PENGARUH KONSENTRASI BERBAGAI LARUTAN GULA SUKROSA DAN FRUKTOSA TERHADAP SUDUT PUTAR POLARISASI DIUKUR DENGAN POLARIMETER POLARIMETE R Nila Hurnita
Program Studi Pendidikan Fisika, Fakultas Tarbiyah dan Keguruan, Universitas Negeri Negeri Islam ArAr Raniry, Darussalam, Banda Aceh, Nanggroe Aceh Darussalam, Indonesia
[email protected] Nielahurnitha@ gmail.com
ABSTRAK
Gula merupakan zat optis aktif yang mempunyai sifat dapat memutar arah getar cahaya yang melewatinya. Dalam penelitian ini dilakukan penelitian tentang pengaruh berbagai larutan gula sukrosa dan fruktosa pada berbagai konsentrasi terhadap perubahan sudut putar polarisasi cahaya. Prinsip kerja alat polarimeter ialah sinar yang datang dari sumber cahaya (misalnya lampu natrium) akan dilewati melalui prisma terpolarisasi (polizer). Kemudian diteruskan ke sel yang berisi larutan sampel aquade, sukrosa dan fruktosa. Kemudian menuju prisma terpolarisasi kedua analizer. Pengolahan data dilakukan dengan teknik analisis nilai yang tertera pada polarimeter, kemudian dibuat kurva hubungan antara konsentrasi terhadap sudut analisator atau perubahan sudut putar jenis. Hasil penelitian menunjukkan pada larutan sukrosa hasil yang didapatkan untuk konsentrasi 15% adalah besar sudut putaran polarisasi yaitu +108,6 dan konsentrasi 12% adalah sudut putar polarisasinya sebesar +121,2. Sedangkan Sedangkan pada larutan fruktosa hasil yang didapatkan untuk konsentrasi 15% adalah besar sudut putaran polarisasi yaitu -96,2 dan konsentrasi 12% adalah sudut putar polarisasinya sebesar -119,15. Arah putar polarisasi sukrosa adalah ke kanan sehingga diberi tanda (+) atau D (dextro), sedangkan arah putar polarisasi fruktosa ialah ke kiri sehingga diberi tanda (-) atau L (levo). Semakin tinggi konsentrasi sukrosa maka sudut putar polarisasinya semakin kecil, sedangkan semakin tinggi konsentrasi fruktosa maka sudut putar polarisasinya semakin besar. Pada saat percobaan yang harus diperhatikan pada proses pengisian tabung (kuvet) tidak ada gelembung udara karena dapat mempengaruhi mempengaruhi intensitas cahaya yang terpolarisasi.
PENDAHULUAN
Cahaya merupakan gelombang elektromagnet yang terdiri dari getaran medan listri dan medan magnet yang saling tegak lurus. Bidang getar kedua medan ini tegak lurus terhadap arah rambatnya. Sinar biasa secara umum dapat dikatakan gelombang elektromagnet yang vektor-vektor medan listrik dan medan magnetnya bergetar kesemua arah pada bidang tegak lurus arah rambatnya dan disebut sinar tak terpolarisasi. Sinar ini dapat kita lihat setiap harinya yaitu sinar matahari yang memiliki arah getar secara acak. Apabila sinar ini melalui suatu polarisator maka sinar yang diteruskan mempunyai
getaran listrik yang terletak pada satu bidang saja dan dikatakan sinar terpolarisasi bidang (linear). Cahaya putih merupakan cahaya polikromatik yang terdiri dari berbagai panjang gelombang yang dapat bervibrasi kesegala arah. Cahaya putih dapat diubah menjadi cahaya monokromatik (hanya terdiri dari satu panjang gelombang) dengan menggunakan suatu filter atau sumber cahaya yang khusus. Cahaya monokromatik ini disebut cahaya terpolarisasi. Interaksi suatu senyawa organik tertentu dengan cahaya
terpolarisasi dianalisis dengan polarimeter. Sedangkan polarimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur besaran yang terjadi akibat interaksi suatu senyawa organik dengan cahaya terpolarisasi Interaksi suatu senyawa organik tertentu dengan cahaya terpolarisasi dianalisis dengan polarimeter. Sedangkan polarimeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur besaran yang terjadi akibat interaksi suatu senyawa organik dengan cahaya terpolarisasi. Polarimeter dalam kimia organik dapat digunakan untuk menentukan rotasi optik, konsentrasi, dan komposisi zat optis aktif dalam campuran rasemiknya. Sukrosa dan fruktosa Berdasarkan uraian di atas dapat diangkat suatu permasalahan untuk mengetahui bidang polarisasi yang dihasilkan dari larutan fruktosa dan sukrosa yang dipengaruhi oleh konsentrasi dengan menggunaka polarimeter.
KAJIAN PUSTAKA
Cahaya yang sebagian arah getarnya terserap disebut cahaya terpolarisasi, dan jika cahaya hanya mempunyai satu arah getar tertentu disebut cahaya terpolarisasi linier. Teknik umum untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi adalah menggunakan polaroid. Polaroid akan meneruskan gelombanggelombang yang arah getarnya sejajar dengan sumbu transmisi dan menyerap gelombanggelombang pada arah getar lainnya. Polaroid ideal akan meneruskan semua komponen medan listrik E yang sejajar dengan sumbu transmisi dan menyerap seluruh komponen medan listrik E yang tegak lurus pada sumbu transmisi. Seberkas cahaya tak terpolarisasi berjalan pada arah z masuk ke polarisator pada arah sumbu y. Setengah cahaya masuk memiliki medan listrik pada arah y dan setengah pada arah x. Setengah intensitas ditransmisikan, dan cahaya yang ditransmisikan terpolarisasi linier dengan medan listriknya pada arah y. Misalkan
analisator membentuk sudut dengan sumbu transmisi polarisator. Jika E adalah medan listrik diantara kedua polarisator, komponen sepanjang arah sumbu transmisi dari kedua polarisator adalah E cos . Intensitas cahaya sebanding dengan E, intensitas cahaya yang ditransmisikan oleh kedua polarisator diberikan oleh rumus I = ½ I0 cos2θ
Gambar 1. Dua Polarisator Membentuk Sudut Satu Sama Lain.
Dimana I 0 adalah nilai maksimum dari intensitas yang di transmisikan. Nilai maksimum tersebut terjadi bila arah-arah pemolarisasi dari P1 dan P2 adalah sejajar, yaitu apabila θ = 0 atau 180o. Persamaan diatas yang dinamakan hukum Malus menjelaskan bahwa intensitas yang keluar dari analisator adalah hasil dari cos2 sudut putar jenisnya terhadap intensitas cahaya yang masuk melalui polarisator maka cahaya tak terpolarisasi. (Tipler, 2001). Serway Jewett menyatakan bahwa sebuah gelombang dikatakan terpolarisasi linear jika resultan medan listriknya f bervibrasi ke arah yang sama disetiap waktu pada titik tertentu. seperti gambar dibawah
Gambar 2. Arah getar gelombang cahaya
Kita dapat memperoleh suatu berkas yang terpolarisasi secara linear dari berkas yang tidak terpolarisasi dengan cara menghilangkan semua gelombang dari berkas tersebut, kecuali yang vektor medan listriknya bergetar bolak balik dalam satu bidang saja. Kini kita akan membalas proses untuk menghasilkan cahaya terpolarisasi dari yang tidak terpolarisasi. 1. Plarisasi dengan absorbsi selektif E. H. Land menemukan sebuah bahan yang disebut dengan polaroid yang mengpolarisasikan cahaya dengan cara absorbsi selektif melalui molekul-molekul yang berorientasi. Bahan tersebut dibuat dalam lembaran tipis dari rantai hidrokarbon yang panjang. Lembaran ini diregang selama pembuatannya sehingga molekul rantai panjangnya menjadi lurus.
yang banyak sekali. Adapun yang dimaksud cahaya terpolarisasi adalah cahaya yang mempunyai satu arah getar dan arah getar itu berada tegaklurus terhadap arah rambatnya. Bahan optis aktif merupakan bahan yang bila dijatuhi cahaya maka bidang polarisasi dapat terputar. Zat yang memiliki sifat optis aktif ditandai dengan adanya kandungan atom karbon simetris atau susunan atom C berupa kristal dan berada di dalam senyawa organik. Contoh bahan optis aktif yang biasanya digunakan dalam eksperimen adalah larutan gula, dan terjadi pada beragam variasi konsentrasi.
2. Polarisasi dengan pemantulan Ketika cahaya yang tidak terpolarisasi datang pada bidang pemantul, maka sinar pantul dan sinar biasnya akan terpolarisasi sebagian. Sinar pantulnya terpolarisasi seluruhnya ketika sudutnya sama dengan sudut polarisasi θp yang memenuhi persamaan
Gambar 3. Skema kerja polarisator
n = tan θp (Serway Jewett, 2010). Polarimeter ialah suatu alat instrumen ilmiah yang digunakan sebagai alat ukur besarnya putaran berkas cahaya yang terpolarisasi oleh suatu zat optik aktif. Besarnya ditentukan dengan memutar analizer pada saat tabung berisi sampel. Posisi cahaya yang diamati (secara visual) kembali pada posisinya. Bila tabung tidak berisi sampel yang dikenal sebagai zat optis aktif ialah seperti kuarsa, gula dan sebagainya. Pemutaran pada polarimeter dapat berupa dextrototarg (+) yaitu bila arahnya sesuai dengan arah putaran jarum jam ataupun leavorotary (-) bila arahnya berlawanan dengan arah jarum jam. Polarimeter adalah perangkat untuk analisa yang didasari oleh pengukuran sudut putaran sinar monokromatis karena cahaya itu terpolarisasi linier oleh bahan bening yang bersifat optis aktif. Sinar monokromatis tersebut mempunyai sejumlah bidang getar
Gambar 4. Potret polarimeter Laurentz yang digunakan pada penelitian ini.
Cahaya dari lampu sumber, terpolarisasi setelah melewati prisma Nicol pertama yang disebut polarisator. Cahaya terpolarisasi kemudian melewati senyawa optis aktif yang akan memutar bidang cahaya terpolarisasi dengan arah tertentu. Prisma Nicol kedua yang disebut analisator akan membuat cahaya dapat melalui celah secara maksimum. Kemudian pengamat akan menerima cahaya setelah melalui analisator seperti terlihat pada gambar 3.
[] =
α
= rotasi optik (yang teramati)
c
= konsentrasi larutan gram/mL larutan
I
= panjang jalan/larutan yang dilalui cahaya dalam desimeter
λ
= panjang gelombang cahaya (bila menggunakan lampu natrium dilambangkan dengan “D“)
t
ͦ = temperatur ( C).
Rotasi optis yang diamati/diukur dari suatu larutan bergantung kepada jumlah senyawa dalam tabung sampel, panjang jalan/larutan yang dilalui cahaya, temperatur pengukuran, dan panjang gelombang cahaya yang digunakan. Untuk mengukur rotasi optik, diperlukan suatu besaran yang disebut rotasi spesifik yang diartikan suatu rotasi optik yang terjadi bila cahaya terpolarisasi melewati larutan dengan konsentrasi 1 gram per mililiter sepanjang 1 desimeter. Rotasi spesifik dapat dihitung dengan Rotasi optik yang termati dapat berupa rotasi yang searah jarum jam, rotasi ini di sebut putar kanan dan diberi tanda (+), sedangkan senyawa yang diukurnya disebut senyawa dekstro (d). Rotasi yang berlawanan dengan arah jarum jam disebut putar kiri dan diberi tanda (-), senyawanya disebut senyawa levo (l). Madu mengandung fruktosa yang bersifat levo dan glukosa yang bersifat dekstro sehingga dengan menggunakan konsep polarimeter ini, rotasi optik dari sampel madu dapat terbaca. (N. D. Pratiwi, 2012) Salah satu zat atau larutan zat optik aktif ialah gula atau sukrosa. Adapun sukrosa tersusun dari molekul glukosa dan fruktosa. Sifat-sifat sukrosa adalah : a. Bersifat optik aktif putar kanan; b. Tidak dapat mereduksi larutan tening dan tollens. c. Dapat mengalami hidrolisi menghasilkan glukosa dan fruktsa dengan enzim invartase. Pada hidrolisis ini disertai
inversi yaitu perubahan arah putar bidang polarisasi cahaya dari arah kanan ke kiri (sehingga disebut gula invert). d. Larut dalam air e. Pada pemanasan yang kuat menghasilkan karamel. Dalam alat polarimeter ini cahaya monokromatik dihasilkan dengan menggunakan sodium lamp (lampu natrium) yaitu gas natrium pijar akan menghasilkan lampu warna kuning. Cahaya monokromatik pada dasarnya mempunyai bidang getar yang arahnya secara acak. Bidang getar tersebut akan tegak lurus pada bidang getar senyawa optik aktif, dapat diketahui besarnya polarisasi cahaya maka besarnya perputaran tergantung pada faktor-faktor, yaitu : struktur molekul, temperatur, panjang gelombang, banyak molekul pada jalan cahaya, jenis zat, ketebalan, konsentrasi dan pelarut (Doraint, 2013). Suatu putaran optik zat aktif dapat dipengaruhi oleh konsentrasi sampel, panjang gelombang cahaya, yang melewati sampel (sudut rotasi, panjang gelombang berbanding terbalik) suatu sampel. Alat polarimeter ini juga dapat mengidentifikasi sampel yang t idak diketahui indeks biasnya jika variabel seperti konsentrasi dan panjang sel sampel diketahui dan biasanya digunakan di dalam industri kimia, konsentrasi sangat penting yaitu untuk menentukan kualitas produk atau bahan dalam makanan dan minuman (Rahmawati, 2011). Jika ditinjau dari pengaruh panjang gelombang terhadap perubahan sudut putar jenis yaitu berbanding terbalik dimana semakin kecil nilai panjang gelombang sumber cahaya maka perubahan sudut putar jenisnya semakin besar. Besarnya nilai perubahan sudut putar jenis berturut-turut dari yang paling besar terjadi pada sumber cahaya laser hijau, cahaya kuning dan laser merah. Ini disebabkan panjang gelombang laser hijau paling kecil yaitu 532 nm, cahaya kuning 560-590 nm dan laser merah 650 nm. (Mita Kusuma, 2015)
METODE PENELITIAN
15
+ 121, 1
Kanan
Alat dan Bahan
Berdasarkan tujuan penelitian di atas alat yang digunakan sebagai berikut: 1. Polarimeter, alat yang digunakan untuk mengukur sudut polarisasi suatu larutan zat optis aktif. 2. labu ukur 50 ml 3. pipet ukur 4. pipet tetes 5. gelas kimia 50 ml 6. neraca digital. Adapun bahan yang digunakan berupa zat optis aktif larutan fruktosa 12% dan 15%, larutan sukrosa 12% dan 15%, aquades dan tisu Prosedur percobaan
1. Dinyalakan alat polarimeter 20 menit sebelum digunakan 2. Diisi kuvet/tabung polarimeter dengan aquades dan diusahakan jangan ada gelembung udara yang terperangkap di dalam tabung. 3. Dimasukkan kuvet ke dalam polarimeter. 4. Diputar analizernya hingga menunjukkan keadaan gelap, 5. Dibaca sudut perputarannya, 6. Diulangi langkah-langkah percobaan sebelumnya dengan menggunakan larutan fruktosa dengan konsentrasi 12% dan 15%, begitu pula untuk larutan sukrosa dengan berbagai konsentrasi.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Dari prosedur yang telah dilakukan hasil percobaan dapat dilihat dari tabel berikut: Tabel 1. Hubungan sudut putar polarisasi dan arah perputaran terhadap konsentrasi sampel sukrosa Sampel Sukrosa
Konsentras i (%) 12
Sudut putar polarisasi + 108,6
Arah Kanan
Tabel 2. Hubungan sudut putar polarisasi dan arah perputaran terhadap konsentrasi sampel fruktosa Sampel Fruktosa
Konsentrasi (%) 12 15
Sudut putar polarisasi -119,15 -96,2
Arah Kiri Kiri
Pada percobaan ini membahas tentang polarimeter dengan tujuan mempelajari dan memahami prinsip kerja alat polarimeter serta untuk mengetahui bidang polarisasi dari larutan fruktosa dan sukrosa. Polarmeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besarnya perputaran optik atau yang dihasilkan oleh suatu zat yang bersifat optis aktif. Prinsip kerja alat polarimeter ialah sinar yang datang dari sumber cahaya (misalnya lampu natrium) akan dilewati melalui prisma terpolarisasi (polizer). Kemudian diteruskan ke sel yang berisi larutan. Dan akhirnya menuju prisma terpolarisasi kedua analizer. Polarizer tidak dapat diputar-putar. Sedangkan yang mengatur atau memutar sesuai keinginan ialah analizer. Bila polizer dan analizer saling tegak lurus (bidang polarisasinya) juga tegak lurus maka sinar tidak ada yang ditransmisikan melalui medium diantara prisma polarisasi. Peristiwa ini disebut titik optis aktif jika zat yang bersifat optis aktif ditempatkan pada sel dan ditempatkan prisma terpolarisasi maka sinar akan ditransmisikan. Ditinjau dari keaktifan optiknya, senyawa dibedakan atas dua yaitu senyawa yang bersifat optis aktif dan optis pasif. Jika cahaya terpolarisasi bidang dilewatkan pada suatu cairan yang mengandung senyawa yang bersifat optis aktif maka bidang polarisasi ini diputar ke kiri atau ke kanan. Tetapi jika senyawa cairan optis pasif, bidang polarisasi cahaya tidak akan diputar. Sifat optis aktif senyawa bergantung pada sudut polarisasi cahaya yang melaluinya. Makin besar sudut polarisasi maka senyawa itu makin bersifat optis aktif. Berbagai jenis cairan organik dan anorganik mempunyai sifat optis aktif yang
berarti dapat memutar bidang polarisasi cahaya yang melaluinya. Besar sudut polarisasi bergantung pada panjang lintasan cahaya yang melalui medium, dan konsentrasi zat aktif dalam cairan (Wierna, 2011). Percobaan ini menggunakan sampel fruktosa dan sukrosa dengan konsentrasi setiap sampel tersebut sekitar 12% dan 15%. Hal yang pertama dilakukan yaitu mengukur sudut putar dari suatu aquades yang dijadikan sebagai larutan blanko, sedangkan air tidak dapat memutar bidang polarisasi. Adanya prisma aikol dalam polarimeter, separuh dari berkas cahaya polarisasi tampak sebagai bayangan gelap, sedangkan berkas cahaya yang separuh lagi melintas melalui jendela pelindung dan sampel, kemudian melalui analizer nikol untuk sampai pada mata pengamat. Hal yang terpenting yang harus diperhatikan pada percobaan ini yaitu pada pengisian tabung (kuvet) diusahakan tiak boleh menghasilkan gelembung udara pada larutan sehingga dapat mempengaruhi intensitas cahaya yang terpolarisasi, akibatnya berpengaruh pada besarnya sudut putar suatu sampel. Besarnya sudut putar suatu sampel bergantung pada jenis senyawa, suhu, panjang gelombang cahaya yang terpolarisasi dan knsentrasi suatu zat optis aktif. Akan tetapi dalam percobaan ini hanya ingin diketahui pengaruh konsentrasi terhadap besarnya sudut putar dari fruktrosa dan sukrosa. Berdasarkan hasil pengukuran diperoleh sudut putar sumbu polarisasi (β) dari sampel sukrosa pada konsentrasi 12% dan 15% masing-masing sebesar +121,2dan +108,6. Data menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi larutan sukrsa maka sudut putar sumbu polarisasinya semakin kecil. Hasil ini dapat dilihat pada arah sudut putar β sebagai fungsi konsentrasi pada larutan sukrosa di bawah ini.
Gambar 3. hubugan konsentrasi larutan sukrosa dengan sudut putar polarisasi (β)
Untuk larutan sukrosa dapat dilihat pada grafik.
Gambar 4. hubungan konsentrasi larutan fruktsa dengan sudut putar polarisasi (β). Data di atas menunjukkan sudut putar sumbu polarisasi dari larutan 12% dan 15% masing-masing sebesar -119,15 dan -96,2. Data di atas menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi larutan fruktosa maka sudut putarannya semakin besar pula. Adanya perbedaan ini disebabkan karena adanya perbedaan putaran dan arah putarnya. Besar arah putar fruktosa diberi tanda (-) karena fruktsa arah putarnya ke kiri atau L (levo) berbeda dengan sukrosa yang arah putarannya ke kanan sehingga diberi tanda (+) atau D (dextro).
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil praktikum yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa pada larutan sukrosa hasil yang didapatkan untuk konsentrasi 15% adalah besar sudut putaran polarisasi yaitu +108,6 dan konsentrasi 12% adalah sudut putar polarisasinya sebesar +121,2. Sedangkan pada larutan fruktosa hasil yang didapatkan untuk konsentrasi 15% adalah besar sudut putaran polarisasi yaitu -96,2 dan konsentrasi 12% adalah sudut putar polarisasinya sebesar -119,15. Arah putar polarisasi sukrosa adalah ke kanan sehingga diberi tanda (+) atau D (dextro), sedangkan arah putar polarisasi fruktosa ialah ke kiri sehingga diberi tanda (-) atau L (levo). Semakin tinggi konsentrasi sukrosa maka sudut putar polarisasinya semakin kecil, sedangkan semakin tinggi konsentrasi fruktosa maka sudut putar polarisasinya semakin besar. Pada saat percobaan yang harus diperhatikan pada proses pengisian tabung (kuvet) tidak ada gelembung udara karena dapat mempengaruhi intensitas cahaya yang terpolarisasi.
DAFTAR PUSTAKA
Doraint, Hikmatud. 2013. Laporan Analisis Material (Polarimeter). Labroratorium Fisika Material, Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Universitas Brawijaya. Khopar, S.M. 1990. Konsep Dasar Kimia Analitik. Jakarta : Universitas Indonesia. Mita Kusuma. Pengaruh Konsentrasi Berbagai Larutan Gulaa Sakarosa terhadap Sudut Putar Jenis Cahaya Merah, Hijau dan Kuning. Jurnal Seminar Nasional Fisika, Vol.39. 2015. Paul A. Tipler. Fisika untuk Sains dan Teknik . Jakarta: Erlangga. 2001. Pratiwi N.D., Oktaviani S. N. A., Agustihana S. Polarimetel. Jurnal Eksperimen Gelombang Optik. Vol. 01. No.1 .2012 Rahmawati, Iza. 2011. Tugas Akhir Analisis Kualitas Minyak Kedelai Melalui
Putaran Oprtik Menggunakan Polarimeter. Semarang : Universitas Diponegoro. Serway Jewett. 2010. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Salemba Teknika. Wierna Yusanti. 2011. “ Perubahan Sudut putar jenis Cahaya Terhadap Variasi Medan Listrik pada Madu”,Skripsi. Semarang: Program Studi Fisika Universitas Diponegoro.
