SPEKTROFOTOMETRI Kim 334 3(3-0) Divisi Kimia Analitik
KONTRAK KULIAH
KIM 334
Deskripsi Mata Kuliah Kuliah ini membahas • spektrometri dalam analisis kimia (prinsip pengukuran, instrumentasi, dan aplikasi) meliputi • Spektroskopi molekul • • • • •
•
Spektroskopi atom • • • • •
•
spektrofotometer ultraviolet-tampak (UV-vis), inframerah (IR), luminesens, spektrometer massa (SM) serta resonans magnetik inti (RMI) spektofotometer absorpsi, emisi dan fluoresens serta spektrometer massa atom dan sinar-X.
Teknik optik lainnya • •
turbidimetri polarimetri
Learning Outcomes Mata Kuliah Setelah menyelesaikan kuliah ini diharapkan mahasiswa akan mampu menjelaskan desain konstruksi dan fungsi komponen, serta kemampuan dan keterbatasan berbagai teknik spektroskopi yaitu spektrofotometri UV-Vis, IR, RMI, luminesens, spektrofotometri absorpsi, emisi, dan fluoresens atom, spektrometri massa atom dan sinar-X, tubdimetri, dan polarimetri.
Dosen
Budi Riza Putra, M.Si Bidang Keahlian: Kimia Analitik Kantor : Divisi Kimia Analitik Departemen Kimia FMIPA IPB Kampus IPB Darmaga Telepon : 0251 – 8628766 E-mail : budi
Dr. Irmanida Batubara, M.Si Dosen Koordinator Mata Kuliah Bidang Keahlian : Bioanalisis, KBA Kantor : Divisi Kimia Analitik Departemen Kimia FMIPA IPB Kampus IPB Darmaga Telpon : 0251 – 8624567 E-mail :
[email protected]
Dosen
Dr. Eti Rohaeti, MS Bidang Keahlian : Kimia Analitik dan Lingkungan Kantor : Divisi Kimia Analitik Departemen Kimia FMIPA IPB Kampus IPB Darmaga Telpon : 0251 – 8624567 E-mail :
[email protected]
Rudi Heryanto, MSi Bidang Keahlian : Spektroskopi, Kemometrik Kantor : Divisi Kimia Analitik Departemen Kimia FMIPA IPB Kampus IPB Darmaga Telepon : 0251 – 8628766 E-mail :
[email protected]
Dosen Minggu Pokok Bahasan ke1 -2 - Pendahuluan analisis spektrometri - Desain dan komponen instrumen optik 3-4 Spektrofotometri UV-Vis Spektrofotometri IR 5
Dosen ERT/INB ERT/BRP ERT/BRP
6-7
Spektrofotometri serapan, fluoresens, dan emisi atom
8-9
UTS
10
Spektrofotometri luminesens
RHY/INB
11
Turbidimetri dan polarimetri
RHY/INB
Spektrofotometri sinar X
RHY/INB
Spektrometri Resonans Magnetik Inti
RHY/INB
13-15
Spektrometri massa
RHY/INB
16-17
UAS
11-12 13
ERT/BRP INB
INB
Kehadiran dan Penilaian Kehadiran minimal 80% Penilaian: A AB B BC C D E
: NA≥80; : 75≤NA<80; : 70≤NA<75; : 65≤NA<70; : 55≤NA<65; : 45≤NA< 55; :NA<45
Proporsi nilai akhir huruf mutu: UTS 45% UAS 45% Kuis 10% Tugas lain 0-5%
Ketentuan Kuis dan Tugas Lain Kuis • Dilaksanakan sebanyak 2 kali selama perkuliahan, yang pertama di perkuliahan minggu ke 1-7 dan yang kedua di perkuliahan minggu ke 9-16. • Materi yang dikuiskan dipilih oleh dosen dari pokok bahasan yang telah diajarkan. • Soal kuis terdiri atas soal esai sederhana sebanyak 2-3 soal. • Waktu pelaksanaan kuis 10-15 menit. • Rentang nilai kuis 0-100. Tugas lain • Tugas lain berupa pemberian soal untuk dikerjakan di luar jam kuliah. • Soal yang diberikan berbentuk esai.
Buku Ajar Skoog DA, Holler FJ, Nieman TA. 2007. Principles of Instrumental Analysis. Ed ke-6. Philadelphia: Harcourt Brace College Publishers. Skoog, DA, West DM, Holler FJ, Crouch SR. 2014. Fundamental of Analitycal Chemistry. Edisi ke-9. Brooks/Cole. Harvey D. 2009. Modern Analytical Chemistry 2.0. Singapore: McGraw Hill.
PERTANYAAN?
PENDAHULUAN ANALISIS SPEKTROMETRI
KIM 334
Teknik spektroskopi Spektroskopi: ilmu yang mempelajari interaksi antara radiasi elektromagnetik dengan materi Spektro(foto)metri: definisi yang lebih sempit, merupakan pengukuran kuantitatif dari intesitas radiasi elektromagnetik pada satu atau lebih panjang gelombang menggunakan suatu detektor Spektrum (pl. spektra): tampilan dari intensitas absorbsi, emisi, atau hamburan radiasi oleh suatu sampel vs kuantitas yang berhubungan dengan energi foton seperti panjang gelombang (λ) atau frekuensi(ν). Untuk spektrum massa merupakan hubungan antara intensitas dan m/z
Radiasi Elektromagnetik
Jenis gelombang elektromagnetik yang digunakan sering dipakai menjadi jenis spektrometri
Teknik spektroskopi Tipe Spektroskopi molekul • Spektrofotometri ultraviolet-sinar tampak (UV-Vis) (absorpsi/luminesensi) – Menggunakan transisi elektron untuk menentukan pola ikatan • Spektrofotometri inframerah (IR) – mengukur frekuensi vibrasi ikatan pada molekul yang digunakan dalam menentukan gugus fungsi • Spektrometri massa (MS) – Fragmentasi molekul dan mengukur massa • Spektrometri resonansi magnet inti (RMI/NMR) – deteksi sinyal dari atom C dan H, dan dapat digunakan dalam membedakan isomer
Teknik spektroskopi Tipe spektroskopi atom • Spektrometri serapan atom/emisi/fluoresensi (AAS/AES/AFS) – Menggunakan transisi elektron melalui atomisasi
• Spektrometri Sinar-X – Absorpsi, fluoresensi, difraksi
• Spektrometri massa (MS)
Teknik spektroskopi
• Radiasi elektromagnetik: sifat gelombang/partikel • Sifat gelombang: • spektrum elektromagnetik: difraksi, refraksi, refleksi, dan polarisasi • Sifat mekanika kuantum • efek fotoelektrik/keadaan energi/emisi/absorpsi/relaksasi/ketidakpastian pengukuran • Aspek kuantitatif dalam pengukuran • emisi, absorpsi, hukum Lambert-Beer
Radiasi elektromagnetik (REM) Sifat seperti gelombang
Radiasi elektromagnetik
- Model gelombang sinusoidal klasik (medan listrik dan magnet) - Tidak memerlukan medium untuk transmisinya (dapat bergerak pada keadaan vakum)
Sifat seperti partikel
Partikel diskret atau paket gelombang yang disebut foton
REM
Panjang gelombang (λ) → jarak antara dua puncak gelombang Frekuensi (v) → jumlah gelombang yang melintasi satu titik tertentu selama waktu tertentu Energi → E=hc/λ
h = tetapan Planck (6,626x10-27 erg dtk) c = kecepatan cahaya = 3x108 m/dtk
λ semakin besar, energi radiasi semakin kecil
Spektro(foto)metri
Sifat mekanika kuantum REM
Cahaya monokromatis dari suatu frekuensi akan menyebabkan elektron keluar dari suatu permukaan logam. Energi foton (partikel cahaya) sebanding dengan energi fotoelektron yang keluar ditambah dengan energi yang diperlukan untuk mengeluarkannya dari permukaan (fungsi kerja).
Keadaan energi 1. Atom, ion, & molekul berada dalam keadaan energi diskret. Ketika mereka mengubah keadaan energinya, mereka akan melepaskan atau menyerap energi setara dengan perubahan tingkatan energinya. 2. Frekuensi radiasi yang terserap atau dilepas berhubungan dengan perbedaan energi: E1 - E0 = hν = hc/λ Atom & ion elemental memiliki keadaan elektronik. Molekul juga memiliki keadaan vibrasi dan rotasi. - Keadaan energi terendah suatu atom atau molekul disebut keadaan dasar (ground state). - Keadaan energi terbesar disebut keadaan tereksitasi (excited states).
Interaksi REM dan materi
materi
REM
refleksi
absorpsi
scattering Transmisi
Interaksi REM dan materi
Interaksi REM dan materi
Interaksi REM dan materi Dari fenomena gelombang
refraksi dan refleksi
Dari fenomena energi
absorpsi dan emisi
Absorpsi Absorpsi cahaya oleh atom, ion atau molekul akan membuatnya berpindah dari keadaan dasar ke keadaan tereksitasi tertentu Atomic absorption – relatively few frequencies absorbed; electrons in highest occupied orbitals promoted to lower unoccupied orbitals Molecular Absorption – many more possible frequencies are absorbed; combinations of electronic, vibrational, and rotational transitions invoked
Proses absorpsi
Emisi Emisi terjadi ketika atom atau molekul dalam keadaan tereksitasi berelaksasi ke keadaan energi yang rendah dengan melepaskan energi berupa foton. Eksitasi dapat disebabkan oleh: 1. Elektron atau pengeboman (bombardment) partikel elementer (emisi sinar X); 2. Arus listrik atau panas (UV, sinar tampak, emisi IR) 3. Cahaya (fluoresens) 4. Reaksi kimia eksotermik (kemiluminesens). Spektrum garis untuk atom yang berfase gas Spektrum pita untuk radikal fase gas atau molekul kecil Spektrum kontinyu untuk padatan terpanaskan → radiasi badan hitam (blackbody radiation /incandescence)
Proses emisi dan kemiluminesens
Spektrum garis
Individual atoms, well separated, in a gas phase
Spektrum pita
Vibrational levels
Small molecules and radicals
Spektrum kontinyu • Produced when solid are heated to incandescence. • Blackbody Radiation (Thermal Radiation)
32
Relaksasi Proses relaksasi mengizinkan suatu atom atau molekul yang tereksitasi kembali ke keadaan dasarnya. Relaksasi nonradiasi: energi terlepas oleh sebab lainnya bukan karena emisi foton Fluoresens resonans: frekuensi radiasi emisi identik dengan frekuensi radiasi eksitasinya (atom) Fluoresens nonresonans: frekuensi radiasi emisi lebih rendah dibandingkan dengan frekuensi radiasi eksitasinya (molekul); Stokes shift Fosforesens: melibatkan keadaan elektronik intermediet yang memiliki waktu pendek
Fotoluminesens Fluoresens dan fosforesens
Spektro(foto)metri
Color of a solution. White light from a lamp or the sun strikes the solution of Fe(SCN)2+. The fairly broad absorption spectrum shows a maximum absorbance in the 460 to 500 nm range. The complementary red color is transmitted.
Penyerapan sinar
P0 A = − log T = log P
PR • Cari unit satuan untuk menyatakan panjang gelombang dan simbolnya dan nama untuk jenis radiasinya (type of radiation) • Apa beda emisi dengan luminesensi • Bagaimana membuktikan gelas warna biru menyerap sinar merah • Bila sinar diserap 50% setelah melewati sampel maka nilai A adalah……
