analisis spektrometri

ANALISIS SPEKTROMETRI
Spektroskopi adalah ilmu yang mempelajari segala sesuatu
tentang interaksi antara materi dengan radiasi elektromagnetik.
Metode pengukuran yang didasarkan pada pengetahuan
tentang spektroskopi disebut spektrometri.
Berdasarkan pada perbedaan keadaan materi, dibedakan:
1. Spektroskopi molekuler (molecular spectroscopy)
2. Spektroskopi atom (atomic spectroscopy)
Berdasarkan sumber energi radiasi yang dipakai, dibedakan:
1. Spektrometri sinar  dan sinar x
2. Spektrometri UV-Vis
3. Spektrometri IR
4. Spektrometri Resonansi Magnetik Inti (NMR)
5. Spektrometri Raman, dan sebagainya.
MATERI
 Menurut faham mekanika kuantum, tiap materi punya energi,
dan energi tersebut berada dalam keadaan terkuantisasi. Atom
adalah suatu materi sehingga atom juga punya energi yang
terkuantisasi. Atom terdiri atas inti atom dan elektron. Atom
punya gerak yaitu gerak translasi, rotasi dan vibrasi. Untuk
atom diasumsikan bahwa inti atom adalah tetap.
 Elektron juga diasumsikan tidak bertranslasi (karena inti tetap,
padahal gerakan elektron dikendalikan oleh inti dengan
adanya gaya inti-elektron). Namun demikian elektron
mengalami gerakan rotasi disekitar atom, sedang vibrasinya
diabaikan. Karena atom terdiri dari inti dan elektron, padahal
inti atom tetap, maka gerakan dalam suatu atom yang
dibicarakan adalah gerakan elektron (rotasi elektron), sehingga
dikatakan bahwa energi atom adalah energi dari elektron yang
berotasi.
Untuk meninjau energi elektron dalam suatu atom dapat ditinjau
dari :
1.Teori Mekanika Klasik
2.Teori Mekanika Kuantum
3.Teori Mekanika Gelombang
Elektron pada suatu atom tidak berkeliaran, melainkan terikat ke
inti sehingga energinya negatif (-).
Energi elektron pada bilangan kuantun n dirumuskan :
 mz e 1
En 
2
2
8h
n
2
4
 Dari persamaan diatas, jelas bahwa E sangat bergantung
pada z (nomor atom) atau energi akan berbeda jika atomnya
berbeda.
 Tingkat energi atom akan berbeda juga dengan tingkat energi
ionnya. Hal ini disebabkan karena perbedaan gaya tarik
antara inti dengan elektron pada atom atau ion.
Contoh :
Untuk Na ( e = 11, muatan = 0) maka gaya tarik elektron
dengan inti kurang efektif. Untuk Na+ (e = 10, muatan = +1)
maka gaya tarik elektron dengan inti lebih efektif.
Sehingga dapat dikatakan bahwa atom atau ion memiliki
tingkat energi yang karakteristik. Hal ini mengakibatkan
spektroskopi atom juga karakteristik.
SIFAT RADIASI
ELEKTROMAGNETIK
Cahaya mempunyai kesamaan sifat dengan radiasi
elektromagnetik, terutama mengenai sifat penjalarannya.
Cahaya terdiri dari 2 komponen, yaitu komponen listrik dan
komponen magnetik.
Komponen elektrik inilah yang mempunyai peranan penting
dalam spektroskopi daripada komponen listrik, karena
interaksi gelombang elektromagnetik terutama terjadi antara
medan listrik gelombang elektromagnetik dengan gerakan
elektronik dari materi.
Radiasi elektromagnetik mempunyai
dua sifat : sebagai gelombang dan
materi
Sifat Gelombang :
 Radiasi elektromagnetik mempunyai frekwensi ()
 Energi
radiasi
(Power
radiation).
Radiasi
elektromagnetik punya intensitas yang proporsional
dengan energi radiasi yaitu jumlah energi dari
seberkas sinar yang melewati luasan tertentu per
detik.
 Difraksi.Bila seberkas radiasi elektromagnetik
dilewatkan melalui celah sempit, maka akan terjadi
difraksi. Dalam difraksi terjadi perubahan/pemisahan
panjang gelombang.
Sifat Partikel :
 Radiasi elektromagnetik memiliki energi radiasi
Energi radiasi elektromagnetik dipancarkan dalam
bentuk kwanta (atau foton), energi satu foton hanya
akan bergantung pada frekwensi.
E=h
 Sifat partikel dari radiasi elektromagnetik ditunjukkan
dengan efekfotolistrik
h
e
logam
Terjadi pelepasan elektron logam, bila energi radiasi yang
diberikan sesuai.
Energi elektron yang dipancarkan ternyata sebanding dengan
frekwensi radiasi yang diberikan.
E elektron = h  - W
Efek fotolistrik mudah terjadi pada logam yang mempunyai
potensial ionisasi rendah seperti logam-logam alkali. Efek
fotolistrik penting dalam spektroskopi khususnya pada
rancangan suatu detektor.
I
I = Intensitas radiasi
V yang dihasilkan sebanding
dengan I
VI
G
ada beda potensial (V)
Interaksi Radiasi elektromagnetik dengan Materi
Bila suatu radiasi elektromagnetik dilewatkan melalui
materi, maka komponen listrik akan berinteraksi
dengan atom dan molekul dalam materi tersebut.
Macam interaksi yang terjadi sangat bergantung pada
macam materi :
1. Transmisi Radiasi.
2. Absorbsi Radiasi. Dalam absorbsi atom/molekul
akan mengalami eksitasi ke tingkat energi yang
lebih tinggi.
3. Hamburan Radiasi/Proses Scattering. Terjadi
karena tumbukan antara radiasi elektromagnetik
dengan partikel besar dalam medium.
HUBUNGAN KUANTITATIF RADIASI DENGAN MATERI
Beberapa istilah dalam spektroskopi absorpsi adalah
transmitansi, absorbansi dan absorptivitas.
Istilah tersebut digunakan dalam spektroskopi UV-Vis,
spektroskopi absorpsi atom dan spektroskopi IR.
Transmitansi
Apabila suatu berkas sinar radiasi dengan intensitas Io
dilewatkan melalui suatu larutan dalam wadah transparan maka
sebagian radiasi akan diserap sehingga intensitas radiasi yang
diteruskan It menjadi lebih kecil dari Io.
Transmitansi dengan simbol T dari larutan merupakan fraksi
dari radiasi yang diteruskan atau ditansmisikan oleh larutan,
yaitu :
T = It/Io. Transmitansi biasanya dinyatakan dalam persen (%).
Absorbansi
Absorbansi dengan simbol A dari suatu larutan merupakan
logaritma dari 1/T atau logaritma Io/It.
A = log (1/T) = log (Io/It) = - log (T)
Contoh : Bila A = 0 artinya radiasi diteruskan 100%, bila A = 1
artinya radiasi diteruskan 10%. Nama lain dari absorbansi
adalah Optical Density (OD)
Absortivitas dan Absortivitas Molar
Absorbansi berbanding langsung dengan tebal larutan dan
konsentrasi larutan (hukum Beer), yaitu :
A=abc
dimana:
A = absorbansi
a = konstanta disebut absortivitas
b = tebal larutan
c = konsentrasi larutan
Jika konsentrasi c dinyatakan dalam mol/liter (Molar) dan tebal
larutan dalam cm maka absortivitas disebut absortivitas molar
(), sehingga
A=bc
Hukum Beer menyatakan bahwa absorbansi berbanding
langsung dengan tebal larutan dan konsentrasi seperti telah
dikemukakan sebelumnya.
Rumus ini dapat dijelaskan sebagai berikut : Radiasi dengan
intensitas Io yang dilewatkan bahan setebal b berisi sejumlah n
partikel (atom, ion atau molekul) akan mengakibatkan intensitas
berkurang menjadi It
Io > It
I - dI
X
Io
It
Y
db
b
Berkurangnya intensitas radiasi tergantung dari luas penampang
(S) yang menyerap partikel, dimana luas penampang ini
sebanding dengan jumlah partikel (n). Sehingga:
 dI dS

I
S
S  n sehingga dS  dn
Bila diintegralkan
It
 It
 Ln
 Io
n
dI
k .dn


I
S
Io
0
 k .n
 
 S
Luas penampang S dapat dinyatakan dalam volume V dan
ketebalan b :
S

V
cm 2
b

sehingga :
 I t  k.n.b
 Ln  
V
 Io 
atau
 Io
Ln
 It
 k.n.b
 
V

n/V menunjukkan banyaknya partikel/cm3, jadi besaran ini dapat
dikonversi ke dalam konsentrasi dalam mol/l, yaitu :


 
n partikel 
1000 cm 3 / l
c
x
23
6.02 x10  partikel / mol 
V cm 3
1000n
mol / l 
c
23
6.02 x10 V
atau
23
6
.
02
x
10
C
n 
V
1000
Sehingga:
 Io
Ln
 It
Jadi
 6.02 x10 .c.k.b
 
1000

23
 Io 
Log     .b.c
 It 
atau
atau
 Io
Log 
 It
 6.02 x10 23.c.k.b
 
2.303x1000

A   .b.c
PENGGOLONGAN SPEKTROSKOPI
Dikenal dua kelompok utama spektroskopi, yaitu spektroskopi
atom dan spektroskopi molekul.
Dasar dari spektroskopi atom adalah tingkat energi elektron
terluar suatu atom atau unsur, sedang dasar dari spektroskopi
molekul adalah tingkat energi molekul yang melibatkan energi
elektronik, vibrasi dan rotasi.
Berdasarkan signal radiasi elektromagnetik, spektroskopi dibagi
menjadi empat golongan yaitu
(a)spektroskopi absorbsi,
(b)spektroskopi emisi,
(c)spektroskopi scattering, dan
(d)spektroskopi fluoresensi.
Spektroskopi Absorbsi :
1. Spektroskopi absorbsi sinar x
2. Spektroskopi absorbsi UV-Vakum
3. Spektroskopi UV-Vis
4. Spektroskopi Infra Merah (IR)
5. Spektroskopi Gelombang Mikro
6. Spektroskopi Resonansi Magnetik Inti (NMR)
7. Spektroskopi Resonansi Spin elektron (ESR)
8. Spektroskopi “Photoacoustic”
Spektroskopi “Scattering” :
Spektroskopi Raman
Spektroskopi Fluoresensi :
1. Spektroskopi Fluoresensi Sinar x
2. Spektroskopi Fluoresensi UV-Vis