Acara 4

PENENTUAN KONSENTRASI ZAT DENGAN CARA SPEKTOFOTOMETRI

Pendahuluan

Prinsip spektroskopi didasarkan adanya interaksi dari energy radiasi elektromagnetik dengan zat kimia. Dengan mengetahui interaksi yang terjadi, dikembangkan teknik-teknik analisis kimia yang memanfaatkan sifat-sifat dari interaksi tersebut. Hasil interaksi tersebut bias menimbulkan satu atau lebih peristiwa seperti : pemantulan, pembiasan, interferensi, difraksi, penyerapan (absorpsi), fluoresensi, fosforiensi dan ionisasi. Dalam analisis kimia, peristiwa absorpsi merupakan dasar dari cara spektroskopi karena proses absorpsi tersebut bersifat unik/spesifik untuk setiap zat kimia atau segolongan zat kimia (aplikasi kualitatif). Disamping itu adalah kenyataan bahwa banyaknya absorpsi berbanding lurus dengan banyaknya zat kimia (aplikasi kuantitatif).

Instrument yang digunakan disebut spektrofotometer yang telah dibuat dalam berbagai merek, model dan jenis dengan tingkat kepekaan maupun reprodusibilitas yang semakin tinggi dan canggih. Untuk dapat memahami spektroskopi diperlukan pengetahuan tentang sifat-sifat radiasi elektromaknetik, interaksinya denag zat, serta prinsip kerja maupun penggunaannya.

Spektrofotometri merupakan bagian dari sperktroskopi, yaitu ilmu yang mempelajari interaksi radiasi dengan materi. Spektrofotmetri sendiri adalah istilah yang lebih terbatas, merupakan pengukuran kuantitatif dari intensitas radiasi elektromagnetik pada satu atau lebih panjang gelombang dengan suatu transduser (detektor) (Harvey 2000). Metode spektrofotometri menghasilkan sebuah tampilan hubungan antara intensitas radiasi yang teremisikan, terabsorpsi, atau terhamburkan oleh sampel dan kuantitas yang berhubungan dengan energi foton (E), seperti konsentrasi dan panjang gelombang (λ), yang disebut dengan spektrum (Wang 2001).

Pada percobaan ini, metode spektrofotometri diterapkan pada penentuan konsentrasi asam amino lisin pada kentang. Panjang gelombang maksimum (λ max) untuk percobaan ini telah ditentukan, yaitu 432 nm, dimana pada panjang gelombang ini respon absorbans berada dalam kondisi maksimum sehingga akan memiliki sensitivitas yang baik dan limit deteksi yang rendah. Hal ini juga dapat mereduksi kesalahan dalam pengukuran (Rouessac 2007).

Dasar teori / Tinjauan Pustaka

Spektrofotometri visible disebut juga spektrofotometri sinar tampak. Yang dimaksud sinar tampak adalah sinar yang dapat dilihat oleh mata manusia. Cahaya yang dapat dilihat oleh mata manusia adalah cahaya dengan panjang gelombang 400-800 nm dan memiliki energi sebesar 299–149 kJ/mol.

Elektron pada keadaan normal atau berada pada kulit atom dengan energi terendah disebut keadaan dasar (ground-state). Energi yang dimiliki sinar tampak mampu membuat elektron tereksitasi dari keadaan dasar menuju kulit atom yang memiliki energi lebih tinggi atau menuju keadaan tereksitasi.

Cahaya yang diserap oleh suatu zat berbeda dengan cahaya yang ditangkap oleh mata manusia. Cahaya yang tampak atau cahaya yang dilihat dalam kehidupan sehari-hari disebut warna komplementer. Misalnya suatu zat akan berwarna orange bila menyerap warna biru dari spektrum sinar tampak dan suatu zat akan berwarna hitam bila menyerap semua warna yang terdapat pada spektrum sinar tampak. Untuk lebih jelasnya perhatikan tabel berikut.

Panjang gelombang (nm)	Warna warna yang diserap	Warna komplementer (warna yang terlihat)
400 – 435	Ungu	Hijau kekuningan
435 – 480	Biru	Kuning
480 – 490	Biru kehijauan	Jingga
490 – 500	Hijau kebiruan	Merah
500 – 560	Hijau	Ungu kemerahan
560 – 580	Hijau kekuningan	Ungu
580 – 595	Kuning	Biru
595 – 610	Jingga	Biru kehijauan
610 – 800	Merah	Hijau kebiruan

Pada spektrofotometer sinar tampak, sumber cahaya biasanya menggunakan lampu tungsten yang sering disebut lampu wolfram. Wolfram merupakan salah satu unsur kimia, dalam tabel periodik unsur wolfram termasuk golongan unsur transisi tepatnya golongan VIB atau golongan 6 dengan simbol W dan nomor atom 74. Wolfram digunakan sebagai lampu pada spektrofotometri tidak terlepas dari sifatnya yang memiliki titik didih yang sangat tinggi yakni 5930 °C.

Gambar spektronic-20 yang bekerja pada rentang panjang gelombang sinar tanpak

Panjang gelombang yang digunakan untuk melakukan analisis adalah panjang gelombang dimana suatu zat memberikan penyerapan paling tinggi yang disebut λmaks. Hal ini disebabkan jika pengukuran dilakukan pada panjang gelombang yang sama, maka data yang diperoleh makin akurat atau kesalahan yang muncul makin kecil.

Berdasarkan hukum Beer absorbansi akan berbanding lurus dengan konsentrasi, karena b atau l harganya 1 cm dapat diabaikan dan ε merupakan suatu tetapan . Artinya konsentrasi makin tinggi maka absorbansi yang dihasilkan makin tinggi, begitupun sebaliknya konsentrasi makin rendah absorbansi yang dihasilkan makin rendah. Berikut rumus yang diturunkan dari hukum Lambert-Beer:

A= a . b . c atau A = ε . b . c

dimana:

A = absorbansi

b atau l = tebal larutan (tebal kuvet diperhitungkan juga umumnya 1 cm)

c = konsentrasi larutan yang diukur

ε = tetapan absorptivitas molar (jika konsentrasi larutan yang diukur dalam molar)

a = tetapan absorptivitas (jika konsentrasi larutan yang diukur dalam ppm).

Secara eksperimen hukum Lambert-beer akan terpenuhi apabila peralatan yang digunakan memenuhi kriteria-kriteria berikut:

1. Sinar yang masuk atau sinar yang mengenai sel sampel berupa sinar dengan dengan panjang gelombang tunggal (monokromatis).

2. Penyerapan sinar oleh suatu molekul yang ada di dalam larutan tidak dipengaruhi oleh molekul yang lain yang ada bersama dalam satu larutan.

3. Penyerapan terjadi di dalam volume larutan yang luas penampang (tebal kuvet) yang sama.

4. Penyerapan tidak menghasilkan pemancaran sinar pendafluor.

5. Indeks reflaksi larutan tidak tergantung pada konsentrasi. Dimana hukum lamber-beer tidak berlaku untuk larutan dengan konsentrasi tinggi.

Hubungan antara absorbansi terhadap konsentrasi akan linear (A≈C) apabila nilai absorbansi larutan antara 0,2-0,8 (0,2 ≤ A ≥ 0,8) atau sering disebut sebagai daerah berlaku hukum Lambert-Beer. Jika absorbansi yang diperoleh lebih besar maka hubungan absorbansi tidak linear lagi. Kurva kalibarasi hubungan antara absorbansi versus konsentrasi dapat dilihat pada Gambar.

Gambar Kurva hubungan absorbansi vs konsentrasi

Faktor-faktor yang menyebabkan absorbansi vs konsentrasi tidak linear:

1. Adanya serapan oleh pelarut. Hal ini dapat diatasi dengan penggunaan blangko, yaitu larutan yang berisi selain komponen yang akan dianalisis termasuk zat pembentuk warna.

2. Serapan oleh kuvet. Kuvet yang ada biasanya dari bahan gelas atau kuarsa, namun kuvet dari kuarsa memiliki kualitas yang lebih baik.

3. Kesalahan fotometrik normal pada pengukuran dengan absorbansi sangat rendah atau sangat tinggi, hal ini dapat diatur dengan pengaturan konsentrasi, sesuai dengan kisaran sensitivitas dari alat yang digunakan (melalui pengenceran atau pemekatan).

Zat yang dapat dianalisis menggunakan spektrofotometri sinar tampak adalah zat dalam bentuk larutan dan zat tersebut harus tampak berwarna, sehingga analisis yang didasarkan pada pembentukan larutan berwarna disebut juga metode kolorimetri. Jika tidak berwarna maka larutan tersebut harus dijadikan berwarna dengan cara memberi reagen tertentu yang spesifik. Dikatakan spesifik karena hanya bereaksi dengan spesi yang akan dianalisis. Reagen ini disebut reagen pembentuk warna (chromogenik reagent). Berikut adalah sifat-sifat yang harus dimiliki oleh reagen pembentuk warna:

1. Kestabilan dalam larutan. Pereaksi-pereaksi yang berubah sifatnya dalam waktu beberapa jam, dapat menyebabkan timbulnya semacam cendawan bila disimpan. Oleh sebab itu harus dibuat baru dan kurva kalibarasi yang baru harus dibuat saat setiap kali analisis.

2. Pembentukan warna yang dianalisis harus cepat.

3. Reaksi dengan komponen yang dianalisa harus berlangsung secara stoikiometrik.

4. Pereaksi tidak boleh menyerap cahaya dalam spektrum dimana dilakukan pengukuran.

5. Pereaksi harus selektif dan spesifik (khas) untuk komponen yang dianalisa, sehingga warna yang terjadi benar-benar merupakan ukuran bagi komponen tersebut saja.

6. Tidak boleh ada gangguan-gangguan dari komponen-komponen lain dalam larutan yang dapat mengubah zat pereaksi atau komponen komponen yang dianalisa menjadi suatu bentuk atau kompleks yang tidak berwarna, sehingga pembentukan warna yang dikehandaki tidak sempurna.

7. Pereaksi yang dipakai harus dapat menimbulkan hasil reaksi berwarna yang dikehendaki dengan komponen yang dianalisa, dalam pelarut yang dipakai.

Setelah ditambahkan reagen atau zat pembentuk warna maka larutan tersebut harus memiliki lima sifat di bawah ini:

1. Kestabilan warna yang cukup lama guna memungkinkan pengukuran absorbansi dengan teliti. Ketidakstabilan, yang mengakibatkan menyusutnya warna larutan (fading), disebabkan oleh oksidasi oleh udara, penguraian secara fotokimia, pengaruh keasaman, suhu dan jenis pelarut. Namun kadang-kadang dengan mengubah kondisi larutan dapat diperoleh kestabilan yang lebih baik.

2. Warna larutan yang akan diukur harus mempunyai intensitas yang cukup tinggi (warna harus cukup tua) yang berarti bahwa absortivitas molarnya (ε) besar. Hal ini dapat dikontrol dengan mengubah pelarutnya. Dalam hal ini dengan memilih pereaksi yang memiliki kepekaan yang cukup tinggi.

3. Warna larutan yang diukur sebaiknya bebas daripada pengaruh variasi-variasi kecil kecil dalam nilai pH, suhu maupun kondisis-kondisi yang lain.

4. Hasil reaksi yang berwarna ini harus larut dalam pelarut yang dipakai.

5. Sistem yang berwarna ini harus memenuhi Hukum Lambert-Beer.

Tujuan percobaan

1. Mahasiswa dapat menentukan panjang gelombang serapan maksimum larutan mengandung analit.

2. Mahasiswa dapat membuat kurva standar analit.

3. Mahasiswa dapat menentukan konsentrasi analit dengan metode spektrofotometri.

Alat dan bahan

Alat : spektrofotometer double beam atau spektronic 20, kuvet, labu takar,

pipet.

Bahan : air suling, larutan CuSO4 0,05 M, larutan KCrO4 0,05 M, larutan FeCI3 0.05 M.

Cara kerja

A. Penentuan panjang gelombang serapan maksimum

1. Isi kuvet bersih dengan larutan CuSO₄ 0,05 M.

2. Isi kuvet blanko dengan aquadest.

3. Baca serapan sinar/absorbansi (A) larutan CuSO₄ 0,05 M pada kisaran panjang gelombang 400-700 nm, dengan interval 5nm. Pada setiap pergantian panjang gelombang, absorbansi dinolkan dengan larutan blanko.

4. Buat kurva hubungan panjang gelombang dengan absorbansi.

5. Tentukan panjang gelombang serapan maksimumnya.

B. Pembuatan kurva standar

1. Buat seri larutan standar dengan cara mengencerkan larutan CuSO₄ 0,05 M sesuai tabel berikut :

No. Tabung	Volume CuSO4 0,05M (mL)	Volume aquadest (mL)	Konsentrasi larutan CuSO4 hasil pengenceran (M)
Blanko	0,0	10,0	0
1	2,0	8,0	0,01
2	4,0	6,0	0,02
3	6,0	4,0	0,03
4	8,0	2,0	0,04
5	10,0	0,0	0,05

2. Buat kurva standar Absorbansi vs konsentrasi CuSO₄, dengan absorbansisebagai ordinat (sumbu Y), dan konsentrasi CuSO₄ sebagai absis (sumbu Y).

3. Tentukan persamaan garis lurusnya Y=aX + b

C. Penentuan konsentrasi analit dalam laritan sampel

1. Tentukan absorbansi larutan sampel.

2. Tentukan konsentrasinya dengan cara menghitung dari persamaan garis lurus yang telah diperoleh.

D. Lakukan langkah A, B dan C untuk larutan KCrO₄ 0,05M dan FeCl₃ 0,05M.

Data pengamatan

Acara 4 : penentuan konsentrasi zat dengan cara spektrofotometri

A. Penentuan panjang gelombang serapan maksimum

Larutan	Panjang gelombang (ג) nm	Absorbansi (A)
KCrO4 0,05M	432 nm	0,818 A

B. Pembuatan kurva standar larutan

Panjang gelombang serapan maksimum : 432 nm

Larutan	Konsentrasi (M)	Absorbansi (A)	Persamaan garis lurus (Y=aX + b)
CuSO4
KCrO4	0,01 0,02 0,03 0,04 0,05	0,312 A 0,460 A 0,535 A 0,764 A 0,818 A
FeCl3

C. Penentuan konsentrasi analit dalam larutan sampel :

Absorbansi larutan (Y) = 0,0255 A

Konsentrasi analit dalam larutan sampel :

X = Y – b/a

X = 0,490- 0,084

15,90

Y= 0,0255 A

PEMBAHASAN

Berdasarkanhasilpengamatan yang telahdilakukanpadaLarutan KCrO_4,ya ngdiamatimelaluispektrofotometer, bahwa larutan yang akan diamati harus memiliki warna tertentu. Hal ini dilakukan supaya zat di dalam larutan lebih mudah menyerap energi cahaya yang diberikan. Secara kuantitatif, besarnya energi yang diserap oleh zat akanidentik dengan jumlah zat di dalam larutan tersebut. Secara kualitatif, panjang gelombang dimana energi dapat diserapakan menunjukkan jenis zatnya.

Percobaan kali ini mengambil judul penentuan konsentrasi zat dengan cara spektofotometri. Aplikasi spektrofotometri berguna dalam menentuankan panjang gelombang serapan maksimum. Untuk menentukan panjang gelombang serapan maksimum diperlukan alat dan bahan seperti: spektrofotometer double bean atau spektronic 20, kuvet, labu takar, pipet. Bahannya: air suling, larutan CuSO₄0,05, larutan KCrO₄0,05M, larutan FeCI₃0,05M.

Setelah itu membuat seri larutan standar dengan cara mengencerkan larutan CuSO40,05M. Tujuan Percobaan ini menggunakan metode spektrofotometri untuk menentukan menyatakan bahwa banyak arsorpsim berbanding lurus dengan banyaknya zat kimia (aplikasi kuantitatif). Untuk dapat memahami spektroskopi d perlukan pengetahuan tentang sifat-sifat radiasi elektromagneik, interaksinya dengan zat serta prinsipkerja maupun penggunaannya. Namun dalam percobaan ini tidak dilakukan karena keterbatasan waktu. Panjang gelombang maksimum yang dipakai yaitu432 nm.

KESIMPULAN

Kita menjadi tahu bagaimana menentukan panjang gelombang serapan maksimum(panjang gelombang serapan maksimum: 432nm), menentukan konsentrasi zat dengan cara spektrofotometri, menentukan konsentrasi analit dalam larutan sampelnya (Y): 0,0255 A) , serta mengetahui bagaimana cara mmbuat kurva standar larutan.

Daftar Pustaka

Harvey David. 2000. Modern Analytical Chemistry. New York: McGraw-Hill Comp.

Rouessac Francis, Annick Rouessac. 2007. Chemical Analysis: Modern Instrumentation Methods and Techniques. Second Edition. West Sussex: John Wiley & Sons, Ltd.

Scutero James. 2005. Agricultural Handbook. Washington D.C.: U.S. Department of Agriculture.

Wang Joseph. 2001. Analytical Electrochemistry. Second Edition. New York: John Wiley & Sons, Inc.