Proses karakterisasi
material sangat diperlukan dalam menginvestigasi suatu material, baik secara
kualitatif maupun kuantitatif. Berbagai prinsip dalam proses investigasi ini
menjadi dasar dalam menjalankan fungsi dari alat spektroskopi, salah satunya UV-Vis Spectroscopy.
Gambar 1. UV-Vis
Spectroscopy Perkin-Elmer
Manusia bisa membedakan
senyawa kimia yang banyak macamnya dengan mudah melalui warna senyawa yang
khas. Masing-masing memiliki warna yang berbeda, klorofil berwarna hijau dan
darah berwarna merah. Dalam hal ini, mata manusia bisa dianggap bertindak
sebagai spektrometri yang menganalisa warna yang direfleksikan oleh permukaan
benda. Prinsip ini yang digunakan pada UV-Vis (UV-Visible) Spectroscopy.
A.
Prinsip Kerja
Gambar 2. Spektrum warna berdasarkan panjang
gelombang
Ketika
elektron pada molekul berpindah orbital dari tingkat energi yang lebih rendah
ke tingkat energi lebih tinggi dan sebaliknya, akan ada energi yang diserap dan
dipancarkan. Besarnya energi ini berada dalam range cahaya tampak (400-700 nm)
dan UV (200-400 nm). Oleh karena itu, sampel UV-Vis Spectroscopy akan menyerap atau
memancarkan spektrum elektromagnetik ketika terjadi eksitasi elektron saat
sampel dilewati cahaya tampak atau UV.
B.
Metode/ Cara Kerja
Gambar 3. Mekanisme pemancaran sinar UV/Vis
Adapun sumber energi cahaya yang dapat digunakan
yaitu :
Ø
Tungsten, menghasilkan energi dengan intensitas
yang cukup rendah
(λ = 350-2500nm)
Ø
Deuterium Arc Lamp, menghasilkan energi yang cukup
besar
(λ = 190-240 nm)
Atau
dapat juga digunakan Xenon (λ = 190-800
nm)
Proses kerja yang dijalankan oleh uv-vis
spectroscopy yaitu :
1) Energi cahaya dipancarkan dari sumber dan
difokuskan melalui lensa
2) Melewati shutter, fungsinya adalah mengatur
intensitas cahaya yang akan melewati sampel
3) Saat cahaya melalui sampel, akan ada intensitas
cahaya yang diteruskan menuju lensa untuk difokuskan
4) Slit (celah) berfungsi untuk membatasi jalur
masuknya cahaya
5) Hasil intensitas yang berhasil melewati slit
selanjutnya menuju grating untuk kemudian diuraikan menuju diode array menjadi
berkas cahaya monokromatik dan dilanjutkan ke tahap berikut :
Gambar 4. Mekanisme
deteksi intensitas cahaya
a. Melalui mirror 2, masing-masing berkas cahaya
monokromatik akan dibagi menjadi dua
dengan besar intensitas sama oleh ‘half-mirror’.
b. Berkas cahaya yang satu (garis ungu)
dilewatkan ke ‘sample cuvette’ yang berisi sampel.
c. Berkas cahaya reference beam (garis biru)
dilewatkan ke ‘reference cuvette’ yang hanya berisi sampel
referensi (blanko).
d. Intensitas dari cahaya yang
keluar
dari kedua holder kemudian diukur oleh detektor dan dibandingkan
hasilnya.
Selisih antara intensitas cahaya awal, Io, yang dilewatkan ke ‘reference cuvette’ dengan intensitas cahaya yang dilewatkan ke sampel, I, adalah besar intensitas cahaya yang diserap oleh sampel. Hasilnya bisa dinyatakan sebagai besar cahaya yang diserap (absorbance) A, atau besar cahaya yang ditransmisikan T. Jika sampel tidak menyerap cahaya dengan panjang gelombang tertentu maka Io = I, A = 0, dan T = 1.
C.
Hasil
Selisih
antara intensitas cahaya awal, Io,
yang dilewatkan ke ‘reference cuvette’ dengan intensitas cahaya yang
dilewatkan ke sampel, I, adalah
besar intensitas cahaya yang diserap oleh sampel. Hasilnya bisa dinyatakan
sebagai besar cahaya yang diserap (absorbance)
A, atau besar cahaya yang
ditransmisikan T. Jika sampel tidak
menyerap cahaya dengan panjang gelombang tertentu maka Io = I, A = 0, dan T =
1.
Gambar 5. Transmisi cahaya pada sampel
Hasil
dari UV-Vis Spectroscopy biasanya ditampilkan dalam bentuk grafik. Dengan sumbu
X, menunjukan panjang gelombang dan sumbu Y menunjukkan jumlah cahaya yang
terserap. Dari grafik ini, bisa kita lakukan analisa secara kualitatif untuk
menentukan senyawa apa saja yang ada dalam larutan sampel. Karena setiap
senyawa kimia punya respon berbeda terhadap penyerapan spektrum panjang
gelombang tertentu saat terjadi eksitasi.
Gambar 6. Grafik (a) Data hasil UV-Vis
spectroscopy; (b) Hasil pengolahan data material CdS
Dengan memanfaatkan persamaan Tauc di bawah ini maka dapat diperoleh pendekatan nilai untuk energi absorbansi. Persamaan Tauc:
dimana ao adalah koefisien absorbsi
linear; hn adalah energi foton dari cahaya; A adalah parameter lebar sisi absorbsi; dan Eg adalah energi celah pita optis,
masing-masing. (Gambar 6.b)
Nilai dari energi yang diserap oleh
sampel merupakan karakteristik dari jenis material tertentu. Hal inilah yang
mendasari penerapan analisa kimia kualitatif dari spektroskopi UV-Vis. Sebagai
contoh, meterial ZnO akan memiliki energi absorbansi sekitar 3,07 eV.
D.
Aplikasi
Berdasarkan
fungsinya sebagai media untuk analisa kualitatif, penggunaan UV-Vis
Spectroscopy dapat ditemukan untuk menginvestigasi:
Ø Kandungan darah
Ø Konsentrasi DNA/RNA
Ø Identifikasi sisa pestisida
Ø Pengecekan kandungan makanan
Ø Energi celah pita material
Ø Analisa kandungan material
(kualitatif)
UV-Vis Spectroscopy
sebenarnya merupakan teknik spectroscopy
yang pertama ditemukan dan masih banyak digunakan secara luas hingga saat ini.
Kehadirannya masih dibutuhkan hingga saat ini karena alat ini cukup mudah
digunakan, hasilnya dapat diketahui dengan cepat, akurat, penggunaannya luas,
dan tidak terlalu mahal.
