FOTOMETRI

I. TUJUAN

1. Mengenal peralatan Fotometer Filter

2. Mempelejari hubungan sifat serapan variasi konsentrasi komponen

pada beberapa jenis sinar.

3. Menentukan konsentrasi Fe3+ dalam larutan tugas

II. TEORI

Fotometri adalah ilmu tentang pengukuran energi dari

cahaya. Hal ini berbeda dari Radiometry, yang merupakan ilmu

tentang pengukuran energi radiasi (termasuk cahaya). Fotometri

adalah bagian dari optik yang mempelajari mengenai kuat

cahaya (intensity) dan derajat penerangan (brightness). Cahaya

adalah suatu bentuk energi yaitu energi pancaran dan diterima

oleh indera penglihatan (retina mata). Secara eksperimental,

mata sensitif terhadap

panjang gelombang daerah rendah dari pancaran cahaya

sehingga dapat membedakan intensitas antara dua sumber

cahaya yaitu dengan mengukur jumlah daya yang dipancarkan

oleh cahaya tampak. Jumlah fluks pancaran cahaya yang sama

oleh mata diterima berbeda untuk tiap-tiap warna. Umumnya

warna hijau paling sensitif untuk mata λ = 5550 Angstrom.

Ada dua macam fotometer yang digunakan, yaitu fotometer sel tunggal atau

berkas tunggal dan fotometer sel ganda atau fotometer berkas ganda. Model sel

berkas tunggal kurang umum digunakan jika dibandingkan dengan berkas ganda.

Reprodusibilitas merupakan suatu masalah jika fluktuasi arus terlalu besar.

(khopkar, 1990)

Berkas sinar yang konstan dari sumber akan melalui lensa pemfokus serta

filter sehingga menjadi monokromatis, selanjutnya berkas sinar akan melewati

larutan, sebelum menumbuk fotosel dimana berkas sinar tersebut diubah menjadi

arus pada sirkuit dan akhirnya galvanometer menunjukan defleksi. Arus ini diukur

dengan pengukur yang peka, dua skala dapat digunakan, yaitu logaritma dan yang

lain dalam persen transmitan. Tahanan geser dihubungkan secara paralel dengan

galvanometer sehingga dapat mengendalikan banyaknya arus total fotoelektrik

yang melaluinya. Ini dapat digunakan untuk mengatur agar diperoleh defleksi

penuh pada saat menguji larutan blanko. Diafragma irisnya dapat digunakan untuk

mengatur banyaknya arus sedemikian rupa sehingga galvanometer (G)

memperlihatkan penyimpanan “nol”, bila sinar melewati larutan blanko

(pengaturan “nol” dapat juga dilakukan dengan tahanan geser). Bila sampel

diletakkan pada jalany sinar, sinar melewati sampel dan kemudian menumbuk

fotosel, maka akan teramati suatu penyimpanan arus yang besarnya sebanding

dengan konsentrasi larutan.(khopkar, 1990)

Pada fotometer berkas ganda, terdapat dua tipe model. Kedua fotoselnya tetap,

sedangkan variasi intensitas didapat dari tahanan geser atau diafragma iris. Salah

satu dari fotosel dapat digerakkan sesuai dengan berkas sinar yang jatuh.

Sebenarnya ide dasar penggunaan berkas ganda tersebut agar fluks cahaya yang

masuk kondisinya sama sehingga dapat mengurangi kesalahan pengoperasian.

Pada berkas ganda ini yang diukur adalah perbedaan intensitas antara dua berkas

sinar, yaitu antara berkas sinar yang melalui larutan dan sinar yang melalui larutan

sampel. Prinsip kerjanya adalah berkas sinar dari sumber sinar kontinu dilewatkan

kefilter dan dibagi menjadi dua bagian. Satu bagian sinar dilewatkan kekuvet yang

berisi sampel dan kemudian menumbuk permukaan fotosel. Bagian sinar yang

lain setelah melalui diafragma iris yang dapat digerak-gerakkan baru melalui

larutan pembanding untuk kemudian tiba pada respons yang sama untuk

mengoperasikannya. (khopkar, 1990)

Sebuah spektrofotometer adalah suatu instrumen untuk mengukur

transmitans atau adsorban suatu contoh sebagai fungsi panjang gelombang;

pengukuran terhadap sederatan sampel pada suatu panjang gelombang tunggal

dapat pula dilakukan. Instrumen semacam itu dapat dikelompokkan secara manual

atau merekam atau pengelompokan lain: berkas tunggal dan berkas rangkap.

Dalam praktek instrumen berkas tunggal biasanya dijalankan dengan tangan

(manual), dan instrumen berkas rangkap umumnya mencirikan perekaman

automatik terhadap spektra serapan, namun dimungkinkan untuk merekam suatu

spektrum dengan instrumen berkas tunggal. Pengelompokan cara lain didasarkan

pada daerah spektral, dan kita menyebut spektrofotometer inflamerah, ultraviolet,

dan sebagainya.(underwood,1989)

Komponen yang penting sekali dari suatu spektrofotometer yaitu:

1. Suatu sumber energi cahaya yang berkesinambungan yang meliputi daerah

spektrum dalam mana spektrum itu dirancang untuk beroperasi. Sumber energi

cahaya yang biasa untuk daerah tampak ( dari) spektrum itu maupun daerah

ultraviolet dekat dan inflamerah dekat adalah sebuah lampu pijar dengan kawat

rambut dari wolfram. Pada kondisi operasi biasa, keluaran lampu wolfram ini

memadai dari sekitar 325 atau 350 nm kesekitar 3m. Energi yang dipancarkan

oleh kawat yang dipanaskan itu beraneka sekali menurut panjang

gelombangnya. Distribusi energi merupakan fungsi temperatur kawat, yang

selanjutnya bergandtung pada voltase yang disuplai kepada lampu; kenaikan

temperatur operasa, meaikkan keluaran energi total dan menggeser puncak ke

panjang gelombang yang pendek. Jadi voltase kepada lampu haruslah stabil,

maka digabung kedalam instrumen itu suatu suplai daya yang diatur. Panasa

dari lampu wolfram dapat merepotkan, sering kali rumah lampu itu diselubungi

air atau didinginkan dengan suatu penghembus angin untuk mencegah agar

sampel ataupun komponen lain dari instrumen itu menjadi hangat.

2. Suatu Monokromator adalah piranti optis untuk memencilkan pita sempit

panjang panjang gelombang dari spektrum lebar yang dipancarkan oleh sumber

cahaya (tentu saja kemonokromatikan yang sebenar-benarnya tidak tercapai)

Monokomator adalah piranti optis yang memencilkan suatu berkas radiasi dari

suatu sumbar berkesinambungan, berkas mana mempunyai kemurnian spektral

yang tinggi dengan panjang gelombang apa saja yang diinginkan. Komponen

yang hakiki (esensial) dari sebuah monokromator adalah suatu sistem celah

atau suatu unsur dispersif. Radiasi dari sumber difokuskan kecelah masuk,

kemudian disejajarkan oleh sebuah lensa atau cermin sehingga suatu berkas

sejajar jatuh keunsur pendispersi, yang berupa prisma atau suatu kisi difraksi.

Kemurniaan spektral dari radiasa yang keluar dari dalam monokromaro itu

tegantung pada daya dipersi dari prisma dan lebar celah keluar. Dengan

monokromator prisma, lebar celah tertentu tidak menghasilkan derajat

kemonokromatikkan yang sama sepnjang spketrum itu. Ketergantungan

panjang gelombag dari dipersi suatu prisma adalah sedemikian rupa, sehingga

panjang gelombang dalam spektrum itu tidak seragam penebarannya. Dispersi

besar untuk panjang gelombang yang lebih pendek, dan karenanya cahaya yang

lebih besar disini akan mencapai derajat kemurnian spektral yang sama seperti

celah yang lebih sempit pada panjang gelombang yang lebih panjang.

Suatu masalah monokromator adalah apa yang disebut cahaya nyasar,

dengan mana yang diartikan radiasai yang panjang gelombangnya tak jelas

yang terpantul didalam monokromator dan dapat menerobos keluar lewat celah

keluar. Dalam instrumen yang baik ini diminimalkan dengan menggunakan

permukaan hitam kusam dan dengan menyisipkan sekat-sekat dalam posisi-

posisi yang tepat. Dalam isntrumen yang lebih bagus lagi, cahaya nyasar

tersebut dikurangi sampai ketingkat luar biasa rendahnya dengan menggunakan

monomkromator rangkap, umunya dengan menggunakan baik primsa maupun

kisi.

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 daerah spektral yang diminati.

4. Detektor, detektor fotolistrik yang paling sederhana tabung foton. Ini berupa

tabung hampa udara, dengan jendela yang tembus cahaya, yang berisi sepasang

elektroda, melintasi elektroda tersebut diberi selisih potensial.

5. Penguatan dan pembacaan, suatu pengganda (amplifiier) dan rangkaian yang

berkaitan yang membuat isyarat listrik itu memadai untuk dibaca.

6. Pengukuran diferensial, biasanya larutan pembanding dalam spektrofotometri

adalah pelarut murni atau sesuatu macam larutan blanko yang mengandung

sedikit zat yang akan ditetapkan atau tidak sama sekali.( underwood,1989)

Contoh penerapan metode Spektrofotometri bisa dilihat pada contoh

berikut, jika memiliki suatu larutan glukosa yang tidak diketahui konsentrasinya,

dengan metode spektrofotometri dapat digunakan untuk mengetahui konsentrai

glukosa dalam larutan itu. Pada metode Spektrofotometri, cahaya pada panjang

gelombang tertentu dilewatkan melalui sampel larutan glukosa, dari cahaya yang

dilewatkan itu ada yang terserap dan ada yang lewat begitu saja. Banyaknya

cahaya yang terserap oleh molekul glukosa dapat diukur atau diketahui, dan nilai

tersebut merefleksikan jumlah glukosa yang ada di dalam larutan sampel. Secara

singkat peristiwa tersebut digambarkan lewat formula berikut:

A = log (Po/P)

Dimana:

A= Absorbansi atau serapan

Po = Irradiansi awal, satuannya Watt per meter persegi (W/m2)

P = Irradiansi akhir, satuannya Watt per meter persegi (W/m2)

Irradiansi adalah besarnya energi per detik per luas area celah cahaya (light

beam).

Bila rumus itu dikaitkan dengan pengukuran glukosa di atas maka bisa

digambarkan seperti berikut ini:

Misalkan, ketika cahaya yang dilewatkan tidak ada yang diserap oleh

larutan sampel maka dapat dikatakan P = Po, yang berarti A = 0, karena

nilai log 1 = 0.

Ketika cahaya yang dilewatkan diserap sebanyak 90% oleh molekul

glukosa, maka hanya 10% cahaya yang dilewatkan. Dengan demikian nilai

P = Po/10, perbandingan tersebut menghasilkan nilai Absorbansi sebesar 1

(A=1), karena log (Po/P) = log 10 = 1.

Ketika cahaya yang dilewatkan diserap sebanyak 99% oleh molekul

glukosa, maka hanya 1% cahaya yang dilewatkan. Pada keadaan itu, nilai

P = Po/100, perbandingan nilai P dengan Po tersebut menghasilkan nilai

absorbansi sebesar 2 (A=2), karena log (Po/P) = log 100 = 2.

Hukum Lambert-Beer

Hukum Lambert-Beer menyatakan bahwa besarnya serapan (A) proporsional

dengan besarnya konsentrasi (c) dari zat uji. Secara matematis Hukum Lambert-

Beer dinyatakan dengan persamaan

A = εbc

Dimana:

ε = epsilon atau Absorptivitas Molar (M-1cm-1)

b = lebar celah (cm)

c = konsentrasi (M)

Dari persamaan di atas dapat diketahui bahwa serapan (A) tidak memiliki

satuan dan biasanya dinyatakan dengan unit absorbansi. Absorptivitas Molar pada

persamaan di atas adalah karakteristik suatu zat yang menginformasikan berapa

banyak cahaya yang diserap oleh molekul zat tersebut pada panjang gelombang

tertentu. Semakin besar nilai Absorptivitas Molar suatu zat maka semakin banyak

cahaya yang diabsorbsi olehnya, atau dengan kata lain nilai serapan (A) akan

semakin besar.

Hukum Lambert-Beer di atas berlaku pada larutan dengan konsentrasi

kurang dari sama dengan 0.01 M untuk sebagian besar zat. Namun, pada larutan

dengan konsentrasi pekat maka satu molekul terlarut dapat memengaruhi molekul

terlarut lain sebagai akibat dari kedekatan masing-masing molekul pada larutan

dengan konsentrasi yang pekat tersebut. Ketika satu molekul dekat dengan

molekul yang lain maka nilai Absorptivitas Molar dari satu molekul itu akan

berubah atau terpengaruh. Secara keseluruhan, nilai Absorbansi yang dihasilkan

pun ikut terpengaruh, sehingga secara kuantitatif nilai yang ditunjukkan tidak

mencerminkan jumlah molekul yang diukur di dalam larutan uji. Itulah makanya

ketika larutan sampel yang Kamu miliki konsentrasinya tinggi, Kamu harus

mengencerkannya terlebih dahulu sebelum dikukur secara spektrofotometri.

Secara umum, uji kuantitatif suatu sampel harus memberikan serapan antara 0.2 –

0.8, atau toleransinya 0.1 – 0.9. Jika nilai serapan sampel kurang dari persyaratan

tersebut, maka Kamu tidak bisa menggunakan metode spektrofotometri untuk

mengkuantifikasinya. Atau jika nilai serapan sampel Kamu lebih dari persyaratan

tersebut, maka Kamu harus mengencerkan sampel yang Kamu miliki sehingga

hasil pengencerannya memberikan serapan pada range nilai serapan yang

dipersyaratkan.(http://informasitips.com/spektrofotometri-absorbansi-dan-

konsentrasi-hukum-lambert-beer)

III. PROSEDUR PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan

a. Alat

Peralatan Filter Fotometer : pengukur serapan sinar sampel.

Kuvet : wadah sampel.

Labu ukur 100 mL dan 25 mL : wadah pengenceran.

Pipet gondok 5 mL : penakar volume.

Buret 25 mL : wadah larutan standar

b. Bahan .

Larutan standar Fe+3 500 ppm : larutan sampel.

Asam salisilat 1% : larutan pengomplek dan pemberi

warna.

Asam asetat 0,1 N : penstabil

Aquadest : pelarut larutan induk Fe.

3.2 Cara Kerja

1. Larutan Fe+3 50 mg/L dibuat dari larutan induk Fe+3 500 mg/L.

2. Deretan standar dengan variasi 0 ; 0,5 ; 1,0 ; 2,0 ; 4,0 ; 7,0 dan 10 mL

dibuat dengan menggunakan buret kedalam labu ukur 50 mL.

3. Masing-masing ditambahkan 2 mL asam salisilat dan 5 mL asam asetat

0,1 M, lalu diencerkan sampai tepat tanda batas.

4. Larutan tugas diminta pada asisten dengan menggunakan labu ukur

yang sama dan diperlakukan sama dengan deretan standar.

5. Alat diset dengan benar pada jenis sinar monokromatis yang

ditugaskan.

6. Diukur dan dicatat nilai transmitan semua larutan diatas. Diulangi

pengukuran pada dua panjang gelombang lain yang ditugaskan asisten.

7. Diukur larutan tugas pada panjang gelombang / jenis filter sinar

monokromatis yang memberikan serapan tertinggi.

8. Ditentukan adsorban dan dibuat kurva kalibrasi standar dari data yang

diperoleh.

Pemakaian alat Filter Fotometer

1. Tombol PI diminimumkan dan alat dihubungkan dengan sumber arus

listrik.

2. Alat di “ON” kan dan dibiarkan stabil lebih kurang 10 menit.

3. Monokromator / filter diset pada panjang gelombang / filter yang

ditugaskan.

4. Blanko dimasukkan pada posisi bulatan putih, C1 pada posisi merah

lalu tutup. Mode adsorban dipilih pada posisi putih / blanko.

5. Tombol PI / tombol fine diatur sehingga skala tepat menunjukkan

angka 100 persen T. Maka alat telah set.

6. Pengukuran dipindahkan pada posisi merah. Dibaca dan dicatat nilai

transmitannya.

7. Hal ini dilakukan terhadap seuruh larutan standar.

8. Hal yang sama dilakukan pengukuran terhadap dua panjang

gelombang yang lain yang ditugaskan Assisten.(untuk setiap

penggantian panjang gelombang, alat harus diset ulang dengan

menggunakan blanko).

9. Pengukuran dilakukan dengan larutan tugas pada satu panjang

gelombang dimana serapannya maksimum.

10. Seluruh data Transmittan dikonversi menjadi nilai absorban dengan

menggunakan scientific calculator atau daftar logaritma, lalu dibuat

kurva kalibrasinya.

11. Nilai Cx ditentukan dari larutan tugas.

12. Diminimumkan tobol PI jika telah selesai. Dimatikan / offkan alat

fotometer.

3.3 Skema kerja

Larutan Fe3+ 50 mg/L

Dibuat dari larutan induk Fe3+ 500 mg/L

Deretan standar dengan variasi 0;0,5;1,0;2,0;4,0;7,0; dan 10 mL

Dibuat menggunakan buret kedalam labu ukur 50 mL

Ditambahkan 2 mL asam salisilat dan 5 mL asam asetat 0,1 M

kedalam masing-masing labu ukur.

Diencerkan tepat sampai tanda batas

Larutan tugas

Diperlakukan sama dengan deretan standar.

Alat fotometer

Diset dengan benar pada sinar monokromatis yang ditugaskan

Diukur dan dicatat nilai transmitan semua larutan.

Diulangi pengukuran pada dua panjang gelombang lain yang

ditugaskan.

Diukur pula larutan tugas pada panjang gelombang/ jenis filter

monokromatis yang memberikan serapan tertinggi.

Dihitung nilai adsorban

DAFTAR PUSTAKA

Khopkar. 1990. Konsep-Konsep Kimia Analitik . UI Press . Jakarta .

Underwood, LA. 1989. Analisa Kimia Kuantitatif, 3thed. Jakarta : Erlangga

http://share.its.ac.id/mod/resource/view.php%3Fid%3D1624%26redirect%3D1

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/instrumen_analisis/spektrum_serapan_ultraviolet-tampak __uv-vis_/hukum_beer_lambert/

http://informasitips.com/spektrofotometri-absorbansi-dan-konsentrasi-hukum-lambert-beer