Tugas Terstruktur Mata Kuliah KIMIA ANALISIS 2
SPEKTROFOTOMETER SPEKTROFOTOMETER UV-VIS
Disusun Oleh : Muhammad Hafizh
I21112003
Puryanto
I21112006
Aida Hermina
I21112010
Variandini Aldhila K.
I21112028
Daniel Tambunan
I21112033
Tanto Wijaya
I21112035
Tantri
I211120
Suntoro
I211120
PROGRAM STUDI FARMASI FAKULTAS KEDOKTERAN UNIVERSITAS TANJUNGPURA 2013
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas terstruktur mata kuliah Kimia Analisis 2 berupa makalah yang berjudul “Spektrofotometer UVVIS” dalam rangka memenuhi aspek penilaian. Dalam pengerjaan makalah ini tentunya beberapa kendala penulis hadapi. Namun akhirnya makalah dapat diselesaikan. Dalam hal ini penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Bapak Bambang Widjianto, M.Sc, Apt selaku dosen pengajar, 2. Semua pihak yang telah membantu dalam penulisan makalah ini yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Semoga makalah ini bermanfaat bagi pembaca dalam upaya meningkatkan nilai dan moral dalam kehidupan bermasyarakat. Makalah ini masih jauh dari kesempurnaan,
oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang
bersifat konstruktif / membangun demi kesempurnaan makalah ini.
Pontianak, Oktober 2013
Penyusun
ii
DAFTAR ISI
JUDUL
Halaman
KATA PENGANTAR ........................................................................................ ii DAFTAR ISI ....................................................................................................... iii DAFTAR TABEL ............................................................................................... iv BAB I PENDAHULUAN ................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang .............................................................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah ......................................................................................... 1.3 Tujuan Penulisan ........................................................................................... BAB II PEMBAHASAN .................................................................................... 2.1 Spektrofotometer UV-VIS ............................................................................ 2.2 Prinsip Kerja Spektrofotometer UV-VIS ...................................................... 2.3 Komponen Spektrofotometer UV-VIS ......................................................... 2.4 Hukum Fisika yang Berhubungan dengan Spektrofotometer UV-VIS ........ 2.5 Tipe Instrumen Spektrofotometer ................................................................. BAB III PENUTUP ........................................................................................... 3.1 Kesimpulan ................................................................................................... 3.2 Saran.............................................................................................................. DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... vii
iii
DAFTAR TABEL
JUDUL
Halaman
Tabel 2.1 Spektrum Tampak dan Warna-warna Komplementer ........................ Tabel 2.2 Spektrum Cahaya Tampak ..................................................................
iv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam makalah ini adalah: 1) Apa yang dimaksud dengan Spektrofotometer UV-VIS ? 2) Bagaimana prinsip kerja Spektrofotometer UV-VIS ? 3) Apa saja komponen yang terdapat pada Sepktrofotometer UV-VIS ?
1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan penulisan makalah ini adalah sebagai berikut: 1) Menjelaskan mengenai Spektrofotometer UV-VIS. 2) Menjelaskan prinsip kerja Spektrofotometer UV-VIS. 3) Menjelaskan komponen yang terdapat pada Sepktrofotometer UV-VIS.
BAB II PEMBAHASAN 2.1 Spektrofotometer UV-VIS Spektrofotometer adalah alat yang terdiri dari spektrofotometer dan fotometer. Spektofotometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur energi secara relative jika energi tersebut ditransmisikan, direfleksikan, atau diemisikan
sebagai
fungsi
dari
panjang
gelombang.
Spektrometer
menghasilkan sinar dari spectrum dengan panjang gelombang tertentu, dan fotometer adalah alat pengukur intensitas cahaya yang ditransmisikan atau yang diabsorpsi. 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.
1
Nilai absorbansi dari cahaya yang dilewatkan akan sebanding dengan konsentrasi larutan di dalam kuvet. Spektrofotometer
Uv-Vis
merupakan
spektrofotometer
yang
digunakan untuk pengukuran didaerah ultra violet dan didaerah tampak. Semua metode spektrofotometri berdasarkan pada serapan sinar oleh senyawa yang ditentukan, sinar yang digunakan adalah sinar yang semonokromatis mungkin. Spektrofotometri UV-vis adalah pengukuran serapan cahaya di daerah ultraviolet (200 – 350 nm) dan sinar tampak (350 – 800 nm) oleh suatu senyawa. Serapan cahaya uv atau cahaya tampak mengakibatkan transisi elektronik, yaitu promosi elektron-elektron dari orbital keadaan dasar yang berenergi rendah ke orbital keadaan tereksitasi berenergi lebih tinggi. Spektrofotometer UV-VIS (Ultra Violet-Visible) adalah salah satu dari sekian banyak instrumen yang biasa digunakan dalam menganalisa suatu senyawa kimia. Spektrofotometer umum digunakan karena kemampuannya dalam menganalisa begitu banyak senyawa kimia serta kepraktisannya dalam hal preparasi sampel apabila dibandingkan dengan beberapa metode analisa. Spektrofotometri UV/VIS melibatkan energi elektronik yang cukup besar pada molekul yang dianalisis, sehingga spetrofotometer UV/VIS lebih banyak dpakai untuk analisis kuantitatif dibanding kualitatif.
2.2 Prinsip Kerja Spektrofotometer UV-VIS Prinsip kerja spektrofotometer adalah bila cahaya (monokromatik maupun campuran) jatuh pada suatu medium homogen, sebagian dari sinar masuk akan dipantulkan, sebagian diserap dalam medium itu, dan sisanya diteruskan. Nilai yang keluar dari cahaya yang diteruskan dinyatakan dalam nilai absorbansi karena memiliki hubungan dengan konsentrasi sampel. Saat sumber cahaya dihidupkan, cahaya yang berasal dari sumber tersebut akan mengenai monokromator yang berfungsi mengubah sinar polikromatis menjadi sinar monokromatis sesuai yang dibutuhkan oleh pengukuran dan kemudian cahaya yang telah di filter memasuki sampel cell yang didalamnya terdapat sampel dan kemudian sampel akan menyerap
2
cahaya tersebut atau mengalami absorbs. Dimana energi cahaya yang diserap atom/molekul tersebut digunakan untuk bereksitasi ke tingkat energi elektronik yang lebih tinggi. Absorbs hanya terjadi jika selisih kedua tingkat energi elektronik tersebut bersesuaian dengan energi cahaya (foton) yang datang yakni
△E
= Efoton. Kemudian cahaya yang melewati sampel akan
sampai di detector, yang berupa transduser yang mengubah energy cahaya menjadi suatu isyarat listrik, dan kemudian dilanjutkan ke pengganda (amplifier), dan rangkaian yang berkaitan membuat isyarat listrik itu memadai untuk dibaca. Dan akhirnya sampai di suatu system baca (piranti pembaca) yang memperagakan besarnya isyarat listrik, menyatakan dalam bentuk % Transmitan (% T) maupun Absorbansi (A). Absorbsi cahaya UV-Vis mengakibatkan transisi elektronik, yaitu promosi electron-electron 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 fotonfoton memungkinkan electron-electron itu mengatasi kekangan inti dan pindah ke luar 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 electron seharusnya tampak pada panjang gelombang diskrit sebagai suatu spectrum 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 subtingkatsubtingkat rotasi dan vibrasi. Transisi elektronik dapat terjadi dari subtingkat apa saja dari keadaan dasar ke subtingkat apa saja dari keadaan eksitasi. Karena berbagi transisi ini berbeda energi sedikit sekali, maka panjang
3
gelombang absorpsinya juga berbeda sedikit dan menimbulkan pita lebar yang tampak dalam spectrum itu. Absorptivitas (a) merupakan suatu konstanta yang tidak tergantung pada konsentrasi, tebal kuvet dan intensitas radiasi yang mengenai larutan sampel. Absorptivitas tergantung pada suhu, pelarut, struktur molekul, dan panjang gelombang radiasi. Satuan a ditentukan oleh satuan-satuan b dan c. Jika satuan c dalam molar (M) maka absorptivitas disebut dengan absorptivitas molar dan disimbolkan dengan ε dengan satuan M
-1
cm-1 atau
liter.mol-1cm-1. Jika c dinyatakan dalam persen berat/volume (g/100mL) maka absorptivitas dapat ditulis dengan E 1%1cm A1%1cm
2.3 Komponen-komponen Spektrofotometer UV-VIS a. Sumber cahaya Sebagai sumber cahaya pada spektrofotometer, haruslah memiliki pancaran radiasi yang stabil dan intensitasnya tinggi. Sumber energi cahaya yang biasa untuk daerah tampak, ultraviolet dekat, dan inframerah dekat adalah sebuah lampu pijar dengan kawat rambut terbuat dari wolfram (tungsten). Lampu ini mirip dengan bola lampu pijar biasa, daerah panjang gelombang (l ) adalah 350 – 2200 nanometer (nm). Sumber cahaya ini digunakan untuk radiasi kontinyu. Di bawah kira-kira 350 nm, keluaran lampu wolfram itu tidak memadai untuk spektrofotometer dan harus digunakan sumber yang berbeda. Paling lazim adalah lampu tabung tidak bermuatan (discas) hidrogen (atau deuterium) 175 ke 375 atau 400 nm. Lampu hidrogen atau lampu deuterium digunakan untuk sumber pada daerah ultraviolet (UV). Kebaikan lampu wolfarm adalah energi radiasi yang dibebaskan tidak bervariasi pada berbagai panjang gelombang. Sumber cahaya untuk spektrofotometer inframerah, sekitar 2 ke 15 m m menggunakan pemijar Nernst (Nernst glower). Panjang Gelombang (nm)
Warna
4
Warna Komplementer
400 – 435
Lembayung (violet)
Kuning – hijau
435 – 480
Biru
Kuning
480 – 490
Hijau – biru
Jingga
490 – 500
Biru – hijau
Merah
500 – 560
Hijau
Ungu
560 – 580
Kuning – hijau
Lembayung (violet)
580 – 595
Kuning
Biru
595 – 610
Jingga
Hijau – biru
610 – 750
Merah
Biru - hijau
Tabel 2.1 Spektrum Tampak dan Warna-warna Komplementer
Warna
Interval λ (nm)
Interval ν (THz)
Merah
625 – 740
480 – 405
Jingga
590 – 625
510 – 480
Kuning
565 – 590
530 – 510
Hijau
520 – 565
580 – 530
Cyan
500 – 520
600 – 580
Biru
430 – 500
700 – 600
Violet
380 – 430
790 – 700
Tabel 2.2 Spektrum Cahaya Tampak
b. Pengatur Intensitas Berfungsi untuk mengatur intensitas sinar yang dihasilkan oleh sumber
cahaya agar sinar yang masuk tetap konstan.
c. Monokromator Monokromator berfungsi sebagai penyeleksi panjang gelombang yaitu mengubah cahaya yang berasal dari sumber sinar polikromatis menjadi cahaya monokromatis. Jenis monokromator yang saat ini banyak digunakan adalah gratting atau lensa prisma dan filter optik. Jika digunakan grating maka cahaya akan diubah menjadi spektrum cahaya. Sedangkan filter optik berupa lensa berwarna sehingga cahaya yang diteruskan sesuai dengan warnya lensa yang dikenai cahaya. Ada banyak
5
lensa warna dalam satu alat yang digunakan sesuai dengan jenis pemeriksaan. Prisma berfungsi sebagai pendispersi atau penyebar cahaya. dengan adanya pendispersi hanya satu jenis cahaya atau cahaya dengan panjang gelombang tunggal yang mengenai sel sampel. Cahaya monokromatis ini dapat dipilih panjang gelombang tertentu yang sesuai untuk kemudian dilewatkan melalui celah sempit yang disebut slit. Ketelitian dari monokromator dipengaruhi juga oleh lebar celah (slit width) yang dipakai. d. Kuvet Kuvet merupakan wadah dari sampel berupa cairan yang telah diatur
takarannya hingga dapat terbaca oleh spektrofotometer UV-Vis.
Biasanya sampel yang digunakan adalah sampel yang berwarna yang mudah menyerap sinar yang dipancarkan oleh sumber cahaya. Pada pengukuran di daerah sinar tampak digunakan kuvet kaca dan daerah UV digunakan kuvet kuarsa. e. Detektor Detektor atau pembaca cahaya yang diteruskan oleh sampel, disini terjadi pengubahan data sinar menjadi angka yang akan ditampilkan pada reader/indikator. Fungsinya untuk merubah sinar menjadi energi listrik yang sebanding dengan besaran yang dapat diukur. Syarat-syarat ideal sebuah detektor adalah : 1. Kepekaan yang tinggi. 2. Perbandingan isyarat atau signal dengan bising tinggi. 3. Respon konstan pada berbagai panjang gelombang. 4. Waktu respon cepat dan signal minimum tanpa radiasi. 5. Signal listrik yang dihasilkan harus sebanding dengan tenaga radiasi. Berikut ini beberapa macam detector yang biasa digunakan : 1. Photovoltaic 2. Phototube 3. Diode array f. Penguat (amplifier)
6
Berfungsi untuk memperbesar arus yang dihasilkan oleh detektor agar dapat dibaca oleh indikator. g. Indikator Indikator yang biasa digunakan dalam Analisis Spektrofotometer UV-VIS dapat berupa Recorder ataupun Komputer.
2.4 Teori Fisika yang Berhubungan dengan Spektrofotometer UV-VIS a. Persamaan Planck Spetrofotometer UV-VIS menggunakan sinar elektromagnetik dan sinar tampak. Gelombang elektromagnetk memiliki sifat dualisme yaitu sifat sebagai gelombang dan sifat sebagai partikel. Karena sifat tersebut ada beberapa parameter yang perlu diketahui yaitu panjang gelombang, frekuensi, energy tiap foton. Hubungan ketiga parameter tersebut dirumuskan oleh planck yang dikenal dengan Persamaan Planck. Menurut Planck hubungan antara frekuensi dan panjang glombang adalah sebagai berikut : c=λ υ ..........(1) Sedangkan hubungan antara energy tiap foton dengan frekuensi dirumuskan : E=h υ ..........(2) E=(h c)/λ ..........(3) Dimana :
E = Energy tiap foton h = Tetapan Planck (6,626 x 10-34 J.s) υ= frekuensi c = kecepatan cahaya (3 x 108 m.s-1).
Dari rumus di atas dapat diketahui bahwa energi dan frekuensi suatu foton akan berbanding terbalik dengan panjang gelombang, sedangkan energi yang dimiliki suatu foton akan berbanding lurus dengan frekuensinya. b. Hukum Beer
7
Pada spektrofotometri, cahaya datang atau cahaya masuk atau cahaya yang mengenai permukaan zat dan cahaya setelah melewati zat tidak dapat diukur, yang dapat diukur adalah I t/I0 atau I0/It (perbandingan cahaya datang dengan cahaya setelah melewati materi (sampel). Cahaya yang diserap diukur sebagai absorbansi (A) sedangkan cahaya yang hamburkan diukur sebagai transmitansi (T), dinyatakan dengan hukum lambert-beer atau Hukum Beer, berbunyi “jumlah radiasi cahaya tampak (ultraviolet, inframerah dan sebagainya) yang diserap atau ditransmisikan oleh suatu larutan merupakan suatu fungsi eksponen dari konsentrasi zat dan tebal larutan”. Rumus yang diturunkan dari Hukum Beer dapat ditulis sebagai: A= a . b . c atau A = ε . b . c dimana: A = absorbansi b atau terkadang digunakan l = tebal larutan (tebal kuvet diperhitungkan juga umumnya 1 cm) c = konsentrasi larutan yang diukur ε = tetapan absorptivitas molar (jika konsentrasi larutan yang diukur dalam molar) a = tetapan absorptivitas (jika konsentrasi larutan yang diukur dalam ppm).
2.5 Tipe Instrumen Spektrofotometer Pada umumnya terdapat dua tipe instrumen spektrofotometer, yaitu single-beam dan double-beam. gambar Single-beam instrument dan Double beam instrument 1. Single-beam instrument Single-beam instrument dapat digunakan untuk kuantitatif dengan mengukur absorbansi pada panjang gelombang tunggal. Single-beam instrument mempunyai beberapa keuntungan yaitu sederhana, harganya murah, dan mengurangi biaya yang ada merupakan keuntungan yang
8
nyata. Beberapa instrumen menghasilkan single-beam instrument untuk pengukuran sinar ultra violet dan sinar tampak. Panjang gelombang paling rendah adalah 190 sampai 210 nm dan paling tinggi adalah 800 sampai 1000 nm. 2. Double-beam instrument Double-beam dibuat untuk digunakan pada panjang gelombang 190 sampai 750 nm. Double-beam instrument dimana mempunyai dua sinar yang dibentuk oleh potongan cermin yang berbentuk V yang disebut pemecah sinar. Sinar pertama melewati larutan blangko dan sinar kedua secara serentak melewati sampel, mencocokkan foto detektor yang keluar menjelaskan perbandingan yang ditetapkan secara elektronik dan ditunjukkan oleh alat pembaca.
BAB III
9
PENUTUP 3.1
Kesimpulan
Kesimpulan yang dapat diambil dari makalah ini adalah sebagai berikut :
3.2
Saran
Saran yang dapat diberikan adalah sebagai berikut :
10
DAFTAR PUSTAKA
Day, RA, dan Underwood AL,1986, Analisis Kimia Kuantitatif edisi Kelima, Erlangga, Jakarta. Herliani,
An an, 2008, Spektrofotometri. Pengendalian Mutu Agroindustri,
Program D4, PJJ. Khopkar, SM, 2003, Konsep Dasar Kimia Analitik, UI Press, Jakarta. Skoog, et al, 1996, Principles of Instrumental Analysis. Thomson Brooks, Cole. Winarno, FG, 1997, Kimia Pangan dan Gizi, Gramedia, Jakarta.
vii
