PENYIMPANGAN HUKUM LAMBERT-BEER

1.Buka file “Penyimpangan HkLB.ods” dengan OpenOffice Calc. Spreadsheet ini merupakan simulasi pengukuran serapan cahaya dan mengillustrasikan mengapa hasil pengukuran absorbans dapat menyimpang dari prediksi yang dilakukan menggunakan hukum Lambert-Beer.

200 250 300 350 400

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

Fungsi Instrument

Absorptivitas

Panjang Gelombang, nm

Kurva sebelah kiri memperlihatkan spektrum absorpsi dari analit (garis berwarna merah) pada rentang panjang gelombang 200 – 400 nm. Garis biru menunjukkan intensitas sinar yang ditransmisikan yaitu spektrum sinar yang keluar dari monokromator dan mengenai larutan analit. Walaupun namanya monokromator, namun pemilih panjang gelombang ini tidak dapat melewatkan hanya satu panjang gelombang. Yang dilewatkan oleh monokromator adalah rentang sempit dari panjang gelombang yang disebut "spectral bandpass". Semakin kecil lebar celah yang digunakan maka "spectral bandpass" semakin sempit dan semakin monokromatis cahaya yang dilewatkan. Pada peralatan spektrofotometer yang banyak digunakan di laboratorium, "spectral bandpass" dikontrol melalui pemilihan lebar celah.

Pada simulasi ini lebar celah dapat divariasikan mulai dari 10 nm hingga 100 nm dengan menggunakan tombol pengatur lebar celah yang terletak di atas kurva, namun tidak dapat diset dibawah 10 nm (setiap instrument memiliki lebar celah minium) atau dibuat 0 karena tidak akan ada berkas cahaya yang akan sampai ke larutan sample. Perhatikan bahwa intensitas yang ditransmisikan memliki bentuk kurva segitiga karena celah masuk dan celah keluar selalu sama pada monokromator yang umum digunakan.

Ukur Lebar CelahLebar pada ½ Puncak

Absorptivita Maksimum

Panjang Jalan Sinar

stray light tak terserap

300 10 130 1 1 0.010%

Tombol pengatur parameter pengukuran

Puncak dari kurva ini terletak tepat pada nilai panjang gelombang yang dipilih. Pemilihan panjang gelombang dilakukan dengan mengatur tombol “ Ukur” yang terletak dibawah kurva. Hal ini sama dengan pengaturan tombol panjang gelombang pada peralatan spektrofotometer.

Tombol pengatur lain yang terletak di bawah kurva merupakan variable-variabel yang dapat diatur dalam simulasi ini, antara lain panjang jalan sinar (1 – 10 cm), lebar pada ½ tinggi puncak dan absorptivita maksimum dari analit

Tombol pengatur lain adalah “stray light” atau dikenal juga dengan nama “sinar sesatan”. Pada monokromator yang sebenarnya, sebagian kecil berkas sinar putih (polikromatis) dapat dilewatkan akibat terjadinya fenomena hamburan pada permukaan perlengkapan optik dari monokromator (cermin, lensa, jendela dan kisi difraksi). Biasanya sinar sesatan ini hanya merupakan fraksi yang sangat kecil dari berkas cahaya namun dapat menyebabkan penyimpangan hukum Lambert-Beer. Dalam banyak hal monokromator diatur pada panjang gelombang dimana terjadi penyerapan maksimum dari analit agar diperoleh sensitifitas pengukuran yang baik. Hal ini hanya akan terjadi jika sinar sesatan tidak atau hanya sedikit yang diserap oleh analit dibandingkan dengan sinar pada panjang gelombang pengukuran. Pada simulasi ini jumlah sinar sesatan yang tak diserap disebut ”Unabsorbed stray light". Umumnya monokromator memiliki jumlah sinar sesatan antara 0.01 hingga 1 % bergantung pada panjang gelombang dan jenis sumber sinar yang digunakan. Pengaruh sinar sesatan pada penyimpangan hukum Lamber-Beer akan signifikan pada panjang gelombang dimana sumber sinar berintensitas rendah dan kepekaan detektor rendah.

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50

0.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50f(x) = 1.0212x + 0.0009R² = 1.0000

Kurva Kalibrasi

Konsentrasi (x)

Abs

orba

ns

(y)

Kurva dibagian kanan adalah kurva kalibrasi yakni aluran antara absorbans terukur terhadap konsentrasi larutan sampel. Garis merah padah kurva ini merupakan garis ideal dari hukum Lambert-Beer, titik biru merupakan hasil pengukuran absorbans pada kondisi parameter yang telah diatur, sedangkan garis biru merupakan hasil ”fitting” menggunakan ”least-square straight-line fit” dari data absoerbans terukur. Idealnya, garis biru akan melewati semua titik biru (artinya tak terjadi penyimpangan Hk. Lambert-Beer). Pada kurva ini juga terdapat persamaan garis hasil fitting (x = konsentrasi dan F(x) = absorbans) serta nilai R2 yang menggambarkan derajat korelasi antara absorbans dengan konsentrasi (nilai 1,000 menunjukkan terdapatnya korelasi sempurna).

0.00 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50

-0.050%

0.000%

0.050%

0.100%Prediksi Kesalahan sebagai % dari konsentrasi maksimum

Konsentrasi

% k

esal

ahan

Kurva di bawah kurva kalibrasi merupakan kurva prediksi kesalahan pada penentuan konsentrasi. Besarnya kesalahan ditunjukkan oleh

nilai yang terdapat disebelah kurva ini. Prediksi ini jauh lebih berguna dibandingkan dengan hanya sekedar melihat besarnya nilai derajat korelasi (R2).

2. Mulai simulasi dengan menggunakan parameter yang mendekati ideal. Atur panjang gelombang pada 300 nm, lebar celah 10 nm, absorptivita maksimum 1, panjang jalan sinar 1 cm dan stray light tak terserap 0. Atur lebar pada ½ puncak (antara 100 hingga 150 nm) hingga diperoleh keadaan di mana garis merah, titik biru dan garis biru saling berimpit. Kondisi pengukuran yang baik juga ditunjukkan dengan kecilnya nilai kesalahan yang diperoleh. Pada keadaan ini maka nilai R2 akan sama dengan 1,0000 dan menunjukkan bahwa hasil pengukuran mengikuti hukum Lambert-Beer. Tetapi harus diingat bahwa pada kenyataannya pengukuran absorbans tidak pernah dapat dilakukan dengan sangat sempurna.

3. Selanjutnya, lakukan perubahan pada parameter-parameter pengukuran mulai dengan memperbesar stray light tak terserap sementara parameter lainnya dibuat tetap. Amati perubahan yang terjadi pada kurva kalibrasi dan berikan penjelasan mengapa hal tersebut terjadi.

4. Lakukan perubahan pada parameter lainnya dan amati perubahan kurva kalibrasi serta besarnya kesalahan yang diperoleh.

5. Laporkan hasil eksplorasi anda melalui fasilitas “upload” dari http://blendedlearning.itb.ac.id.