BAB I PENDAHULUAN 1.1 Tujuan Percobaan
Memahami prinsip prinsip analisa dengan dengan menggunakan spektrofotometer UV-VIS
Mampu mengoperasikan mengoperasikan alat UV-VIS DR/2400 spektrofotometer
Mampu mempersiapkan sampel demgan cermat
Menganalisa sampel seperti kadar besi dalam sampel
1.2 Dasar Teori 1.2.1 Spektrometri UV-Visible
Spektrometri
adalah
metode
analisa
kimia
berdasarkan
spektroskopis.
Spektroskopis adalah ilmu yang mempelajari interaksi gelombang elektromagnetik (cahaya) dengan dengan materi. Prinsip spektrofotometri adalah penyerapan sinar oleh spesifik kimia pada gelombang tertentu. Spektrofotometri UV-Visible adalah bagian teknik analisa spektroskopi yang memakai sumber radiasi elektromagnetik ultraviolet dekat (190-380 nm) dan sinar tampak (380-780 nm) dengan memakai instrumen spektrofotometer. Spektrofotometer yang digunakan adalah spektrofotometer UV-VIS DR/2400. Prinsip kerja dari spektrofotometri UV-Visible adalah penyerapan cahaya oleh molekul-molekul. Semua molekul dapat menyerap radiasi dalam daerah UV-Visible (tampak) karena mereka mengandung elektron, baik berpasangan maupun sendiri yang dapat dieksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi, panjang gelombang bila mana absorpsi itu terjadi, bergantung pada kekuatan elektron itu terikat dalam molekul. Elektron dalam suatu ikatan kovalen tunggal terikat dengan kuat dan diperlukan radiasi berenergi tinggi atau panjang gelombang rendah untuk eksitasinya. Spektrofotometri UV-Visible dapat menentukan penentuan terhadap sampel yang berupa larutan, gas, atau uap. Untuk sampel yang berupa larutan perlu diperhatikan beberapa persyaratan pelarut yang dipakai antara lain: 1
1. Pelarut yang dipakai tidak mengandung ikatan rangkap terkonjugasi pada struktur molekulnya dan tidak berwarna 2. Tidak terjadi interaksi dengan molekul senyawa yang dianalisa 3. Kemurniannya harus tinggi untuk dianalisa Spektrofotometri UV-Visible melibatkan energi elektromagnetik cukup besar pada molekul yang dianalisis, sehingga Spektrofotometri UV-Visible lebih banyak dipakai untuk analisa kuantitatif dibanding analisa kualitatif. 1.2.2 Spektrum Elektromagnetik
Berbagai eksperimen dalam laboratorium fisika paling baik ditafsirkan dengan menggunakan gagasan bahwa cahaya dirambatkan dalam bentuk gelombang transversal. Dengan pengukuran yang tepat, gelombang – gelombang ini dapat dicirikan menurut panjang gelombangnya, kecepatan dan besaran lainnya dapat digunakan untuk memberikan gerakan gelombang apa saja. Gambar berikut menyatakan bahwa panjang gelombang mengacu ke jarak dua gunung (lembah yang berdampingan) dari gelombang itu. Kebalikan panjang glombang, yakni banyaknya gelombang dalam satu satuan panjang, diacu sebagai bilangan gelombang. Garis depan gelombang bergerak dengan kecepatan tertentu. Banyaknya daur atau gelombang lengkap yang melewati suatu titik yang diam persatuan waktu diberi istilah frekuensi. Hubungan sifat – sifat ini adalah
mengikuti rumus
, dimana = panjang gelombang, v = bilangan gelombang,
c = kecepatan cahaya. λ
200 nm
900 nm
Gambar 1.1 Gelombang transversal
2
Kecepatan cahaya adalah 3 x 10 10 cm/ det. Berbagai satuan digunakan untuk panjang gelombang bergantung pada daerah spektrum. Untuk radiasi ultraviolet dan tampak, digunakan satuan Amstrong dan nanometer. Sedangkan mikrometer ( m) merupakan satuan yang lazim unntuk infra merah. Satu mikrometer, m didefinisikan sebagai 10-6 dan satu nanometer, nm = 10 -9 m atau 10-7 cm. Satu satuan Amstrong adalah 10-10 m. Jadi, 1 nm = 10 Å. Spektra elektronik senyawaan dalam fase uap kadang-kadang menunjukkan struktur halus dalam mana sumbangan vibrasi dapat teramati, namun dalam fase-fase mampat, tingkat energi molekul demikian terganggu oleh tetangga-tetangga dekatnya, sehingga sering kali hanya tampak pita lebar. Semua molekul dapat menyerap radiasi dalam daerah UV – Visible (tampak) karena mengandung elektron, baik sekutu maupun menyendiri, yang dapat dieksitasikan ke tingkat energi yang lebih tinggi. Panjang gelombang dimana absorbansi terjadi bergantung pada betapa kuat elektron itu terikat dalam molekul. Elektron dalam suatu ikatan kovalen tunggal terikat dengan kuat, dan diperlukan radiasi berenergi tinggi atau panjang gelombang pendek untuk eksitansinya. 1.2.3 Aspek Kuantitatif Absorbsi
Spektra serapan dapat diperoleh dengan menggunakan sampel dalam bebagai bentuk gas, lapisan tipis cairan, larutan dalam berbagai pelarut dan bahkan zat padat. Kebanyakan kerja analitis melibatkan larutan dan disni kita ingin mengembangkan pemberian kuantitatif dari hubungan antara konsentrasi suatu larutan dan kemampuan menyerap radiasi. Sekaligus harus menyadari bahwa tingkat kejadian absorbsi juga tergantung pada jarak yang diarungi radiasi melewati larutan itu. Serapan juga bergantung pada panjang gelombang radiasi dan sifat dasar spesies molekul dalam larutan. 1.2.4 Spektrofotometer Berkas Tunggal
Komponen yang penting sekali dari suatu spetrofotometer adalah: sumber cahaya, monokromator, wadah sampel, detector, amplifier (pengganda) dan piranti baca.
3
Bagan Optis
Sumber
Monokromator
Sampel
Detektor
Amplifier (Pengganda)
Piranti Baca
1.2.4.1 Sumber
Sumber energi cahaya yang biasa untuk daerah tampak maupun daerah ultraviolet dekat dan infra merah dekat adalah sebuah lampu pijar dengan kawat rambut terbuat dari wolfram. Pada kondisi operasi biasa, kekuatan lampu wolfram ini memadai dari sekitar 325 atau 350 nm ke sekitar 3 m energi yang dipancarkan oleh kawat yang dipanaskan itu beraneka ragam menurut panjang gelombang. Dstribusi energi merupakan fungsi temperatur kawat, yang selanjutnya bergantung pada voltase yang disuplai kepada lampu. 1.2.4.2 Monokromator
Ini adalah piranti optis memencilkan suatu berkas radiasi dari suatu smber berkesinambungan, berkas yang memiliki kemurnian spektral yang tinggi dengan panjang gelombang apa saja yang diinginkan. Komponen yang hakiki (esensial) dari suatu monokromator adalah suatu sistem celah dan suatu unsur dispersif. Radiasi dari sumber difokuskan ke celah masuk, kemudian disejajarkan oleh sebuah lensa atau cermin sehingga suatu berkas sejajar jatuh ke unsur pendispersi, yang berupa prisma atau suatu kiai difraksi. Dengan memutar prisma atau kisi itu secara mekanis, aneka
4
porsi spektrum yng dihasilkan oleh unsur dispersi dipusatkan pada celah keluar, dari situ lewat jalan optis lebih jauh, porsi-porsi itu menuju sampel. 1.2.4.3 Wadah Sampel
Kebanyakan spektrofotometri melibatkan larutan dan karenanya kebanyakan wadah sampel adalah sel untuk menaruh cairan ke dalam berkas cahaya spektrofotometer. Sel itu haruslah meneruskan energi cahaya dalam spektral yang diminati. Jadi, sel kaca untuk melayani dearah tampak sedangkan sel kuarsa atau kaca silika tinggi isimewa untuk daerah ultraviolet dan gram dapur alam untuk infra merah. Tabung-taung sebagai wadah sampel harus diletakan secara reprodusibel dengan membubuhkan tanda pada satu sisi tabung dan tanda itu selalu tetap arahnya tiap kali ditaruh dalam instrumen. Selsel lebih baik bila permukaan optisnya mendatar. Sel-sel harus diisi sedemikian rupa sehingga berkas cahaya menembus larutan, dengan meniskus terletak seluruhnya di atas berkas. 1.2.4.4 Detektor
Dalam sebuah detektor untuk suatu spektrofotometer, kita menginginkan kepekaan yang tinggi dalam daerah spektral yag diminati, respons yang linier terhadap daya radiasi, waktu respons yang cepat, dapat digandakan, kestabilan yang tinggi atau tingkat ’’bisingan’’ yang r endah.
Macam-macam detektor yang telah digunakan secara meluas
didasarkan pada perubahan fotokimia (terutama fotografi), efek fotolistrik dan efek termolisrik. Detektor fotolistrik yang paling sederhana adalah tabug foton. Ini berupa tabung tanpa udara, dengan jendela yang tembus cahaya, yang berisi sepasang elektroda, melintasi elektroda itu diberi selisih potensial. 1.2.5 Kegunaan UV-Visible Spektrofotometer
UV – Visble spektrofotometer dapat digunakan untuk menentukan kandungan zat organik maupun anorganik dalam suatu larutan. Absorbsi energi radiasi pada daerah spektrum UV dan Visible tergantung pada jumlah dan susunan elektron pada molekul – melekul atau ion – ion penyerap. Pada senyawa anorganik penyerapan terjadi bilamana ada energi level, yang kosong tertutup oleh energi level yang penuh, biasanya terbentuk 5
dengan koordinat kovalen dengan atom lain. Absorbsi pada molekul – molekul organik tergantung pada sebaran elektron – elektron pada molekul. Senyawa organik jenuh tidak menunjuk adanya absorbsi untuk daerah visible dan UV. Senyawa dengan ikatan ganda menyerap dengan kuat pada daerah UV. Ikatan rangkap terkonjugasi menyerap panjang gelombang yang lebih panjang. Sistem terkonjugasi sempurna dalam sebuah senyawa disebut chromopore dari senyawa itu. Berikut adalah contoh senyawa organik dengan chromophorenya, serta panjang gelombang yang diserap, dan perkiraan nilai molar absorbsivitasnya : Senyawa
Chromophore
Pelarut
λ max, nm
Log ε
Acetylene
C=C
Uap
173
3,8
Acetone
C=O
Hexane
188
2,9
Butadiene
C = C – C = C
Hexane
217
4,3
Crotonaldehyde
C = C – C = O
Ethanol
217
4,2
Analisa dengan spektrofotometri UV-Visible selalu melibatkan pembacaan radiasi elektromagnetik oleh molekul atau radiasi elektromagnetik ang diteruskan, keduanya dikenal dengan absorbansi (A) tanpa satuan dan transmitansi denagn satuan persen (%). Spektrometri dapat dibayangkan sebagai suatu perpanjangan dari penilikan visual dalam mana studi yang lebih rinci mengenai lebih besar dalam pencirian dan pengukuran kuantitatif. Dengan menggantikan mata manusia dengan detector-detektor radiasi lain, dimungkinkan studi absorbs (serapan) di luar daerah, spectrum tampak dan sering kali eksperimen spektrometri dilekukan secara automatic. Dalam penggunaan dewasa ini, istilah spektrometri menyiratkan pengukuran jauhnya penyarapan energy cahaya oleh suatu sistem kimia itu sebagai fungsi dari panjang gelombang radiasi, demikian pula pengukuran penyerapan yang menyendiri pada suatu panjang gelombang tertentu.
6
Dalam daerah tampak dari spectrum itu, manuvia dengan ketampakan warna dengan indera subyektif mengenai warna, dan memang warna kadang-kadang digunakan agar tidak repot untuk menandai porsi-porsi spectrum tertentu, seperti dipaparkan dalam klasifikasi dalam tabel berikut: Tabel 1.1 Spektrum tampak dan warna – warna komplementer
Panjang gelombang
warna
Warna komplementer
400 – 435
Violet
Kuning – hijau
435 – 480
Biru
Kuning
480 – 490
Hijau – biru
Jingga – orange
490 – 500
Biru – hijau
Merah
500 – 560
Hijau
Ungu
560 – 580
Kuning – hijau
Violet
580 – 595
Kuning
Biru
595 – 610
Jingga / orange
Hijau – biru
610 – 750
Merah
Biru – hijau
(nm)
Spectra elektronik senyawa dalam fase uap kadang-kadang menunjukkan struktur halus dalam mana sumbangan vibrasi dapat teramati. Metode analisa spektrometri banyak digunakan sebagai metode analisa kuantitatif disamping metode-metode analisa lain veperti vpektrografi emisi, spektrofotometri sinar-X. analisa dengan ini berdasarkan pengukuran spectrum sinar yang terverap oleh larutan berwarna setelah melalui larutan (warna yang timbul disebabkan oleh pembentukan senyawa berwarna unsure yang dianalisa dengan penambahan pereaksi yang sesuai, atau berasal dari dalam penyusunannya sendiri). Intensitas sinar setelah melalui larutan diubah oleh fotosel menjadi tenaga listrik dan besarnya intensitas sinar ini bergantung pada konsentrasi unsure dalam larutan dan tebal larutan yang dilalui sinar. Alat untuk mengukur intensitas sinar setelah melalui sinar disebut spektrofotometer.
7
Spektrofotometer biasanya merupakan gabungan dari spectrometer dab fotometer. Spectrometer adalah alat untuk menghasilkan spektrum sinar berwarna dengan panjang gelombang tertentu (monokromator), sedangkan fotometer adalah alat untuk mengukur intensitas sinar yang dihasilkan oleh monokromator.
8
BAB II METODOLOGI
2.1 Alat dan Bahan
2.1.1 Alat yang digunakan
UV-Visible DR/2400 spektrofotometer
Buret 50 ml
Gelas kimia 100 ml
Kuvet
Labu ukur 100 ml
Pipet volume 25 ml
Pipet ukur 5 ml dan 10 ml
Pipet tetes
Botol semprot
Statif
Bulp
2.1.2 Bahan yang digunakan
Aquadest
Buffer asetat
Hidroksilamin
Larutan induk Fe2+ 100 ppm
Orto phenantroline
Sampel air
2.2 Prosedur Percobaan
2.2.1 Membuat larutan Fe2+ 10 ppm
Memipet 10 ml larutan induk Fe2+ 100 ppm ke dalam labu ukur 100 ml.
Menambahkan aquadest sampai tanda batas.
9
2.2.2 Membuat larutan standar Fe 2+ (0,2 : 0,4 : 0,6 : 0,8 :10) ppm
Memipet masing-masing 2ml, 4 ml, 6 ml, 8 ml, dan 10 ml larutan Fe2+ 10 ppm ke dalam labu ukur 100 ml yang berbeda.
Menambahkan masing-masing larutan dengan 5 ml hidroksilamin, 2 ml larutan buffer asetat dan 5 ml larutan orto phenantroline.
Menambahkan aquadest sampai tanda batas dan mengocoknya.
2.2.3 Membuat larutan sampel
Memipet 50 ml sampel air ke dalam labu ukur 100 ml.
Menambahkan 5 ml hidroksilamin, 2 ml larutan buffer asetat dan 5 ml larutan orto phenantroline.
Menambahkan aquadest sampai tanda batas dan mengocoknya.
2.2.4 Membuat larutan blanko
Memipet 5 ml hidroksilamin, 2 ml larutan buffer asetat dan 2 ml larutan orto penantroline dan memasukkan ke dalam labu ukur 100 ml.
Menambahkan aquadest hingga tanda batas dan mengocoknya.
2.2.5 Menentukan panjang gelombang maksimum
Menghubungkan alat spektrofotometer UV – Visible dengan sumber listrik
Menyalakan komputer
Mengklik 2 kali Scan pada tampilan desktop pada layar komputer.
Mengklik Set Up dan mengisi Carry : x mode : Start = 600 nm dan Stop = 400 nm.
Memasukan larutan blanko
Kemudian mengklik Zero lalu OK.
Memasukan larutan standar tertinggi lalu mengklik Start.
Muncul kotak, lalu mengisi nama file lalu Save as.
Muncu kotak sample 1 lalu mengklik OK dan selanjutnya muncul kotak sample 2 mengklik finish.
Mencatat panjang gelombang maksimum yang diperoleh.
10
2.2.6 Penentuan absorbansi sampel air pada λ maksimal
Mengklik Consentration 2 kali pada tampilan desktop pada layar computer.
Mengklik Set up, lalu pada kolom Carry pada pilihan panjag gelombang, mengisi nilai panjang gelombang maksimal yang didapat.
Mengklik Standard mengisi sebagai berikut : -
Unit (mg/L)
-
Jumlah larutan Standar
-
Mengisi nilai konsentrasi larutan standar
Mengklik Sample (mengisi banyaknya sampel yang digunakan)
Mengklik OK
Mengklik Conect lalu memasukkan larutan blanko kemudian mengklik Zero lalu OK.
Memasukkan standar 1 lalu mengklik Start
Muncul kotak lalu memindahkan tulisan standar ke ruas kiri dengan mengklik “<<” lalu OK.
Kemudian muncul kotak, lalu megisi nama file lalu mengklik save.
Mengganti larutan standar 1 dengan standar 2 dan mengklik OK.
Memasukkan standar selanjutnnya hingga standar terkahir dan mengklik OK.
Memasukkan sampel lalu mengklik OK.
Mengeprint data
11
BAB III PENGOLAHAN DATA
3.1
No 1 2 3 4 5 6 7 8
Data Pengamatan
Jenis Larutan Standar 1 Standar 2 Standar 3 Standar 4 Standar 5 Sampel Air Sumur Fuad Sampel Air Sumur Nisa Sampel Air Danau
Konsentrasi(mg/L)
Absorbansi
0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,1 0,1 0,2
0,0472 0,0762 0,1172 0,1754 0,2060 0,0244 0,0250 0,0431
12
BAB IV PEMBAHASAN
Pada percobaan UV – Vis yang bertujuan memahami prinsip analisa, mengoprasikan alat UV – Vis, mempersiapkan sampel dengan cermat dan menganalisa kadar besi dalam sampel air . alat yang digunakan adalah spectrometer UV – vis, yang berfungsi
menentukan konsentrasi suatu zat dalam sampel berdasarkan panjang
gelombang maksimum. Prinsip dasar alat ini adalah spektrometri yaitu metode analisa kimia berdasarkan serapan oleh molekul terhadap gelombang elektromagnetik (cahaya). Sehingga berhubungan dengan absorbansi dan transmitansi. Absorbansi adalah cahaya yang dapat diserap oleh sampel dan transmitansi adalah cahaya yang diteruskan panjang gelombang maksimum, menentuakn kurva standar dan menentukan konsentrasi sampel. Dalam praktikum ini, percobaan awal yang dilakukan adalah membuat larutan standar, blanko, dan sampel. Pada saat pembuatan larutan blanko, standar maupun larutan sampel dilakukan penambahan larutan hidroksilamin, buffer asetat dan ortopenantroline. Dimana larutan hidroksilamine berfungsi untuk mengubah Fe 3+ menjadi Fe2+, kemudian buffer asetat berfunsi untuk mempertahankan pH agar tetap dalam keadaan asam, kemudian larutan orto-penantroline berfungsi sebagai senyawa komplek yang ditandai dengan warna merah jingga. Reaksi pengomplekan yang terjadi adalah sebagai berikut :
C18H8N2 + Fe
N
2+
[ Fe2+ (C18H8N2)3 ]2+
N
13
Pada percobaa ini dilakukan penentuan panjang gelombang maksimum dengan menggunakan larutan standar ddengan konsentrasi tertinggi yaitu 1 ppm, dimasukkan agar kesalahn dapat diperkecil sihingga didapatkan hasil yang akurat dari penyerapan maksimum dan λ maksimum yang diperoleh adalah 510 nm, dan diperoleh nilai
absorbansi = 0,20845 dan konsentrasi = -0,00067. Dengan menggunakan regresi linier, maka konsentrasi larutan sampel dapat ditentukan, yaitu : Sampel air sumur Fuad = 0,2 ppm Sampel air sumur Nisa = 0,2 ppm Sampel air danau
= 0,4 ppm
14
BAB V KESIMPULAN 4.1 Kesimpulan
Pada praktikum UV – Visible II dapat disimpulkan bahwa :
Diperoleh persamaan absorbansi
= 0,20845x – 0,00067
Konsentrasi sampel air sumur Fuad = 0,2 ppm
Konsentrasi sampel air sumur Nisa = 0,2 ppm
Konsentrasi sampel air danau
= 0,4 ppm
15
16
DAFTAR PUSTAKA Day, R.A. dan JR.AL.Underwood,2002,”Analisa Kimia Kuantitatif Edisi keenam”,
Jakarta : Erlangga Mulja, Muhammad dan Suharman. 1995 . ”Analisis Instrumental”. Surabaya : Erlangga University Press Tim Penyusun,2010,”Penuntun Praktikum Analisa Instrument”, Samarinda : Pliteknik
Negeri Samarinda
17
