POKOK BAHASAN Analisa spektroskopi dan kromatografi Spektrofotometri ultra

POKOK BAHASAN Analisa spektroskopi dan kromatografi Spektrofotometri ultra violet-sinar tampak (UV-VIS) Spektrofotometri infra merah (IR) Spektrofotometri Serapan Atom (AAS) Kromatografi Gas (GC) Kromatografi Cair Kinerja Tinggi (HPLC) 24/11/2020 2

POKOK BAHASAN I : Analisa spektroskopi ( interaksi radiasimateri) Analisa kromatografi ( distribusi komponen dalam dua fasa : fasa diam dan fasa gerak) 24/11/2020 3

Analisa spektroskopi PENDAHULUAN Spektroskopi Spektrometri Spektrometer Spektrofotometri spektrofotometer 24/11/2020 4

Spektroskopi : ilmu yang mempelajari interaksi antara cahaya / radiasi dengan benda sebagai fungsi panjang gelombang Spektroskopi adalah istilah/nama yang digunakan untuk ilmu (secara teori) yang mempelajari tentang hubungan antara radiasi/energi/sinar (yang memiliki fungsi panjang gelombang, biasa disebut frekuensi) dengan benda. Gabungan respon frekuensi ini disebut sebagai spektrum. 24/11/2020 5

Awalnya spektroskopi hanya mengacu pada pen -dispersi-an cahaya tampak berdasarkan panjang gelombang (misalnya oleh prisma). Selanjutnya konsep ini berkembang pada segala bentuk pengukuran kuantitatif sebagai fungsi dari panjang gelombang dan frekuensi, tidak hanya meliputi cahaya tampak. 24/11/2020 6

Spektrometri adalah tehnik yang digunakan untuk mengukur jumlah (konsentrasi) suatu zat berdasarkan spektroskopi Instrument yang digunakan : spektrometer. Spektroskopi mengacu pada bidang keilmuan, spektrometri adalah tehnik aplikasi berdasarkan spektroskopi, sedangkan spektrometer adalah alat/instrument yang digunakan dalam tehnik spektrometri 24/11/2020 7

Spektrofotometri : merupakan tehnik pengukuran jumlah / konsentrasi zat secara spektroskopi, tapi lebih spesifik untuk panjang gelombang UV (Ultraviolet) - dekat, visible, dan infra merah. Alat yang digunakan : spektrofotometer Spektrofotometri : electromagnetik spectroscopy. 24/11/2020 8

Alat spektrofotometer termasuk ke dalam jenis fotometer, yaitu suatu alat untuk mengukur intensitas cahaya. Spektrofotometer dapat mengukur intensitas sebagai fungsi dari warna, atau secara lebih khusus, fungsi panjang gelombang. 24/11/2020 9

Jenis spektroskopi dapat dibedakan menurut : ◦ Bagian yang hendak dianalisis (spektroskopi molekul, atom) ◦ Jenis interaksi radiasi-materi yang hendak dipantau (penyerapan, pancaran atau penyebaran) ◦ Daerah spektrum elektromagnet yang digunakan dalam analisis (UV=200 – 350 nm, Vis=350 – 900 nm, IR dan NMR) 24/11/2020 10

Jenis spektrofotometri 1. 2. 3. 4. ◦ ◦ ◦ AAS/AES = penyerapan/pancaran atom UV-Vis = penyerapan molekul Fluorometri = pancaran molekul IR (infra red) = mengukur penyerapan radiasi pada frekuensi berbeda. Radiasi IR = 0. 8 – 100 m. IR dekat = 0. 8 – 2. 5 m, IR pertengahan = 2. 5 – 15 m, IR jauh = 15 – 100 m. 24/11/2020 11

5. Spektrometri Massa (MS) = pemecahan molekul disebabkan oleh elektron berenergi tinggi pecahan molekul bermuatan 6. NMR (nuclear magnetic resonance) = sensitiviti magnet nukleus atom (spin nucleus) terhadap lingkungan molekul atau ion nya 7. ESR (electron spin resonance) = sama seperti NMR tetapi melibatkan elekron tunggal (spin elektron) dan ion logam dalam paramagnet 24/11/2020 12

SPEKTROSKOPI Landasan spektroskopi : Hukum Kirchoff 1. 2. (1859): Bila suatu benda cair atau gas bertekanan tinggi dipijarkan, benda tadi akan memancarkan energi dengan spektrum pada semua panjang gelombang Gas bertekanan rendah bila dipijarkan akan memancarkan energi hanya pada warna, atau panjang gelombang tertentu saja. Spektrum berupa garis-garis terang : garis pancaran atau garis emisi. Letak setiap garis atau panjang gelombang garis merupakan ciri dari gas yang memancarkannya. 24/11/2020 13

3. Bila seberkas cahaya putih dilewatkan melalui gas yang dingin dan renggang (bertekanan rendah), gas tersebut akan menyerap cahaya pada warna atau panjang gelombang tertentu dan diperoleh spektrum kontinu yang disebut garis serapan atau garis absorpsi 24/11/2020 14

Gambaran Hukum Kirchoff 24/11/2020 15

Spektroskopi : studi mengenai antaraksi cahaya / radiasi elektromagnetik dengan benda (atom dan molekul ) Radiasi elektromagnetik “James Clark Maxwell” : cahaya secara fisis merupakan gelombang elektromagnetik, artinya mempunyai vektor listrik dan vektor magnetik yang keduanya saling tegak lurus dengan arah rambatan. 24/11/2020 16

Gambaran berkas radiasi elektromagnetik 24/11/2020 17

Diagram satu gelombang Satu siklus A λ λ = panjang gelombang : jarak yang ditempuh oleh gelombang selama satu siklus A = amplitudo gelombang : perpindahan maksimum dari poros horizontal t = perioda : waktu untuk satu siklus sempurna v = frekwensi osilasi : jumlah siklus tiap detik 24/11/2020 18

Hubungan panjang gelombang (λ) dengan frekwensi (v) gelombang cahaya adalah : c = kecepatan cahaya (3, 0 x 108 m/s atau 3, 0 x 1010 cm/s) Hubungan frekwensi ( v ) dengan perioda ( t ) : 24/11/2020 19

Latihan 1 1. 2. 3. 4. Hitung perioda dan frekwensi cahaya yang berpanjang gelombang 2 x 105 cm Jika perioda gelombang cahaya 2 x 10 -17 s, berapakah panjang gelombang ini dalam satuan nanometer Hitung perioda radiasi elektromagnet yang mempunyai λ = 4 x 103 cm Berapa frekwensi cahaya hijau yang berpanjang gelombang 500 nm 24/11/2020 20

Cahaya juga dapat dianggap sebagai aliran paket energi atau partikel yang bergerak dengan kecepatan tinggi (3, 0 x 1010 cm/s). Paket energi ini disebut : FOTON Frekwensi (v) teori gelombang dapat dihubungkan dengan energi foton (E) teori partikel, melalui persamaan PLANCK : h = tetapan Planck : 6, 63 x 10 -34 Joule second 24/11/2020 21

24/11/2020 Bilangan gelombang ( v ), adalah ciri gelombang yang berbanding lurus dengan energi, didefinisikan sebagai : jumlah gelombang per sentimeter 22

Latihan 2 1. 2. 3. 4. Cari energi foton yang sesuai dengan cahaya berfrekwensi 3, 0 x 10 15 s-1 Cari frekwensi cahaya yang sesuai dengan foton berenergi 5, 0 x 10 -12 J Berapa besar energi foton yang mempunyai panjang gelombang 0, 05 nm Hitung energi foton yang mempunyai bilangan gelombang 2, 5 x 10 -5 cm-1 24/11/2020 23

Spektrum elektromagnetik Saat ini telah dikenal berbagai macam gelombang elektromagnetik dengan rentang panjang gelombang tertentu. Spektrum elektromagnetik merupakan kumpulan spektrum dari berbagai panjang gelombang dengan sifat-sifat yang berbeda-beda. 24/11/2020 24

Tabel Spektrum elektromagnetik pada berbagai panjang gelombang 24/11/2020 25

Jika cahaya sinambung dilewatkan pada sebuah prisma, maka cahaya tersebut akan terdispersi Jika panjang gelombang terdispersi ini dilewatkan pada sel yang mengandung sampel atom/molekul, maka cahaya yang keluar tidak sinambung lagi. Beberapa gelombang cahaya berinteraksi dan diabsorbsi oleh atom/molekul dalam sel sample. Panjang gelombang yang hilang dapat dideteksi dengan menjatuhkan sinar yang keluar dari sel sample pada suatu plat fotografi atau alat pendeteksi lainnya. Prosedur ini disebut spektroskopi absorbsi 24/11/2020 26

Diagram spektroskopi absorbsi Sumber cahaya Prisma Sel sampel Plat fotografi Apa yang terjadi dengan gelombang cahaya yang hilang? 24/11/2020 27

Setiap atom dan molekul, berinteraksi dengan cahaya secara berlainan untuk mengabsorbsi panjang gelombang cahayanya sendiri yang khas. Akibatnya spektrum setiap jenis atom atau molekul akan berbeda. Menurut teori kwantum, energi yang dimiliki atom dan molekul harganya tertentu. Energi yang mungkin tersedia (yang diperbolehkan) disebut tingkat energi atom atau molekul. Suatu kuantum energi akan diabsorbsi, bila suatu atom atau molekul tereksitasi dari tingkat energi yang rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi 24/11/2020 28

Diagram energi suatu atom E E 4 E 3 E 2 E 1 Tingkat energi terendah dari atom ditunjukkan oleh garis E 1 Jika suatu atom tereksitasi dari tingkat energi E 1 ke E 2 atau E 3, maka energi dari atom tersebut akan bertambah 24/11/2020 29

Agar suatu atom dapat tereksitasi dari suatu level energi rendah ke level energi yang lebih tinggi maka atom harus mengabsorbsi sejumlah energi Energi yang diperlukan ini, disebut kuantum energi, dan transisi dari suatu tingkat energi ke tingkat energi lain dinyatakan dengan anak panah E E 4 E 3 E 2 E 1 24/11/2020 30

Spektrum absorbsi merupakan hasil suatu atom / molekul yang dieksitasikan ke tingkat energi yang lebih tinggi dengan mengabsorbsi suatu kuantum energi E 2 E 1 Persamaan yang menghubungkan energi absorbsi dengan panjang gelombang yang diabsorbsi : 24/11/2020 31

Latihan 3 1. Jika perbedaan energi antara E 2 dan E 1 sebesar 6. 0 x 10 -18 J , berapakah panjang gelombang cahaya dalam nm yang diperlukan untuk menimbulkan transisi ? 2. Diketahui suatu atom mengabsorbsi energi sebesar 5, 0 x 10 -19 J. Dalam spektrum atom ini, pada bilangan gelombang manakah akan terjadi garis absorbsi ? 24/11/2020 32

Energi atom / molekul Bentuk energi atom atau molekul dinyatakan sebagai energi translasi, rotasi, getaran dan elektron Untuk tiap jenis energi ini terdapat tingkat energi A. Energi translasi adalah energi kinetik atom atau molekul yang disebabkan oleh gerakan atom/molekul dalam ruang. X’ X Y’ Y Z Z’ 24/11/2020 33

Energi kinetik diberikan oleh persamaan : Hubungan energi kinetik translasi rata-rata Ek untuk suatu atom/molekul dengan suhu absolut T dinyatakan dengan : dimana k = suatu tetapan = 1, 38 x 10 -23 J/ o. K 24/11/2020 34

Tingkat energi translasi terletak begitu berdekatan satu dengan yang lainnya sehingga dianggap sinambung dan hanya dibutuhkan energi sangat kecil Akibatnya, spektrum absorbsi yang disebabkan oleh transisi translasi tidak bisa teramati. E sinambung E E= 0 24/11/2020 35

B. Energi rotasi molekul adalah energi kinetik molekul yang disebabkan rotasi atau perputaran pada sumbu yang melalui titik beratnya Energi rotasi tertentu harganya dan menimbulkan spektrum absorpsi dalam daerah gelombang mikro pada spektrum elektromagnet 24/11/2020 36

C. Energi getaran molekul adalah energi kinetik dan energi potensial molekul yang disebabkan oleh gerakan getaran. Atom dalam suatu molekul dapat dianggap sebagai titik massa yang satu dengan yang lainnya terikat oleh ikatan yang berlaku seperti pegas Gerakan molekul Karena molekul tidak kaku, maka kelenturannya (flexibility) menyebabkan gerakan getaran 24/11/2020 37

Jika suhu (T) naik maka jumlah energi getaran bertambah besar Diagram berikut menunjukkan perbedaan besarnya jarak perpindahan model bola dan pegas pada T 1 dan T 2. (T 1 < T 2 ) T 1 Jarak merentang T 2 24/11/2020 38

Energi getaran, tertentu harganya dan menimbulkan spektrum absorbsi dalam daerah inframerah pada spektrum elektromagnet Jarak relatif antara tingkat energi getaran bertambah dengan bertambahnya kekuatan ikatan kimia antara atom 24/11/2020 39

D. Energi elektron adalah energi molekul dan atom yang disebabkan oleh energi potensial dan energi kinetik elektronnya. Energi kinetik elektron merupakan hasil gerakan elektron, sedang energi potensial timbul karena antaraksi elektron dengan inti dan elektron lainnya. Dalam atom/molekul banyak terdapat tingkat energi untuk elektron, yang dinyatakan dalam empat bilangan kuantum yakni : n, l, m dan s Bilangan kuantum n dan l , berperan dalam menentukan energi suatu elektron. 24/11/2020 40

Diagram tingkat energi elektron untuk n = 1 n=1 l=0 1 s Diagram tingkat energi elektron untuk n = 2 2 p n= 2 E n=1 2 s 1 s 24/11/2020 41

Energi elektron juga tertentu harganya dan menimbulkan spektrum absorbsi dalam daerah cahaya tampak (visible) dan daerah ultraviolet pada spektrum elektromagnet Tiap orbital dapat terisi maksimum dua elektron, dengan arah spin : + ½ dan - ½ Contoh : atom yang mempunyai 4 elektron pada level energi terendah dan transisi yang dapat menimbulkan spektrum absorbsi : 2 p 2 s 1 s 24/11/2020 42

24/11/2020 43

Analisa Kromatografi merupakan teknik pemisahan yang paling banyak digunakan Kromatografi adalah pemisahan suatu campuran senyawa-senyawa menjadi komponen-komponen yang terpisah. Pemisahan cuplikan menjadi komponen individual memudahkan untuk identifikasi (kualitatif) dan mengukur kadar (kuantitatif) dari bermacam-macam komponen cuplikan. 24/11/2020 44

Kromatografi pertamakali diperkenalkan oleh : Michael Tswett (Rusia) tahun 1906 Berasal dari bahasa Yunani : kromatos = warna graphos = menulis Proses kromatografi berdasarkan perbedaan distribusi senyawa penyusun campuran diantara dua fasa Satu fasa tetap tinggal pada sistem disebut : fasa diam (fasa stationer) Fasa lain memperkolasi melalui celah fasa diam disebut : fasa gerak (fasa mobil) 24/11/2020 45

Gerakan fasa gerak menyebabkan perbedaan migrasi dari penyusun campuran Pemisahan dua senyawa dalam kolom kromatografi sederhana eluent, fasa gerak seny. a danb fasa diam a b eluat (1) setelah penambahan sampel (2) setelah elusi 24/11/2020 46

Pemisahan hipotetik dari campuran tiga senyawa x, y, dan z dalam kolom. Pemisahan terjadi setingkat demi setingkat ketika fasa gerak mulai dialirkan (a), (b), (c) , (d) (a) x, y, z (b) (c) (d) z Aliran fasa gerak y x 24/11/2020 47

Sumbangan terhadap penyebaran molekul dalam kolom xxxxxxxxxx (a) 1 6 5 8 4 3 2 7 10 9 (b) 1 xxx 3 2 5 6 8 xx 9 4 7 10 2 1 5 xxx 5 (c) (d) 24/11/2020 48

Gambar (a), sampel baru diinjeksikan, molekul-molekul membentuk garis sempit diujung atas kolom. Gambar (b), penyebaran molekul mulai terjadi yang disebabkan oleh : diffusi Eddy Diffusi Eddy timbul karena perbedaan aliran fasa gerak dalam kolom, sehingga molekul cuplikan juga melewati jalan yang berbeda. Gambar (c) penyebaran molekul terjadi karena : perpindahan massa fasa gerak Gambar (d), fasa gerak di dalam pori-pori fasa diam, tidak bergerak. Molekul cuplikan masuk dan keluar dari pori fasa diam secara difusi. 24/11/2020 49

Terakhir, molekul berdiffusi ke dalam pori fasa diam, akan mempenetrasi fasa diam, atau terikat pada fasa diam dengan berbagai cara. Molekul yang lama mempenetrasi dalam fasa diam, akan kembali ke fasa gerak lebih lama. Molekul yang memerlukan sedikit waktu untuk penetrasi masuk dan keluar fasa diam, kembali ke fasa gerak lebih cepat dan kembali mengikuti aliran fasa gerak ke luar kolom Senyawa keluar kolom dideteksi oleh detektor, kadar / konsentrasinya dicatat sebagai fungsi dari waktu pemisahan 24/11/2020 50

Dari gambaran hipotetik diatas, terlihat bahwa ciri khas dari pemisahan dengan kromatografi adalah : ◦ perbedaan migrasi dari berbagai senyawa dalam cuplikan ◦ penyebaran sepanjang kolom dari molekul senyawa tertentu Perbedaan migrasi berhubungan dengan perbedaan kecepatan gerak dari senyawa-senyawa disepanjang kolom. Senyawa x bergerak lebih cepat dan keluar dari kolom paling awal. Senyawa z bergerak paling lambat dan meninggalkan kolom paling akhir 24/11/2020 51

Perbedaaan migrasi merupakan hasil distribusi keseimbangan dari komponen penyusun diantara dua fasa Distribusi molekul sampel antara dua fasa ditentukan oleh tetapan kesetimbangan, yang dikenal dengan koefisien distribusi atau koefisien partisi , K. Keseimbangan adalah proses dinamik, molekul keluar masuk dengan cepat diantara dua fasa, maka kadarnya mengikuti hukum distribusi : Cs = kons. dalam fasa diam Cm = kons. dalam fasa gerak 24/11/2020 52

Harga K menunjukkan populasi relatif senyawa dalam dua fasa. Harga K besar, jika populasi dalam fasa diam lebih besar dari fasa gerak, dan molekul cuplikan akan lebih lama tinggal dalam fasa diam Migrasi suatu senyawa dipengaruhi oleh : ◦ Susunan fasa diam ◦ Fasa gerak ◦ Suhu kolom 24/11/2020 53

Kromatogram pemisahan hipotetik t. R x y z w t Waktu retensi, t. R , diukur dari waktu injeksi cuplikan sampai waktu puncak maksimum meninggalkan kolom Semakin kecil lebar puncak, t. W , semakin baik pemisahan 24/11/2020 54

Kromatogram hipotetik diatas mempunyai empat ciri khas 1. Setiap senyawa meninggalkan kolom, puncak berbentuk lonceng atau kurva Gauss 2. Setiap puncak keluar kolom pada waktu tertentu, dapat digunakan untuk identifikasi senyawa 3. Semakin besar perbedaan waktu retensi, t. R , antar puncak senyawa semakin mudah pemisahan senyawa-senyawa tersebut 4. Setiap puncak berciri khas lebar puncak, semakin kecil t. W , semakin baik pemisahan 24/11/2020 55

Klasifikasi Kromatografi 1. ◦ ◦ 2. Pengelompokan kromatografi : Berdasarkan fasa yang digunakan (fasa diam dan fasa gerak) Kromatografi gas Kromatografi cair Berdasarkan mekanisme yang menyebabkan distribusi fasa 24/11/2020 56

Pengelompokan kromatografi berdasarkan mekanisme yang menyebabkan distribusi fasa 1. Kromatografi cairan-padatan atau kromatografi 2. Ditemukan oleh Tswett dan dipopulerkan oleh Kuhn & Lederer (1931). Sebagai isi kolom, silika gel atau alumina, dengan ratio luas permukaan terhadap volume sangat besar Kromatografi cairan-cairan atau kromatografi serapan. partisi. Dikenalkan oleh Martin & Synge (1941). Fasa diam lapisan tipis cairan yang melapisi permukaan padatan inert yang berpori-pori. Banyak kombinasi cairan yang dapat digunakan 24/11/2020 57

3. 4. 5. Kromatografi gas-padat Sebelum tahun 1800 an digunakan untuk pemurnian gas Kromatografi gas-cairan Metode pemisahan yang sangat efisien dan serba guna. Dapat memisahkan dengan cepat dan peka. Pertama kali diperkenalkan oleh James & Martin (1952), yang menyebabkan revolusi dalam kimia organik Kromatografi kertas Kromatografi cairan-cairan, dimana fasa diam adalah lapisan tipis air yang diserap dari lembab udara oleh kertas 24/11/2020 58

6. Kromatografi Lapis Tipis Sama seperti kromatografi kertas, lempeng gelas atau aluminium yang dilapisi dengan lapisan tipis alumina, silika gel atau bahan serbuk lainnya, digunakan pengganti kertas. KLT selalu dijadikan pilihan pertama pada pemisahan dengan teknik kromatografi. 7. Kromatografi penukar ion. Bidang khusus krom. cairan-cairan, khusus untuk spesi ion. Digunakan resin sintetik dengan sifat penukar ionnya, untuk pemisahan logam dan asam amino 24/11/2020 59

8. 9. Permiasi Gel Pemisahan dengan gel, yang terdiri dari modifikasi dekstran, yang mempunyai ikatan silang. Bahan ini dapat memisahkan molekul berdasarkan ukurannya Elektroforesis Kromatografi yang diberi media listrik disisinya dan tegak lurus aliran fasa gerak. Senyawa bermuatan positif menuju katoda dan anion ke anoda. Kecepatan gerak tergantung pada besarnya muatan. 24/11/2020 60