Spektrofotometri UV-Vis

      Spektrofotometri UV-Vis adalah anggota teknik analisis spektroskopik yang memakai sumber REM (radiasi elektromagnetik) ultraviolet dekat (190-380 nm) dan sinar tampak (380-780 nm) dengan memakai instrumen spektrofotometer. 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 promosi electron-electron dari orbital keadaan dasar yang berenergi rendah ke orbital keadaan tereksitasi 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-foton memungkinkan electron-electron itu mengatasi kekangan inti dan pindah ke luar ke orbital baru yag lebih tinggi energinya. Semua molekul dapat menyerap radiasi dalam daerah UV-tampak karena mereka mengandung electron, baik sekutu maupun menyendiri, yang dapat dieksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Absorbsi untuk transisi electron seharusnya tampak pada panjang gelombang diskrit sebagai suatu spectrum garis atau peak tajam namun ternyata berbeda. Spektrum UV maupun tampak terdiri dari pita absorbsi, lebar pada daerah panjang gelombang yang lebar. Ini disebabkan terbaginya keadaan dasar dan keadaan eksitasi sebuah molekul dalam subtingkat-subtingkat rotasi dan vibrasi. Transisi elektronik dapat terjadi dari subtingkat apa saja dari keadaan dasar ke subtingkat apa saja dari keadaan eksitasi. Karena pelbagi transisi ini berbeda energi sedikit sekali, maka panjang gelombang absorpsinya juga berbeda sedikit dan menimbulkan pita lebar yang tampak dalam spectrum itu.
         Di samping pita-pita spectrum visible disebabkan terjadinya tumpang tindih energi elektronik dengan energi lainnya (translasi, rotasi, vibrasi) juga disebabkan ada faktor lain sebagai faktor lingkungan kimia yang diberikan oleh pelarut yang dipakai. Pelarut akan sangat berpengaruh mengurangi kebebbasan 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 absorban maksimum disebut sebagai panjang gelombang maksimum ()(maksλ. Penentuan panjang gelombang maksimum yang pasti (tetap) dapat dipakai untuk identifikasi molekul yang bersifat karakteristik-karakteristik sebagai data sekunder. Dengan demikian spektrum visibel dapat dipakai untuk tujuan analisis kualitatif (data sekunder) dan kuatitatif.

         Molekul-molekul yang memerlukan lebih banyak energi untuk promosi elektron akan menyerap cahaya pada panjang gelombang yang lebih pendek. Molekul yang menyerap energi lebih sedikit akan menyerap cahaya pada panjang gelombang yang lebih panjang. Senyawa yang menyerap caha dalam daerah tampak memiliki electron yang lebih mudah dipromosikan daripada senyawa yang menyerap cahaya pada panjang gelombang UV yang lebih pendek. 

        Pemisahan tenaga yang paling tinggi diperoleh bila elektron-elektron dalam ikatan tereksitasi yang menimbulkan serapan dalam daerah dari 120-200nm. Daerah ini dikenal sebagai daerah Ultra Violet (UV) vakum dan relative tidak banyak menimbulkan keterangan. Diatas 200 nm eksitasi elektron. Dari orbital-orbital p dan d, dan orbital π terutama sistem konjugasi π segera dapat diukur, dan spektra yang diperoleh memberikan banyak keterangan. Analisis kualitatif dengan metode spektrofotometri UV-Vis hanya dipakai untuk data sekunder atau data pendukung. Pada analisis kualitatif dengan metode spektrofotometri UV-Vis yang dapat ditentukan ada 2 yaitu :
• Pemeriksaan kemurnian spektrum UV-Vis.
• Penentuan panjang gelombang maximum.
Pada penentuan panjang gelombang maksimum didasarkan atas perhitungan pergeseran panjang gelombang maximum karena adanya penambahan gugus pada sistem kromofor induk.

        Kaidah Woodward dan Fieser membahas secara terinci tentang pergeseran panjang gelombang maximum yang disebabkan substitusi berbagai gugus ke dalam, diena terkonjugasi, aromatic karbonil, keton tak jenuh dan poliena. Dengan demikian setiap substitusi kimia akan dapat diperhitungkan terlebih dahulu berapa panjang gelombang maksimumnya dengan memakai tabel yang disusun atas dasar kaidah Woodward dan Fieser. Kemungkinan memang ada perbedaan harga panjang gelombang maximum antara hasil perhitungan dengan tabel Wooward-Fieser terhadap harga panjang gelombang maksimum hasil perhitungan dengan panjang gelombang maximum dari hasil pengamatan. Besarnya perbedaan panjang gelombang maximum hasil perhitungan dengan panjang gelombang maximum hasil pengamatan biasanya bergeser antara 0 sampai 4 nm.

             Kuantitasnya energi yang diserap oleh suatu senyawa berbanding terbalik dengan panjang gelombang radiasi :

∆EM=hv/λ

Dimana :
Δ E : Energi yang diabsorpsi
h : tetapan planck (6,6.10-27 erg.det)
v : Frekuensi (Hz)
c : tetapan cahaya (3.1010 cm/s)
λ: panjang gelombang (cm).

Radiasi elektromagnetik (REM)

        Radiasi elektromagnetik adalah energi yang dipancarkan menembus ruang dalam bentuk gelombang-gelombang. Untuk menggambarkan sifat-sifat REM, digunakan 2 teori yang saling melengkapi yaitu teori panjang gelombang dan teori korpuskuler. Teori panjang gelombang digunakan untuk menerangkan beberapa parameter REM yang berupa kecepatan, frekuensi, panjang gelombang, dan amplitude, dan tidak dapat menerangkan fenomena-fenomena yang berkaitan dengan serapan atau emisi dari tenaga radiasi. Untuk proses ini, maka diperlukan teori korpuskuler yang menyatakan bahwa radiasi elektromagnetik sebagai partikel yang bertenaga yang disebut foton. Tenaga foton berbangding langsung dengan frekuensi radiasi. Ada 2 teori yang digunakan :

1. Teori panjang gelombang dan kecepatan
REM juga dicirikan dengan frekuensi (banyaknya daur.lingkar lengkap tiap detik). Radiasi dengan frekuensi lebih tinggi mengandung gelombang lebih banyak per detik. Hubungan antara panjang gelombang dan frekuensi adalah sbb:

v=  c / λ

v = frekuensi (Hertz)
C = cepat rambat gelombang (3x108 m/s)
λ = panjang gelombang (cm)

2. Teori partikel atau foton

Cahaya adalah sumber energi. REM dipancarkan dalam bentuk paket-paket energi yang menyerupai partikel yang disebut foton atau kuantum. Energi suatu foton memiliki hubungan sebagi berikut :
E = hv

 E = energi foton
H = tetapan Planck
Suatu molekul memiliki panjang gelombang sendiri-sendiri. Panjang gelombang suatu molekul memiliki panjang gelombang yang tetap untuk terjadinya absorbansi yang maksimum.

 Kromofor
-Berasal dari kata Chromophorus yang berarti pembawa warna
-Dalam pengertian yang dikembangkan, kromofor merupakan suatu gugus fungsi yang menyerap radiasi elektromagnetik apakah gugus itu berwarna atau tidak
-Digunakan untuk menyatakan gugus tidak jenuh kovalen yang dapat menyerap radiasi dalam daerah-daerah  ultraviolet dan terlihat

Auksokrom
-Suatu subtituen pada kromofor yang menghasilkan pergeseran merah
-Ciri auksokrom adalah heteroatom yang langsung terikat pada kromofor, misalnya : -OCH3, -Cl, -OH, NH2.
-Contoh : pada konjugasi pasangan electron bebas pada atom nitrogen dari enamina akan mengeser serapan maksimum dari harga ikatan ganda terisolasi pada 190nm ke 230nm. Subtituen nitrogen adalah auksokrom. Suatu auksokrom akan memperpanjang kromofor dan menghasilkan suatu kromofor baru.
      Pergeseran merah atau efek batokromik merupakan pergeseran serapan maksimum ke panjang gelombang lebih panjang. Hal ini dapat disebabkan oleh perubahan pelarut atau adanya suatu auksokrom. Geseran ke panjang gelombang yang lebih panjang mencerminkan fakta bahwa electron dalam suatui system tergabung (terkonjugasi) kurang kuat terikat daripada dalam suatu system tak tergabung.
         Pergeseran biru atau efek hipokromik merupakan pergeseran ke panjang gelombang lebih pendek. Hal ini disebabkan oleh perubahan pelarut atau adanya konjugasi dari electron pasangan bebas pada atom nitrogen anilia dengan system ikatan π cincin benzene dihilankan dengan adanya protonasi. Anilia menyerap pada 230nm ( ε 8600) tetapi dalam larutan asam puncak utamanya hamper sama dengan benzene yaitu 203nm ( ε 7500), terjadi pergeseran biru.

Efek hiperkromik→kenaikan dalam intensitas serapan
Efek hipokromik→penurunan dalam intensitas serapan

         Berkas radiasi dikenakan pada cuplikan dan intensitas radiasi yang ditransmisikan diukur. Radiasi yang diserap oleh cuplikan ditentukan dengan membandingkan intensitas dari berkas radiasi yang ditransmisikan bila spesies penyerap tidak ada dengan intensitas yang ditransmisikan bila spesies penyerap ada. Kekuatan radiasi dari berkas cahaya sebanding dengan jumlah foton per detik yang melalui satu satuan luas penampang. Jika foton yang mengenai cuplikan tenaga yang sama dengan yang dibutuhkan untuk menyebabkan terjadinya perubahan tenaga, maka serapan dapat terjadi.

Tingkat kejadian absorbsi tergantung pada:
-Jarak yang diarungi radiasi melewati larutan itu
-Panjang gelombang radiasi
-Sifat dasar spesies molekul dalam larutan
      Analisis kuantitatif dengan metode spektrofotometri UV-Vis dapat digolongkan atas tiga macam pelaksanaan pekerjaan yaitu:
1. Analisis kuantitatif zat tunggal (analisis satu komponen)
2. Analisis kuantitatif campuran 2 macam zat (analisis 2 komponen)
3. Analisis kuantitatif campuran 3 macam zat (analisis multi komponen)
           Analisis kuantitatif zat tunggal dilakukan dengan pengukuran harga A pada panjang gelombang maksimum atau dilakukan pengukuran %T pada panjang gelombang minimum. Dilakukan pengukuran pada panjang gelombang maksimum karena perubahan absorban untuk setiap satuan konsentrasi adalah paling besar pada panjang gelombang maksimal, sehingga akan diperoleh kepekaan analisis yang maksimal. Selain itu pita serapan di sekitar panjang gelombang maksimal datar dan pengukuran ulang dengan kesalahan yang kecil dengan demikian akan memenuhi hokum Lambert-Beer.
Ada 4 cara pelaksanaan analisis kuantitatif zat tunggal yaitu:
Pertama dengan membandingkan absorban atau persen transmitan zat yang dianalisis dengan reference standard pada panjang maksimal.
A(S) . C(S) = A(R.S) . C(R.S)

A(S) = absorban larutan sample
C(S) = konsentrasi larutan sample
A(R.S) = absorban reference standard
C(R.S) = kosentrasi larutan reference standard
            Kedua dengan memakai kurva baku dari larutan refence standard dengan pelarut tertentu pada panjang gelombang maksimum. Dibuat grafik system koordinat Cartesian di mana sebagai ordinat adalah absorban dan sebagai absis adalah konsentrasi.
        Ketiga dengan cara menghitung harga absorbansi larutan sample pada pelarut tertentu dan dibandingkan denga absorbansi zat yang dianalisis yang tertera pada buku resmi.
              Keempat dengan memakai perhitungan nilai ekstingsi molar (absorbansi molar ε) sama dengan cara yang ketiga hanya saja pada perhitungan absorbansi molar lebih tepat karena melibatkan massa molekul relative (Mr).