Contoh Soal Kimia Analitik Spektrofotometri: Uji Kompetensi Lengkap

Soal Pilihan Ganda

1. Prinsip dasar spektrofotometri UV-Vis didasarkan pada interaksi materi dengan radiasi elektromagnetik dalam rentang…

A. Gelombang radio dan mikro

B. Inframerah dan gelombang pendek

C. Ultraviolet dan cahaya tampak

D. Sinar-X dan sinar gamma

Jawaban: C. Ultraviolet dan cahaya tampak

Penjelasan: Spektrofotometri UV-Vis secara spesifik menggunakan radiasi dalam daerah ultraviolet (sekitar 200-400 nm) dan cahaya tampak (sekitar 400-800 nm).

2. Hukum yang menyatakan bahwa absorbansi suatu larutan berbanding lurus dengan konsentrasi analit dan panjang jalur cahaya adalah…

A. Hukum Archimedes

B. Hukum Newton

C. Hukum Beer-Lambert

D. Hukum Boyle

Jawaban: C. Hukum Beer-Lambert

Penjelasan: Hukum Beer-Lambert adalah prinsip fundamental dalam spektrofotometri yang menghubungkan absorbansi dengan konsentrasi dan panjang jalur.

3. Komponen spektrofotometer yang berfungsi untuk memisahkan cahaya polikromatik menjadi monokromatik adalah…

A. Sumber cahaya

B. Kuvet

C. Monokromator

D. Detektor

Jawaban: C. Monokromator

Penjelasan: Monokromator (seperti prisma atau kisi difraksi) bertugas memecah cahaya dari sumber menjadi panjang gelombang tunggal.

4. Jika nilai transmitansi (T) suatu larutan adalah 0,1 (atau 10%), maka nilai absorbansinya (A) adalah…

A. 0

B. 1

C. 10

D. 0,1

Jawaban: B. 1

Penjelasan: Hubungan antara absorbansi (A) dan transmitansi (T) adalah A = -log(T). Jika T = 0,1, maka A = -log(0,1) = 1.

5. Kuvet yang umum digunakan untuk analisis dalam daerah UV terbuat dari bahan…

A. Kaca

B. Plastik

C. Kuarsa

D. Akrilik

Jawaban: C. Kuarsa

Penjelasan: Kuvet kuarsa transparan terhadap radiasi UV, sedangkan kaca dan plastik menyerapnya.

6. Fungsi utama detektor pada spektrofotometer adalah…

A. Menghasilkan cahaya

B. Memilih panjang gelombang

C. Mengukur intensitas cahaya yang melewati sampel

D. Menampung sampel

Jawaban: C. Mengukur intensitas cahaya yang melewati sampel

Penjelasan: Detektor mengubah energi cahaya yang melewati sampel menjadi sinyal listrik yang proporsional.

7. Unit dari absorbansi (A) adalah…

A. ppm

B. Tidak berdimensi

C. mol/L

D. cm

Jawaban: B. Tidak berdimensi

Penjelasan: Absorbansi adalah rasio logaritmik antara intensitas cahaya masuk dan keluar, sehingga tidak memiliki satuan.

8. Panjang gelombang maksimum (λmaks) suatu senyawa penting untuk diukur karena pada panjang gelombang tersebut…

A. Sensitivitas pengukuran paling rendah

B. Absorbansi senyawa tidak stabil

C. Absorbansi senyawa paling tinggi dan perubahan absorbansi terhadap konsentrasi paling sensitif

D. Interferensi dari pelarut paling dominan

Jawaban: C. Absorbansi senyawa paling tinggi dan perubahan absorbansi terhadap konsentrasi paling sensitif

Penjelasan: Pengukuran pada λmaks memberikan sensitivitas dan akurasi terbaik karena absorbansi maksimal dan perubahan absorbansi minimal terhadap sedikit pergeseran panjang gelombang.

9. Apabila suatu larutan memiliki transmitansi 50%, berapa absorbansinya?

A. 0,301

B. 0,500

C. 0,699

D. 1,000

Jawaban: A. 0,301

Penjelasan: T = 50% = 0,5. A = -log(T) = -log(0,5) ≈ 0,301.

10. Yang BUKAN merupakan faktor yang dapat menyebabkan penyimpangan Hukum Beer-Lambert adalah…

A. Adanya reaksi kimia antara analit dan pelarut

B. Konsentrasi analit terlalu tinggi

C. Larutan keruh (adanya partikel tersuspensi)

D. Pengukuran pada panjang gelombang maksimum

Jawaban: D. Pengukuran pada panjang gelombang maksimum

Penjelasan: Pengukuran pada λmaks justru merupakan kondisi ideal untuk mematuhi Hukum Beer-Lambert dan mendapatkan hasil yang akurat.

11. Dalam spektrofotometri, larutan “blanko” digunakan untuk…

A. Mengkalibrasi konsentrasi analit

B. Mengoreksi absorbansi yang disebabkan oleh pelarut dan kuvet

C. Meningkatkan sensitivitas detektor

D. Menentukan panjang gelombang maksimum

Jawaban: B. Mengoreksi absorbansi yang disebabkan oleh pelarut dan kuvet

Penjelasan: Larutan blanko mengandung semua komponen sampel kecuali analit, digunakan untuk meniadakan absorbansi matriks.

12. Jika koefisien absorbsi molar (ε) suatu zat adalah 10.000 L·mol⁻¹·cm⁻¹, panjang kuvet (b) adalah 1 cm, dan absorbansi (A) yang terukur adalah 0,5. Berapakah konsentrasi (c) zat tersebut?

A. 5 × 10⁻⁵ mol/L

B. 5 × 10⁻⁴ mol/L

C. 5 × 10⁻³ mol/L

D. 5 × 10⁻² mol/L

Jawaban: A. 5 × 10⁻⁵ mol/L

Penjelasan: Menggunakan Hukum Beer-Lambert: A = εbc. Maka c = A / (εb) = 0,5 / (10.000 × 1) = 0,00005 mol/L = 5 × 10⁻⁵ mol/L.

13. Sumber cahaya yang umum digunakan pada spektrofotometer UV adalah lampu…

A. Tungsten-halogen

B. Deuterium

C. Natrium

D. LED

Jawaban: B. Deuterium

Penjelasan: Lampu Deuterium memancarkan radiasi dalam rentang UV, sedangkan tungsten-halogen untuk daerah tampak dan inframerah.

14. Kurva kalibrasi dalam spektrofotometri digunakan untuk…

A. Menentukan kemurnian sampel

B. Mengidentifikasi jenis senyawa

C. Menghitung konsentrasi analit tak dikenal berdasarkan absorbansinya

D. Mengukur pH larutan

Jawaban: C. Menghitung konsentrasi analit tak dikenal berdasarkan absorbansinya

Penjelasan: Kurva kalibrasi menunjukkan hubungan linear antara absorbansi dan konsentrasi standar, yang kemudian digunakan untuk menentukan konsentrasi sampel tak dikenal.

15. Interferensi yang paling sering terjadi pada spektrofotometri UV-Vis adalah…

A. Interferensi listrik

B. Interferensi spektral (dari matriks atau komponen lain yang menyerap pada λ yang sama)

C. Interferensi gravitasi

D. Interferensi magnetik

Jawaban: B. Interferensi spektral (dari matriks atau komponen lain yang menyerap pada λ yang sama)

Penjelasan: Adanya zat lain dalam sampel yang menyerap pada panjang gelombang yang sama dengan analit akan menyebabkan absorbansi yang bias.

16. Jika absorbansi suatu larutan meningkat, maka transmitansi larutan tersebut akan…

A. Meningkat

B. Menurun

C. Tetap

D. Tidak dapat diprediksi

Jawaban: B. Menurun

Penjelasan: Absorbansi dan transmitansi berbanding terbalik secara logaritmik. Peningkatan absorbansi berarti lebih sedikit cahaya yang ditransmisikan.

17. Panjang gelombang radiasi inframerah (IR) umumnya lebih… dibandingkan UV-Vis.

A. Pendek

B. Sama

C. Panjang

D. Tidak relevan

Jawaban: C. Panjang

Penjelasan: Spektrum IR memiliki panjang gelombang yang lebih panjang (dan energi lebih rendah) dibandingkan UV-Vis.

18. Teknik spektrofotometri IR (Infrared) lebih sering digunakan untuk analisis…

A. Kuantitatif konsentrasi ion logam

B. Identifikasi gugus fungsi dan struktur molekul organik

C. Penentuan warna larutan

D. Pengukuran kekeruhan

Jawaban: B. Identifikasi gugus fungsi dan struktur molekul organik

Penjelasan: Spektrofotometri IR mendeteksi vibrasi ikatan molekul, yang unik untuk setiap gugus fungsi, sehingga sangat baik untuk identifikasi kualitatif.

19. Dalam Hukum Beer-Lambert (A = εbc), simbol ‘b’ merepresentasikan…

A. Konsentrasi analit

B. Koefisien absorbsi molar

C. Panjang jalur cahaya (tebal kuvet)

D. Absorbansi

Jawaban: C. Panjang jalur cahaya (tebal kuvet)

Penjelasan: ‘b’ adalah panjang jalur cahaya yang ditempuh melalui sampel, biasanya dalam cm.

20. Salah satu aplikasi spektrofotometri dalam bidang farmasi adalah…

A. Penentuan titik leleh obat

B. Uji disolusi dan kadar zat aktif dalam obat

C. Pengukuran viskositas sirup

D. Identifikasi bakteri patogen

Jawaban: B. Uji disolusi dan kadar zat aktif dalam obat

Penjelasan: Spektrofotometri banyak digunakan untuk mengukur konsentrasi zat aktif dalam formulasi obat dan memantau pelepasan obat dalam uji disolusi.

Soal Isian Singkat

1. Sebutkan tiga komponen utama dari instrumen spektrofotometer UV-Vis!

Jawaban: Sumber cahaya, monokromator, tempat sampel (kuvet), detektor.

2. Apa yang dimaksud dengan panjang gelombang maksimum (λmaks) dalam spektrofotometri?

Jawaban: Panjang gelombang di mana suatu zat menunjukkan absorbansi paling tinggi.

3. Tuliskan rumus Hukum Beer-Lambert dan jelaskan setiap simbolnya!

Jawaban: A = εbc, di mana A = Absorbansi (tidak berdimensi), ε = Koefisien absorbsi molar (L·mol⁻¹·cm⁻¹), b = Panjang jalur cahaya (cm), c = Konsentrasi analit (mol/L).

4. Mengapa kuvet kuarsa digunakan untuk pengukuran pada daerah UV, sedangkan kuvet kaca bisa digunakan untuk daerah tampak?

Jawaban: Kuvet kuarsa transparan terhadap radiasi UV, sementara kaca menyerap radiasi UV sehingga tidak cocok untuk pengukuran di daerah tersebut. Kaca transparan untuk cahaya tampak.

5. Sebutkan dua aplikasi spektrofotometri dalam kehidupan sehari-hari atau industri!

Jawaban: Penentuan kadar vitamin dalam makanan, analisis kualitas air (kadar logam berat, nitrat), penentuan kadar zat aktif obat, identifikasi pewarna makanan.

Soal Esai

1. Jelaskan secara rinci prinsip kerja spektrofotometer UV-Vis dari awal hingga pembacaan hasil!

Jawaban:
1. Sumber Cahaya: Lampu (misalnya Deuterium untuk UV, Tungsten-halogen untuk Vis) memancarkan cahaya polikromatik.
2. Monokromator: Cahaya dari sumber melewati monokromator (misalnya kisi difraksi atau prisma) yang memisahkan cahaya menjadi panjang gelombang tertentu (monokromatik). Panjang gelombang ini dipilih sesuai λmaks analit.
3. Kuvet (Tempat Sampel): Cahaya monokromatik melewati sampel yang ditempatkan dalam kuvet. Sebagian cahaya akan diserap oleh analit dalam sampel, dan sebagian lagi akan ditransmisikan.
4. Detektor: Cahaya yang ditransmisikan (tidak diserap) oleh sampel akan ditangkap oleh detektor. Detektor mengubah intensitas cahaya menjadi sinyal listrik.
5. Pengolah Sinyal dan Tampilan: Sinyal listrik diproses dan ditampilkan sebagai nilai absorbansi atau transmitansi. Dengan membandingkan intensitas cahaya yang masuk (I₀) dan keluar (I), spektrofotometer menghitung absorbansi (A = -log(I/I₀)).

2. Diskusikan faktor-faktor yang dapat menyebabkan penyimpangan dari Hukum Beer-Lambert dan bagaimana cara meminimalkannya!

Jawaban:
1. Penyimpangan Kimia: Terjadi jika analit mengalami disosiasi, asosiasi, atau reaksi dengan pelarut/komponen lain sehingga konsentrasi spesi penyerap tidak lagi proporsional dengan konsentrasi total. Minimalisasi: Kontrol pH, suhu, dan gunakan pelarut yang inert.
2. Penyimpangan Instrumental:
* Cahaya tidak monokromatik: Penggunaan lebar pita yang terlalu lebar oleh monokromator. Minimalisasi: Gunakan lebar pita yang sempit.
* Cahaya menyimpang (stray light): Cahaya yang tidak berasal dari sumber atau tidak melewati sampel. Minimalisasi: Perawatan instrumen, pastikan kuvet bersih.
* Pergeseran panjang gelombang: Kalibrasi instrumen secara berkala.
3. Penyimpangan Nyata: Terjadi pada konsentrasi analit yang sangat tinggi (>0,01 M), di mana molekul analit saling berinteraksi dan mempengaruhi koefisien absorbsi molar. Minimalisasi: Lakukan pengenceran sampel agar absorbansi berada dalam rentang linear kurva kalibrasi (biasanya 0,2-0,8).

3. Bagaimana cara membuat kurva kalibrasi dalam analisis kuantitatif menggunakan spektrofotometri, dan apa pentingnya?

Jawaban:
1. Siapkan Larutan Standar: Buat serangkaian larutan standar analit dengan konsentrasi yang telah diketahui secara akurat (misalnya 5-7 konsentrasi yang berbeda, mencakup rentang konsentrasi yang diharapkan untuk sampel).
2. Ukur Absorbansi: Ukur absorbansi setiap larutan standar pada panjang gelombang maksimum (λmaks) menggunakan spektrofotometer, setelah melakukan nol-ing dengan larutan blanko.
3. Buat Plot: Plot nilai absorbansi (sumbu Y) terhadap konsentrasi standar (sumbu X).
4. Tentukan Persamaan Garis: Lakukan regresi linear untuk mendapatkan persamaan garis y = mx + c, di mana y adalah absorbansi dan x adalah konsentrasi.
Pentingnya: Kurva kalibrasi sangat penting karena berfungsi sebagai “peta” atau standar acuan. Dengan kurva ini, konsentrasi analit dalam sampel yang tidak diketahui dapat ditentukan dengan mengukur absorbansinya, kemudian mencocokkannya dengan persamaan garis kalibrasi. Ini memastikan akurasi dan presisi dalam analisis kuantitatif.

4. Bandingkan secara singkat perbedaan utama antara spektrofotometri UV-Vis dan spektrofotometri Inframerah (IR) dalam hal prinsip interaksi, rentang panjang gelombang, dan aplikasi utamanya!

Jawaban:
* Prinsip Interaksi:
* UV-Vis: Melibatkan transisi elektron antara orbital molekul akibat penyerapan energi foton.
* IR: Melibatkan perubahan tingkat energi vibrasi ikatan molekul akibat penyerapan energi foton.
* Rentang Panjang Gelombang:
* UV-Vis: Ultraviolet (200-400 nm) dan Cahaya Tampak (400-800 nm).
* IR: Inframerah (sekitar 700 nm – 1 mm, dibagi menjadi Near-IR, Mid-IR, Far-IR; Mid-IR umumnya 2.500-25.000 nm atau 4000-400 cm⁻¹).
* Aplikasi Utama:
* UV-Vis: Umumnya untuk analisis kuantitatif (penentuan konsentrasi) dan identifikasi kualitatif senyawa dengan gugus kromofor.
* IR: Umumnya untuk analisis kualitatif (identifikasi gugus fungsi, penentuan struktur molekul organik dan anorganik) karena setiap ikatan memiliki frekuensi vibrasi khas.

5. Jelaskan mengapa pemilihan pelarut dan kuvet yang tepat sangat krusial dalam spektrofotometri UV-Vis!

Jawaban:
* Pemilihan Pelarut: Pelarut yang digunakan harus transparan (tidak menyerap) pada panjang gelombang yang sama dengan analit. Jika pelarut menyerap, ia akan berkontribusi pada absorbansi total, menyebabkan hasil bias dan tidak akurat. Selain itu, pelarut tidak boleh bereaksi dengan analit. Contoh: Air atau etanol sering digunakan karena transparan pada banyak rentang UV-Vis, tetapi untuk UV di bawah 200 nm, pelarut khusus (misalnya heksana) mungkin diperlukan.
* Pemilihan Kuvet: Bahan kuvet harus transparan pada rentang panjang gelombang pengukuran.
* Untuk daerah UV (di bawah 350 nm), kuvet kuarsa harus digunakan karena kaca dan plastik menyerap radiasi UV.
* Untuk daerah Vis (cahaya tampak), kuvet kaca atau plastik dapat digunakan karena transparan terhadap cahaya tampak.
Penggunaan kuvet yang salah akan menyebabkan absorbansi palsu atau bahkan tidak ada sinyal sama sekali, mengganggu pengukuran yang akurat.

Soal Menjodohkan

1. Jodohkan komponen spektrofotometer berikut dengan fungsinya!

A. Sumber Cahaya            1. Mengubah intensitas cahaya menjadi sinyal listrik

B. Monokromator             2. Menampung sampel analisis

C. Kuvet                       3. Menghasilkan radiasi elektromagnetik

D. Detektor                    4. Memisahkan cahaya polikromatik menjadi monokromatik

Jawaban:

• A – 3
• B – 4
• C – 2
• D – 1
2. Jodohkan istilah berikut dengan definisinya!

A. Absorbansi                         1. Fraksi cahaya yang melewati sampel

B. Transmitansi                      2. Ukuran kemampuan suatu zat menyerap cahaya

C. Koefisien Absorbsi Molar     3. Panjang gelombang di mana absorbansi maksimal

D. λmaks                                4. Konstanta proporsionalitas dalam Hukum Beer-Lambert

Jawaban:

• A – 2
• B – 1
• C – 4
• D – 3