Bagaimana Perkembangan Teknik Spektrofotometri UV/VIS pada Prinsip Dasar Pengukuran dengan Teknik Spektrofotometri UV/Vis?
Terdapat tiga golongan alat optik untuk pengukuran banyaknya serapan cahaya.
-
Alat pembanding warna berdasarkan pengamatan dengan mata (visual color comparators).
-
Alat Fotometer filter (filter photometers)
-
Spektrofotometer.
Alat pembanding warna dan alat fotometer filter dapat digunakan bila cahaya yang diserap adalah cahaya tampak (larutan berwarna). Spektrofotometer ada yang digunakan untuk mengukur serapan cahaya nampak saja, ada juga yang digunakan untuk mengukur serapan cahaya nampak maupun ultraviolet ( UV-Vis Spectrophotometer).
Ada dua cara kolorimetri dengan menggunakan alat pembanding warna.
-
Tinggi larutan konstan, contoh: tabung Nessler.
-
Tinggi larutan berubah-ubah, contoh: tabung hehner, kalorimeter duboscq.
Tabung Nessler
Tabung Nessler adalah Tabung gelas besar dasar rata dengan ukuran
tinggi 175 – 200 mm clan diameter 25 – 32 mm, 21-25 mm. Larutan cuplikan yang tidak berwarna atau berwarna lemah dijadikan larutan berwarna dengan menambahkan pereaksi tertentu.
Tabung Nessler pada penggunaannya diletakkan berderet ( enam atau lebih) pada rak tabung (lihat Gambar 4). Tabung-tabung tersebut masing- masing diisi dengan larutan standar (S1, S2, S3, …-Sn) dengan konsentrasi masing-masing (C1, C2, C3, … Cn ppm). Satu tabung yang lain diisi dengan larutan cuplikan. Masing-masing tabung baik standar maupun cuplikan diencerkan sampai tanda batas. Bila cuplikan tak berwarna sebelum diencerkan sampai tanda batas ditambahkan dahulu pereaksi pembentuk warna. Larutan yang mempunyai konsentrasi lebih besar akan berwarna lebih tua dibandingkan dengan larutan yang konsentrasinya lebih rendah. Warna dari larutan cuplikan dibandingkan dengan sederet larutan standar dengan cara mengamati larutan-larutan tersebut dari permukaan (bagian atas). Jika larutan cuplikan warnanya sama dengan salah satu larutan standar maka larutan cuplikan mempunyai konsentrasi yang sama dengan standar tersebut. Dari gambar 1.6a di bawah ini, coba tentukan berapa konsentrasi cuplikan yang sesuai dengan standar?
Tabung Nessler
Silinder Hehner
Tabung silinder Hehner selalu digunakan satu pasang (Gambar. 1.6b),
satu diisi larutan standar zat x dengan konsentrasi C1 dan yang lainnya diisi larutan cuplikan yang konsentrasinya akan ditentukan (Cx). Larutan cuplikan yang akan ditentukan konsentrasinya sama seperti pada tabung Nessler, yaitu harus berwarna atau dijadikan larutan berwarna. Larutan berwarna dan kedua tabung tersebut diamati dari atas. Bila kedua larutan mempunyai konsentrasi yang berbeda, maka larutan tersebut warnanya akan berbeda (yang mempunyai konsentrasi lebih besar warnanya lebih tua). Bila salah satu tabung berwarna lebih tua, perlahan-lahan isinya dikeluarkan sambil diamati dari atas hingga kedua tabung berwarna sama. Bila hal ini tercapai A1 = A2, maka:
A1 = ab1C1 Ax = abxCx
a : absorptivitas (a1 = a2)
b : tinggi larutan pada tabung Hehner C1 : Standar (diketahui)
Maka: b1c1 = bxcx, Sehingga: Cx = (b1c1)/bx
Tabung Hehner
Kalorimeter Duboscq
Prinsip dari alat kolorimeter duboscq mirip dengan tabung hehner, pada
kolorimeter duboscq, tinggi larutan diturun naikkan dengan cara memutar tombol hingga intensitas warna pada kedua loupe ( eye piece ) sama. Bila keadaan ini tercapai maka A1 = Ax atau b1C1 = b2Cx(e1 = e2 dan Cx dapat dihitung, b1 dan b2 dapat dibaca pada skala (M dan N).
Alat Kolorimeter Duboscq
G: Cermin, A dan B: Tempat Larutan Standar dan Cuplikan, I: Prisma, M dan
N: Tinggi Larutan Standar dan Cuplikan yang Diamati, K: Teleskop
Fotometer Filter
Fotometer filter merupakan perkembangan dari alat kolorimeter yang
telah dijelaskan di atas. Pada kolorimeter pembanding warna, sinar yang diserap adalah sinar putih yang terdiri dari semua panjang gelombang. Sedangkan pada fotometer filter sinar yang diserap adalah bagian kecil dari panjang gelombang pada daerah sinar tampak. Dengan alat fotometer filter dapat dilakukan pengukuran nilai transmitans (%T = P/Po) atau nilai absorbans (A = log P/Po) dari suatu larutan.
Komponen fotometer filter terdiri dari: sumber sinar, filter, sel tempat larutan, detektor dan alat penunjuk isyarat listrik.
Bagan Alat Fotometer Filter
Sinar polikromatis setelah melalui filter diuraikan menjadi sinar monokromatis. Filter biasanya terbuat dari lapisan tipis gelatin yang mengandung zat warna dan dilapiskan pada lempeng gelas. Sampel ditempatkan pada sel yang terbuat dari plastik atau gelas yang berbentuk tabung atau persegi ( cuvet ). Sinar monokromatis yang melewati sampel ditangkap oleh detektor dan diubah menjadi isyarat listrik dan dapat dibaca pada meter.
Sumber sinar
Sumber sinar yaitu sumber cahaya tampak, yang biasa digunakan adalah lampu kawat wolfram ( tungsen filamen lamp ). Syarat sumber cahaya, sebagai berikut.
1). Harus mempunyai intensitas yang cukup besar, sehingga dapat dideteksi oleh detektor dan dapat diukur isyaratnya oleh meter.
2). Harus memancarkan cahaya yang kontinu, artinya harus mengandung semua nilai panjang gelombang dari daerah spektrum yang dikehendaki.
3). Harus stabil, intensitasnya harus tetap selama waktu yang diperlukan.
Filter
Filter ini berfungsi untuk mengisolasi daerah spektrum yang diinginkan. Cairan terlihat berwarna merah karena cairan itu meneruskan bagian yang merah dari spektrum, tetapi menyerap bagian spektrum yang hijau kebiruan (warna komplemen dari merah). Sehingga untuk mengukur cairan yang berwarna merah diperlukan filter hijau kebiruan (warna komplemen dan cairan yang diukur).
Warna-warna Komplemen
| lamda nm | Warna | Warna komplemen | |
|---|---|---|---|
| <400 | UV | ||
| 400 – 500 | ungu | hijau-kuning | |
| 450 – 500 | biru | kuning | |
| 500 – 570 | biru-hijau | jingga | |
| 570 – 590 | kuning | biru | |
| 590 – 620 | jingga | biru hijau | |
| 620 – 750 | merah | hijau-biru |
Sel tempat larutan (cuvet)
Larutan yang akan di analisis ditempatkan dalam suatu tempat yang disebut cuvet . Cuvet ini ada yang berbentuk persegi, ada pula yang berbentuk silinder seperti tabung reaksi. Tebal sel antara 0,1 hingga 10 cm. Yang sering dipakai tebal 1 cm.
Sel (Cuvet)
Sel dapat dibuat dari kaca biasa, plastik (untuk sinar tampak) . Ada juga yang dibuat dan kwarsa atau silika yang diolah (fused silica) untuk sinar ultraviolet.
Detektor: fotosel
Detektor yang sering digunakan dalam fotometer filter adalah fotosel. ’ Fotosel ini terdiri dari pelat logam (Fe) yang permukaannya dilapisi dengan bahan semikonduktor (Se). Pada bahan semikonduktor ini disemprotkan logam Ag yang sangat tipis dan tembus cahaya. Lapisan Ag ini berlaku sebagai elektroda pengumpul (-), sedangkan pelat logam berlaku sebagai elektroda ke dua (+).
Diagram Fotosel
Jika sinar jatuh pada permukaan semikonduktor maka elektron-elektron batas permukaan Ag dan Se akan dibebaskan dan bergerak menuju elektroda pengumpul (Ag). Dalam hal ini, energi sinar diubah menjadi energi listrik yang besarnya ditunjukkan galvanometer. Energi listrik yang dihasilkan berbanding lurus dengan intensitas sinar yang mengenai fotosel. Kelebihan dari fotosel ini adalah kuat, murah, tidak memerlukan energi dari luar, hanya mendeteksi dan mengukur sinar tampak. Sedangkan kelemahannya adalah tidak dapat diamplifikasi karena tahanannya rendah, kurang peka terhadap intensitas yang rendah, cepat mengalami kelelahan arus sehingga arus listrik yang dihasilkan tidak berbanding lurus dengan intensitas.