Metode Spektrometri-2

5/24/2018 Metode Spektrometri-2

1/21

Metode Spektrometr i #2

Mudasir

Chemistry Department

Gadjah Mada University

Yogyakarta, Indonesia


2/21

PERHITUNGAN KUANTITATIF DALAM

SPEKTROMETRI

I.6.1 Hukum Lambert-Beer

Jumlah radiasi yang diserap oleh suatu larutan sampeldigambarkan oleh hukum Beer-Bouguer-Lambert yangumumnya dikenal dengan istilah hukum Beer.

Po = Intensitas sinar datang

C = Konsentrasi spesies penyerap radiasib = Tebal media yang dilalui sinar

P = Intensitas sinar yang diteruskan.

Menurut Bouguer (1729) dan Lambert (1760): Apabila energiradiasi elektromagnetik diabsorpsi oleh suatu spesies denganketebalan b, maka kekuatan energi radiasi yangditransmisikan akan turun secara deret geometri(eksponensial).

Po PC

b


3/21

Secara metematis pernyataan tersebut dituliskan dalam bentukeksponensial sebagai berikut:

T = P/Po = 10-kb

Dimana k adalah suatu konstanta dan T adalah transmitansi, yaitu fraksienergi radiasi yang ditransmisikan setelah melewati medium dengan

ketebalan b. Persamaan di atas dapat disusun ulang dalam bentuklogaritmis sebagai berikut:

Log T = Log P/Po = - kb

Pada tahun 1852, Beer dan Bernard menyatakan bahwa suatu hukum yangserupa dengan hukum Lambert-Bouguer juga berlaku untukketergantungan T pada konsentrasi C, yaitu:

T = P/Po = 10-kc

Dimana k adalah konstanta yang baru yang nilainya berbeda dengan k.Dalam bentuk logaritmik persamaan di atas dapat ditulis:

Log T = Log P/Po = - kc

Jika persamaan Bouguer-Lambert dan Bernard-Beer digabung maka akan

diperoleh hubungan sebagai berikut:T = P/Po = 10-abc

amerupakan konstanta gabungan dari k dan k. Dalam bentuk logaritmikpersamaan diatas dapat ditulis:

Log T = Log P/Po = - abc

Persamaan yang terakhir ini sering ditulis dalam bentuk positif pada sisi

kanan sehingga diperoleh:


4/21

A = - Log T = Log 1/T = Log Po/P = abc

Di mana A adalah absorbansi. Persamaan ini merupakan bentuk umum darihukum Lambert-Beer.

Perhatian: yang berbanding lurus dengan konsentrasi larutan sampel adalah

absorbansi (A), bukan transmitansi (T) atau sinar yang diserap (PoP).Prosen transmitansi diberikan oleh persamaan:

% T = P/Pox 100

Karena T = % T/100, maka

A = log (100/%T) = log 100log %T

Atau

A = 2,00log % T, dan% T = antilog (2,00A)

Jika b dinyatakan dalam cm dan c dalam gram/liter, maka konstanta a disebutabsorpt iv i tas. Harga konstanta ini tergantung pada panjang gelombang dansifat materi (sampel) penyerap radiasi sinar. Jika c dinyatakan dalam satuanmol/liter, maka absorbansi (A) menjadi:

A = eb cDengan e adalah absorpt iv i tas m olar. Satuan untuk e dan a adalah :

e= cm-1. mol-1. liter

a = cm-1. g-1. liter

sedangkan tebal media (b) dalam praktek biasanya dibuat konstan, sehinggaabsorbansi hanya merupakan fungsi dari konsentrasi sampel.


5/21

Tabel I.2 Istilah-istilah dan simbol yang digunakan

pada pengukuran absorbansiIstilah dan simbol Definisi Nama dan simbol alternatif

Kekuatan radiasi (P, Po)

Absorbansi (A)Transmitansi (T)Tebal media (cm), bAbsorptivitas molar, e

Energi radiasi yang mencapaiarea tertentu pada detektorper detik.Log (Po/P)P/Po---A/b.c

Intensitas radiasi (I, Io)

Kerapatan optis, ODEkstingsi, ETransmisi, Tl, dKoefisien ekstingsi molar

Contoh-contoh soal:

Suatu larutan sampel dalam sel 1,0 cm setelah diukur dengan

spektrofotometer mentransmisikan 80 % cahaya pada suatu panjang

gelombang tertentu. Jika absorptivitas zat padalini = 2,0. Hitunglahkonsentrasi zat tersebut.

Suatu larutan yang mengandung besi 1,00 mg/100 ml (sebagai kompleks besi-

tiosianat) teramati mentransmisikan 70 % dari sinar yang masuk.

Berapakah absorbansi larutan padaltersebut.

Berapakah fraksi cahaya yang akan diteruskan jika konsentrasi larutan

besi tersebut 4 kali lebih besar.


6/21

Penentuan Komponen dalam Campuran Campuran 2 senyawa atau lebih yang mempunyai spektra saling

tumpang tindih dapat ditentukan secara simultan.

Menurut Hk. Beer: Absorbansi total 2 zat atau lebih pada suatu ltertentu akan sama dengan penjumlahan absorbanasi dari

masing-masing zat tersebut, sehingga untuk 2 zat X dan Y:

A = aX b CX+ aYb CY, atau

A = eX

b CX+ e

Yb C

Y

Dari Gambar disamping terlihat bhw:

A1= AX1+ AY1= eX1bCX+ eY1bCY

Dan

A2= AX2+ AY2= eX2bCX+ eY2bCY

A1dan A2diukur dengan

spektrofotometer, eX1, eX2, eY1dan eY2Dengan mengukur Absorbansi lar.

Standar X dan Y pada l1dan l1

Gb. spektra


7/21

Con toh soal Kalium dikromat dan kalium permanganat dalam 1 M H2SO4

mempunyai spektra absorbansi yang saling tumpang tindih (overlap).

K2Cr2O7mempunyai absorbansi maksimum pada lmaks= 440 nmdan KMnO4pada l= 545 nm (lmaksKMnO4sebenarnya 525 nm, ttp

lyang lebih tinggi biasa digunakan karena interferensinya lebih

sedikit). Campuran kedua zat tsb dianalisis secara spektrofotometri

dengan mengukur absorbansi larutan pada kedua ltersebut

dengan hasil sbb: A440 nm= 0,405 dan A545 nm= 0,712 denganmenggunakan sel setebal 1 cm.

Hasil pengukuran larutan murni (standar) K2Cr2O7(1 x 10-3M) dan

KMnO4(2 x 10-4M) dalam 1 M H2SO4dengan menggunakan sel

yang sama adalah sbb:

ACr, 440 = 0,374 ACr, 545 = 0,009AMn, 440= 0,019 AMn, 545= 0,475

Hitung konsentrasi dikromat dan permanganat dalam larutan

sampel?


8/21

Peny impangan thd Hk. Beer

Plot konst. Vs. Abs. menurut Hk. Beer akan selalu berupa garis lrsmelewati titik 0, ttp hsl eksp menunjukkan bhw penyimpangan thd

hkm ini srg terjadi. Peyebab penyimpangan Hk. Beer dpt dikelompokkan menjadi:

- Faktor sejati (real factor)

- Faktor Instrumental (instrumental factor)

- Faktor Kimia (chemical factor)

Real Factor

Terjadi akibat pengabaian perubahan indeks bias dalam medium:

dalam Hk. Beer sesungguhnya ada suku n/(n2+2)2, sehingga ehanya konstan apabila n konstan. Kenyataan: indeks bias larutannaik dengan naiknya konsentrasi sehingga nilai suku n/(n2+2)2mengecil. Jadi penyimpangan negatif akan terjadi dengan naiknya

konsentrasi larutan

Konsentrasi

Absorbansi

normal

Penyimp. negatif

Penyimp. positif


9/21

Instrumental Facto r Hk. Beer berlaku hanya jika berkas sinar yang digunakan benar-

benar monokromatis (terdiri dari hanya satu l). Dalam praktek alat

monokromator tidak pernah dapat menghasilkan sinar yg benar-benar monokromatis.

Misal sinar yang dihasilkan monokromator terdiri dari 2 gelombang,

yaitu l dan l, menurut Hk Beer, Absorbansi pada l1

A=log (Po/P) = e.b,c atau Po/P = 10e.b.c

Dan untuk l:A=log (Po/P) = e.b.c atau Po/P = 10e.b.c

Absorbansi total untuk 2 panjang gelombang:

At=log (Po+Po)/(P+P), atau

At=log (Po+Po)/(Po. 10-e.b.c+Po. 10-e.b.c)

Jika e = e, Sinar monokromatis, pers. diatas menjadi sama dg Hk.Beer

Jika e e, sinar polikromatis, terjadi penyimpangan Hk. Beer, grafik

tidak benar-benar linear

e >e: terjadi penyimpangan negatif, e < e = penyimpangan positif


10/21

Chemical Facto r Biasanya diakibatkan proses dissosiasi, assosiasi, pembent.

Kompleks, polimerisasi atau solvolisis dalam larutan

As. Benzoat dalam lar. Mrpkn campuran bentuk terionisasi dan takterionisasi:

C6H5COOH + H2O C6H5COO- + H3O

+

(lmaks=273 nm, e=970) (lmaks=268 nm, e=560)

terlihat bahwa absorptivitas molar (e) pada 273 nm akan turun

dengan jika larutan diencerkan atau pH larutan semakin tinggi Dalam larutan murni (tidak ditambahkan buffer), K2Cr2O7akan

berada sebagai ion dikromat dan kromat dalam kesetimbangan:

Cr2O72-+ H2O 2CrO4

2-+ 2 H+

Penyimpangan Hk. Beer akan teramati jika larutan diencerkan

dengan air, Konsentrasi spesies Cr2O72-dan CrO42-sangatdipengaruhi oleh pH larutan. Penyimpangan Hk. Beer dapat

dikontrol dengan menambahkan asam kuat ke dalam larutan untuk

mempertahankan spesies dikromat; atau larutan dapat dibuat sedikit

alkalis agar semua dikromat berubah menjadi kromat sehingga

dalam larutan hanya ada 1 spesies


11/21

Contoh soal

Suatu larutan asam lemah HB (Ka = 1,00x105)mengabsorbsi Radiasi ultraviolet dengan lmax=280 nm, e= 975. Spesies Btidak mengabsorbsiRadiasi. Jika sel yang dipakai 1,00 cm dan

konsentrasi asam tersebut 2,00 x 103

F :(a) Hitunglah absorbansi larutan tersebut pada lmaks(b) Jika larutan diencerkan 2x berapakah

absorbansinya

(c) Perkirakan apakah larutan tersebut mengikuti Hk.Beer


12/21

Kesalahan Fotometr i

Diakibatkan oleh kesalahan sel fotolistrik pada detektor dalammembedakan sinar datang dan sinar yang ditransmisikan

Terjadi pada larutan yang sangat encer atau terlampau pekat

Agar kesalahan analisis minimum perlu dicari range absorbansi(A)/transmitansi (T) yang memberikan kesalahan minimal. Secaramatematis dpt diturunkan pers. Beer:

a.b.C = -log T ; C = -(1/ab) log T . . . . . .. . .(1)

jika pers ini diturunkan diperoleh:

dC = -1/ab (log e)/T dT . . . . . . . . . .. . . . .(2)

Jika pers. (2) dibagi dengan pers(1), diperoleh

dC/C = (log e dT) / (T log T) . . . . . . . . . . . . . (3)

Pers(3) adalah kesalahan relatif konsentrasi (C) yang diakibatka olehperubahan T

pers(3) akan bernilai minimum (yang berarti kesalahan juga minimum

apabila turunan persamaan tersebut = 0,d/dT [(log e dT)/(Tlog T)] = 0

log T + log e = 0 log T = -log e = 0,4343

T = 0,368 atau T = 36,8 % atau A = 0,43

Kesalahan analisis


13/21

Grafik Kesalahan Fotometr i


14/21

Ins trumentasi Spektro fotm etr i (1)

Alat yang dipakai untuk mempelajari absorpsi atau emisi radiasielektromagnetik sebagai fungsi panjang gelombang disebut

Spektrometeratau Spektrofotometer. Komponen-komponenutama alat spektrofotometer adalah:

Sumber radiasi yang stabil dan berkelanjutan (kontinu)

Sistem lensa, cermin dan celah untuk membatasi, membuat paralleldan menfokuskan berkas sinar.

Suatu monokromator untuk menyeleksi sinar menjadi ltertentu

(sinar monokromatis). Kontainer transparan untuk tempat sample (biasa disebut dengan

sel atau kuvet).

Detektor radiasi yang dirangkaikan dengan suatu pembaca (readout) baik meter atau recorder.

Diagram blok lengkap alat spektrofotometer disajikan pada Gambar

I.10.

Sumber

RadiasiMonokromator Sampel Detektor Rekorder


15/21

Ins trumentasi (2)Sumber Radiasi

Radiasi sinar tampak: umumnya dipakai lampu filamen tungstenyang mempunyai daerah panjang gelombang 3202500 nm.Kontrol terhadap voltase sangat diperlukan karena perubahan 1volt akan mengakibatkan perubahan kekuatan sinar menjadi 4 xlebih besar. Biasanya digunakan regulator atau stabilisator.

Radiasi sinar ultraviolet: Umumnya digunakan lampu hydrogen(atau deuterium) yang menghasilkan radiasi kontinyu pada l= 180

375 nm. Ada 2 tipe lampu ini, yaitu yang menggunakan voltase

tinggi dan voltase rendah. Lampu deuterium dapat menghasilkanintensitas sinar lebih besar dari lampu hydrogen.

Monokromator

Ada 2 jenis monokromator, yaitu:

Prisma: penguraian sinar didasarkan pada perbedaan indeksnyadi udara dan di dalam prisma, sehingga sinar diteruskan sesuai

dengan panjang gelombang masing-masing. Difraksi Grating: Penguraian sinar didasarkan pada grating

(permukaan benda seperti gergaji), grating dapat diputar dengansudut tertentu, sehingga diperoleh sinar dengan lseperti yangdiinginkan.


16/21

Gambar Monok romator


17/21

Inst rumentasi (3)Kontainer samp le (sel /ku vet)

Sel atau Kuvet tempat sample (biasanya berupa larutan) ditempatkanharus terbuat dari bahan yang tembus radiasi pada panjang gelombangyang akan digunakan untuk pengukuran absorbansi. Untuk bekerja pada

daerah ultraviolet (


18/21

MACAM-MACAM SPEKTROFOTOMETERMeskipun secara umum spektrofotometer mempunyai rancangan dasarsebagaimana dibahas dalam sub-bab sebelumnya, namun demikiansetidaknya ada tiga jenis spektrofotometer yang telah dikenal.

Spektrofotometer berkas tunggal (single beam)

Spektrofotometer berkas ganda (double beam)

Spektrofotometer Gilford

Spektrofotometer berkas tun ggal (s ing le beam)banyak digunakan karenacukup murah, tetapi memberikan hasil yang memuaskan. Alat ini hanya terdiridari satu berkas sinar sehingga dalam prakteknya, pengukuran sample danlarutan blanko atau standar harus dilakukan secara bergantian denganmenggunakan sel yang sama.

Spektrofotometer berkas ganda (doub le beam):biasa dijumpai pada alatspektrofotometer yang telah memakai autosacnningpanjang gelombang danmencatat secara otomatis absorbansi (A) sebagai fungsi panjang gelombang(l). Alat jenis ini mempunyai 2 berkas sinar sehingga pengukuran absorbansilarutan sample dan larutan blanko dapat dilakukan secara parallel dan tidak

perlu bargantian.Spektrofotometer Gi lfordbanyak dipakai di laboratorium biokimia danmempunyai beberapa keuntungan dibandingkan dengan spektrofotometribiasa karena mampu membaca absorbansi (A) sampai pada angka 3(spektrofotometri biasa : 0,11,0). Hal ini disebabkan alat ini menggunakankomponen yang disebut denganphotomultiplier feed-back circuit.


19/21

Tekn ik-Tekn ik Anal is isAda tiga teknik yang biasa dipakai dalam analisis secara spektometri. Ketigateknik tersebut adalah :

Metoda Standard Tunggal

Metoda ini sangat praktis karena hanya menggunakan satu larutan standardyang telah diketahui konsentrasinya (Cstd). Selanjutnya absorbsi larutanstandard (Astd) dan absorbsi larutsn sampel (Asmp) diukur denganSpektrofotometri. Dari hukum Beer diperoleh :

Astd= e.b.Cstd Asmp= e.b.Csmpe.b = Astd/ Cstd e.b = Asmp/ Csmp

sehingga,Astd/Cstd= Asmp/Csmp Csmp= (Asmp/Astd) x CstdDengan mengukur Absorbansi larutan sampel dan standar, konsentrasi larutansampel dapat dihitung.

Metode Kurva Kalibrasi

Dalam metode ini dibuat suatu seri larutan standar dengan berbagai konsentrasidan absorbansi dari larutan tersebut diukur dengan AAS. Langkah selanjutnyaadalah membuat grafik antara konsentrasi (C) dengan Absorbansi (A) yangakan merupakan garis lurus melewati titik nol dengan slope = e.b atau slope =a.b. Konsentrasi larutan sampel dapat dicari setelah absorbansi larutan sampeldiukur dan diintrapolasi ke dalam kurva kalibrasi atau dimasukkan ke dalampers. garis lurus yang diperoleh dengan menggunakan program regresi linearpada kurva kalibrasi


20/21

Tekn ik-Tekn ik Analis is

Metoda Adisi Standard

Metoda ini dipakai secara luas karena mampu meminimalkan kesalahan yangdisebabkan oleh perbedaan kondisi lingkungan (matriks) sampel dan standard.

Dalam metoda ini dua atau lebih sejumlah volume tertentu dari sampeldipindahkan ke dalam labu takar. Satu larutan diencerkan sampai volumetertentu, kemudian diukur absorbansinya tanpa ditambah dengan zat standard,sedangkan larutan yang lain sebelum diukur absorbansinya ditambah terlebihdulu dengan sejumlah tertentu larutan standard dan diencerkan seperti padalarutan yang pertama. Menurut hukum Beer akan berlaku hal-hal berikut :

Ax= k.Cx; AT= k(Cs+ Cx)

dimana,Cx= konsentrasi zat sampel

Cs= konsentrasi zat standar yang ditambahkan ke larutan sampel

Ax= Absorbansi zat sampel (tanpa penambahan zat standar)

AT = Absoebansi zat sampel + zat standar

Jika kedua persamaan diatas digabung, akan diperoleh:

Cx= Csx {Ax/(AT-Ax)}Konsentrasi zat dalam sampel (Cx) dapat dihitung dengan mengukur Axdan ATdengan spektrofotometer. Jika dibuat suatu seri penambahan zat standar dapatpula dibuat suatu grafik antara ATlawan Cs, garis lurus yang diperolehdiekstrapolasi ke AT= 0, sehingga diperoleh:

Cx= Csx {Ax/(0-Ax)} ; Cx= Csx (Ax/-Ax)

Cx= Csx (-1) atau Cx= -Cs


21/21

Kurva Kal ibrasi dan Adis i Standar

Abs ATAx A=a.b.C

Cxppm standar -Cx 0 Cs-1 Cs-2 ppm tambahan

Gambar III.9Kurva kalibrasi (kiri) dan kurva adisi standar (kanan) dalam analisissecara spektrometri.

Metode Spektrometri-2

Documents