KIMIA ANALISIS (3 SKS) Disusun oleh :YELMIDA A.

POKOK BAHASANAnalisa 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)

POKOK BAHASAN I :Analisa spektroskopi ( interaksi radiasi-materi)

Analisa kromatografi ( distribusi komponen dalam dua fasa : fasa diam dan fasa gerak)

Analisa spektroskopiPENDAHULUANSpektroskopiSpektrometriSpektrometerSpektrofotometrispektrofotometer

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.

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.

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

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.

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.

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)

Jenis spektrofotometri AAS/AES = penyerapan/pancaran atomUV-Vis = penyerapan molekulFluorometri = pancaran molekulIR (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.

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

SPEKTROSKOPI Landasan spektroskopi : Hukum Kirchoff (1859):Bila suatu benda cair atau gas bertekanan tinggi dipijarkan, benda tadi akan memancarkan energi dengan spektrum pada semua panjang gelombangGas 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.

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

Gambaran Hukum Kirchoff

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.

Gambaran berkas radiasi elektromagnetik

= panjang gelombang : jarak yang ditempuh oleh gelombang selama satu siklusA = amplitudo gelombang : perpindahan maksimum dari poros horizontalt = perioda : waktu untuk satu siklus sempurna v = frekwensi osilasi : jumlah siklus tiap detikSatu siklusADiagram satu gelombang

Hubungan panjang gelombang () dengan frekwensi (v) gelombang cahaya adalah :

c = kecepatan cahaya (3,0 x 108m/s atau 3,0 x 1010 cm/s)Hubungan frekwensi ( v ) dengan perioda ( t ) :

Latihan 1Hitung perioda dan frekwensi cahaya yang berpanjang gelombang 2 x 105 cmJika perioda gelombang cahaya 2 x10-17 s, berapakah panjang gelombang ini dalam satuan nanometerHitung perioda radiasi elektromagnet yang mempunyai = 4 x 103 cmBerapa frekwensi cahaya hijau yang berpanjang gelombang 500 nm

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 : FOTONFrekwensi (v) teori gelombang dapat dihubungkan dengan energi foton (E) teori partikel, melalui persamaan PLANCK :

h = tetapan Planck : 6,63 x 10-34 Joule second

Bilangan gelombang ( v ), adalah ciri gelombang yang berbanding lurus dengan energi, didefinisikan sebagai : jumlah gelombang per sentimeter

Latihan 2Cari energi foton yang sesuai dengan cahaya berfrekwensi 3,0 x 10 15 s-1Cari frekwensi cahaya yang sesuai dengan foton berenergi 5,0 x 10 -12 JBerapa besar energi foton yang mempunyai panjang gelombang 0,05 nmHitung energi foton yang mempunyai bilangan gelombang 2,5 x 10 -5 cm-1

Spektrum elektromagnetikSaat 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.

Tabel Spektrum elektromagnetik pada berbagai panjang gelombang

Jika cahaya sinambung dilewatkan pada sebuah prisma, maka cahaya tersebut akan terdispersiJika 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

Diagram spektroskopi absorbsiSumber cahayaPrismaSel sampelPlat fotografiApa yang terjadi dengan gelombang cahaya yang hilang?

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

Diagram energi suatu atomTingkat energi terendah dari atom ditunjukkan oleh garis E1Jika suatu atom tereksitasi dari tingkat energi E1 ke E2 atau E3, maka energi dari atom tersebut akan bertambahEE1E2E3E4

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 EE1E2E3E4

Spektrum absorbsi merupakan hasil suatu atom / molekul yang dieksitasikan ke tingkat energi yang lebih tinggi dengan mengabsorbsi suatu kuantum energi

Persamaan yang menghubungkan energi absorbsi dengan panjang gelombang yang diabsorbsi :E1E2

Latihan 3Jika perbedaan energi antara E2 dan E1 sebesar 6.0 x 10-18 J , berapakah panjang gelombang cahaya dalam nm yang diperlukan untuk menimbulkan transisi ?

Diketahui suatu atom mengabsorbsi energi sebesar 5,0 x 10 -19 J. Dalam spektrum atom ini, pada bilangan gelombang manakah akan terjadi garis absorbsi ?

Energi atom / molekulBentuk energi atom atau molekul dinyatakan sebagai energi translasi, rotasi, getaran dan elektronUntuk tiap jenis energi ini terdapat tingkat energiA. Energi translasi adalah energi kinetik atom atau molekul yang disebabkan oleh gerakan atom/molekul dalam ruang.XY Z Z Y X

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 10-23J/ oK

Tingkat energi translasi terletak begitu berdekatan satu dengan yang lainnya sehingga dianggap sinambung dan hanya dibutuhkan energi sangat kecilAkibatnya, spektrum absorbsi yang disebabkan oleh transisi translasi tidak bisa teramati.E= 0EEsinambung

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

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

Karena molekul tidak kaku, maka kelenturannya (flexibility) menyebabkan gerakan getaranGerakan molekul

Jika suhu (T) naik maka jumlah energi getaran bertambah besarDiagram berikut menunjukkan perbedaan besarnya jarak perpindahan model bola dan pegas pada T1 dan T2. (T1 < T2 )T1T2Jarak merentang

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

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.

Diagram tingkat energi elektron untuk n = 1

Diagram tingkat energi elektron untuk n = 2n=1l = 01sn= 2n = 11s2s2pE

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 : + dan - Contoh : atom yang mempunyai 4 elektron pada level energi terendah dan transisi yang dapat menimbulkan spektrum absorbsi :1s2s2p

Analisa KromatografiKromatografi merupakan teknik pemisahan yang paling banyak digunakanKromatografi adalah pemisahan suatu campuran senyawa-senyawa menjadi komponen-komponen yang terpisah.Pemisahan cuplikan menjadi komponen-komponen individual memudahkan untuk identifikasi (kualitatif) dan mengukur kadar (kuantitatif) dari bermacam-macam komponen cuplikan.

Kromatografi pertamakali diperkenalkan oleh : Michael Tswett (Rusia) tahun 1906Berasal dari bahasa Yunani : kromatos = warnagraphos = menulis

Proses kromatografi berdasarkan perbedaan distribusi senyawa penyusun campuran diantara dua fasaSatu fasa tetap tinggal pada sistem disebut : fasa diam (fasa stationer)Fasa lain memperkolasi melalui celah-celah fasa diam disebut : fasa gerak (fasa mobil)

Gerakan fasa gerak menyebabkan perbedaan migrasi dari penyusun campuranPemisahan dua senyawa dalam kolom kromatografi sederhanaabseny. a danbeluent,fasa gerakeluat(1) setelah penambahan sampel(2) setelah elusifasa diam

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)(b)(c)(d)xyzAliran fasa gerakx,y,z

Sumbangan terhadap penyebaran molekul dalam kolom1234567891012345678910x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x125(a)(b)(c)x x 5x x x(d)

Gambar (a), sampel baru diinjeksikan, molekul-molekul membentuk garis sempit diujung atas kolom.Gambar (b), penyebaran molekul mulai terjadi yang disebabkan oleh : diffusi EddyDiffusi 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 gerakGambar (d), fasa gerak di dalam pori-pori fasa diam, tidak bergerak. Molekul cuplikan masuk dan keluar dari pori fasa diam secara difusi.

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 kolomSenyawa keluar kolom dideteksi oleh detektor, kadar / konsentrasinya dicatat sebagai fungsi dari waktu pemisahan

Dari gambaran hipotetik diatas, terlihat bahwa ciri khas dari pemisahan dengan kromatografi adalah :perbedaan migrasi dari berbagai senyawa dalam cuplikanpenyebaran sepanjang kolom dari molekul senyawa tertentuPerbedaan 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

Perbedaaan migrasi merupakan hasil distribusi keseimbangan dari komponen-komponen penyusun diantara dua fasaDistribusi 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 diamCm = kons.dalam fasa gerak

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 diamMigrasi suatu senyawa dipengaruhi oleh :Susunan fasa diamFasa gerakSuhu kolom

Kromatogram pemisahan hipotetikWaktu retensi, tR , diukur dari waktu injeksi cuplikan sampai waktu puncak maksimum meninggalkan kolomSemakin kecil lebar puncak, tW , semakin baik pemisahanxyzwttR

Kromatogram hipotetik diatas mempunyai empat ciri khas Setiap senyawa meninggalkan kolom, puncak berbentuk lonceng atau kurva GaussSetiap puncak keluar kolom pada waktu tertentu, dapat digunakan untuk identifikasi senyawaSemakin besar perbedaan waktu retensi, tR , antar puncak senyawa semakin mudah pemisahan senyawa-senyawa tersebutSetiap puncak berciri khas lebar puncak, semakin kecil tW , semakin baik pemisahan

Klasifikasi KromatografiPengelompokan kromatografi :Berdasarkan fasa yang digunakan (fasa diam dan fasa gerak) Kromatografi gasKromatografi cairBerdasarkan mekanisme yang menyebabkan distribusi fasa

Pengelompokan kromatografi berdasarkan mekanisme yang menyebabkan distribusi fasa

Kromatografi cairan-padatan atau kromatografi serapan.Ditemukan oleh Tswett dan dipopulerkan oleh Kuhn & Lederer (1931). Sebagai isi kolom, silika gel atau alumina, dengan ratio luas permukaan terhadap volume sangat besarKromatografi cairan-cairan atau kromatografi 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

Kromatografi gas-padatSebelum tahun 1800an digunakan untuk pemurnian gasKromatografi gas-cairanMetode 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 kertasKromatografi cairan-cairan, dimana fasa diam adalah lapisan tipis air yang diserap dari lembab udara oleh kertas

Kromatografi Lapis TipisSama 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.

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

Permiasi GelPemisahan dengan gel, yang terdiri dari modifikasi dekstran, yang mempunyai ikatan silang. Bahan ini dapat memisahkan molekul berdasarkan ukurannyaElektroforesisKromatografi 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.