Spektrofotometer UV-Vis

Dasar Teori 

Spektrofotometer UV-Vis (Ultraviolet-Sinar tampak) merupakan suatu teknik analisis spektroskopik yang menggunakan sumber radiasi dengan rentang ultraviolet (190-380 nm) hingga sinar tampak (380-780 nm) dengan instrumen spektrofotometer. Spektrofotometer UV-sinar tampak menggunakan alat pengukur intensitas cahaya yang ditransmisikan atau yang diabsorpsi. Spektrofotometri UV-Vis melibatkan energi elektronik yang cukup besar pada molekul yang dianalisis, sehingga spektrofotometri UV-Vis lebih banyak dipakai untuk analisis kuantitatif dibandingkan kualitatif.

Absorbsi cahaya UV-Vis mengakibatkan transisi elektronik, yaitu eksitasi elektron dari orbital keadaan dasar yang berenergi rendah ke orbital yang memiliki keadaan berenergi lebih tinggi. Energi yang terserap kemudian terbuang sebagai cahaya atau tersalurkan dalam reaksi kimia. Absorbsi cahaya tampak dan radiasi ultraviolet meningkatkan energi elektronik sebuah molekul, artinya energi yang disumbangkan oleh foton memungkinkan elektron itu melawan gaya tarik inti tereksitasi ke orbital yang lebih tinggi energinya. Semua molekul dapat menyerap radiasi dalam daerah UV-tampak karena mereka mengandung electron yang dapat dieksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi.

Absorbsi untuk transisi elektron seharusnya terlihat pada panjang gelombang diskrit sebagai suatu spektrum garis atau puncak tajam namun ternyata berbeda. Spektrum cahaya tampak maupun UV terdiri dari pita absorbsi rentang nilai pada daerah panjang gelombang yang lebar. Hal Ini disebabkan terbaginya keadaan dasar dan keadaan eksitasi sebuah molekul dalam subtingkat rotasi dan vibrasi. Transisi elektronik dapat terjadi dari subtingkat keadaan dasar ke subtingkat keadaan eksitasi. Karena berbagai transisi ini energi berbeda sedikit, maka panjang gelombang absorpsi juga berbeda sedikit dan menimbulkan lebar pita yang tampak dalam spektrum itu.

Pita spectrum visible selain disebabkan terjadinya tumpang tindih energi elektronik dengan energi lainnya (translasi, rotasi, vibrasi) juga disebabkan oleh faktor lingkungan kimia dari pelarut yang dipakai. Pelarut akan sangat berpengaruh mengurangi kebebasan transisi elektronik pada molekul yang dikenakan radiasi elektromagnetik. Oleh karena itu, spektrum zat dalam keadaan uap akan memberikan pita spectrum yang sempit.

Panjang gelombang dimana terjadi eksitasi elektronik yang memberikan absorbansi maksimum disebut sebagai panjang gelombang maksimum ( λ maks). Untuk eksitasi ke tingkat energy yang lebih tinggi akan menghasilkan panjang gelombang yang kecil. Senyawa yang menyerap cahaya dalam daerah cahaya tampak memiliki elektron yang lebih mudah dieksitasi daripada senyawa yang menyerap cahaya pada panjang gelombang UV.

        Pemisahan energy ikat yang paling tinggi diperoleh bila elektron dalam ikatan tereksitasi akibat menyerap panjang gelombang dari 120-200 nm (UV).

Instrumen UV-Vis
1.      Sumber cahaya

Sumber chaya terdiri dari dua macam :

-          Lampu Tungsten (wolfram), Lampu ini digunakan untuk menghasilkan cahaya pada daerah cahaya tampak. Bentuk lampu ini mirip dengna bola lampu pijar biasa. Memiliki panjang gelombang antara 350-2200 nm. Spektrum radiasianya berupa garis lengkung. Umumnya memiliki waktu 1000 jam pemakaian.

-          Lampu Deuterium, lampu ini menghasilkan sinar UV pada panjang gelombang 190-380 nm. Spectrum energi radiasinya lurus, dan digunakan untuk mengukur sampel yang terletak pada daerah UV memiliki waktu 500 jam pemakaian

2.      Wadah sampel

            Wadah sampel adalah sel untuk menaruh cairan ke dalam berkas cahaya spektrofotometer. Sel itu haruslah meneruskan energy cahaya dalam daerah spektral yang diminati jadi sel kaca melayani daerah tampak, sel kuarsa atau kaca silica berkualitas tinggi untuk daerah ultraviolet.

3.      Monokromator

            Monokromator adalah alat yang berfungsi mengurai cahaya polikromatis menjadi cahaya tunggal (monokromatis) dengan panjang gelombang tertentu. Bagian-bagian monokromator yaitu :

-          Prisma

Prisma akan mendispersikan radiasi elektromagnetik sebesar mungkin supaya di dapatkan resolusi yang baik dari radiasi polikromatis.

-          Grating (kisi difraksi)

Kisi difraksi disini berfungsu untuk meratakan sinar yang terdispersi, dengan alat yang sama. Kisi difraksi dapat digunakan dalam seluruh jangkauan spectrum

-          Celah optis

Celah ini digunakan untuk mengarahkan sinar monokromatis yang diharapkan dari sumber radiasi. Apabila celah berada pada posisi yang tepat, maka radiasi akan dirotasikan melalui prisma, sehingga diperoleh panjang gelombang yang diharapkan.

-          Filter

Berfungsi untuk menyerap warna komplementer sehingga cahaya yang diteruskan merupakan cahaya berwarna yang sesuai dengan panjang gelombang yang dipilih.

2.      Detektor

            Detektor akan menangkap sinar yang diteruskan oleh larutan. Sinar kemudian diubah menjadi sinyal listrik oleh amplifier dan dalam rekorder dan ditampilkan dalam bentuk angka-angka pada reader (computer).

3.      Visual display/ recorder

            Merupakan system baca yang memperagakan besarnya isyarat listrik, menyatakan dalam bentuk % Transmitan maupun Absorbansi.

Prinsip Kerja

Cahaya yang berasal dari lampu deuterium maupun wolfram yang bersifat polikromatis di teruskan melalui lensa menuju ke monokromator pada spektrofotometer dan filter cahaya pada fotometer. Monokromator kemudian akan mengubah cahaya polikromatis menjadi cahaya monokromatis (tunggal). Berkas-berkas cahaya dengan panjang tertentu kemudian akan dilewatkan pada sampel yang mengandung suatu zat dalam konsentrasi tertentu. Oleh karena itu, terdapat cahaya yang diserap (diabsorbsi) dan ada pula yang dilewatkan. Cahaya yang dilewatkan ini kemudian di terima oleh detector. Detector kemudian akan menghitung cahaya yang diterima dan mengetahui cahaya yang diserap oleh sampel. Cahaya yang diserap sebanding dengan konsentrasi zat yang terkandung dalam sampel sehingga akan diketahui konsentrasi zat dalam sampel secara kuantitatif.

Referensi
https://wocono.wordpress.com/2013/03/04/spektrofotometri-uv-vis/ 
Pembuatan Celah Pita Optik Film Tipis TiO₂