UV-VISIBLE

SPECTROSCOPY

Under the guidance of

Prof. Dr. Muh. Nurdin, M.Sc

Dept.of Chemical Universitas Halu Oleo

Presented

by

Rolly

Iswanto

SPECTROSCOPY

Konsep dasar spectroscopy

adalah study mengenai antaraksi cahaya

dengan atom dan molekul.

Prinsip dasar spectroscopy UV-VIS

Molekul mempunyai tingkat energi elektron

yang analog dengan energi elektron yang ada

dalam atom.

Tingkat energi molekul ini disebut orbital

molekul

Orbital molekul timbul dari antaraksi orbital

atom dari atom yang membentuk molekul itu.

Keadaan dasar dari molekul organik

mengandung elektron-elektron valensi dari 3

jenis utama orbital molekul, yakni : orbital

sigma (σ), orbital pi(∏), dan orbital elektron

bebas(n).

Masing-msing orbital molekul ini mempunyai

suatu orbital σ* atau ∏* antiikatan yang

berikatan dengannya.

Transisi-transisi elektron mencakup promosi

suatu elektron dari salah satu dari keadaan

dasar (orbital orbital σ, ∏, atau n) ke salah

satu dari dua keadaan eksitasi (orbital σ* atau

∏*)

σ → σ* ∏→ ∏* n → σ* n→ ∏*

< 165 nm >165 nm > 185 nm > 270 nm

DIAGRAM TRANSISI

Kromofor

Gugus atom yang menyebabkan terjadinya

absorpsi cahaya disebut kromofor.

Kromofor yang menyebabkan terjadinya transisi n

→ σ*ialah sistem yang mempunyai elektron pada

orbitalmolekul tak mengikat (n) dan σ

Senyawa yang hanya mempunyai orbital molekul

n dan σ ialah molekul organik jenuh yang

mempunyai satu atau lebih atom dengan

pasangan elektron sunyi, seperti C-O;C-S; C-N;

C-Cl.misal: CH3OH

Kromofor

Kromofor yang menyebabkan terjadinya

transisi ∏→ ∏* ialah sistem yang mempunyai

elektron pada orbital molekul ∏.

Senyawa yang hanya mempunyai orbital molekul

∏, seperti C=C; CΞ C.

Kromofor yang menyebabkan transisi n→

∏*; ∏→∏*; dan n → σ* adalah sistem

yang mempunyaielektron baik pada

orbital molekul tak mengikat(bebas)

maupun pada ∏.

Kromofor

Senyawa yang mempunyai orbital molekul n

maupun ∏ ialah senyawa yang mengandung

atom yang mempunyai pasangan elektron sunyi

dan orbital ∏ atau atom yang mempunyai

pasangan elektron sunyi terkonjugasi dengan

atom lain yang mempunyai orbital ∏. Contoh

jenis kromofor tersebut adalah C=O dan C=C-O.

Pada umumnya, senyawa yang hanya mempunyai transisi σ → σ* mengabsorpsi cahaya pada panjang gelombang sekitar 150 nm,

senyawa yang mempunyai transisi n→ ∏* dan ∏→ ∏* (disebabkan oleh kromofor tak terkonjugasi) mengabsorpsi cahaya pada panjang gelombang sekitar 200 nm.

Senyawa yang mempunyai transisi n→ ∏* mengabsorpsi cahaya di daerah ultraviolet kuarsa (200-400 nm).

Daerah ultraviolet vakum (daerah di bawah 200 nm) merupakan daerah yang sukar memperoleh spectrum dan informasi yang dapat diperoleh mengenai struktur molekul organik sangat sedikit

Kromofor

Intensitas absorpsi yang disebabkan oleh jenis

transisi ∏→ ∏* selalu lebih kuat 10 – 100 kali

intensitas absorpsi yang disebabkan oleh jenis

transisi n→ ∏* atau n → σ* .

Spektrum senyawa yang mempunyai baik

transisi n → σ* maupun ∏→ ∏* terlihat seperti

pada diagram . Posisi absorpsi maksimum

setiap pita (disebut λ maks) sesuai dengan

panjang gelombang cahaya yang diperlukan

supaya terjadi transisi.

∏→ ∏* λ maks = 180 nm

n→ ∏* λ maks = 250 nm

150 200 300 λ

maks

A

Absorption characteristics of some

common chromophoric groups

Spektrum ultraviolet dan tampak senyawa

biasanya diperoleh dengan melewatkan

cahaya pada panjang gelombangtertentu

(200-750 nm) melalui larutan encer senyawa

tersebut dalam pelarut yang tidak menyerap,

misalnya air, etanol, maupun heksana. Dalam

spektroskopi UV dan tampak absorpsi energi

direkam sebagai absorbans.

hubungan antara absorbans, konsentrasi dan panjang

sel dirumuskan oleh hubungan Lambert- Beer, sebagai berikut :

A = є b c

A = Absorbans

Є = absorptivitas molar

c = konsentrasi sampel, dalam molar

b = panjang sel, dalam cm

Absorbans suatu senyawa pada suatu

panjang gelombang tertentu bertambah

dengan banyaknya molekul yang mengalami

transisi. Oleh karena itu absorbans

bergantung pada struktur elektronik

senyawanya, konsentrasi sampel, dan

panjang sel.

INSTRUMENTATION

OF

UV-VISIBLE

SPECTROSCOPY

Components of UV-VIS

spectrophotometer

• Source of light

• Monochromators

• Sample cells

• Detector

• Recorder

Light

source

Entrance slit

monochromatorsample

Exit slit

Read outamplifierdetector

Fig.- Block diagrammatic representation of UV-Spectrophotometer

LIGHT SOURCES:

Commonly used light sources in UV region are

Hydrogen discharge lamp:

consist of two electrode containing hydrogen under low pressure.

gives continuous spectrum in region 185-350 nm.

Deuterium lamps:-

consist of two electrode contain in deuterium filled silica envelope.

gives continuous spectrum in region 185-380nm.

Radiation emitted is 3-5 times more than the hydrogen discharge lamps.

Xenon discharge lamp:-

Xenon stored under pressure in 10-30 atmosphere.

It possesses two tungsten electrode separated by 8 cm.

Intensity of UV radiation more than hydrogen lamp.

Mercury arc:-

Mercury vapour filled under the pressure .

Spectrum obtained is not continuous.

Tungsten lamp:

•This lamp find its place in most of colorimeter and

spectrophotometer

•It consists of a tungsten filament in a vacuum bulb

similar to ones used domestically

Visible sources

Carbon arc lamp:

For a source of very high intensity carbon arc lamp can

be used.

It also provides an entire range of visible spectrum

Filters –

a)Glass filters-

Made from pieces of colored glass which

transmit limited wavelength range of spectrum.

Color produced by incorporation of oxides of

vanadium, chromium, iron, nickel, copper.

b)Gelatin filters-

Consist of mixture of dyes placed in gelatin

& sandwiched between glass plates.

Band width 25nm.

MONOCHROMATORS

Interferometric filters-

Consists of two parallel plates silvered internally and seperated by a

thin film of cryolite or other dielectric material

Band width 15nm.

Prisms-

Prism bends the monochromatic light.

Amount of deviation depends on wavelength.

Quartz prism used in UV-region.

Glass prism used in visible region spectrum.

Function : They produce non linear dispersion.

Grating-

Large number of equispaced lines ruled on a glass blank coated

with aluminum film.

Blaze angle

Normal surface

vector

Normal to

groove face

•The materials that contain sample ideally should be transparent.

•The geometries of all components in the system should be such as to

maximize the signal and minimize the scattered light.

•Quartz or fused silica is required in the UV region

•Most common cell length in the UV region is

1cm.

SAMPLE CELL

Three common types of detectors are used

1. Barrier layer cells

2. Photocell detector

3. Photomultiplier

1. Photo voltaic cells or barrier layer cells :-

Maximum sensitivity-550nm.

It consist of flat Cu or Fe electrode on which semiconductor such as selenium is

deposited.

on the selenium a thin layer of silver or gold is sputtered over the surface.

DETECTORS

A barrier exist between the selenium & iron which prevents the electron

flowing through iron.

Therefore electrons are accumulated on the silver surface.

These electrons are produced voltage.

- terminal

Silver surface

selenium

+ terminal

Fig.-Barrier layer cell

2. Photocell detector:-

It consist of high sensitive cathode in the form of a half cylinder of metal which is

evacuated and it is coated with caesium or potassium or silver oxide Which can

liberate electrons when light radiation falls on it.

Anode also present which fixed along the axis of the tube

Photocell is more sensitive than photovoltaic cell.

+ -

light

Fig.- photocell detector

3. Photomultiplier tube:-

• It is the combination of photodiode & electron multiplier.

• It consist of evacuated tube contains photo-cathode.

• 9-16 anodes known as dynodes.

Fig.-photomultiplier tube

Signal from detector received by the recording system

The recording done by recorder pan.

RECORDER:

fig.-Schematic representation of single beam UV-spectrophotometer

Single beam spectrophotometer:-

Fig.-schematic representation of double beam UV- spectrophotometer

Double beam spectrophotometer:-\

ELICO UV –VISIBLE DOUBLE BEAM

SPECTROPHOTOMETER

Single beam spectrophotometer

Double beam spectrophotometer