Transcript Kimia Analitik 2 - Universitas Lampung

Kimia Analitik 2
PENGANTAR SPEKTROSKOPI
Sonny Widiarto
Jurusan Kimia FMIPA
Universitas Lampung
Bahan Pelajaran / Silabus
•
•
•
•
•
•
•
Kolorimetri dan Spektroskopi
Radiasi elektomagnetik
Sifat cahaya (sebagai gelombang - partikel)
Absorpsi dan emisi
Aspek kuantitatif (hukum Beer)
Instrumen
Spektrofotometri UV-Vis, IR dan serapan atom
(AAS)
Pustaka / referensi
• Harvey ch. 10
• Skoog ch. 24 dan 25 (26-28)
• Pecsok ch. 8, 9, 10 (11-13)
Kolorimetri dan Spektroskopi
Radiasi Elektomagnetik
• Radiasi elektomagnetik merupakan kombinasi
medan listrik dan medan magnet yang
berosilasi dan merambat lewat ruang dan
membawa energi dari satu tempat ke tempat
yang lain
Dualisme Gelombang-Partikel
• Cahaya adalah energi berbentuk gelombang
elekromagnetik yang kasat mata dengan panjang
gelombang sekitar 380–750 nm. Pada bidang
fisika, cahaya adalah radiasi elektromagnetik, baik
dengan panjang gelombang kasat mata maupun
yang tidak. Selain itu, cahaya adalah paket
partikel yang disebut foton. Kedua definisi
tersebut merupakan sifat yang ditunjukkan
cahaya secara bersamaan sehingga disebut
"dualisme gelombang-partikel"
Sifat gelombang
• Electromagnetic radiation moves in waves
Sifat partikel
Interaksi Radiasi dan Materi
Spektroskopi
Spektrum Elektromagnetik
Spektrum Elektromagnetik
Warna dan Panjang gelombang
COLOR
WAVELENGTH (λ in nm)
Ultraviolet
< 380
Violet
380 – 435
Blue
436 – 480
Greenish-blue
481 – 490
Bluish-green
491 – 500
Green
501 – 560
Yellowish-green
561 – 580
Yellow
581 – 595
Orange
596 – 650
Red
651 – 780
Near Infrared
> 780
Colorimetry?
• The solutions of many compounds have
characteristic colors.
• The intensity of such a color is proportional to
the concentration of the compound.
Spectroscopy and Spectrophotometry??
• Light can either be transmitted or absorbed by dissolved
substances
• Presence & concentration of dissolved substances is
analyzed by passing light through the sample
• Spectroscopes measure electromagnetic emission
• Spectrophotometers measure electromagnetic absorption
Jenis – jenis Analytical Spectroscopy
• Absorption
• Fluoresence and Phosphoresence
• Emission (atomic with flames, arcs, sparks,
and palsmas)
• Chemilumenesence and Biolumenesence
• Reflection
22
Absorpsi Cahaya
• White light
– All colors
– Polychromatic light
• Monochromatic light
– Light of one color
Red light is
absorbed
by the green
solution
The Spectrophotometer
Definitions & Symbols
• Intensity (I)
• Transmittance (T)
– It’s also referred to as %T or T x 100
– T = I/Io
• Where Io is the intensity of the blank
Graphical Relationship
• % transmission and % absorption are not
linearly related to concentration
• For a graph to be useful, a straight line is
needed
• ABSORBANCE = log(1/T) = -log(T)
Hukum Absorpsi /Hukum Beer /
Hukum Beer-Lambert
• The intensity of a ray of monochromatic light
decreases exponentially as the concentration
of the absorbing medium increases.
• More dissolved substance = more absorption
and less transmittance
Pengukuran Transmitansi / Absorbansi
Spektra lebih dari satu komponen
Contoh:
Titanium dan vanadium membentuk kompleks berwarna dengan
hidrogen peroksida. Dua larutan terpisah yang mengandung 5,00 mg dari
kedua logam ini ditambahkan dengan asam perklorat dan hidrogen
peroksida dan dilarutkan hingga 100 mL. Larutan ketiga dibuat dengan
melarutkan 1,00 g suatu alloy (campuran logam) yang hanya mengandung
Ti dan V saja kemudian diperlakukan sama dengan larutan standar.
Absorbansi dari ketiga larutan diukur pada panjang gelombang 410 dan
460 nm. Lebar sel 1 cm, hitunglah % V dan % Ti
Larut an
A410
A460
Ti
0,760
0,513
V
0,185
0,250
Alloy
0,715
0,657
Contoh:
Titanium dan vanadium membentuk kompleks berwarna dengan hidrogen peroksida. Dua larutan terpisah yang
mengandung 5,00 mg dari kedua logam ini ditambahkan dengan asam perklorat dan hidrogen peroksida dan dilarutkan
hingga 100 mL. Larutan ketiga dibuat dengan melarutkan 1,00 g suatu alloy (campuran logam) yang hanya mengandung Ti
dan V saja kemudian diperlakukan sama dengan larutan standar. Absorbansi dari ketiga larutan diukur pada panjang
gelombang 410 dan 460 nm. Lebar sel 1 cm, hitunglah % V dan % Ti
Larutan
A410
A460
Ti
0,760
0,513
V
0,185
0,250
Alloy
0,715
0,657
Penyimpangan Hukum Beer
• Penyimpangan Riil merupakan keterbatasan dari
Hk Beer itu sendiri, dimana Hk tersebut hanya
berlaku pada keadaan larutan encer <0,01M
• Penyimpangan instrumen Beer’s law strictly
applies only when measurements are made with
monochromatic source radiation. In practice,
polychromatic sources that have a continuous
distribution of wavelengths are used in conjunction
with a grating or a filter to isolate a nearly symmetric
band of wavelengths surrounding the wavelength to be
employed
• Penyimpangan kimia Polychromatic Radiation deviations
from Beer’s law appear when the absorbing species
undergoes association, dissociation, or reaction with the
solvent to give products that absorb differently from the
analyte.
• Penyimpangan kimia (Stray radiation), commonly called
stray light, is defined as radiation from the instrument that
is outside the nominal wavelength band chosen for the
determination. This stray radiation often is the result of
scattering and reflection off the surfaces of gratings, lenses or
mirrors, filters, and windows
• Mismatched Cells deviation from adherence to Beer’s law is
caused by mismatched cells. If the cells holding the analyte
and blank solutions are not of equal path length and
equivalent in optical characteristics
Pengukuran foton sebagai Sinyal
Spektroskopi hanya dimungkinkan jika interaksi foton
dengan sample menghasilkan suatu perubahan
(energi, kecepatan, amplitudo, frekuensi, sudut fasa,
polarisasi atau arah perambatan)
Absorpsi
Spektra Absorpsi
Absorpsi Atom
Jika suatu sinar radiasi ultra violet atau visible melalui suatu medium
mengandung atom-atom dalam polikromatik dilewatkan bentuk gas, maka
hanya sebagian kecil dari frekuensinya yang berkurang karena serapan atomatom. Spektra yang dihasilkan merupakan sejumlah garis-garis absorpsi yang
sempit
Absorpsi Molekul
Molekul-molekul akan mengalami 3 jenis transisi jika tereksitasi dengan adanya
radiasi UV, visible maupun IR. Untuk radiasi UV maupun Vis, eksitasi berlangsung
pada saat suatu elektron yang berada pada orbital atom atau molekul yang lebih
rendah (energinya) dipromosikan ke orbital yang lebih tinggi. Untuk itu foton harus
memiliki energi hν yang persis sama dengan ΔE. Transisi ini dinamakan transisi
elektronik
Transisi jenis yang lain adalah transisi vibrasional dan transisi rotasional
Transisi vibrasional terjadi disebabkan karena molekul memiliki tingkat energi yang
dikaitkan dengan ikatan kimia (antara atom dengan atom) yang terdapat pada
molekul
Contoh spektra absorpsi molekul
Emisi
Emisi suatu foton terjadi jika suatu analit pada tingkat energi yang lebih
tinggi kembali ke tingkat energi yang lebih rendah.
Keadaan energi yang lebih tinggi dapat dicapai dengan beberapa cara
termasuk energi termal, energi radiasi (disebut fotoluminesensi) atau
melalui reaksi kimia (kemiluminesensi)
Spektra Emisi
Fluoresensi/Fosforesensi
Komponen Dasar Instrumentasi
Spektroskopi
Desain Instrumen Spektrofotometer
Basic Design

An instrument used to make absorbance or transmittance measurements is known
as a spectrophotometer
Sumber Radiasi EM
Sumber Energi
Spectrophotometer
Light Source: provides the light to be passed through the sample
- Tungsten Lamp: visible light (320-2500 nm)

- based on black body radiation:
heat solid filament to glowing, light
Low pressure (vacuum)
emitted will be characteristic of
Tungsten Filament
temperature more than nature of solid
filament
- Deuterium Lamp: ultraviolet Light (160-375 nm)
D2 or H2 Gas
Filament
40V
Electric Arc
In presence of arc, some of the electrical energy is absorbed
by D2 (or H2) which results in the disassociation of the gas and
Sealed Quartz
Tubeof light
release
Electrode
D2 + Eelect  D*2  D’ + D’’ + hn (light produced)
Excited state
Wavelength Selector
Filter
Spectrophotometer
1.) Basic Design

Wavelength Selector (monochromator): used to select a given wavelength of light
from the light source
Prism:
-
Filter:
Grating
Monokromator
Spectrophotometer
1.) Basic Design

Wavelength Selector (monochromator): used to select a given wavelength of light
from the light source
Reflection or Diffraction Grating:
Spectrophotometer
1.) Basic Design

Sample Cell: sample container of fixed length (b).
-
Usually round or square cuvet
Made of material that does not absorb light in the wavelength range of
interest
1.
Glass – visible region
2.
Quartz – ultraviolet
3.
NaCl, KBr – Infrared region
Spectrophotometer
1.) Basic Design

Light Detector: measures the amount of light passing through the
sample.
-
Usually works by converting light signal into electrical signal
Photomultiplier tube
Process:
a) light hits photoemissive cathode and e- is emitted.
b) an emitted e- is attracted to electrode #1
(dynode 1), which is 90V more positive.
Causes several more e- to be emitted.
c) these e- are attracted to dynode 2, which is
90V more positive then dynode 1, emitting
more e-.
d) process continues until e- are collected at
anode after amplification at 9 dynodes.
e) overall voltage between anode and cathode
is 900V.
f) one photon produces 106 – 107 electrons.
g) current is amplified and measured