Spektroskopi Sinar Ultra Violet-Visible (UV-VIS): Prinsip, Cara Kerja, Hukum Lambert Beer, Kegunaan [Lengkap+Contoh]

Spektroskopi sinar Ultraviolet-Visible (UV-VIS) adalah metode analisis kimia yang sangat penting dalam dunia riset dan pengembangan material. Metode ini memanfaatkan cahaya tampak dan sinar ultraviolet untuk mengidentifikasi atau mengukur konsentrasi senyawa kimia dalam suatu larutan. Dalam artikel ini, kita akan menjelaskan prinsip dasar spektroskopi UV-VIS, cara kerjanya, hukum Lambert Beer yang menjadi dasar analisis, serta berbagai kegunaan spektroskopi UV-VIS beserta contoh aplikasinya.

✔ Artikel ini telah diverifikasi dan direview oleh editor

Pengertian Spektroskopi UV-Vis

Spektroskopi adalah suatu ilmu yang mengkorelasikan antara frekuensi atau energi gelombang dengan interaksi unsur didalam molekul. Spektroskopi UV-VIS didasarkan pada penyerapan cahaya oleh senyawa kimia yang diukur dalam rentang spektrum UV dan cahaya tampak. Molekul akan menyerap cahaya pada panjang gelombang tertentu, dan besarnya penyerapan ini dapat memberikan informasi tentang struktur dan konsentrasi senyawa tersebut. Cahaya tampak memiliki panjang gelombang yang lebih panjang dibandingkan dengan sinar ultraviolet. Spektroskopi UV-VIS umumnya menggunakan rentang panjang gelombang antara 200 hingga 800 nanometer, di mana UV berada pada rentang 200-400 nm dan cahaya tampak pada rentang 400-800 nm.

Dalam bahasa teknis, spektroskopi Sinar UV-Vis merupakan radiasi sinar ultraviolet-visible yang menimbulkan vibrasi molekul dan transisi elektronik dalam molekul dengan menyerap cahaya UV-Vis daerah bilangan gelombang 160 nm sampai 780 nm. Serapan cahaya UV atau cahaya visible mengakibatkan transisi elektronik, yaitu promosi elektron-elektron dari orbital dasar  yang berenergi rendah ke orbital tereksitasi yang berenergi lebih tinggi. Bentuk dari transisi elektronik pada daerah uv-vis adalah  . Tetapi, transisi yang paling banyak terjadi pada daerah UV adalah transisi elekron oleh orbital n dan

Prinsip Kerja Spektroskopi UV-Vis

Proses spektroskopi UV-VIS melibatkan paparan cahaya dengan panjang gelombang yang telah diketahui melalui suatu larutan dan penyerapan cahaya oleh larutan tersebut kemudian diamati dan diukur. Alat yang digunakan untuk analisis ini disebut spektrofotometer UV-VIS. Alat ini memiliki sumber cahaya, monokromator untuk memilih panjang gelombang yang diinginkan, sel atau kuvet untuk menampung larutan yang akan diukur, dan detektor untuk mengukur intensitas cahaya setelah melewati larutan.

Prinsip kerja dari spektroskopi UV-Vis adalah Ketika ada sumber sinar berupa cahaya uv-vis (monokromatik) diteruskan melalui suatu media (larutan bewarna) yang merupakan suatu sampel, maka sebagian cahaya tersebut ada yang diserap, dipantulkan dan ada yang diteruskan. Cahaya yang diserap tersebut akan menyebabkan elektron terekstasi dari keadaan dasar ke keadaan yang memiliki energi yang lebih tinggi. Serapan sinar ini tidak terjadi pada semua struktur. Tetapi, hanya terjadi pada system terkonjugasi yang memiliki ikatan phi atau gugus kromofor, gugus ausokrom (gugus yang memiliki vibrasi yang besar karena adanya pasangan elektron bebas) contohnya adalah -OH, -NH2, -SH, dan lain-lain. Karena memiliki vibrasi yang besar, maka jika terikat dengan gugus kromofor, dia akan menyebakan pergeseran serapan kearah panjang gelombang yang lebih besar dan meningkatkan intensitas puncak serapan.

Sedangkan, cahaya yang tidak diserap atau diteruskan akan muncul sebagai nilai transmitansi. Sehingga, hasil pengukuran spektroskopi UV-Vis akan disajikan dalam bentuk spektra serapan atau transmitansi. Bentuk spektra pita serapan UV-Vis suatu molekul cenderung berbentuk bukit atau parabola terbalik, berbeda dengan bentuk spektra atom yang berbentuk garis-garis. Hal ini dikarenakan transisi elektronik yang terjadi memiliki perbedaan energi yang tidak terlalu besar. Contohnya transisi dari  memiliki perbedaan energi yang kecil. Sehingga, bentuk transisi akan digambarkan seperti himpunan garis-garis yang berdekatan. Adanya himpunan garis-garis yang berdekatan itulah yang menyebabkan terbentuknya spektra pita serapan yang berbentuk bukit melandai lebar atau parabola terbalik.

Hukum Lambert-Beer

Seperti yang telah diketahui bahwa, bentuk spektra UV-Vis biasanya adalah berbentuk bukit yang melandai atau parabola terbalik. Sehingga, karena bentuk spektra yang seperti itu, maka keterbatasan hukum Lambert-Beer berlaku. Hukum Lambert Beer menyediakan dasar matematis untuk mengukur konsentrasi suatu senyawa berdasarkan seberapa banyak cahaya yang diserap oleh larutan.

Dalam bahasa teknis, hukum Lambert-Beer merupakan hukum yang menyatakan bahwa adanya hubungan lineritas antara absorban dengan konsentrasi larutan analit dan berbanding terbalik dengan transmitan. Rumus Hukum lambert-beer adalah:

                                                A= a.b.c (g/liter) atau A= ε. b. c (mol/liter),

Dimana: A = serapan, a = absorptivitas, b = ketebalan sel, c = konsentrasi, ε = absorptivitas molar. Semakin tinggi nilai absortivitas molarnya atau koefisien ekstingsi nya maka, dengan konsentrasi yang kecil, kita sudah bisa menganalisis sampel. Sehingga, Batasan hukum lambert-bert adalah tidak menggunakan lampu polikromatik. Hal ini dikarenakan jika menggunakan lampu polikromatik maka akan susah untuk dideteksi. Selanjutnya tidak mengalami pergeseran equilibrium (kesetimbangan), tidak menggunakan solvent (pelarut). Hal ini dikarenakan pelarut akan memberikan spektra serapan tersendiri. Sehingga, akan menganggu dalam interpretasi data. Biasnya spektra pada panjang gelombang dibawah 300 nm merupakan serapan untuk pelarut. Batasan selanjutnya adalah pH yang digunakan untuk mengukur pH tertentu agar tidak terjadi kesetimbangan.

Kegunaan Spektroskopi UV-Vis

Spektroskopi UV-Vis dapat digunakan dalam analisis kuantitatif dan kuantitatif. Untuk analisis kuantitatif aplikasinya sangat terbatas. Hal ini dikarenakan pita serapan cenderung lebar dan informasinya kurang detail. Adanya pita serapan yang lebar ini karena energi terjadi transisi elektronik dari   memiliki perbedaan energi transisi elektronik yang tidak terlalu besar. sehingga terbentuk himpunan garis-garis yang disebut sebagai pita serapan yang lebar. Walaupun demikian, spektra ini seringkali digunakan untuk memberikan informasi mengenai ada tidaknya gugus fungsional pada suatu senyawa organik. Selain untuk menentukan gugus fungsi, spektra UV-Vis juga sering digunakan untuk mengidentifikasi spesies molekuler dengan cara membandingkan spektra spesies sampel dengan spektra standar atau literatur yang telah diketahui.

Adapun kegunaan lebih detailnya adalah sebagai berikut:

1. Analisis Konsentrasi Senyawa: Spektroskopi UV-VIS digunakan untuk mengukur konsentrasi senyawa tertentu dalam larutan, seperti analisis kadar logam dalam sampel air.
2. Penentuan Struktur Molekuler: Penyerapan cahaya pada panjang gelombang tertentu dapat memberikan petunjuk tentang struktur molekuler senyawa.
3. Pemantauan Reaksi Kimia: Spektroskopi UV-VIS digunakan untuk memantau perubahan konsentrasi selama reaksi kimia berlangsung.
4. Penentuan Bilangan Absorpsi: Digunakan untuk menentukan bilangan absorpsi maksimum suatu senyawa, yang dapat membantu dalam identifikasi senyawa tersebut.
5. Industri Farmasi: Dalam pengembangan obat, spektroskopi UV-VIS digunakan untuk mengukur konsentrasi senyawa aktif dalam formulasi obat.

Contoh Kasus:

Kasus umum:

1. Analisis Besi dalam Air: Spektroskopi UV-VIS digunakan untuk mengukur konsentrasi besi dalam sampel air limbah.
2. Pemantauan Konsentrasi Protein: Dalam biokimia, spektroskopi UV-VIS digunakan untuk mengukur konsentrasi protein dalam larutan.
3. Identifikasi Senyawa Organik: Dalam kimia organik, spektroskopi UV-VIS dapat membantu mengidentifikasi senyawa organik berdasarkan pola penyerapan cahaya.

Kasus khusus:

1. Nisa sedang melakukan penelitian tugas akhir untuk mengidentifikasi kandungan nitrogen dalam pupuk lepas lambat yang telah disintesis nya menggunakan spektrofotometer uv-vis. Panjang gelombang maksimum yang digunakan adalah 407 nm. Nisa memiliki data kurva standar dan nilai absorbansi sebagai berikut:

	Absorbansi
100	0,005
120	0,016
140	0,245
160	0,399
180	0,507

Tentukan konsentrasi Nitrogen dalam pupuk lepas lambat tersebut, jika absorbansi dari larutan sampel adalah 0,476.

Jawab:

• Membuat kurva standar untuk mendapatkan persamaan regresi dari larutan standar.

Dapat dilihat pada grafik, bahwa didapat persamaan regresi sebesar y= 0,0064x-0,635 dengan r²=0,9976. Dengan menggunakan persamaan regresi diatas, maka kita dapat menentukan konsentrasi nitrogen dalam pupuk lepas lambat dengan y sebagai absorbansi dan x merupakan konsentrasi yang ingin kita cari.

Y= 0,0064x-0,635

X= y+0,635/ 0,0064

X= 0,476+0,635/0,0064

X= 173,59 ppm

Jadi, konsentrasi nitrogen dalam pupuk lepas lambat yang disintesis oleh nisa adalah 173,59 ppm.

Referensi

1. “Principles of Instrumental Analysis” by Douglas A. Skoog, F. James Holler, and Stanley R. Crouch
   • Buku ini memberikan pemahaman mendalam tentang prinsip-prinsip analisis instrumental, termasuk spektroskopi UV-Vis. Cocok untuk mahasiswa dan peneliti di bidang kimia analitik.
2. “UV-Visible Spectrophotometry of Water and Wastewater” by Kenneth S. Sutherland
   • Fokus buku ini adalah aplikasi spektroskopi UV-Vis dalam analisis air dan limbah. Cocok untuk mereka yang tertarik pada penggunaan teknik ini dalam pemantauan lingkungan.
3. “UV-Visible Spectrophotometry of Organic Compounds” by Donald T. Sawyer and James A. Ryan
   • Buku ini membahas aplikasi spektroskopi UV-Vis pada senyawa organik, memberikan wawasan tentang identifikasi dan analisis senyawa organik menggunakan teknik ini.
4. “Introduction to UV-Visible Spectrophotometry” by Peter J. Haines
   • Buku ini memberikan pengantar yang baik untuk prinsip-prinsip dasar spektroskopi UV-Vis, cocok untuk pembaca yang mencari pemahaman awal tentang topik ini.
5. “UV-Visible Reflection Spectroscopy of Liquids” by Thomas H. Berlage
   • Buku ini lebih fokus pada aspek reflektansi dalam spektroskopi UV-Vis dan dapat menjadi sumber yang berguna bagi peneliti yang tertarik pada aplikasi ini.
6. “UV-Visible Spectrophotometry in Pharmaceutical Analysis” by Satinder Ahuja and Stephen Scypinski
   • Buku ini menyoroti penggunaan spektroskopi UV-Vis dalam industri farmasi, memberikan wawasan tentang aplikasi teknik ini dalam analisis obat.