber cahaya berbeda, sumber cahaya UV dan sumber cahaya visible. Meskipun untuk alat yang lebih canggih sudah menggunakan hanya satu sumber sinar sebagai sumber UV dan Vis, yaitu photodiode yang dilengkapi dengan monokromator. Spektrofotometri UV-VIS dapat digunakan baik untuk sample berwarna maupun sample tak berwarna.

D. Spektrofotometri IR (Infra Red)

Spektrofotometri ini berdasar kepada penyerapan panjang gelombang Inframerah. Cahaya Inframerah, terbagi menjadi inframerah dekat, pertengahan dan jauh. Inframerah pada spektrofotometri adalah adalah inframerah jauh dan pertengahan yang mempunyai panjang gelombang 2.5-1000 mikrometer.

Pada spektro IR meskipun bisa digunakan untuk analisa kuantitatif, namun biasanya lebih kepada analisa kualitatif. Umumnya spektro IR digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsi pada suatu senyawa, terutama senyawa organik. Setiap serapan pada panjang gelombang tertentu menggambarkan adanya suatu gugus fungsi spesifik.

Hasil analisa biasanya berupa signal kromatogram hubungan intensitas IR terhadap panjang gelombang. Untuk identifikasi, signal sampel akan dibandingkan dengan signal standard.