Hukum Beer-Lambert

Bagian ini berisi sekilas tentang hukum Beer-Lambert dan menjelaskan pemakaian istilah absorbansi dan absorptivitas molar dalam kaitannya dengan spektrometri serapan UV-tampak.

Absorbansi

Menghitung absorbansi larutan

Jika anda membaca bagian tentang bagaimana spektrometer serapan bekerja, anda akan mengetahui bahwa serangkaian panjang gelombang sinar akan melewati suatu larutan (sel sampel) dan wadah lain yang identik yang hanya berisi pelarut (sel pembanding/referens).

Untuk tiap panjang gelombang sinar yang melewati spektrometer, intensitas sinar yang melewati sel pembanding dihitung. Biasanya disebut sebagai I_o – dengan I adalah intensitas.

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

Jika I lebih kecil dari I_o, berarti sampel menyerap sejumlah sinar. Selanjutnya perhitungan sederhana dilakukan oleh komputer untuk mengubahnya menjadi apa yang disebut dengan absorbansi – dengan I adalah intensitas. Intensitas sinar yang melewati sel sampel juga dihitung untuk panjang gelombang yang sama – disimbolkan dengan A.

Hubungan antara A (absorbansi) dan kedua intensitas adalah:

Umumnya berdasarkan diagram di atas, anda akan mendapatkan absorbansi berkisar dari 0 hingga 1, tetapi dapat pula lebih tinggi dari itu.

Absorbansi 0 pada suatu panjang gelombang artinya tidak ada sinar dengan panjang gelombang tertentu yang diserap. Intensitas berkas sampel dan pembanding sama, jadi perbandingan I_o/I adalah 1. Log₁₀ dari satu adalah nol.

Absorbansi 1 terjadi ketika 90 % sinar pada suatu panjang gelombang diserap – 10 % lainnya tidak diserap.

Dalam hal ini, I_o/I is 100/I0 (=10) dan log₁₀ of 10 adalah 1.

Absorbansi tidak cocok dipakai untuk membuat perbandingan

Pentingnya konsentrasi

Bagian sinar yang diserap akan tergantung pada berapa banyak molekul yang beinteraksi dengan sinar. Bayangkan anda memiliki zat warna organik yang kuat/tajam. Jika zat warna tersebut berupa larutan pekat, maka akan diperoleh absorbansi yang sangat tinggi karena ada banyak molekul yang berinteraksi dengam sinar.

Akan tetapi, dalam larutan yang sangat encer, sangat sulit untuk melihat warnanya. Absorbansinya sangat rendah.

Seandainya anda ingin membandingkan zat warna tersebut dengan senyawa lain, namun anda tidak mengetahui konsentrasinya, maka anda tidak akan dapat membuat perbandingan dengan baik tentang senyawa mana yang menyerap sinar lebih banyak.

Pentingnya bentuk wadah

Seandainya sekarang anda memiliki larutan zat warna yang sangat encer dalam wadah yang berbentuk tabung sedemikian sehingga yang dilewati sinar panjangnya 1cm. Absorbansi tidak akan terlalu tinggi. Selain itu, seandainya anda melewatkan sinar melalui tabung sepanjang 100 cm yang berisi larutan yang sama. Sinar akan lebih banyak diserap karena sinar berinteraksi dengan lebih banyak molekul.

Sekali lagi, jika anda ingin membandingkan diantara larutan yang ada, anda juga harus memperhatikan panjang larutan yang dilalui sinar.

Konsentrasi dan panjang larutan menjadi pertimbangan dalam hukum Beer-Lambert.

Hukum Beer-Lambert

Seperti apakah hukum Beer-Lambert

Anda akan mendapatkan berbagai simbol untuk beberapa istilah dalam persamaan – khususnya untuk konsentrasi dan panjang larutan. Saya akan menggunakan bentuk yang mudah dimengerti dimana konsentrasi larutan adalah "c" dan panjang adalah "l".

Anda seharusnya mengenali bagian kiri persamaan seperti pada definisi absorbansi, A. Anda juga mendapatkan persamaan yang menyatakan A:

Ini lebih mudah diingat daripada yang sebelumnya, tetapi anda harus tetap memahami persamaan untuk absorbansi. Baik juga untuk memahaminya dalam bentuk ini:

Huruf Yunani epsilon dalam persamaan ini disebut absorptivitas molar – atau kadang-kadang disebut dengan koefisien absorpsi molar.

Absorptivitas molar

Jika anda mengatur kembali persamaan di atas menjadi lebih sederhana untuk menerangkan epsilon (absorptivitas molar), anda dapatkan:

Ingat bahwa absorbansi larutan akan bervariasi berdasarkan konsentrasi atau ukuran wadah. Absorptivitas molar diperoleh dari pembagian absorbansi dengan konsentrasi dan panjang larutan yang dilalui sinar. Pada dasarnya, ini memberikan nilai absorbansi standar – sinar berjalan sepanjang 1 cm melewati larutan 1 mol dm^-3.

Hal ini artinya bahwa anda dapat membandingkan antara satu senyawa dengan senyawa lainnya tanpa mengkhawatirkan pengaruh konsentrasi dan panjang larutan.

Nilai absorptivitas molar dapat bervariasi. Contohnya, etanal memiliki dua puncak serapan dalam spektrum UV-tampak – keduanya dalam spektrum ultra-violet. Dua puncak serapan ini disebabkan oleh promosi elektron dari pasangan bebas pada oksigen ke orbital pi anti-ikatan; atau dari orbital pi ikatan ke orbital pi anti-ikatan.

Tabel berikut memberikan nilai absorptivitas molar larutan etanal dalam heksana. Ingat bahwa absorptivitas tidak memiliki satuan. Hal ini sudah umum. Jika anda menginginkan adanya satuan, misalnya panjang dalam cm dan konsentrasi dalam mol dm^-3, maka satuan absorptivitas adalah mol^-1 dm³ cm^-1.

Lompatan elektron	Panjang gelombang serapan maksimum (nm)	absorptivitas molar
dari pasangan bebas ke orbital pi anti-ikatan	290	15
dari orbital pi ikatan ke pi anti-ikatan	180	10000

Etanal menyerap lebih kuat pada 180 nm daripada 290 nm. (meskipun faktanya puncak serapan 180 nm berada di luar jangkauan sebagaian besar alat spektrometer).

Anda dapat melihat diagram spektra serapan yaitu plot antara absorptivitas pada sumbu vertikal terhadap absorbansi. Akan tetapi, jika anda menggambarkan dan membuat skalanya, anda tidak akan mendapatkan titik 290 nm. Titik tersebut hanyalah puncak yang kecil dibandingkan pada 180 nm.

Untuk mendapatkannya, anda buat diagram dengan sumbu vertikal diplot sebagai log₁₀ ((absorptivitas molar).

Jika anda mengambil log dari dua angka dalam tabel, 15 menjadi1,18 dan 10000 menjadi 4. Ini lebih memungkinkan untuk memperoleh kedua harga dengan mudah, tetapi menghasilkan spektra yang terlihat aneh!