BAB 2 [Colorimeter & Spektrophotometer UV-Vis] _Jubaidah

Bab 2 Colorimeter and Absorption Spectrometer (UV-Vis) 16

BAB 2

COLORIMETER AND ABSORBTIONSPECTROPHOTOMETER (UV-Vis)

Oleh : Jubaidah

2.1Pendahuluan

Metode serapan radiasi elektromagnetik dalam interval cahaya tampak,

ultraviolet dan inframerah, adalah metode terpenting dalam instrumentasi analitik.

Metode ini dikenal sebagai spetroskopy serapan (absorbtion spectroscopy). Keuntungan

utama dari metode spektrometrik ini adalah kecepatan, sensitifitas dan penggunaannya

yang sederhana. Absorbtion Spectroscopy sudah meluas penerapan analitiknya dan

terus mengalami peningkatan yang sangat bermanfaat untuk menganalisis bahan bahkan

yang sangat halus sekalipun.

Gambar 2.1 Gelombang elektromagnetik(http://www2.astro.psu.edu)

Radiasi elektromagnetik merupakan suatu tipe energi yang menjalar dengan

kecepatan sekitar 3x1010 cm/s. Radiasi gelombang ini tidak membutuhkan medium

untuk menjalar dan dapat menjalar dalam ruang vakum (gambar 2.1). Panjang

gelombang elektromagnetik dapat dikelompokkan menjadi beberapa wilayah energi

yang disebut juga “spektrum elektromagnetik”. Spektrum elektromagnetik memiliki

beberapa daerah variasi yang dapat digunakan untuk alat-alat spektroskopi. Pada

dasarnya foton-foton pada semua wilayah panjang gelombang ini terdapat pada


gelombang elektromagnetik alami, tetapi karena masing-masing memiliki tingkat energi

yang berbeda, semuanya berbeda ketika berinteraksi dengan bahan, seperti pada gambar

2.2.

Gambar 2.2 Spektrum radiasi elektromagnetik(http://www.mpoweruk.com)

2.2Hukum Serapan Radiasi

Ketika sebuah berkas energi radiasi menumbuk suatu permukaan bahan (padat,

cair, gas), radiasi tersebut berinteraksi dengan atom dan molekul dari suatu substansi

atau padatan. Radiasi tersebut memungkinkan untuk ditransmisi, diserap, dipantulkan,

dihamburkan atau mungkin menjadi rangsangan fluorosensi tergantung pada struktur

bahan seperti pada gambar 2.3. Namun interaksi tersebut tidak menyebabkan

perpindahan energi secara permanen.

Gambar 2.3 Interaksi radiasi dengan materi (RS Khandpur, 2006)


Dari beberapa energi gelombang elektromagnetik, dua diantaranya adalah sinar

ultraviolet dan cahaya tampak. Panjang gelombang untuk ultraviolet adalah sekitar 400

nm – 1 nm dengan frekuensi 1015 – 1017 Hz. Sedangkan, untuk cahaya tampak adalah

sekitar 750 nm – 350 nm dengan frekuensi 4 – 7,4x1010 Hz. Pada daerah energi

elektromagnetik ini, molekul mengalami transisi energi. Teknik ini merupakan teknik

pada spektroskopi fluoresensi, proses fluorosensi adalah proses terjadinya transisi dari

keadaan tereksitasi ke keadaan dasar, setelah menyerap sejumlah energi yang

menjadikan keadaan tereksitasi.

2.2.1Hukum Beer – Lambert

Lambert (1760) menyelidiki hubungan terhadap intensitas cahaya mula-mula

sebelum melewati sampel (Io) dan intensitas cahaya yang di transmisikan ketika

melewati sampel (I) terhadap tebal media dan memberikan suatu hukum yang bunyi :

“Bila suatu cahaya monokromatik melalui suatu media yang transparan maka

bertambah turunnya intensitas cahaya yang dipancarkan sebanding dengan

bertambahnya tebal media atau panjang lintasan (b)”.

Beer (1852), memberikan suatu hukum yang menunjukan hubungan antara I dan

Io terhadap kepekatan (c), yaitu : “Bila suatu cahaya monokromatis melalui suatu media

yang transparan maka bertambah turunnya intensitas cahaya yang dipancarkan

sebanding dengan bertambahnya kepekatan (c)”.

Gabungan hukum Lambert-beer (gambar 2.4) menjadi: “Bila suatu cahaya

monokromator melalui suatu media yang transparan maka bertambah turunnya

intensitas cahaya yang ditruskan sebanding dengan ketebalan dan kepekatan media”.Absorbansi dalam setiap daerah energi tergantung pada hukum Lambert-Beer, yaitu :

A = ɛ l c (2.1)

A : absorbansi,

ɛ : absortivitas

α : koefisien absorbsi

l : panjang lintasan


c : konsentrasi dari zat yang mengabsorpsi

Nilai suatu absorbansi dan absortivitas tergantung pada panjang gelombang. Oleh

sebab itu, suatu alat energi tidak mengukur nilai penyerapannya secara langsung,

melainkan harus dihitung menggunakan perbandingan intensitas dari sebagian kecil dari

cahaya yang ditransmisikan melewati sampel. Jika I adalah intensitas cahaya setelah

melewati sampel dan Io adalah besarnya intensitas cahaya yang terdeteksi ketika

konsentrasi dari bahan yang menyerap bernilai nol, fraksi cahaya yang ditransmisikan

(T) dirumuskan oleh:

Gbr. 2.4 Hukum Lambert-Beer(http://sciencefair.math.iit.edu)

= = 10 = 10 ɛ (2.2)

Nilai Absorpsi (A) diberikan oleh:= − = = ɛ l c (2.3)

Nilai kuantitas dari I dan Io dapat diukur secara berurutan pada sampel dan blangko, atau nilai

pada dua blangko yang diisi dengan sampel dan cuvet referensi. Hal ini perlu diketahui bahwa A

dihitung dari T, walaupun noise muncul ketika pengukuran I, sehingga hubungan antara nilai

absorbansi dan konsentrasi berbentuk logaritma.


2.2.2Transisi Elektron

Transisi elektronik dapat diartikan sebagai perpindahan elektron dari satu orbital

ke orbital yang lain. Energi yang dimiliki sinar UV mampu menyebabkan perpindahan

elektron (transisi elektron). Disebut transisi elektronik karena elektron yang menempati

satu orbital dengan energi terendah dapat berpindah ke orbital lain yang memiliki

energi lebih tinggi jika menyerap energi, begitupun sebaliknya elektron dapat berpindah

dari orbital yang memiliki energi lebih rendah jika melepaskan energi. Energi yang

diterima atau diserap berupa radiasi elektromagnetik.

Berdasarkan mekanika kuantum transisi elektronik yang dibolehkan atau tidak

dibolehkan (terlarang) disebut kaidah seleksi. Berdasarkan kaidah seleksi, suatu transisi

elektronik termasuk:

1. Transisi diperbolehkan bila nilai ε sebesar 103 sampai 106.

2. Transisi terlarang bila nilai ε sebesar 10-3 sampai 103.

Selain dengan melihat harga ε kaidah seleksi dapat dapat dinyatakan dengan

simetri dan spin. Berdasarkan simetri dan spin suatu transisi elektronik diperbolehkan

bila:

1. Berlangsung antara orbital-orbital dalam bidang yang sama.

2. Selama transisi orientasi spin harus tetap.

Dalam satu molekul terdapat dua jenis orbital yakni orbital ikatan (bonding

orbital) dan orbital anti-ikatan (antibonding orbital). Orbital ikatan di bagi menjadi

beberapa jenis yakni orbital ikatan sigma (σ, = ikatan tunggal) dan orbital phi (π, =

ikatan rangkap), sedangkan orbital nonikatan berupa elektron bebas yang biasanya

dilambangkan dengan n. Orbital nonikatan umumnya terdapat pada molekul-molekul

yang mengandung atom nitrogen, oksigen, sulfur dan halogen.

Orbital ikatan sigma (σ) dan orbital phi (π) terbentuk karena terjadinya tumpang

tindih dua orbital atom atau orbital-orbital hibrida. Dari dua orbital atom dapat dibentuk

dua orbital molekul yakni orbital ikatan dan orbital anti ikatan. Dengan demikian jika

suatu molekul mempunyai orbital ikatan maka molekul tersebut mempunyai orbital anti

ikatan. Orbital anti-ikatan biasanya diberi notasi atau tanda asterisk atau bintang (*)


pada setiap orbital yang sesuai. Orbital ikatan α orbital anti-ikatannya adalah α*,

sedangkan orbital ikatan π orbital anti-ikatannya adalah π*.

Transisi elektronik atau perpindahan elektron dapat terjadi dari orbital ikatan ke

orbital anti-ikatan atau dari orbital non-ikatan (nonbonding orbital) ke orbital anti-

ikatan. Terjadinya transisi elektronik atau promosi elektron dari orbital ikatan ke orbital

antiikatan tidak menyebabkan terjadinya disosiasi atau pemutusan ikatan, karena

transisi elektronik terjadi dengan kecepatan yang jauh lebih tinggi dari pada vibrasi inti.

Pada transisi elektronik inti-inti atom dapat dianggap berada pada posisi yang

tepat. Hal ini dikenal dengan prinsip Franck-Condon. Disamping itu dalam proses

transisi ini tidak semua elektron ikatan terpromosikan ke orbital antiikatan. Untuk

memberikan gambaran dan memudahkan pemahaman tentang jenis transisi beserta

perbandingan energi yang diperlukan dapat dilihat pada gambar 2.5 berikut:

Gambar 2.5 Transisi elektron(http://wanibesak.wordpress.com)

Keterangan

σ : senyawa-senyawa yang memiliki ikatan tunggal

π : senyawa-senyawa yang memiliki ikatan rangkap

n menyatakan orbital non-ikatan: untuk senyawa-senyawa yang memiliki elektron

bebas.

σ* dan π* merupakan orbital yang kosong (tanpa elektron), orbital ini akan terisi

elektron ketika telah atau bila terjadi eksitasi elektron atau perpindahan elektron

atau promosi elektron dari orbital ikatan.

Pada gambar di atas transisi dari σ ke π* sebenarnya tidak ada. Transisi demikian

dapat pula terjadi tapi sangat kecil sehingga tidak dapat diamati pada spektrum atau


spektra. Karena bertolak belakang dengan kaidah seleksi. Sehingga berdasarkan jenis

orbital tersebut maka, jenis-jenis transisi elektronik hanya dibedakan menjadi empat

macam, yakni:

1. Transisi σ – σ* : Jauh, energi >, λ maks kecil < 150 nm, UV vakum, sukar diamati.

Contohnya adalah CH4. Pada transisi ini energi yang diperlukan besarnya sesuai

dengan energi sinar yang frekuensinya terletak di antara UV vakum (kurang dari 180

nm). Misal jenis ikatan C-H mempunyai pita serapan elektron sigma pada panjang

gelombang 125 nm, sementara etana mempunyai pita serapan 135 nm yakni untuk

transisi elektron C-C. Kekuatan ikatan C-C pada etana lebih kecil dibanding dengan

C-H pada metana sehingga energi yang diperlukan juga lebih kecil. Akibatnya pita

serapan terjadi pada panjang gelombang yang besar (ingat panjang gelombang

berbanding terbalik dengan energi). Jenis transisi ini kurang bermanfaat untuk

analisis dengan spektrofotometri UV-Vis

2. Transisi π - π* : Senyawa organik tak jenuh. ɛ = 1000 – 10.000, terjadi pada

senyawa organik jenuh yang mengandung atom-atom yang memiliki elektron bukan

ikatan (elektron n). energi yang diperlukan untuk transisi ini lebih kecil dari pada

transisi σ – σ*. Sehingga sinar yang diserap mempunyai panjang gelombang lebih

panjang yaitu 150-250 nm.

3. Transisi n - σ* : Senyawa jenuh, elektron tidak berpasangan, energi <, λ 150 – 250

nm, ɛ rendah. Contoh : metanol λ maks = 184nm, ɛ = 15.

4. Transisi n – π* : energi kecil, λ panjang, 200 – 700 nm, ɛ = 10 – 100, untuk

memungkinkan terjadinya transisi ini (3 dan 4) senyawa kimia harus mempunyai

gugus fungsional yang tidak jenuh sehingga ikatan rangkap dalam gugus tersebut

memberikan orbital π yang diperlukan. Jenis transisi ini yang paling cocok untuk

analisis obat sebab sesuai dengan panjang gelombang antara 200-700 nm, dan

panjang gelombang ini dapat diaplikasikan pada spektrofotometer.

Dapat diketahui bahwa transisi σ – σ* dan transisi π - π* kuat, sedangkan transisi

n - σ* dan transisi n – π* relatif lebih lemah karena terletak pada panjang gelombang

yang lebih panjang. Umumnya dalam molekul poliatomis terutama dalam molekul


organik, orbital pengikatan atom bukan pengikatan di isi sehingga transisi elektron

dengan panjang gelombang terpanjang melibatkan pengikatan elektron dari orbital

molekul tidak terisi yang tertinggi ke orbital molekul tidak terisi yang terendah.

Dalam penentuan struktur molekul, tansisi σ → σ* tidak begitu penting karena

puncak absorbsi berada pada daerah ultraviolet vakum yang berarti tidak terukur oleh

peralatan atau instrumen pada umumnya. Walaupun transisi π→π* pada ikatan ganda

terisolasi mempunyai puncak absorbsi di daerah UV vakum tetapi transisi π→π*

tergantung pada konjugasi ikatan ganda dengan suatu gugus fungsi substituen.

Akibatnya transisi π→π* pada ikatan ganda terkonjugasi mempunyai puncak absorbsi

pada daerah ultraviolet dekat, dengan panjang gelombang lebih besar dari 200 nm.

Dengan demikian transisi yang penting dalam penentuan struktur molekul adalah

transisi π→π* serta beberapa transisi n→π* dan n→σ*.

2.3Instrumen Absorbsi

Gambar 2.6 Variasi komponen instrumen absorpsi(RS Khandpur, 2006)

Instrumen absorbsi umumnya terdiri dari enam komponen utama; sumber radiasi,

perangkat filter, perangkat optik, wadah sampel, sistem deteksi dan sistem tampiran.

Berikut adalah penjelasan dari masing-masing komponen.

1. Sumber cahaya

Pada prinsipnya sumber cahaya yang dibutuhkan adalah yang mampu

memancarkan intensitas yang cukup untuk wilayah spektra yang dibutuhkan dalam

pengukuran. Beberapa sumber yang memungkinkan adalah dengan menggunakan

lampu tungsten, lampu halogen, lampu xenon, lampu xenon-merkuri, lampu hidrogen


atau deuterium. Gambar 2.7 di bawah ini menunjukkan wilayah spektra untuk berbagai

jenis lampu.

(a) (b)

Gambar 2.7 Perbandingan spektrum berbagai jenis lampu((a) http://www.olympusmicro.com, (b) http://www.photonics.com)

Sumber yang umum digunakan adalah berasal dari lampu tungsten untuk

spektrum cahaya tampak (350 – 750 nm) dan lampu deuterium untuk spektrum sinar

ultraviolet (1 – 350 nm). Skema penggunakan kedua lampu tersebut seperti gambar 2.8.

Gambar 2.8 Skema absorbance spectrophotometer menggunakan dua sumber cahaya(http://www.public.asu.edu/~laserweb/)

2. Perangkat filter

Untuk menyeleksi berkas yang dibutuhkan dari sumber cahaya diperlukan

perangkat filter seperti; absorpsi panjang gelombang tunggal (gambar 2.9a), filter

interferensi (gambar 2.9b), kisi difraksi (gambar 2.9c) atau prisma (gambar 2.9d).


Selain itu digunakan juga pembelah sinar (gambar 2.9e) dan penerus cahaya fiber optic

(gambar 2.9f).

3. Perangkat Optik

Sejumlah perangkat optik untuk memproduksi berkas paralel dari cahaya terfilter

untuk dilewatkan pada cuvet, misalnya cermin, lensa, slit diafragma, dan lain-lain.

Material optik yang digunakan disesuaikan dengan daerah spektrum yang dipakai.

Tabel 2.1 Material optik untuk spektrum elektromagnetik (RS Khandpur, 2006)

Daerah Spektrum Cermin Lensa WindowsX-ray - - BerylliumUltraviolet Aluminium Fused silica (synthetic

quartz), SapphireFused silica ,Glass,Sapphire

Visible Aluminium Glass, Sapphire Glass, SapphireNear-infrared Emas Glass, Sapphire Glass, SapphireInfrared Tembaga,

EmasCaF2, ZnSe NaCl, BaF2, CaF2,

SnZe

(c) Kisi difraksi (grattings)

(d) Prisma

(b) Interference filter(a) Optical filter

Gambar 2.9 Perangkat Filter Gambar 2.13. Fiber Optic

(e) Beam splitter block (f) Fiber optic


4. Detektor

Sistem foto deteksi untuk mengukur dari cahaya yang diteruskan oleh sampel,

misalnya mata manusia, barrier layer cell, phototube/photodiode (gambar 2.10a) atau

tabung photomultiplier (gambar 2.10b).

Phototube (Photo Emissive Cell) bentuknya sederhana terdiri dari suatu bola

gelas yang hampa udara atau berisi gas mulia pada tekanan rendah, misalnya argon

pada 0,2 mmHg. Di dalam bola terdapat katoda yang berbentuk lempeng setengah

lingkaran dan bagian dalamnya dilapisi zat yang sangat peka terhadap cahaya, misalnya

campuran cesium oksida atau kalium oksida dan perak oksida. Phototube terdiri dari

anode dan cathode, apabila sinar UV-Vis ditembakan ke cathode (-), maka akan terjadi

emisi/pergerakan electron dari cathode ke anode sebagai akibat dari efek photoelectric.

Pergerakan electron ini akan diukur sebagai arus listrik yang sebanding dengan

intensitas UV-Vis yang mengenai cathode tersebut.

Photomulitplier tube (PMT) terdiri dari photocathode dan beberapa buah anode

(tidak seperti pada phototube yang hanya terdiri dari satu buah anode) yang disusun

secara serie (disebut dynode). Sinar UV-Vis (photons) yang ditembakan ke cathode

akan menyebabkan emisi electron dari cathode ke anode. Anode yang satu dengan yang

lainya diberi beda potensial, sehingga apabila emisi electron dari cathode sampai di

dynode pertama, akan ada tambahan electron yang diteruskan ke dynode berikutnya,

dan seterusnya sehingga secara akumulasi jumlah electron yang emisi di dynode

(b) Photomultiplier tube(www.olympusconfocal.com)

Gambar 2.10 Jenis Foto detektor

(a) Phototube(http://kids.britannica.com)


terakhir semakin banyak (arusnya semakin besar), itu sebabnya mengapa PMT lebih

sensitif dibandingkan dengan phototube. Maka untuk setiap foton sinar yang jatuh pada

katoda pada akhirnya akan dibebaskan 106 – 107 elektron yang terkumpul di anoda.

5. Wadah sampel

Wadah sampel atau disebut cuvvet adalah suatu tabung kecil penampang

lingkaran atau persegi, tertutup di salah satu ujung, terbuat dari plastik, kaca, atau

kuarsa (untuk cahaya UV) dan dirancang untuk menahan sampel untuk percobaan

spektroskopi. Cuvettes yang baik harus sejelas mungkin, tanpa kotoran yang dapat

mempengaruhi pembacaan spektroskopi. Seperti tabung reaksi, kuvet ada yang terbuka

ke atmosfer di atas atau memiliki topi sebagai penutupnya.

6. Sistem tampilan yang digunakan sebagai ukuran suatu indikasi atau tampilan

jumlah, seperti meter, plotter atau printer, atau komputer. Data yang ditampilkan

dapat berupa angka-angka ataupun grafik.

2.4Monokromator

Monokromator adalah alat yang berfungsi untuk menguraikan cahaya

polikromatis menjadi beberapa komponen panjang gelombang tertentu (monokromatis)

yang bebeda (terdispersi). Ada 2 macam monokromator yaitu :

1. Prisma 2. Gratting (Kisi Difraksi)

Monokromator umumnya terdiri dari; (1) celah masukan yang sempit (slit),

yang berfungsi mempersempit radiasi masuk dari sumber radiasi ke zat. Pengaturan slit

berpengaruh terhadap terbentuknya radiasi monokromatis dan resolusi panjang

gelombang. (2) Filter, berfungsi mengubah sinar menjadi sinar sejajar. (3) Kisi difraksi

atau prisma. Pada kisi difraksi terjadi proses dispersi, sedangkan pada prisma terjadi

Gambar 2.12 Monokromator kisi difraksi(http://seratoptik.blogspot.com)

Gambar 2.11 Monokromator prisma(http://valdisreinaldo.blogspot.com)


proses pembiasan cahaya. (4) Celah keluar, berfungsi mengisolasi sinar, menghalangi

sinar lain dan membiarkan sinar yang diinginkan melewati zat. Ketelitian dari

monokromator dipengaruhi juga oleh lebar celah (slit width) yang dipakai. Keuntungan

menggunakan kisi difraksi adalah dispersi sinar merata, dispersi lebih baik dengan

ukuran pendispersi yang sama, dan dapat digunakan dalam seluruh jangkauan spectrum.

2.5Spectroscopy UV-Vis

Spektroscopy UV-Vis merupakan sebuah spektroskopi absorpsi atau spektroskopi

reflektansi pada daerah kerja ultraviolet - visible. Itu berarti alat tersebut menggunakan

cahaya dalam daerah cahaya tampak dan sekitarnya daerahnya (near-UV dan near-

infrared (NIR)) seperti pada gambar 2.13. Penyerapan atau reflektansi dalam daerah

visible dapat secara langsung menggambarkan sifat bahan kimia yang diteliti. Sejarah

terbentuknya spektroscopy UV-Vis dimulai pada tahun 1941, saat suatu perusahaan

mempublikasikan Beckman DU spektrophotometer, para ahli kimia untuk pertama

kalinya mampu memperoleh energi absorpsi sederhana. Selanjutnya, penelitian tentang

spektrophotometer terus dikembangkan. Dengan ditemukannya suatu rekorder otomatis

yang terus dikembangkan, saat ini banyak jenis spektrophotometer canggih yang

beredar dipasaran dan sangat membantu dalam bidang analisis kimia.

Panjang gelombang untuk ultraviolet adalah sekitar 400 nm – 1 nm dengan

frekuensi 1015 – 1017 Hz yang dapat diperoleh dari sumber cahaya deuterium lamp.

Analisis menggunakan sinar ultraviolet biasanya dilakukan menggunakan ultraviolet

dekat, sedangkan bila analisis menggunakan ultraviolet jauh maka instrumen yang

digunakan harus dalam keadaan vakum. Hal ini disebabkan jika digunakan ultraviolet

jauh maka udara akan ikut menyerap panjang gelombang yang digunakan. Akbatnya

Gambar 2.13 Rentang spektrum cahaya ultraviolet dan cahaya tampak(http://www.windows2universe.org/physical_science)

Gambar 2.17. Monokromator Prisma


kesalahan yang dilakukan makin fatal, karena jika udara ikut menyerap maka

absorbansi yang dihasilkan akan makin besar, jika hal ini dihubungkan dengan hukum

Lamber-Beer maka konsentrasi zat yang dianalisis lebih tinggi dari yang seharusnya.

Panjang gelombang untuk cahaya tampak adalah sekitar 750 nm – 400 nm

dengan frekuensi 4 – 7,4x1010Hz yang dapat dihasilkan dari sumber cahaya tungsten

lamp. Zat yang dapat dianalisis menggunakan spektrofotometri UV adalah zat dalam

bentuk larutan dan zat tersebut tidak tampak berwarna. Jika zat tersebut berwarna maka

perlu direaksikan dengan reagen tertentu sehingga dihasilkan suatu larutan tidak

berwarna. Zat yang berwarna lebih banyak dianalisis menggunakan spektrofotometri

sinar tampak.

Ketika sebuah berkas gelombang cahaya dari UV – Vis menumbuk suatu

permukaan sampel, gelombang cahaya tersebut berinteraksi dengan atom dan molekul

dari suatu substansi atau padatan. Cahaya yang masuk memungkinkan untuk

ditransmisikan (diteruskan), diserap (panjang gelombang yang sesuai dengan molekul

sampel diserap, seperti pada tabel 2.2), atau dipantulkan atau mungkin menjadi

rangsangan fluorosensi tergantung pada struktur bahan. Namun interaksi tersebut tidak

menyebabkan perpindahan energi secara permanen.

Tabel 2.2 Panjang gelombang cahaya tampak yang diserap

Panjanggelombang (nm)

Warna-warnayang diserap

Warna komplementer(warna yg terlihat)

400 – 435 Ungu Hijau kekuningan435 – 480 Biru Kuning480 – 490 Biru Kehijauan Jingga490 – 500 Hijau Kebiruan Merah500 – 560 Hijau Ungu kemerahan560 – 580 Hijau Kekuningan Ungu580 – 595 Kuning Biru595 – 610 Jingga Biru kehijauan610 – 800 Merah Hijau kebiruan

Warna-warna yang nampak adalah akibat serapan energi oleh senyawa organik

maupun anorganik. Energi cahaya pada panjang gelombang tertentu yang diserap oleh

suatu senyawa tergantung pada struktur senyawa tersebut. Oleh karena itu, teknik-

teknik spektroskopi dapat digunakan untuk menentukan struktur senyawa yang tidak

diketahui (analisis kualitatif)


2.6Kolorimeter/Fotometer

Metode kolorimeter /Fotometer merupakan cara yang sederhana dengan

menggunakan mata manusia sebagai instrumen pengukuran. Cara ini melibatkan

perbandingan dari penampakan warna dari larutan yang tidak diketahui, melalui warna

yang dihasilkan dari sebuah cairan standar atau series standar. Perbandingan dilakukan

antara warna yang dihasilkan oleh sampel yang tidak diketahui dan sampel yang

diketahui. Tingkat kesalahannya mulai 5-20 % dikarenakan batasan relatif dari mata

manusia. Pada kolorimeter, sampel umumnya berupa cairan. Sampel ditempatkan pada

suatu holder yang di dalamnya terdapat cuvet yang merupakan tempat peletakan sampel

cairan. Photometer ada dua jenis, single-beam dan double-beam (gambar 2.14 dan

2.15). Pada single-beam photometer, hanya dapat mengukur cahaya yang diteruskan

oleh sample. Sedangkan pada double-beam photometer, cahaya sebelum dan sesudah

melewati sample dapat dibandingkan sehingga hasilnya lebih akurat.

Gambar 2.14 Skema komponen single-beam photometer (RS Khandpur, 2006)

Gambar 2.15 Skema komponen fotometer double-beam (RS Khandpur, 2006)


2.7Spectrophotometer UV-Vis

Sesuai dengan namanya spectrophotometer UV-Vis merupakan gabungan antara

spectrophotometer UV dan Visible. Pada spectrophotometer UV-Vis menggunakan dua

buah sumber cahaya berbeda yakni sumber cahaya UV dan sumber cahaya visible.

Spectrophotometer adalah instrumen yang mengisolasi radiasi monokromatis dalam

cara yang lebih efisien dan efektif dibanding colour filter yang digunakan pada filter

fotometer. Pada instrumen ini, cahaya dari sumber dibentuk menjadi berkas paralel dan

dilewatkan pada prisma atau kisi difraksi, dimana cahaya dari beberapa panjang

gelombang akan terdispersi dalam beberapa sudut. Gambar 2.16 adalah gambar dari

salah satu jenis Spectrophotometer UV-Vis yang ada dipasaran.

Gambar 2.16 Spectrophotometer UV-Vis

Spectrophotometer UV-Vis juga terdiri dari dua jenis, single-beam dan double-

beam. Pada spectrophotometer UV-Vis single-beam, hanya ada satu sample yang bisa

digunakan dalam satu kali pengukuran. Sedangkan pada spectrophotometer UV-Vis

double-beam, sample dan referece dapat diukur bersamaan. Gambar 2.17 dan 2.18

menunjukkan skema keduanya.


Gambar 2.17 Skema spektophotometer UV-Vis single beam (RS Khandpur, 2006)

Gambar 2.18 Skema Spektofotometer double-beam (RS Khandpur, 2006)

Cahaya yang masuk ke phototube detector diubah menjadi sinyal listrik

(elektron). Jumlah elektron yang terbentuk masih sangat lemah (sedikit) dan sulit untuk

dibaca. Sehinga memerlukan photomultipliyer-tube untuk melipatgandakan elektron

yang masuk. Kemudian pulsa yang terbentuk dikuatkan menggunakan sistem penguat

operasional (op-amp) agar dapat dibaca dengan jelas. Adapun rangkaian dasar


Gambar 2.19 Rangkaian dasar pengukuran padaspektrofotometer double-beam

(RS Khandpur, 2006)

Gambar 2.20 Rangkaian pengukuran logaritmapembanding 2 arus atau tegangan pada spektrofotometer

double-beam (RS Khandpur, 2006)

Gambar 2.21 Rangkaian direct reading Spectrocolorimeter/Spektrophotometer(RS Khandpur, 2006)

pengukuran pada double-beam spectrophotometer dan rangkaian pengukuran analog

pembanding pada 2 arus atau teganan ditunjukkan pada gambar 2.19 dan 2.20 berikut.

Banyaknya cahaya yang sampai pada detektor dari spectrophotometer secara

umum lebih kecil dibanding dengan yang dihasilkan oleh colorimeter/photometer. Hal

itu karena pita spektra yang digunakan kecil. Oleh karena itu, harus menggunakan

detektor yang lebih sensitif. Sinyal elektrik dari detektor fotoelektrik dapat terukur

dibaca secara langsung dengan menggunakan mikroamperemeter, seperti pada gambar

2.21 berikut.

Mikroprosesor-based Spektrophotometer adalah instrumen mikrokontroler yang

dirancang untuk analisis spektrofotometri cepat dan akurat. Instrumen yang

menggunakan teknologi terbaru mikroprosesor dan teknik rekayasa canggih ini mampu


Gambar 2.22 Diagram Blok MicropocessorControlled Spectrophotometer

(RS Khandpur, 2006)

Gambar 2.23 Grafik Perbandingan AbsorbansiNAD+ dan NADH

(http://chemwiki.ucdavis.edu)

memberikan peningkatan akurasi dan reproducibility. Gambar 2.22 menunjukkan

diagram blok dari alat ini. Outputnya dapat berupa grafik persentasi Transmisi (% T),

Absorbance, dan Konsentrasi seperti gambar 2.23.

2.8Aplikasi

Aplikasi (penerapan) yang paling umum dalam memanfaatkan instrumen

spektrophotometer adalah menentukan konsentrasi suatu analit dalam larutan tertentu.

Dengan mengetahui konsentrasi dan kandungan suatu analit dalam larutan tertentu

(seperti berwarna, tidak berwarna, alam, sintetis, anorganik, dan analit organik) yang

dapat dimanfaatkan untuk kegiatan riset dan industri. Pada kegiatan riset, seperti riset

bioteknologi dan farmasetika. Pada kegiatan industri, seperti menentukan konsentrasi

optimal bahan pewarna pakaian pada industri tekstil atau menentukan konsentrasi zat

aditif pada makanan dalam tinjauan keamanan konsumsi pangan pada industri

makanan.

Dalam dunia medis, banyak alat tes diagnostik menggunakan pengukuran

fotometri. Penderita diabetes biasanya menggunakan seperangkat alat analisis blood

glucose yang proses kerjanya didasarkan pada reaksi glukosa oksidasi enzim yang

secara sekunder menghasilkan produk berwarna. Selain itu, sebagai alat tes umum

lapangan untuk mengukur kadar klorin di kolam renang, air minum, atau air limbah

didasarkan pada warna yang dihasilkan oleh aksi klorin pada o-tolidine.


2.9Kelebihan dan Kekurangan

Keuntungan dari penggunaan spektroskopi UV-Vis yaitu, (1) alat yang sederhana

(portable) dan relatif murah jika dibandingkan dengan instrumentasi spektroskopi yang

lain, (2) pada aplikasinya sebagian besar molekul organik menyerap sinar UV-Vis

sehingga memudahkan dalam pengukuran, (30 pengunaan untuk pengukuran kuantitatif

(hukum Beer).

Kerugian dari penggunan spektroskopi UV-Vis adalah ; (1) sampel yang

merupakan campuran molekul dapat menjadi masalah karena tumpang tindih sehingga

secara rutin memerlukan persiapan sampel signifikan. (2) Terkadang sumber cahaya

menghasilkan spektrum yang sangat tidak spesifik untuk molekul tertentu. (3) Masih

berpengaruh pada kondisi sampel larutan. Dan (4) jika kita menggunakan sumber UV,

masih ada kemungkinan udara menyerap UV, sehingga kita perlu melakukan seluruh

percobaan dalam ruang hampa.

REFERENSI

Electropaedia. (2013). Electromagnetic Radiation and Radio Waves : Natural and Man-Made Miracles

Encyclopædia Britannica, Inc. (2013). Photoelectric Device: Phototub. [online](http://kids.britannica.com/comptons/art-53788/Phototube di akses tanggal 20Mei 2013)

Hobart at.all (1974). Instrumental Method of Analysis. D. Van Norstrand Company,New York

Interactive Simullation, University of Colorado. (2013). Beer’s Law Lab.

Khandpur, R.S. (2006). Handbook Analitical Instruments. McGraw-Hill. New Delhi

Michael W. Davidson (2013). Tungsten-Halogen Incandescent Lamps.

Qodariah, RN. (2006) Analisis Fungsi Hati dan Ginjal Manusia dengan Photometer4010. Skripsi. Program Studi Fisika FMIPA. Institut Pertanian Bogor.

Spring, KR dan Davidson MW, (2010), Theory of Confocal: Microscopy ElectronicLight Detectors.


Sahodo, Yasin Agung. (2012). Pengendali Kisi Difraksi pada Monokromator. [online](http://seratoptik.blogspot.com/2012/06/pengendali-kisi-difraksi-pada.html,diakses tanggal 20 Mei 2013)

Travis Iguchi, Samir Patel, dan Maridel Lares, (2013), A Guide to Selecting Lamps.(http://www.photonics.com/Article.aspx?AID=44487, di akses tanggal 20 Mei2013)

Photomultipliershttp://www.olympusconfocal.com/theory/pmtintro.html, diaksestanggal 20 Mei 2013)

(http://www.mpoweruk.com/radio.htm#top, diakses tanggal 21 April 2013)

(http://www.windows2universe.org/physical_science/magnetism/images/uv_spectrum_regions_big_gif_image.html, diakses tanggal 20 April 2013)

(http://sciencefair.math.iit.edu/techniques/spectrophotometer/, diakses tanggal 20 April2013)

(http://www.public.asu.edu/~laserweb/woodbury/classes/chm467/bioanalytical/spectroscopy/absflr.html, diakses tanggal 21 April 2013)

(http://anna-permanasari.staf.upi.edu/files/2011/03/Spektro-UV-Vis.pdf, diakses tgl 4Pebruari 2013)

(http://wanibesak.wordpress.com/2011/07/07/spektrofotometri-uv-ultraviolet/, diaksestanggal 19 Mei 2013)

(http://www.olympusmicro.com/primer/lightandcolor/lightsourcesintro.html, di aksestanggal 20 Mei 2013)

(http://valdisreinaldo.blogspot.com/2011/05/spektrofotometer-uv-vis.html, diaksestanggal 20 Mei 2013)

(http://zeiss-campus.magnet.fsu.edu/articles/lightsources/tungstenhalogen.html, diaksestanggal 14 April 2013)

(http://phet.colorado.edu/en/simulation/beers-law-lab, diakses tanggal 21 Januari 2013)

Documents

BAB 2 [Colorimeter & Spektrophotometer UV-Vis] _Jubaidah