Selasa, 30 Agustus 2011

PRAKTIKUM KIMIA ANALITIK INSTRUMEN CARA PENGOPERASIAN SPECTRONIC-20 GENESIS SECARA VIRTUAL LABORATORY

PRAKTIKUM KIMIA ANALITIK INSTRUMENCARA PENGOPERASIAN SPECTRONIC-20 GENESIS

SECARA VIRTUAL LABORATORY

I. Judul Praktikum : Cara Pengoperasian Spectronic-20 Genesis secara

Virtual Laboratory

II. Tujuan Praktikum :a. Mahasiswa dapat melakukan percobaan secara virtual laboratory dengan menggunakan

spectronic 20-Genesis

b. Mahasiswa dapat menjelaskan prinsip dasar Spectronic-20 Genesis melalui media

pembelajaran kimia tanpa melakukan eksperimen secara langsung di laboratorium

III. Landasan Teori:

Gambar Spektrofometer Spektronik-20

Spektronik-20 yang ditunjukkan pada gambar di atas pada hakekatnya terdiri dari

monokromator kisi-difraksi dan sistem deteksi elektronik, amplifikasi dan pengukuran.

Spektronik-20 merupakan spektrometer visible yang susunannya menggunakan satu berkas

tunggal (single beam). Spektrofotometer jenis ini memiliki susunan paling sederhana yang

terdiri dari sumber sinar, monokromator, kisi difraksi dan sistem pembacaan secara langsung.

Cahaya putih dari lampu wolfram difokuskan oleh lensa A ke celah masuk; lensa B

mengumpulkan cahaya dari celah masuk itu dan memfokuskan ke celah keluar setelah

dipantulkan dan didespersikan oleh kisi difraksi untuk memperoleh berbagai panjang

gelombang. Cahaya monokromatik yang menembus celah keluar melewati sampel yang akan

diukur dan jatuh ke tabung foto.

(http://annisanfushie.wordpress.com/open-the-page-in-blog/)

Di dalam suatu molekul yang memegang peranan penting adalah elektron valensi

dari setiap atom yang ada hingga terbentuk suatu materi. Elektron-elektron yang dimiliki oleh

suatu molekul dapat berpindah (eksitasi), berputar (rotasi) dan bergetar (vibrasi) jika dikenai

suatu energi.

            Ketika cahaya dengan panjang berbagai panjang gelombang (cahaya polikromatis)

mengenai suatu zat, maka cahaya dengan panjang gelombang tertentu saja yang akan diserap.

Jika zat menyerap cahaya tampak dan UV maka akan terjadi perpindahan elektron dari

keadaan dasar menuju ke keadaan tereksitasi. Perpindahan elektron ini

disebut transisi elektronik. Apabila cahaya yang diserap adalah cahaya inframerah maka

elektron yang ada dalam atom atau elektron ikatan pada suatu molekul dapat hanya akan

bergetar (vibrasi). Sedangkan gerakan berputar elektron terjadi pada energi yang lebih rendah

lagi.

                Atas dasar inilah spektrofotometri dirancang untuk mengukur konsentrasi suatu

suatu yang ada dalam suatu sampel. Dimana zat yang ada dalam sel sampel disinari dengan

cahaya yang memiliki panjang gelombang tertentu. ketika cahaya mengenai sampel sebagian

akan diserap, sebagian akan dihamburkan dan sebagian lagi akan diteruskan. Pada

spektrofotometri, cahaya datang atau cahaya masuk atau cahaya yang mengenai permukaan

zat dan cahaya setelah melewati zat tidak dapat diukur, yang dapat diukur adalah It/I0 atau

I0/It. Proses penyerapan cahaya oleh suatu zat dapat digambarkan :

Cahaya yang diserap diukur sebagai absorbansi (A) sedangkan cahaya yang

hamburkan diukur sebagai transmitansi (T), dinyatakan dengan hukum lambert-beer atau

Hukum Beer, berbunyi: jumlah radiasi cahaya tampak (ultraviolet, inframerah dan

sebagainya) yang diserap atau ditransmisikan oleh suatu larutan merupakan suatu

fungsi eksponen dari konsentrasi zat dan tebal larutan.

               Berdasarkan hukum Lambert-Beer, rumus yang digunakan untuk menghitung banyaknya cahaya yang hanburkan:

dan absorbansi dinyatakan dengan rumus:

dimana I0 merupakan intensitas cahaya datang dan It atau I1 adalah intensitas cahaya setelah

melewati sampel. Hukum beer dapat ditulis sebagai:

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.

             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

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.

              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.

Zat yang dapat dianalisis menggunakan spektrofotometri sinar tampak adalah zat

dalam bentuk larutan dan zat tersebut harus tampak berwarna. Jika tidak berwarna

maka larutan tersebut harus dijadikan berwarna dengan cara memberi reagen tertentu yang

spesifik. Reagen ini disebut reagen pembentuk warna. 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 larutan 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.

(https://wanibesak.wordpress.com/tag/spektrofotometer-sinar-tampak/)

IV. Alat dan Bahan :

Program Pendukung , powered by : Macromedia Flash Player 6

Alat : Spectronic-20 Genesis

Bahan : a. Larutan Blanko (aquadest)

b. Larutan berwarna CoCl4-2 (biru muda )dan Co(H2O)6

+2 (merah muda).

V. Prosedur Kerja:            klik in : http://my-diaryzone.blogspot.com/2011/01/chemistry-animations-and-simulations.html

a. Penentuan Panjang Gelombang Serapan Maksimum dari larutan sampel CoCl4-2 dan

Co(H2O)6+2

1. Perhatikan Macromedia Flash Player 6 . Media pembelajaran tersebut merupakan bentuk

virtual laboratory dari sebuah spectronic-20 Genesis, hampir semua fungsi utama dari

instrumen dapat dilakukan secara virtual dengan media tersebut, misalnya pemilihan panjang

gelombang, pengukuran absorbansi /transmitansi, hubungan konsentrasi dengan absorbansi

dan pencarian panjang gelombang dengan serapan maksimum.

2. Tahap pertama dalam virtual ini adalah menentukan panjang gelombang serapan maksimum

dari larutan berwarna CoCl4-2 (biru muda )dan Co(H2O)6

+2 (merah muda).

3. Spectronic -20 Genesis ini memiliki dua mode yaitu Wavelength mode dan Molarity mode.

Untuk tahap pertama, pastikan memilih bagian pada Wavelength Mode dengan indikasi ada

tombol persegi berwarna biru dibagian bawah kiri dengan tulisan Molarity mode.

4. Lihat kotak berwarna kuning di sebelah kiri gambar alat ini dimana di dalamnya terdapat dua

kuvet yaitu untuk sampel (dapat di gunakan untuk dua larutan) dan untuk blanko (aquadest).

5. Buka tempat kuvet (sample compartement) dengan menekan kotak tombol yang bertuliskan

Click here to open. Setelah tempat kuvet terbuka, arahkan kursor ke kuvet yang berisi

aquadest, tekan ,dan tariklah kuvet tersebut ke dalam tempat kuvet sambil tetap menekan

mouse kiri. Kemudian tutup tempat kuvet dengan menekan tombol dialog yang sesuai.

Pastikan bahwa display LCD pada spectronic-20 Genesis menunjukkan panjang gelombang

400 nm . Set pembacaan alat ini pada absorban nol (karena larutan blanko) dengan menekan

tombol yang bertuliskan 0 ABS / 100%T. Perhatikan display yang harus menunjukkan nilai

absorban nol (0.000 A). Sampai pada langkah ini, dapat diketahui bahwa pada panjang

gelombang tersebut semua cahaya yang diberikan akan ditransmisikan semua (tidak ada yang

diserap).

6. Buka tempat kuvet dan kembalikan kuvet pada tempatnya semula dengan menekan tombol

biru bertuliskan Remove cuvette. Dengan kondisi tempat kuvet masih terbuka, tempatkan

kuvet sampel yang berisi salah satu larutan ke dalam tempat kuvet dengan cara yang sama

sebagaimana tadi menempatkan kuvet blanko. Kemudian tutup tempat kuvet dan catat nilai

absorban yang ditampilkan pada display. Perhatikan bahwa di bagian atas alat sekarang

tergambar tampilan kurva hubungan antara absorban dan panjang gelombang dengan satu

nilai dari absorban dari larutan sampel yang ditempatkan pada alat spectronic-20 Genesis.

7. Buka tutup tempat kuvet dan kembalikan kuvet di tempatnya semula. Naikkan nilai panjang

gelombang menjadi 410 nm dengan cara menekan tombol naik (berwarna kuning) yang

terletak tepat di bawah display. Kemudian ulangi langkah-langkah berikutnya untuk setiap

kenaikan panjang gelombang sebesar 10 nm sampai mencapai panjang gelombang 600 nm.

8. Setelah selesai melakukan semua panjang gelombang dengan range antara 400-600 nm

dengan interval 10 nm, berdasarkan kurva yang tergambar pada tampilan, analisis setiap

pergerakan point di sekitar daerah panjang gelombang yang diperkirakan terdapat panjang

gelombang dengan serapan (absorban) yang terbesar.

9. Ulangi langkah 5 sampai 8 untuk larutan sampel yang kedua.

10. Tentukan panjang gelombang dengan serapan maksimum dari dua larutan sampel yang

diberikan berdasarka kurva kalibrasi yang terbentuk !

b. Pembuatan kurva kalibrasi dari dari larutan standar CoCl4-2 dan Co(H2O)6

+2

1. Setelah selesai dengan tahap pertama, ubahlah mode spectronic ini pada Molarity mode,

dengan menekan tombol biru pada bagian kiri bawah.

2. Tentukan larutan standar yang ingin digunakan, aturlah agar panjang gelombang yang akan

digunakan yaitu panjang gelombang yang diperoleh pada tahap pertama sesuai dengan

larutan standar yang dipilih. Dengan larutan yang sama, jangan mengubah panjang

gelombang ini selama percobaan.

3. Variasikan konsentrasi larutan dengan mengatur nilai Molarity pada kotak dialog kuning di

sebelah pilihan larutan. Setiap larutan agar diatur sedemikian rupa sehingga dapat diperoleh

beberapa data . Catat data konsentrasi dan absorbansi yang terbaca pada display !

4. Dengan menggunakan microsoft excel , plot data yang diperoleh dan tentukan slope(m) dan

intercept (c )dan persamaan garis y= mx + c. Perhatikan nilai r2 !

5. Ulangi langkah 2-4 dengan larutan kedua dan panjang gelombang yang sesuai.

6. Analisis hubungan antara konsentrasi larutan sampel terhadap absorbansi berdasarkan kurva

kalibrasi yang diperoleh dan amati apakah kurva ini memenuhi Hukum Lambert-Beer atau

tidak. Berikan penjelasan grafik !

Sebagai sampling dari pengoperasian Spectronic-20 Genesis dengan menggunakan

versi Virtual Laboratory, maka perhatikan contoh berikut ini :

VI. Data Pengamatan (contoh 1):

a. Larutan CoCl4-2

Panjang gelombang (nm) Absorbansi400 0.245410 0.323420 0.405430 0.468440 0.519450 0.569460 0.626470 0.674480 0.728490 0.778500 0.816510 0.831

520 0.801530 0.759540 0.668550 0.544560 0.398570 0.264580 0.192590 0.146600 0.13

Berdasarkan kurva yang diperoleh , terlihat bahwa terdapat kurva berbentuk parabola

terbuka ke bawah dengan puncak panjang gelombang maksimum pada 510 nm.

b. Larutan Co(H2O)6+2

Panjang gelombang (nm) absorbansi400 0.028410 0.039420 0.058430 0.095440 0.15450 0.222460 0.294470 0.346480 0.387490 0.427500 0.476510 0.506520 0.486530 0.42540 0.319550 0.232560 0.152570 0.09580 0.056590 0.043600 0.036

Berdasarkan kurva yang diperoleh , terlihat bahwa terdapat kurva berbentuk parabola

terbuka ke bawah dengan puncak panjang gelombang maksimum pada 510 nm.

Spektrum absorbsi adalah grafik yang menyatakan hubungan antara absorbansi

dengan panjang gelombang. Spektrum ini dapat dibuat dengan cara mengalurkan nilai

absorbansi suatu larutan standar dengan konsentrasi tertentu pada berbagai panjang

gelombang. Berdasarkan spektrum ini, panjang gelombang maksimum suatu larutan dapat

ditentukan. Bila kurvanya ideal, akan diperoleh kurva simetri dengan puncak sempit,

sehingga absorbansi maksimum(terbesar) berada di puncak kurva.

Panjang gelombang maksimum dapat diketahui dengan melihat nilai absorbansi

maksimum yang terukur pada spektronik-20 untuk panjang gelombang tertentu. Kenapa

panjang gelombang maksimum yang dipilih, hal ini karena di sekitar panjang gelombang

maksimum tersebut, bentuk kurva serapan adalah datar sehingga hukum Lambert-Beer akan

terpenuhi dengan baik sehingga kesalahan yang ditimbulkan pada panjang gelombang

maksimum dapat diperkecil. Larutan sampel tertentu menghasilkan warna komplementer

yang dapat menyerap cahaya. Warna-warna ini ditimbulkan oleh adanya panjang gelombang

yang dimiliki larutan tersebut. Setiap warna memiliki panjang gelombang yang berbeda-beda

dengan interval tertentu.

(http://junikomang.blogspot.com/2010/03/analisis-campuran-dua-komponen-tanpa.html)

Contoh (2):

B. Membuat Kurva Kalibrasi Standar Larutan Standar CoCl4-2 dan Co(H2O)6

+2

a.      Kurva Kalibrasi Larutan Standar CoCl4-2 pada 510 nm

Konsentrasi Absorbansi0.002 00.004 0.6640.006 0.9970.008 1.3290.01 1.661

0.012 1.9930.014 2.3250.016 2.6580.018 2.990.02 3.322

Berdasarkan grafik ini , terlihat bahwa kurva yang terbentuk adalah linier, di mana

konsentrasi sampel Larutan Standar CoCl4-2 berbanding lurus dengan absorbansi yang terjadi

pada panjang gelombang maksimum 510 nm. Hal ini telah sesuai dengan Hukum Lambert-

Beer.

b. Kurva Kalibrasi Larutan

Standar Co(H2O)6+2 pada 510 nm

Konsentrasi Absorbansi0.002 00.004 0.4050.006 0.6070.008 0.810.01 1.012

0.012 1.2140.014 1.4170.016 1.6190.018 1.8220.02 2.024

Berdasarkan grafik ini , terlihat bahwa kurva yang terbentuk adalah linier , di mana

konsentrasi sampel Larutan Standar Co(H2O)6+2 berbanding lurus dengan absorbansi yang

terjadi pada panjang gelombang maksimum 510 nm. Hal ini telah sesuai dengan Hukum

Lambert-Beer.

Kurva kalibrasi adalah grafik yang menyatakan hubungan antara absorbansi yang

diukur pada panjang gelombang maksimum dengan konsentrasi suatu larutan standar. Untuk

membuat kurva kalibrasi, dibuat larutan (standar) induk/stock yang kemudian diencerkan

sesuai variasi konsentrasi yang dikehendaki. Larutan-larutan encer ini diukur absorbansi/

transmitannya padapanjang gelombang maksimum.

Menurut hukum Lambert-Beer, bila sistem ideal, akan diperoleh garis lurus melalui

titik (0,0) karena secara matematikhubungan antara absorbansi (tanpa satuan), dinyatakan

dengan persamaan A =є . b. C dengan A adalah absorbansi (tanpa satuan), є adalah koefisien

ekstingsi molar (mol-1. cm-1), b adalah panjang jalan sinar (1 cm) dan C adalah

konsentrasi (molar).

Plot absorbansi terhadap konsentrasi, atau log %T terhadap konsentrasi dikenal

sebagai aluran hukum Beer. Untuk membuat graft diukur absorbans sederetan larutan dengan

konsentrasi yang diketahui. Tebal sel dan panjang gelombang yang dipakai diambil tetap.

Jika diperoleh aluran yang lurus, artinya larutan (dan alatnya) mengikuti hukum Lambert-

Beer pada panjang gelombang yang dipakai, maka aluran ini dapat dipakai untuk menentukan

konsentrasi suatu larutan.

Salah satu syarat hukum Beer adalah sinar yang dipakai harus monokromatik. Hal ini

hanya dapat diperoleh di laboratorium. Oleh karena pada saat yang bersamaan beberapa

panjang gelombang yang melewati larutan, maka tampaknya hukum Beer tidak diikuti dan

diperoleh aluran yang tidak lurus (melengkung). Untuk itu; tujuan pada awal kebanyakan

analisis optik adalah mencari panjang gelombang yang dapat menghasilkan aluran hukum

Beer yang lurus atau melengkung sedikit sekali.

(http://biografinanni.blogspot.com/2009/11/spektroskopi-serapan-dalam-daerah.html)

VII. Simpulan Berdasarkan contoh pengoperasian Virtual Laboratory Spectronic-20 di atas, dapat

disimpulkan bahwa :

a. Panjang gelombang maksimum suatu larutan sampel berwarna dapat diketahui dengan

melihat nilai absorbansi maksimum yang terukur pada spektronik-20 untuk panjang

gelombang tertent dan dapat dianalisis melalui kurva hubungan antara panjang gelombang

dan absorbansi.

b. Kurva kalibrasi adalah grafik yang menyatakan hubungan antara absorbansi yang

diukur pada panjang gelombang maksimum dengan konsentrasi suatu larutan standar.

Untuk membuat kurva kalibrasi, dibuat larutan (standar) induk/stock yang kemudian

diencerkan sesuai variasi konsentrasi yang dikehendaki. Larutan-larutan encer ini

diukur absorbansi/ transmitannya padapanjang gelombang maksimum Menurut

hukum Lambert-Beer, bila sistem ideal, akan diperoleh garis lurus melalui titik (0,0).

VIII. Daftar Pustaka

http://annisanfushie.wordpress.com/open-the-page-in-blog/

https://wanibesak.wordpress.com/tag/spektrofotometer-sinar-tampak/

http://junikomang.blogspot.com/2010/03/analisis-campuran-dua-komponen-tanpa.html

http://biografinanni.blogspot.com/2009/11/spektroskopi-serapan-dalam-daerah.html