INSTRUMENTASI PADA SPEKTROSKOPISunardi Departemen Kimia FMIPA-UI

Sistem optik pada spektroskopi molekul

Peralatan yang digunakan selalu disesuaikan dengan daerah panjang gelombang yang digunakan misalnya : Sumber sinar Sel (tempat sampel) Pemilih panjang gelombang Detektor

Banyak jenis peralatan yang dibuat untuk keperluan ini.Sunardi2

27/04/2012

Metode non-instrumentalTidak menggunakan sistem elektronik Metode absorbsi yang pertamakali ditemukan, dasarnya menggunakan mata kita sebagai detertor. Dalam beberapa kasus cara ini masih digunakan sampai sekarang.

27/04/2012

Sunardi

3

Metode non-instrumental

Metode ini hanya memerlukan mata kita untuk membandingkan kadar sampel yang tidak diketahui dengan sederet larutan standar

27/04/2012

Sunardi

4

Metode non-instrumentalKeunggulan : Tidak memerlukan peralatan yang rumit Murah dan relatif mudah digunakan Kelemahannya : Memerlukan banyak standar untuk mendapatkan hasil yang akurat Sampel harus berwarna agar dapat dilihat Sangat sulit jika sampelnya merupakan campuran warna27/04/2012

Sunardi

5

Metode non-instrumental

Komparator warna : Metode ini membandingkan warna dengan mengatur batang gelas yang masuk ke dalam larutan. Kadar larutan sampel dihitung dengan rumus :

d S CR d R CS27/04/2012

Sunardi

6

Metode non-instrumentalKomparator warna : Keunggulan : Hanya memerlukan sebuah larutan standar Dapat lebih akurat dengan menggunakan beberapa larutan standar Kelemahannya : Memerlukan banyak standar untuk mendapatkan hasil yang akurat Sampel harus berwarna agar dapat dilihat Sangat sulit jika sampelnya merupakan campuran warna27/04/2012

Sunardi

7

Metode instrumentalSeluruh metode ini pada umumnya memiliki komponen-komponen berikut : Sumber radiasi Permilih panjang gelombang Sel tempat sampel Detektor Penampil data27/04/2012

Sunardi

8

Metode instrumental

Pada metode emisi, sampel adalah bagian integral dari sumber sinar yang menghasilkan g.e.m. untuk diukur energi radiasinya.

27/04/2012

Sunardi

9

Metode instrumental

27/04/2012

Sunardi

10

Metode instrumental

27/04/2012

Sunardi

11

Peralatan optikPada seluruh sistem memiliki : Susunan yang sesuai untuk masingmasing komponen sehingga memberikan hasil yang terbaik untuk pengukuran Komponen dirancang untuk bekerja secara serempak misalnya, slit (celah) yang sesuai, lensa, pengotrol ... dll.27/04/2012

Sunardi

12

Peralatan optikMaterial lensa Bahan lensa harus sesuai dengan daerah panjang gelombang yang digunakan Gunanya agar dapat melewatkan daerah panjang gelombang yang digunakan Visible UV IR27/04/2012

gelas biasa atau silika fused silika atau kwarsa KCl, NaCl, IRTRANSunardi13

Peralatan optikSel / Cuvette Diperlukan untuk menempatkan sampel ketika dilakukan pengukuran Bahan Cuvette harus dapat melewatkan (transparan) seluruh daerah panjang gelombang yang digunakan Ukurannya harus tepat tidak boleh berubah (biasanya 1 cm) dan dapat bekerja kuantitatif.27/04/2012

Sunardi

14

Peralatan optikSel / Cuvette UV : fused silika, kwarsa Visible : gelas biasa, silika atau plastik IR : KBr, NaCl, IRTRAN atau kristal dari senyawa ionBahan Silika Gelas Plastik27/04/2012

Daerah l (nm) 150 - 3000 375 - 2000 380 - 800Sunardi15

Peralatan optik

27/04/2012

Sunardi

16

Sumber radiasi

Instrumen secara umum memerlukan sumber radiasi yang dapat menghasilkan daerah spektrum yang lebar dengan intensitas yang seragam pada setiap panjang gelombang. Tidak ada (belum ditemukan) sumber radiasi yang ideal tersebut. Jarang ada sumber radiasi yang intensitasnya seragam tetapi beberapa instrumen dapat menutupi kekurangan ini.Sunardi17

27/04/2012

Sumber radiasiSumber radiasi Visible Lampu Wolfram (Tungsten) Lampu ini mirp dengan bola lampu pijar biasa Daerah l : 350 -2200 nm Digunakan untuk sumber radiasi daerah sinar tampak (visible) dan IR dekat

27/04/2012

Sunardi

18

Sumber radiasiSumber radiasi UV Lampu D2 D2 + energi listrik D2* D2 + hu Daerah l : 160 -380 nm

27/04/2012

Sunardi

19

Sumber radiasiSumber radiasi IR

Seluruh elemen pemanas secara prinsip dapat digunakan untuk sumber radiasi IR Bahan : Nernst glower ZrO2/ Yitrium oksida Kawat NiCrom Globar Batang SiC Daerah l (nm) 400 20.000 750 20.000 1200 40.00020

27/04/2012

Sunardi

Sumber radiasi garisSumber radiasi yang menghasilkan spektrum garis yang spesifik. Laser : Jenis sumber radiasi ini banyak digunakan pada metode UV/Vis/IR dan FT-IR Digunakan untuk keperluan sumber radiasi yang memerlukan intensitas tinggi dan spektrumnya sangat sempit.27/04/2012

Sunardi

21

Sumber radiasi garisSumber radiasi yang menghasilkan spektrum garis yang spesifik. Lampu katoda berongga (Hollow Cathode Lamp) Mengemisikan radiasi dengan panjang gelombang yang spesifik sesuai dengan bahan pembentuk katoda. Digunakan untuk sumber radiasi pada metode absorbsi dan fluoresen.Sunardi22

27/04/2012

Sumber radiasi garisLampu katoda berongga (Hollow Cathode Lamp)

27/04/2012

Sunardi

23

Sumber radiasi garis

Lampu tanpa elektroda (Electrodeless discharge Lamp) Lampu ini penggunaannya mirip dengan lampu katoda berongga tetapi cara pembentukan spektrum garis yang dihasilkan berbeda. Emisi radiasi dihasilkan dari eksitasi atom logam dari garam yang diisikan pada bola gelas. Bola gelas dililit dengan kawat penghantar yang dialiri listrik pada frekuensi radio (RF coil). Plasma yang dihasilkan akan menguapkan garam dan mengeksitasikan atom-atom logam.

27/04/2012

Sunardi

24

Sumber radiasi garis

Lampu tanpa elektroda (Electrodeless discharge Lamp)

27/04/2012

Sunardi

25

Pemilih panjang gelombang

Tujuan : Untuk memperoleh panjang gelombang yang spesifik sebab detektor akan merespon semua panjang gelombang yang diterimanya pada satuan waktu tertentu. Agar didapatkan perbandingan yang nyata antara intensitas sinar yang datang dengan intensitas sinar setelah melewati sampelSunardi26

27/04/2012

Pemilih panjang gelombang

27/04/2012

Sunardi

27

Pemilih panjang gelombangFilter : Jenis pemilih panjang gelombang yang paling sederhana Macam filter :

Filter absorbsi Filter interferensi.

27/04/2012

Sunardi

28

Pemilih panjang gelombangFikter absorbsi

Dibuat dari bahan gelas yang berwarna Untuk mengabsorbsi daerah l tertentu Dapat digunakan beberapa filter untuk mendapatkan l yang sempit

27/04/2012

Sunardi

29

Pemilih panjang gelombangFikter interferensi

2dn lmax kdimana : d = ketebalan n = indek bias k = tingkat interferensi27/04/2012

Sunardi

30

Pemilih panjang gelombang

Prisma Cahaya yang datang pada prisma akan dibiaskan sesuai dengan panjang gelombangnya dengan sudut yang berlainan. Bahan prisma : Daerah UV/Visible dibuat dari bahan kwarsa Daerah IR dibuat dari kristal NaCl atau KClSunardi31

27/04/2012

Pemilih panjang gelombang

27/04/2012

Sunardi

32

Pemilih panjang gelombang

Keunggulan Prisma : Dapat digunakan untuk memilih panjang gelombang Harganya relatif murah Kekurangannya : Sudut pembiasannya sempit Cahaya harus tepat mengenai bagian tertentu prisma Sebagian cahaya diabsorbsi oleh bahan prismaSunardi33

27/04/2012

Pemilih panjang gelombang

Kisi defraksi (Grating)Merupakan instrumen pendispersi didalam monokromator Pada permukaannya terdapat garis-garis sejajar

27/04/2012

Sunardi

34

Pemilih panjang gelombangKisi defraksi (Grating) Jumlah ragis atau alur/mm bergantung pada daerah panjang gelombang yang akan didespersikan. UV/Visible 300 2000 garis/mm IR 10 200 garis/mm

27/04/2012

Sunardi

35

Pemilih panjang gelombang

Kisi defraksi (Grating)

nl d (sin i sin r )

i = sudut sinar datang r = sudut sinar yang dibiaskan d = jarak antar garis n = tingkat pemantulan l = panjang gelombang

27/04/2012

Sunardi

36

Pemilih panjang gelombang

27/04/2012

Sunardi

37

Detektor

Detektor diperlukan untuk mendeteksi cahay yang digunakan oleh system Detektor akan mengubah cahaya menjadi sinyal listrik yang selanjutnya akan ditampilkan oleh penampil data dalam bentuk jarum penunjuk atau angka digital. Ada bermacam jenis detektor yang didasarkan pada bagaimana detektor tersebut mengubah energi cahaya menjadi sinyal listrik.Sunardi38

27/04/2012

DetektorJenis detektor Phototube Photomultiplier Solid state l range (nm) 150 1000 150 1000 350 3000 sifat pengukuran arus listrik arus listrik berbagai macam penggunaan UV UV/Vis berbagai macam

Thermocouple Thermister

600 20.000 600 20.000

arus listrik hambatan listrik

IR IR

27/04/2012

Sunardi

39

Detektor

Phototube Bekerja berdasarkan efek fotolistrik Sebuah foton menumbuk permukaan katode yang bersifat foto emisif Bahan foto emisif : logam alkali atau oksida logam alkali, Cs3Sb, K2CsSb, Na2KSb, yang dikotori dengan Cs, Ag atau O.

27/04/2012

Sunardi

40

Detektor

Phototube Elektron akan dilepaskan oleh katode dan ditangkap oleh anoda yang bermuatan positif. Sinyal listrik yang dihasilkan sebanding dengan energi cahaya yang mengenai permukaan katoda Aliran elektron menghasilkan sinyal listrik yang diubah oleh penampil data dalam bentuk jarum penunjuk atau angka digital

27/04/2012

Sunardi

41

Detektor

Photomultiplier Detektor ini bekerja mirip dengan Phototube tetapi sinyal diperkuat karena adanya dynoda

27/04/2012

Sunardi

42

Detektor

Photomultiplier Sebuah elektron dipancarkan oleh katode pertama, menumbuk permukaan katode ke dua (dynoda yang potensialnya lebih negatif 90 Volt) dihasilkan elektron yang jumlahnya lebih banyak dan seterusnya hingga dynoda yang terakhir. Terjadi penguatan hingga 106 107 kali dari semula.Sunardi43

27/04/2012

Detektor

Solid state/ Semikonduktor/ Photodiode Dibuat dari kristal silikon yang didoping (dikotori) dengan Phosfor/ Arsen : menghasilkan jenis N Galium/ Indium: menghasilkan jenis P

27/04/2012

Sunardi

44

Detektor

Solid state/ Semikonduktor/ Photodiode Jika cahaya mengenai bagian detektor melewati material yang tembus cahaya, maka sejumlah arus listrik akan mengalir. Photo diode lebih sensiitif daripada phototube dan lebih murah daripada photomultiplierSunardi45

27/04/2012

Detektor

Photodiode array Sebuah rangkaian dari detektor photodiode yang dipasang secara berderet. Setiap detektor photodiode hanya digunakan untuk mendeteksi satu atau beberapa panjang gelombang saja.Sunardi46

27/04/2012

Detektor

Thermocouple Dua batang kawat logam yang tidak sejenis, ujungnya disambungkan menjadi satu. Jika pada sambungan kawat diberikan panas maka akan terjadi beda potensial antara kedua kawat. Thermistor Dibuat dari bahan yang nilai hambatan listriknya berubah sesuai dengan fungsi dari temperatur.Sunardi47

27/04/2012

Detektor

Pyroelectric Dibuat dari bahan kristal Barium titanat atau Triglysin sulfat yang diapit dengan dua buah elektroda logam. Jika terjadi perubahan temperatur kristal maka akan terjadi perbedaan potensial listrik pada kedua lektroda logamnya.Sunardi48

27/04/2012

Detektor

Pneumatic detector Suatu ruangan yang diisi dengan gas Xenon Adanya panas menyebabkan gas Xenon memuai dan menghasilkan perubahan tekanan. Perubahan tekanan menyebabkan perubahan posisi cermin flexible yang merubah posisi dari berkas cahaya.

27/04/2012

Sunardi

49

Pemroses sinyal dan tampilan

Dari seluruh jenis instrumen pasti mempunyai : Penguat (amplifier) yang memperkuat sinyal sehingga dapat terukur. Pemroses sinyal untuk : menghapus, merata-ratakan, mengatur tampilan atau mengkonversi data dari analog ke digital. Tampilan dapat berupa : meter, digital atau kertas dll.Sunardi50

27/04/2012

Sistem instrumentasi

Instrumentasi spektrofotometer secara lengkap tersusun dengan beberapa model : Berkas tunggal (single beam) Berkas ganda (double beam) Multi berkas (multichannel) Fluorometer

27/04/2012

Sunardi

51

Berkas tunggal (single beam)

27/04/2012

Sunardi

52

Berkas tunggal (single beam)

27/04/2012

Sunardi

53

Berkas tunggal (single beam)

27/04/2012

Sunardi

54

Berkas tunggal (single beam)

Spektrofotometer berkas tunggal (single beam) Jenis instrumen ini bekerja hanya dengan satu berkas sinar Respon detektor akan berubah disetiap panjang gelombang Tidak dapat digunakan untuk men scaning panjang gelombang Sangat baik jika digunakan untuk menganalisis dengan hanya satu panjang gelombangSunardi55

27/04/2012

Berkas ganda (double beam)

27/04/2012

Sunardi

56

Berkas ganda (double beam)

27/04/2012

Sunardi

57

Berkas ganda (double beam)

Spektrofotometer berkas ganda (double beam) Instrumen double beam in time bekerja dengan memecah sinar dengan selang waktu tertentu menggunakan pemotong sinar (chopper) Setengah bagian sinr mengenai sampel dan setengah bagian yang lain mengenai pembanding (blanko). Selisih dari kedua sinar ini merupakan absorbans dari sampel yang sesungguhnya.Sunardi58

27/04/2012

Berkas ganda (double beam)

R = Transmitan yang dihasilkan oleh pembanding (blanko) S = Transmitan yang dihasilkan oleh sampelSunardi59

27/04/2012

Berkas ganda (double beam)Keuntungan berkas ganda : Pengukuran menjadi lebih cepat Gangguan yang disebabkan oleh ketidak stabilan sumber sinar dan detektor dapat dikurangi. Dapat membuat spektrum antara A terhadap l dengan mudah dan relatif cepat.27/04/2012

Sunardi

60

Berkas ganda (double beam)

27/04/2012

Sunardi

61

Berkas ganda (double beam)

Instrumen double beam in space bekerja dengan memecah sinar dengan menggunakan pemotong sinar (beam splitter) Sinar dipecah menjadi dua bagian yang identik dengan cara yang lebih sederhana Tidak memerlukan chopper Diperlukan dua buah detektor yang harus disetimbangkan sensitifitasnya.Sunardi62

27/04/2012

Spektrofotometer scanning berkas tunggal

Dengan menggunakan komputer, absorban dari blanko di scanning dan datanya disimpan. Kemudian dilakukan scanning terhadap absorban dari sampel. Selisih absorban dari sampel dan blanko di setiap panjang gelombang jika di tampilkan berupa spektrum komplit antara A terhadap l dari suatu sampel.Sunardi63

27/04/2012

Spektrofotometer multi saluran (multichannel) Masalah dalam instrumen yang tradisional adalah perlu waktu lama untuk membuat sebuah spektrum absorban secara komplit. Jika sampelnya mudah rusak, mudah menguap dll, maka penggunaan instrumen yang tradisional tidak mungkin dilakukan.27/04/2012

Sunardi

64