Dokumen ini menjelaskan tentang prinsip dasar spektroskopi, teknik-teknik spektrometri, dan hukum Beer dalam analisis kuantitatif. Hal ini mencakup interaksi radiasi dengan materi, komponen spektrofotometer, serta berbagai metode untuk menentukan kadar analit dalam larutan. Metode analisis yang dibahas termasuk spektroskopi UV-Vis, absorpsi atom, dan kuantisasi energi internal dalam molekul.

1. SPEKTROSKOPI
Harjana
Universitas Muhammadiyah Malang
2013

2. KOMPETENSI YANG DIHARAPKAN
SETELAH MENGIKUTI KULIAH INI
1. Memahami interaksi antara cahaya dan benda (absorbansi,
eksitasi, emisi, luminesensi, fluoresensi, fosforesensi)
2. Mendeskripsikan komponen utama spektrofofometer (sumber
cahaya, monokromator, detektor, interferometer, grating,
ATR, ICP)
3. Menghitung kadar dengan rumus Beer (analisis campuran vs
absorpsi)
4. Memahami mekanisme dan penerapan spketroskopi UV-Vis,
FTIR, Luminesen, atomik

3. Spektroskopi
 Spektroscopi adalah ilmu pengetahuan yang
berkaitan dengan interaksi antara radiasi dengan
benda (atom dan molekul).
 Metode spektrometri menjadi bagian terbesar dari
metode analisis, yang sebagian besar berdasar
radiasi elektromagnet (cahaya, sinar-gamma, sinar-
X, UV-Vis, mikrowave dan radio-frekuensi)
 Teknik Spektrofotometri dipergunakan untuk
mengukur kadar analit dalam larutan dengan cara
mengukur jumlah cahaya yang diabsorpsi oleh
larutan di dalam kuvet yang diletakkan di dalam
spektrofotometer

4. TOPIK BAHASAN
1. Asas dasar dan perbedaan antara spektra
molekuler dan spektra atomik
2. Spektrofotometri absorpsi molekuler
3. Komponen dasar spektrofotometer UV-Vis single
dan double beam-spectrophotometer
4. Fluorometri, fosforimetri, kemiluminesensi dan
otomasi
5. Emisi, Absorpsi dan Fluoresensi Atomik

5. 1- Penyerapan radiasi
 Ketika suatu radiasi melewati suatu media, suatu
lapisan padatan, cair atau gas, frekuensi tertentu
diserap oleh media, suatu proses dimana energi
elektromagnet dialihkan ke sampel.

6.  Dua jenis spektra serapan:
– Spektrum Serapan Atom
– Spektrum Serapan Molekul

7. Bagaimana proses molekul menyerap radiasi?
1- Transisi rotasi:
Tiap molekul berotasi dengan berbagai
sumbu, energi rotasi berada pada aras energi
tertentu, sehingga molekul dapat menyerap
radiasi, kemudia naik ke aras energi rotasi yang
lebih tinggi

8. 2- Transitsi vibrasi
Atom-atom atau kelompok atom-atom di
dalam mlekul daling bergetar satu sama lain.
Molekul berpeluang menyerap sejumlah energi
diskrit dan kemudian naik ke aras energi
vibrasi yang lebih tinggi

9. 3- Transisi elektron:
Elektron-elektron valensi suatu molekul dpt
naik ke aras energi elektron yang lebih tinggi
Ketiga jenis energi internal ini dapat
dikuantitasi.

10.  Atom:
Untuk Atom hanya terjadi transisi electron
P
O
N
M
L
K

11.  Penyerapan ini menaikan partikel dari
kedudukan ground state ke excited
state yang berenergi lebih tinggi.
Absorpsi Emisi

12. Transisi rotasi: energi E rendah [λ panjang (microwave atau
far-infrared)]
Transisi Vibrasi: terjadi pada energi E tinggi [daerah near,
far infrared]
Transisi Electron: terjadi pada energi E yg lebih tinggi
[daerah visible dan U.V]

13. Jenis Radiasi Rentang Frequency (Hz) Jenis Transisi
gamma-rays 1020-1024 <1 pm nuclear
X-rays 1017-1020 1 nm-1 pm Elektron dalam
Ultraviolet 1015-1017 400 nm-1 nm Elektron luar
Visible 4-7.5x1014 750 nm-400 nm Elektron luar
near-infrared 1x1014-4x1014 2.5 μm-750 nm
Elektron luar,
vibrasi
molekul
Infrared 1013-1014 25 μm-2.5 μm Vibarasi molekul
Microwaves 3x1011-1013 1 mm-25 μm
Rotasi molekul,
electron spin
flips*
Gelombang radio <3x1011 >1 mm nuclear spin flips*

14. Pengantar Spectroskopi (lanjutan)
TRANSISI SPEKTRUM TEKNIK
KEGUNAAN
UTAMA
Transisi
Elektron
UV-vis Spektroskopi UV-vis
Spektroskopi
Serapan Atom
Analisis
Kuantitatif
Analisis
Kuantitatif
Transisi
Vibrasi
IR Spektroskopi IR
Identifikasi Gugus
fungsi dan
Struktur
Orientasi Spin Radio NMR
Identifikasi
Struktur

15. S2
S1
So
T1
Diagram transisi energi molekul antrasen
Transisi
S S0
2
Transisi
S S0
1
VR
VR
IC
F
ISC
VR
O2 - Q
IC
FF
h
E = h  =

255 350 425403280 680

16.  Molekul atau atom mana dapat menyerap radiasi?
 Molekul:
 Agar terjadi penyerapan harus terjadi perubahan momen
dipole (polaritas) dalam molekul. Dalam hal ini ikatan
kovalen polar, dimana pasangan-pasangan elektron yang
elektron berpatungan tidak equal.
contoh: molekul yg tidak mempunyai momen dipole
N  N tidak punya momen dipole, sehingga tidak menyerap di daerah IR.
contoh molekul yang mempunyai momen dipole.
O C O Molekul diatomik, mempunyai dipole yang permanen, sehingga akan menyerap cahaya.
OCOModel Vibrasinya  simmetri, tidak punya momen dipole
OCOdengan dipole terinduksi  momen dipole, molekul dapat menyerap radiasi IR.

17. Spektra Serapan Atom Spektra Serapan Molekul
Elektron paling luar yg menempati energi
elektronik ,  or n pada ground state.
1- Elektron paling luar yg menempati satu
dari orbital atom, yg terletak pada aras
energi [K, L, M, N, ......
s, s,p s,p,d s,p,d,f ]
Ketika dieksitasi elektron naik ke aras
energi * or *
2- Ketika dieksitasi elektron naik ke aras
energi atom yang lebih tinggi yg masih
diijinkan
Karea ada ikatan, maka ada aras energi
vibrasi atau rotasi, baik pada kedudukan
ground maupun tereksitasi.
3-Karea tidak ada ikatan, maka tidak ada
aras energi vibrasi atau rotasi, baik pada
kedudukan ground maupun tereksitasi.
Pajang gelombang analisis adalah max4- Pajang gelombang analisis adalah .
pajang gelombang resonansi dari analit
Spectra berbentuk pita karena adanya
aras energi vibrasi dan rotasi yang sangat
dekat, saling tindih dan tidak terpisah
pada kedudukan tereksitasi
5- Spektra berbentuk garis

18. Metode Analisis Spektrometri
Spektrometri Absorpsi
1. Spektrometri Absorpsi Molekular
UV
2. Spektrometri Absorpsi Molekular
Vis
3. Spektrometri Infrared
4. Resonansi Magnet Inti (NMR)
5. Spektrometri Absorpsi Atom
(AAS)
Spektrometri Emisi
1. Fluorimetri
2. Spektrographi Emisi
(Spektrometri Emisi
Arc/Spark)
3. Spektrometri Emisi Atom
(Flame photometry)
4. Spektrometri Fluoresensi
Atom
5. Spektrometri Fluoresensi
sinar-X
6. Metode Analisis Radiokimia

19. Hukum Beer
 Banyak senyawa menyerap radiasi. Jika suatu
radiasi monokromatik dengan kekuatan
radiasi P0 diarahkan ke suatu larutan sampel
 terjadilah penyerapan dan saat keluar dari
larutan sampel kekuatan radiasinya tinggal P

20.  Jumlah radiasi yang diserap dapat dinyatakan
dengan beberapa cara
– Transmittance, T = P / P0
% Transmittance, %T = 100 T
– Absorbance,
A = log10 P0 / P
A = log10 1 / T
A = log10 100 / %T
A = 2 - log10 %T

21.  Persamaan terakhir, A = 2 - log10 %T ,
penting untuk diingat, karena kita
dengan mudah menghitung absorbance
dari data % transmittance
 Diagram berikut menunjukkan
hubungan antara absorbance dan
transmittance :

22. SPEKTROFOTOMETER

23. Metode Analisis Kuantitatif
1- Metode langsung
2-Pembentukan senyawa yang mengabsorpsi
3- Metode tak langsung:
a) Metode Replacement
b) Reaksi redoks
c) Reaksi katalitik
d) Metode pemucatan

24.  Persamaan yg menggambarkan Hukum Beer
A = ε b c
 dimana
A = absorbance (tanpa satuan, A = log P0 / P ).
ε = absorbtivitas molar (ukuran jumlah cahaya yg
diserap/satuan kadar) dg satuan L mol-1 cm-1
b = tebal sampel yang dilewati cahaya atau tebal
kuvet dalam sentimeter
c = kadar analit dalam larutan sampel dalam mol L-1

25.  Hk Beer di atas menyatakan bahwa
absorbance tergantung pada total kuantitas
analit yg dilewati cahaya dalam kuvet. Jika
dibuat kurva antara absorbance terhadap
kadar, akan didapat garis lurus yang
melewati titik (0,0)

26. Kurva kerja ini dapat dipergunakan untuk
1.Penetapan kadar larutan sampel
2.Kalibrasi linearitas instrumen analisis

27. Penetapan kadar sample
1- Kurva Kalibrasi Baku
2- Metode adisi baku

28. Tahapan penetapan kadar dg
kurva kalibrasi
 Buat larutan baku dengan beberapa
kadar tertentu
 Ukur serapan pada λmax
 Plot Abs vs. kadar
 Hitung slope dan intercept
 Ukur serapan larutan sampel
 Gunakan slope (dan intercept) untuk
menetapkan kadar larutan sampel

29. Contoh kurva baku Hk Beer
y = 0.02x
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0
0.0 20.0 40.0 60.0
concentration (uM)
A
X (kadar) μm Y (serapan)
2.5 0.05
5 0.1
10 0.2
20 0.4
50 1

30. Tahapan penetapan kadar dg standar adisi
1. Buat paling tidak 3 macam larutan sbb.:
a. Pipet 2,0 ml larutan sample masukan ke labu takar 10,0 ml
b. Pipet 2,0 ml larutan sample + 2,0 ml larutan baku yang
serapannya sama dengan larutan sample
c. Pipet 2,0 ml larutan sample + 6,0 ml larutan baku yang
serapannya sama dengan larutan sample
Ketiga labu takar ini tambah pelarut ad tanda
2. Ukur serapan pada max
3. Plot Abs vs. kadar adisi
4. Hitung slope dan intercept
5. Cari nilai absis titik potong antara kurva regresi dgn sumbu X
6. Nilai absis pada butir 5 dikalikan 5 adalah kadar larutan sample

31. Kurva kalibrasi standar adisi
Abs
0.6
0.4
0.2
X S S+10 S+20 ppm
C X
0 0.2
10 0.4
20 0.6

32. Ciri serapan UV-visible untuk analisis kuantitatif
1) Dapat diterapkan untuk spesies organik maupun
anorganik
2) DL antara: 10-100 mM atau lebih peka lagi, jika celah
diperlebar
3) Selektivitas sedang – tinggi
4) Akurasi : 1-3% atau lebih baik
5) Akuisasi data mudah dan hemat
6) Hanya untuk komponen tunggal

33. Perhatian untuk pengukuran kuantitatif
UV-vis
 Serapan analit diukur langsung; biasanya tidak merusak
 Jika analit tidak berwarna gunakan pereaksi agar dihasilkan
spesies yang serapannya dapat diukur
– Memperbesar serapan molar
– Thiocyanate (Fe, Co, Mo), H2O2 (Ti, V, Cr), iodide (Bi, Pd, Te)
 Amati pada serapan max: max dan λmax
– Perubahan serapan besar/satuan kadar
– Pilih daerah spektrum yang serapannya tidak mudah terpengaruh
oleh sedikit perubahan λ
 Gunakan instrument yang resoulusinya tinggi.
 Ingat serapan UV-visible peka terhadap perubahan pH, suhu,
kadar tinggi elektrolit dan spesies pengganggu. Kalau bisa
gunakan plasebo pada kalibrasi
 Gunakan kuvet yang match

34. Analisis komponen tunggal (SCA)
 Kurva kalibrasi jika matriks tidak mengganggu
 Gunakan plasebo
 Pengamatan 3 gelombang
 Cara derivatif
 Kurva kalibrasi adisi, jika matriks mengganggu

35. Analisis campuran (MCA)
1. CARA SSE (Simple Simultan Equations)
 Buat kurva kalibrasi menggunakan baku
eksternal
– Harus menggunakan baku multiple
 Usahakan agar baku match dengan sample
 Jika matching sukar dilakukan, gunakan
metode standard addition
 Serapan campuran (n analit) adalah aditif
oleh karena itu
– Baca serapan pada sejumlah n λ sesuai dgn
jumlah n jenis analit yang akan dianalisis
– Selesaikan dengan n persamaan dengan n
bilangan anu
2. CARA DERIVATISASI
3. LSQ (least squares) dan MLH (maximum likehood)
Aλ1 = εMλ1.b.cM + εNλ1.b.cN
Aλ2 = εMλ2.b.cM + εNλ2.b.cN

36. Keterbatasan spektrometri
1. Penyimpangan Hk Beer
– Penyimpangan Positif
– Penyimpangan Negatif
2. Penyimpangan Instrumental
3. Penyimpangan Kimia

37. PENYIMPANGAN HK BEER … lanjutan
 Pengaruh
instrumen
– Radiasi polikromatik
– Lebar celah
 Pengaruh kimia
– Disssosiasi
– Asosiasi
– Pembentukan
kompleks
– Polimerisasi
– Solvolisis
 Pengaruh fisika
– Solven
– Suhu (jika > 5oC),
kenaikan suhu
mempermudah ionisasi
– Foton, misalnya terjadi
fluoresensi atau
scattering