UV-Visible Spectroscopy (Spektroskopi UV Vis) Bagian 1: Prinsip dan Metode Dasar Alat

Dalam analisis bahan-bahan kimia yang memiliki warna akan sangat mudah diketahui kadar atau konsentrasinya secara kuantitatif melalui alat pengukur terstandar. Alat ukur ini dapat berupa spektroskopi UV-Vis. Secara umum alat ini memanfaatkan sifat absorbsi cahaya pada panjang gelombang tertentu oleh sampel atau senyawa yang diukur kadar konsentrasinya. Data yang direkam dalam suatu perekam atau rekorder akan menunjukkan besarnya sinar yang diabsorbsi oleh senyawa atau dalam pemaparan lain, sinar yang ditransmisikan (sinar yang tidak diabsorbsi) akan diolah sedimikian rupa sehingga didapatkan data berupa peak-peak senyawa dengan karakteristik tertentu.

Sepktrofotometer merupakan alat yang terdiri atas sepktrometer dan fotometer. Spektrometer bersungsi menghasilkan sinar pada panjang gelombang tertentu. Sedangkan fotometer berguna untuk mengukur itensitas tertentu [1]. Secara umum, komponen alat sepktroskopi UV Vis terdiri atas 5 bagian penting meliputi: (1) sumber tenaga radiasi yang stabil; (2) sistem yang terdiri atas lensa-lensa, cermin, celah-celah dan lain-lain; (3) monokromator untuk megubah radiasi menjadi komponen-komponen panjang gelombang tunggal; (4) tempat cuplikan (cuvet); dan terakhir (5) detektor radiasi yang dihubungkan dengan sistem meter atau pencatat [2].

Prinsip dasar spektroskopi UV Vis adalah terjadinya transisi elektronik yang disebabkan penyerapan sinar UV-Vis yang mampu mengeksitasi elektron ke orbital kosong atau ke tingkat energi orbital yang lebih tinggi. Umumnya, transisi yang paling memungkinkan adalah transisi pada tingkat tertinggi (HOMO atau Highest Occupied Molecule Orbital) ke orbital  molekul yang kosong pada tingkat terendah (LUMO atau Lowest Unoccupied Molecule Orbital). Pada sebagian besar molekul, orbital molekul terisi pada tingkat terendah adalah orbital σ yang berhubungan dengan ikatan σ (binding), sedangkan orbital π berada pada tingkat yang lebih tinggi. Orbital yang tidak berikatan atau non bonding (n) yang mengandung elektron-elektron yang belum berpasangan berada pada tingkat yang lebih tinggi lagi, sedang orbital-orbital anti ikatan yang kosong yaitu σ^* dan π^* menempati tingkat yang tertinggi [3]. Pergesaran pada rentang panjang gelombang Uv Vis terbagi ada 2 yang umumnya biasa digunakan dalam menentukan energi celah pita suatu material seperti semikonduktor (berkaitan dengan sepktroskopi UV Vis DRS baca disini). Pertama, pergesaran merah (red shift) yang terjadi menuju ke panjang gelombang yang lebih besar atau tingkat energi yang lebih rendah. Kedua, pergeseran biru (blue shift) yang terjadi menuju ke panjang gelombang yang lebih rendah atau tingkat energi yang lebih tinggi.

Spektroskopi UV Vis dalam penggunaannya sangat berakitan erat dengan hukum Lambert-Beer. Hukum tersebut menyatakan bahwa [4]:

“Jumlah radiasi cahaya tampak (visible light), ultraviolet (UV light) dan cahaya-cahaya lainnya yang diserap atau ditransmisikan oleh suatu fungsi eksponen dari kosentrasi zat dan tebal larutan.

Jika suatu berkas sinar melewati suatu medium homogen sebagian dari cahay datang (P₀) diabsorpsi sebanyak (P_a), sebagian dapat dipantulkan (P_r), sedangkan sisanya ditransmisikan (P_t) dengan efek intesitas murni sebesar:

Dimana P₀ intesintas radiasi yang masuk; P_a intesnitas cahaya yang diabsorbsi; P_r intensitas bagian cahaya yang dipantulkan; dan P_t intensitas cahaya yang ditransmisikan. Meskipun dalam prakteknya, nilai P_r adalah sangat kecil sekali (4%); sehingga untuk tujuan praktis formula dapat disingkat menjadi:

Lambert (1760) dan Beer (1852) dan juga Bouger menunjukkan hubungan berikut:

b = jarak tempuh optik, c = konsentrasi

a = tetapan absorptivitas, T = transmitansi

A = absorbansi

A = abc

a = absorptivitas (yakni tetap) [1]

Hukum di atas dapat ditinjau sebagai berikut:

Pertama, jika suatu berkas radiasi monokromatis yang sejajar jatuh pada medium pengabsorpsi pada sudut tegak lurus setiap lapisan yang sangat kecilnya akan menerunkan intensitas berkas.

Kedua, jika sutau berkas radiasi monokromatis mengenai suatu medium yang transparan, laju pengurangan intensitas dengan ketebalan medium sebanding dengan intensitas cahaya.

Ketiga Intensitas berkas sinar monokromatis berkurang secara eksponensial bila konsentrasi zat pengabsorpsi bertambah.

Hal di atas adalah persamaan mendasar untuk spektroskopi absorpsi, dinekala sebagai Hukum Beer’s Lambert atau Hukum Beer Bougar karena :

A= abc;

A ~ c  bila ab konstan

A ~ b  bila bc konstan

A ~ bc  bila a konstan

Hukum ini secara matematika adalah sah jika C dinyatakan dalam mol/L dan b dinyatakan dalam cm, a absorptivitas molar yakni persamaan ini menyatakan absorbansi bila b=1 dan c=1. Hal ini berarti bahwa absorptivitas molar adalah absorbansi larutan yang diukur dengan ketebalan c=1 cm dan dengan konsentrasi 1 mol/L. Absorptivitas molar juga dikenal sebagai koefisien ekstingsi molekuler (ɛ) [1].

Daftar pustaka

1.       S. M. Khopkar, 1990, Konsep Dasar Kimia Analitik, UI Press.

2.       Sastrohamidjojo, 2007, Spektroskopi, Liberty.

3.       Hendayana, 1994, Kimia Analitik Instrumen, IKIP Semarang.

4.       Triyati, 1985, Oseana, X(1): 39-47.