Kuliah 04 -05 Aplikasi Absorpsi Molekular UV-VIS

download Kuliah 04 -05 Aplikasi Absorpsi Molekular UV-VIS

of 57

description

kuliah

Transcript of Kuliah 04 -05 Aplikasi Absorpsi Molekular UV-VIS

  • Aplikasi Spektrofotometri UV-Vis

  • Analisis Kualitatif dan Kuantitatif UV-VisAnalisis kualitatif DIgunakan sebagai data pendukung dalam penentuan struktur melekol

    kegunaan yang paling banyak dipakai dengan sensitivitas yang baik (limit deteksi 10-4-10-6) Analisis kuantitatif relatif selektif dan spesifik ketepatan yang cukup baik relatif sederhana dan murah

  • Woodward-Fieser Rulesfor Predicting lmax

  • Exocyclic/Endocyclicendocylicexocyclic

  • Double bond extending conjugation

  • Calculate the max for the following compounds214 (base)+ 15 (3 ring residues)+ 5 (1 exocyclic C=C)-----------234 nm calc.Observed 235 nm.253 (base)+ 15 (3 ring residues)+ 5 (exocyclic C=C)------------273 nm calc.Observed 275 nm

  • Predict lmax in U.V. Spectrum

  • Determination of lmax

  • Determination of lmax

  • Determination of lmax

  • Woodward Rules for EnonesBase valuesacyclic or 6-membered ring215 nm5-membered ring202 nmAdditions fordouble bond extending conjugation 30 nmalkyl group or ring residuea 10 nmb 12 nm g 18 nmexocyclic double bond 5 nm

  • 1-Acetylcyclohexene215 (base)10 (a substituent)12 (b substitutent)-----237 nmObs. 232 nm.ab

  • Cholesta-1,4-dien-3-one215 (base)24 (2 b substituents)5 (1 exocyclic C=C)-----244 nmObs. 245 nm.

  • Enol of 1,2-cyclopentanedione202 (base)12 (b substituent)35 (a-OH)-----249 nmObs. 247 nm.

  • Pengukuran AbsorbansDalam analisis kuantitatif kita selalu bekerja pada panjang gelombang maksimum yaitu panjang gelombang yang memberikan absorbans terbesar(dapat ditentukan dari spektrum absorpsinya)

    Pada maks respon sinyal (absorbans) berada dalam kondisi maksimum sehingga akan memiliki sensitivitas yang baik dan limit deteksi yang rendah serta mereduksi kesalahan dalam pengukuran.

  • Pengukuran Absorbans

  • Pengukuran AbsorbansSeluruh kondisi analisis harus dibuat tetap konstanVariasi pada pelarut, suhu, pH, waktu reaksi, dan faktor lainnya yang dipakai saat menyiapkan contoh agar dapat membentuk senyawa kompleksKondisi instrumen harus pula dalam keadaan yang sama saat mengukur standar maupun analit (, lebar celah, kuvet dll)Hubungan antara absorbans dengan konsentrasi harus dibuat agar dapat menentukan konsentrasi/kadar analit kurva standar/kalibrasi

    Hampir seluruh spesi pengabsorbsi hanya akan memberikan respon linear pada beberapa kisaran konsentrasi

  • Pengukuran Absorbans

  • Pengukuran Absorbans

  • Pengukuran AbsorbansKesalahan mungkin dapat terjadi saat pengukuran absorbanssaat konsentrasi rendah perubahan kecil konsentrasi dapat menyebabkan perubahan transmitans yang cukup besarSaat konsentrasi besar perubahan transmitasns kecilPengukuran absorbans yang baik untuk meminimalkan kesalahan yaitu pada nilai 80-20% T

  • Pengukuran Absorbans

  • Pengukuran zat dengan spektrofotometri selalu melibatkan analat, blanko, dan standar untuk tujuan kuantitatif

    Pada kolorimetri visual, sama sekali tidak digunakan blanko

    Analat bahan yang dianalisis yang berarti mengandung komponen yang akan ditentukan konsentrasinya.

    Blangko larutan yang mendapat perlakuan sama dengan analat tetapi tidak mengandung komponen analat. Blangko dibuat untuk mengetahui besarnya serapan yang disebabkan oleh zat yang bukan analat, baik hanya pelarut untuk melarutkan ataupun mengencerkan ataupun pelarut dan pereaksi tertentu yang ditambahkan.

    Pengukuran Zat

  • Selisih nilai serapan analat (Aa) dengan nilai serapan larutan blangko (Ab) menunjukkan serapan yang disebabkan oleh komponen analat. Nilai itulah yang kemudian diperhitungkan dalam persamaan Hukum Lambert-Beer untuk menghitung konsentrasi komponen dalam analat. Bila Ab =0, maka Aa menunjukkan nilai serapan komponen analat dan As menunjukkan nilai serapan komponen analat dalam larutan standar. Karena itu, dalam prakteknya, serapan blangko memang diatur bernilai nol, sehingga blangko sering disebut sebagai larutan untuk menolkan

    Standar larutan yang mendapat perlakuan yang sama dengan analat dan mengandung komponen analat dengan konsentrasi tertentu yang diketahui dengan pasti. Pada spektrofotometri digunakan beberapa larutan standar dengan konsentrasi yang berbeda-beda. Standar dibuat untuk mencari nilai absorptivitas () komponen analat bila tebal larutan (b) diketahui dengan pastiPengukuran Zat

  • Dalam prakteknya, standar dibuat untuk mencari nilai konstanta k yang merupakan perkalian dan b

    Nilai k tersebut bisa diperoleh dari kurva kalibrasi (standar)

    Kurva kalibrasimerupakan pembuatan hubungan fungsional antara sinyal (absorbans) dengan konsentrasi standar (analit)

    Sinyalrespon sistem dan merupakan variabel dependen (x)Konsentrasianalit yang diketahui konsentrasinya dan merupakan variabel independen (y)Pengukuran Zat

  • Metode KalibrasiKalibrasi yang sederhana:hubungan linier antara sinyal dan konsentrasipersamaan garis lurus (y = a + bx)

    metode kuadrat terkecil (least square method)(teknik yang paling umum digunakan untuk membuat garis/kurva dengan beberapa titik data)teknik ini didasarkan pada minimisasi kuadrat deviasi dari tiap titil data dan garis

    Kurva kalibrasi bisa pula digunakan langsung untuk menentukan konsentrasi zat tanpa perlu menghitung k lebih dulu.

  • Metode Kalibrasi

  • Metode KalibrasiBagaimana anda mengetahui bahwa nantinya kurva kalibrasi yang anda buat memiliki kelinieran yang baik?Koefisien korelasideviasi dari tiap titik dengan titik pada garis lurus yang diperoleh dilambangkan sebagai rKoefisien determinasikuadrat dari koefisien korelasi r2kisaran nilai r2 dari 0 sampai 1, jika nilai r2 dari persamaan garis yang dibuat mendekati 1 maka kurva yang dibuat memiliki kelinieran garis yang baikTipe kalibrasi:Kalibrasi eksternalSinyal proporsional terhadap konsentrasi analit, dibuat dengan menyiapkan standar secara eksternalAsumsinya bahwa sensitivitas (sinyal/konsentrasi) adalah sama pada standar dan sampel dan sinyal hanya disebabkan oleh analit Tidak memperhitungkan matriks sampel dan instrumental drift

  • Standar Adisisejumlah tertentu larutan standar analit dengan konsentrasi tertentu yang diketahui ditambahkan ke dalam larutan sampelsinyal yang diukur sebagai fungsi dari konsentrasi larutan standar yang ditambahkanmemperhitungkan matriks sampel tapi tidak untuk instrumental drift

    Standar InternalSuatu senyawa lain yang disebut standar internal ditambahkan ke dalam larutan standar dan sampel dari analit yang akan diukur (secara kimia mirip dengan analit)digunakan untuk mengkoreksi drift (perubahan sensitivitas dengan berjalannya waktu pengukuran) dan efek matriksMetode Kalibrasi

  • Metode Kalibrasi

  • Perlakuan terhadap analatLarutan terlalu encer atau terlalu pekat Batas konsentrasi telalu encer /terlalu pekat tidak pasti; jenis zat 10-4 M untuk suatu zat terlalu encer, untuk zat lain normal, atau terlalu pekat untuk zat lainnya Dapat diketahui berdasarkan pengukuran; T ?Ketelitian pengukuran kurang(% kesalahan pengukuran cukup tinggi)

  • Analat pekatDiencerkan? Serapan normalFaktor pengenceran (FP)?Jika FP terlalu besarVolume analat yang diambil terlalu kecilKesalahan pengukuran volume cukup besarFP = 5x?Untuk spektroskopi, volume larutan yang diukur tidak perlu banyak , 3-10 mLPertimbangan:Pengenceran pada labu takar 10-25 mL FP = 10x?FP = 100xVolume analat yang diambil 5 mLVolume analat yang diambil 2,5 mLVolume analat yang diambil 0,25 mLFP = 1000xVolume analat yang diambil 0,025 mL

  • Waktu Pengenceran analat:Sebelum analat diberi perlakuan (penambahan pereaksi, pemanasan dsb)analat mendapat perlakuan yang sama dengan blanko dan standarJika Faktor Pengenceran terlalu tinggiPengenceran bertahap Metode Serapan tinggi Pengenceran & metode serapan tinggiMetode serapan normal

  • Analat encer dipekatkan: dibuat ulang larutannya (larutan lebih pekat) bila contoh berupa padatan metode penambahan standarpenguapanMetode serapan normal

  • Latihan:1. Pada Pengukuran kadar zat X dalam suatu contoh, analat menunjukkan A = 1,45. Standar zat X dengan konsentrasi 10, 30, 50, 90 dan 120 ppm menunjukkan A berturut-turut 0,08; 0,23; 0,40; 0,72 dan 0,95. Benarkah jika kita langsung menghitung kadar X berdasar data tersebut? Jelaskan 2. Apa yang akan anda lakukan bila suatu larutan analat ketika diukur menunjukkan A = 0,02? Jelaskan

  • Ada kalanya zat yang diukur bisa berubah karena berbagai reaksi kimia misalnya terjadi ionisasi

    Bila partikel yang ada dalam reaksi tersebut mempunyai warna yang berbeda, dalam arti masing-masing punya warna tertentu, maka kita dapat memilih untuk mengukurnya dalam bentuk yang mana dan kita pilih panjang gelombang yang paling banyak diserap oleh partikel yang dipilih tersebut.

    Pilihan lainnya, bisa digunakan panjang gelombang yang merupakan titik isosbestik kedua komponen tersebut.

    Titik isosbestik ialah nilai panjang gelombang yang memberikan nilai absorptivitas molar () yang sama untuk kedua komponen tersebut tanpa dipengaruhi letak kesetimbangan reaksinya Pengukuran zat yang mengalami reaksi bolak-balik

  • Titik IsobestikA465 = HIn b[HIn] + In b [In]Spektum absorpsi merah metil 0.37 mM sebagai fungsi pH antara pH 4.5 dan 7.1

  • Suatu analat dapat mengandung > dari 1 komponen yang bisa diukur dengan cara spektrofotometri UV-Vis

    komponen-komponen yang tercampur hasil reaksi kesetimbangan salah satu komponen tidak berinteraksi satu sama lainnya mengikuti hukum Lambert-Beer asumsinya bahwa absorbans terukur merupakan jumlah absorbans dari masing-masing komponenA1 = Ax,1 + Ay,1 + Az,1 . = x1bCX + y1bCY + z1bCZ .A2 = Ax,2 + Ay,2 + Az,2 . = x2bCX + y2bCY + z2bCZ .

    Spektrum absorbsi tiap komponen perlu diketahui menentukan komposisinya dalam analatPengukuran Multikomponen

  • Ada 3 kemungkinan spektrum absorpsi dua atau lebih senyawa yang bercampur yaitu: (1) terpisah, (2) bertumpang tindih sebagian, dan (3) bertumpang tindih sempurna Pengukuran MultikomponenSpektrum absorpsi terpisah dari zat-zat yang tercampur A (nm)21XYA1 = kX,1CXA2 = kY,2CY2 kurva standar

  • Pengukuran MultikomponenSpektrum absorpsi bertumpang tindih sebagian dari senyawa yang bercampur A (nm)21XYA1 = kX,1CX + kY,1CY A2 = kY,2CY3 kurva standar

  • Pengukuran MultikomponenSpektrum absorpsi bertumpang tindih sempurna dari senyawa yang bercampur A (nm)21XYA1 = kX,1CX + kY,1CY A2 = kX,2CX + kY,2CY4 kurva standar

  • Pengukuran MultikomponenSpektrum sinar tampak MnO4 , Cr2O72 , dan campuran yang mengandung kedua ion tersebut

  • Pengukuran MultikomponenDua kasus yang dapat terjadi pada analisis

  • Agar hasil yang diperoleh memberikan akurasi dan presisi yang baik, 2 panjang gelombang yang digunakan sebaiknya:

    X > Y di salah satu dan Y > X di lainnya

    Presisi yang optimum akan terjadi jika perbedaan nilai absorptivitas molar semakin besar dari 2 komponen yang diukur

    Salah satu metode untuk menentukan optimum adalah membuat plot X/Y sebagai fungsi dan memilih dimana X/Y mencapai nilai maksimum atau minimumPengukuran Multikomponen

  • Suatu analat mengandung komponen X dan Y yang mempunyai spektrum absorpsi bertumpang tindih sempurna. Serapan maksimum X terjadi pada 468 nm dan serapan maksimum Y pada 541 nm. Untuk pengukuran digunakan larutan standar dengan konsentrasi 1, 2, 3, 4, 5, dan 6 (x 10-3 M) baik untuk X maupun Y. Dari kurva standar yang dibuat, diperoleh nilai k untuk X sebesar 154 dan 42 sedangkan untuk senyawa Y adalah 201 dan 55 (M-1) pada kedua panjang gelombang maksimum yang dipakai. Larutan analat yang dianalisis menunjukkan serapan 1.23 pada 468 nm dan 0.95 pada 541 nm. Tentukan kadar X dan Y dalam larutan yang diukur.

    JawabanBila k untuk X pada 468 nm adalah k11 dan pada 541 nm adalah k21 sedangkan untuk Y pada 468 nm adalah k12 dan pada 541 nm adalah k22, maka k11 = 154, k21 = 42, k12 = 55 dan k22 = 201. Sementara itu bila A1 adalah serapan analat pada 468 nm dan A2 adalah serapan pada 541 nm, maka A1 = 1.23 dan A2 = 0.95, makaContoh Soal

  • Contoh SoalKonsentrasi Fe3+ dan Cu2+ dalam suatu campuran dapat ditentukan via reaksi ion tersebut dengan heksasianorutenat(II), Ru(CN)64, yang akan membentuk kompleks berwarna biru keunguan dengan Fe3+ (maks = 550 nm), dan kompleks berwarna hijau pucat dengan Cu2+ (maks = 396 nm). Absorptivitas molar (M-1 cm-1) untuk kompleks logam tersebut pada dua panjang gelombang maksimum yang digunakan yaitu dengan tebal kuvet 1 cm:550 396Fe3+ 9970 84Cu2+ 34 856Suatu sampel yang mengandung Fe3+ and Cu2+ memberikan absorbans pada 550 nm sebesar 0.183 dan pada 396 nm sebesar 0.109. Hitunglah konsentrasi molar Fe3+ and Cu2+ dalam sampel tersebut!

  • Jones dan Thatcher telah mengembangkan metode analisis simultan aspirin, fenasetin, dan kafein dalam tablet analgesik menggunakan spektrofotometri UV. Sampel dilarutkan dalam CHCl3 lalu diekstraksi menggunakan larutan NaHCO3 untuk mengambil aspirin. Setelah ekstraksi selesai, fase CHCl3 dipindahkan ke dalam labu takar 250 ml dan ditera menggunakan CHCl3. Sebanyak 2.00 mL larutan ini kemudian diencerkan dalam labu takar 200 ml dengan CHCl3. Absorbans larutan ini kemudian dibaca pada 250 nm dan 275 nm dan memberikan absorptivitas molar (dalam ppm-1 cm-1) untuk kafein dan fenasetin yaitu:Kafein : 250 = 0.0131 dan 275 = 0.0485 Fenasetin : 250 = 0.0702 dan 275 = 0.0159Aspirin ditentukan dengan menetralisasi NaHCO3 pada fase air lalu mengekstraksinya dengan CHCl3. Ekstrak kemudian dilarutkan dan ditera dalam labu takar 500 mL dengan CHCl3. Sebanyak 20.00 mL larutan tersebut dipipet lalu dimasukkan ke dalam labu takar 100 mL dan di tera menggunakan CHCl3. Absorbans larutan ini kemudian diukur pada 277 nm, dimana absorptivitas molar aspirin = 0.00682 ppm-1 cm-1. Absorbans larutan sampel tersebut pada tiap yang digunakan sebesar 0.466 pada 250 nm, 0.164 pada 275 nm, dan 0.600 pada 277 nm dengan menggunakan kuvet yang memiliki ketebalan 1.00 cm. Hitung mg aspirin, kafein, dan fenasetin dalam tablet analgesik tersebut!Contoh Soal

  • Kurva titrasi fotometri merupakan plot antara absorbans (terkoreksi oleh perubahan volume) dengan volume titran. Kurva tersebut mempunyai dua buah garis sejajar dengan slope yang berbeda, satu sebelum dan satunya lagi sesuadah TE. TA diperoleh melalui ekstrapolasi perpotongan garis dari dua buah garis sejajar tersebut. Titrasi SpektrofotometriKurva titrasi pada 745 nm untuk 100 ml larutan in both Bi3+ dan Cu2+ 0.002 M dengan EDTA 0.100M.

  • Jenis kurva titrasi fotometri yang umumTitrasi Spektrofotometri

  • Titrasi spektrofotometri 30.0 ml EDTA dalam bufer asetat dengan CuSO4 dalam bufer yang sama Kurva atas: [EDTA] = [Cu2+] = 5.00 mM. kurva bawah: [EDTA] = [Cu2+] = 2.50 mM. (b) Transformasi data menjadi format fraksi molTitrasi Spektrofotometri

  • Metode dalam Menentukan Stoikiometri Senyawa Kompleks Menentukan komposisi senyawa kompleks M + nL = MLnMetode Variasi Kontinu (Metode Job)Metode ini didasarkan pada pengukuran seri larutan dengan konsentrasi M dua reaktan bervariasi tetapi jumlah totalnya konstan untuk setiap variasi. Absorbans tiap larutan dikukur pada yang cocok koreksi untuk absorbans larutan jika tidak terjadi reaksi, dan plotkan dengan fraksi mol salah satu reaktan. Absorbans maksimum yang terdapat pada salah satu fraksi mol menunjukkan rasio penyusun senyawa kompleksA terkoreksi = A terukur AM ALPlot variasi kontinu suatu senyawa kompleks dengan rasio logam:ligan sebesar1:3, 1:2 dan 1:1

  • Mole-ratio methodA series of solution is prepared in which the analytical concentration of one reactant is held constant while that of other is varied. A plot of absorbance versus mole ratio of the reactants is then prepared. If the reaction is sufficiently complete, two straight lines of different slopes are obtained. The intersection of the extrapolated lines corresponds to the combining ratio in the complex.Unlike the method of continuous variations, the measured absorbance does not have to be corrected by subtracting the absorbance. Mole-ratio plots for 1:1 and 1:2 metal-to-ligand complexes.

  • Slope-ratio methodThis method, used mainly in studying weak complexes, requires that the formation reaction can be forced to completion with a large excess of either metal or ligand. Two sets of solutions are prepared : The first contains various amounts of metal ion each with the same large excess of ligand, while the second consists of various amounts of ligand each with the same large excess of metal. For the reaction xM + yL = MxLywhen L is present in large excess, the concentration of product formed is limited by the concentration of the metal, or [MxLy] = CM / x

  • If Beers law obtains, A = b[MxLy] = bCM / x and a plot of A versus CM will yield a straight line with a slope of b/x.Similarly, for the solutions containing M in large excess, [MxLy] = CL / y A = b[MxLy] = bCL / y The ratio of the two slopes is the combining ratio for the reaction (bCM / x )/(bCL / y) = y / x

    ********************************************