UV-Visible Berkas Ganda Spektrometer Absorbsi

Pola keseluruhan

Apa yang dapat anda lakukan

Jika anda melewatkan sinar putih pada media yang berwarna, sebagian warna akan terserap. Larutan yang mengandung ion tembaga(II) terhidrat, sebagai contoh, kelihatan biru pucat karena larutan menyerap sinar dari spektrum merah. Panjang gelombang yang tersisa akan berkombinasi di dalam mata dan otak untuk memunculkan warna sian (biru pucat).

Beberapa media yang takberwarna juga menyerap sinar – tetapi dalam daerah ultra-ungu (UV). Karena kita tak mampu melihat sinar UV, maka kita tak dapat mengamati penyerapannya.

Media yang berbeda akan menyerap sinar dengan panjang gelombang yang berbeda, dan ini dapat dipakai untuk mengidentifikasi suatu materi – keberadaan ion logam, sebagai contoh, atau gugus fungsi dalam senyawa-senyawa organik.

Besarnya penyerapan juga tergantung pada konsentrasi materi, jika berupa larutan. Perhitungan banyaknya penyerapan dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi larutan yang sangat encer.

Suatu spektrometer serapan menghitung banyaknya sinar yang diserap oleh berbagai senyawa yang dilewati spektrum UV dan tampak.

Spektrometer berkas ganda yang sederhana

Kita akan memulai dengan diagram lengkap, kemudian menerangkan apakah yang terjadi pada setiap bagian.
Menerangkan apa yang terjadi pada tiap bagian

Sumber sinar


Anda memerlukan sumber sinar yang menyediakan seluruh spektrum tampak dan ultra-ungu dekat sehingga anda mendapatkan spektrum pada daerah 200 nm – 800 nm. (sedikit melebar ke infra-merah dekat).Anda tidak akan mendapatkan daerah panjang gelombang tersebut dari lampu tunggal, dan juga kombinasi dari dua lampu – lampu deuterium untuk mendapatkan spektrum UV dan lampu tungsten/halogen untuk mendapatkan spektrum tampak.

Catatan: lampu deuterium mengandung gas deuterium pada kondisi tekanan rendah dan dihubungkan dengan tegangan tinggi. Ini menghasilkan suatu spektrum kontinu yang merupakan spektrum UV.


Hasil kombinasi kedua lampu tersebut difokuskan pada kisi difraksi.

Kisi difraksi dan celah

Anda mungkin sudah terbiasa dengan percobaan prisma yang dapat memisahkan sinar menjadi komponen-komponen warnanya. Suatu kisi difraksi mempunyai fungsi yang sama, tetapi lebih efisien.
Tanda panah biru menunjukan jalur berbagai panjang gelombang sinar diteruskan dengan arah yang berbeda. Celah (slit) hanya menerima sinar pada daerah panjang gelombang yang sangat sempit untuk diteruskan ke spektrometer.

Dengan memutar kisi difraksi secara perlahan, anda akan mendapatkan sinar dari seluruh spektrum (sebagian kecil daerah panjang gelombang pada suatu waktu) yang selanjutnya diteruskan ke dalam instrumen.
Lempeng putar

Ini agak cerdik! Tiap lempeng dibuat dari beberapa bagian yang berbeda. Kita menggambarkannya dengan tiga bagian berbeda – desain lain mungkin jumlahnya berbeda.
Sinar datang dari kisi difraksi dan celah akan mengenai lempeng putar dan satu dari tiga hal berikut dapat terjadi.
  1. Jika sinar mengenai bagian transparan, sinar akan mengarah langsung dan melewati sel yang mengandung sampel. Kemudian dipantulkan oleh cermin ke lempeng putar kedua.

    Lempeng ini berputar ketika sinar datang dari lempeng yang pertama, sinar akan mengenai bagian cermin lempeng kedua. Yang kemudian memantulkannya ke detektor.

    Selanjutnya mengikuti jalur merah pada diagram berikut:
  2. Jika berkas asli sinar dari celah mengenai bagian cermin lempeng putar pertama, berkas akan dipantulkan sepanjang jalur hijau. Setelah cermin, sinar melewati sel referens (akan diterangkan nanti).

    Akhirnya sinar mencapai lempeng kedua yang berputar, sehingga sinar mengenai bagian transparan. Selanjutnya akan melewati detektor.
  3. jika sinar mengenai bagian hitam lempeng pertama, sinar akan dihalangi – dan untuk sesaat tidak ada sinar yang melewati spektrometer. Komputer akan memroses arus yang dihasilkan oleh detektor karena tidak ada sinar yang masuk.
The sample and reference cells
These are small rectangular glass or quartz containers. They are often designed so that the light beam travels a distance of 1 cm through the contents.
The sample cell contains a solution of the substance you are testing – usually very dilute. The solvent is chosen so that it doesn’t absorb any significant amount of light in the wavelength range we are interested in (200 – 800 nm).
The reference cell just contains the pure solvent.
Sel sampel dan referens

Keduanya adalah berupa wadah gelas atau kuarsa kecil, sering juga dibuat sedemikian rupa sehingga jarak yang dilalui berkas sinar adalah 1 cm.

Sel sampel berisi larutan materi yang akan diuji – biasanya sangat encer. Pelarut dipilih yang tidak menyerap sinar secara signifikan pada daerah panjang gelombang yang digunakan (200 – 800 nm). Sel referens hanya berisi pelarut murni

Detektor dan komputer

Detektor mengubah sinar yang masuk menjadi arus listrik. Arus lebih tinggi jika intensitas sinarnya lebih tinggi.

Untuk tiap panjang gelombang sinar yang melewati spektrometer, intensitas sinar yang melewati sel referens dihitung. Biasanya disimbolkan sebagai Io – dengan I adalah intensitas.

Intensitas sinar yang melewati sel sampel juga dihitung untuk panjang gelombang tersebut – disimbolkan, I.

Jika I lebih kecil dari Io, berarti sampel menyerap sejumlah sinar. Kemudian suatu matematika sederhana dikerjakan oleh komputer untuk mengubahnya menjadi apa yang dinamakan absorbansi sampel – disimbolkan, A.

Agar lebih jelas ketika kita membahas teori pada bagian lain, hubungan antara A dan dua intensitas adalah:
Pada diagram anda akan mendapatkan absorbansi berkisar dari 0 sampai 1, tetapi dapat lebih tinggi dari itu.

Absorbansi 0 pada suatu panjang gelombang artinya bahwa tidak ada sinar yang diserap pada panjang gelombang tersebut. Intensitas berkas sampel dan referens sama, sehingga perbandingan Io/I adalah 1. log10 dari 1 adalah nol.

Absorbansi 1 terjadi jika 90% sinar pada panjang gelombang yang ada diserap – berarti 10% sinar tidak diserap.

Pada kasus ini, Io/I adalah 100/10 (=10) dan log10 dari 10 adalah 1.
Perekam grafik

Perekam grafik biasanya merupakan plot antara absorbansi dengan panjang gelombang. Hasilnya akan tampak sebagai berikut:
Materi ini diketahui mempunyai puncak absorbansi pada 255 dan 395 nm. Bagaimana hal ini muncul dan bagaimana menginterpretasikannya akan didiskusikan pada bagian lain.