PRINSIP PEMBIASAN PADA REFRAKTOMETER1)

Arsela Komaralita2)

Abstrak

Refraktometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur kadar atau

konsentrasi suatu larutan dengan memanfaatkan prinsip pembiasan pada prisma.

Nilai indeks bias pada refraktometer disebut dengan Brix meter yang ditemukan

oleh ahli kimia berkebangsaan Jerman yaitu Prof. A. F. W. Brix.

Kata kunci : Refraktometer, Indeks Bias pada Prisma

Pendahuluan

Fisika merupakan ilmu yang berangkat berdasarkan pada fenomena-

fenomena alam serta mempunyai peran penting dalam kemajuan peradaban

manusia. Pemanfaatan ilmu fisika sendiri dapat dimanfaatkan dalam berbagai

bidang baik bidang pendidikan, bidang kedokteran, bidang perindustrian, dan

sebagainya. Salah satu pemanfaatan ilmu fisika yang sederhana adalah

pemanfaatan prinsip pembiasan. Ketika sebuah berkas cahaya mengenai sebuah

permukaan bidang batas yang memisahkan dua medium berbeda, seperti misalnya

sebuah permukaan udara kaca, energi cahaya tersebut dipantulkan dan memasuki

medium kedua, perubahan arah dari sinar yang ditransmisikan tersebut disebut

pembiasan (Tipler, 2001: 446). Peristiwa pembiasan sendiri sering dijumpai

dalam kehidupan sehari-hari, sebagai contoh pada saat memasukkan pensil ke

dalam gelas yang berisi air bagian yang pensil yang berada pada permukaan air

atau tempat bertemunya dua medium akan terlihat pensil seolah patah.

Pertemuan antar dua medium baik dari medium rapat ke medium kurang

rapat maupun sebaliknya akan menghasilkan suatu nilai indeks bias. Indeks bias

adalah perbandingan kecepatan cahaya ketika berada dalam suatu zat atau

medium dengan kecepatan cahaya ketika di ruang hampa. Indeks bias sendiri

1

merupakan parameter yang sangat penting dan berkaitan erat dengan parameter

lain seperti parameter temperatur, kadar/konsentrasi larutan, dan lain-lain.

Salah satu alat yang menerapkan prinsip pembiasan antara lain

refraktometer. Refraktometer adalah alat untuk menguji kadar/konsentrasi suatu

larutan (larutan garam, gula, protein, dsb) dengan melewatkan cahaya ke

dalamnya. Refraktometer mempunyai peran penting dalam kehidupan sehari-hari,

misalnya dalam bidang kelautan refraktometer dapat digunakan untuk menguji

salinitas air laut yang nantinya akan berguna untuk mengetahui karakteristik laut

atau suatu perairan, dalam dunia kedokteran refraktometer digunakan untuk

menentukan konsentrasi zat-zat yang terkandung dalam obat-obatan.

Berdasarkan uraian di atas peneliti tertarik untuk membahas lebih lanjut

prinsip kerja refraktometer yang memanfaatkan prinsip pembiasan cahaya dalam

menentukan kadar/konsentrasi pada suatu larutan.

1) Disetujui untuk diseminarkan tanggal 13 Oktober 20152) Mahasiswa Program Studi Pendidikan Fisika dengan NIM 06111011012

2

Refraktometer

Refraktometer bekerja menggunakan prinsip pembiasan cahaya ketika

melalui suatu larutan. Sumber cahaya ditransmisikan oleh serat optik ke dalam

salah satu sisi prisma dan secara internal akan dipantulkan ke interface prisma dan

sampel larutan. Bagian cahaya ini akan dipantulkan kembali ke sisi yang

berlawanan pada sudut tertentu yang tergantung dari indeks bias larutannya

(Hidayanto, 2010: 114).

Gambar 1. Skema bagian-bagian refraktometer genggam

Bagian-bagian refraktometer, antara lain:

1. Illuminator flap berfungsi menghasilkan cahaya yang menyebar dan

membantu untuk menjaga sampel tetap di tempatnya.

2. Prisma berfungsi untuk mengukur indeks bias dan mengubah cahaya

polikromatis yang berasal dari matahari maupun lampu menjadi cahaya

monokromatis.

3. Knop pengatur (calibration screw) berfungsi untuk kaliberasi skala dengan

menggunakan aquades.

4. Strip bimetal (bimetallic strip) berfungsi untuk mengatur perubahan suhu

yang terjadi pada refraktometer, jika suhu kurang dari 18oC dan lebih dari

28oC secara otomatis akan mengatur suhunya kembali.

5. Skala merupakan hasil pengukuran pada suatu padatan maupun larutan yang

diteliti.

Nilai indeks bias refraktometer dikenal dengan istilah Brix yang ditemukan

oleh Prof. A. F. W. Brix (1798 s.d 1890) ahli kimia berkebangsaan Jerman, Brix

3

didefinisikan sebagai banyaknya sukrosa murni per 100 gram air dan sangat

dipengaruhi oleh suhu lingkungannya. Brix telah banyak digunakan untuk

menentukan konsentrasi zat seperti obat-obatan, makanan, jus buah, formula diet

dan larutan nutrisi parental.

Mekanisme kerja refraktometer dimulai dari menempatkan sampel larutan

yang akan diteliti pada tempat pengujian, cahaya yang masuk akan melewati

larutan dan dibelokkan menggunakan prisma. Kemudian sudut deviasi yang

diciptakan akan menunjukan pada brix meter kadar atau konsentrasi larutan

tersebut.

Pembiasan pada Prisma

Seberkas cahaya yang mengenai bidang batas antara dua medium maka

sebagian cahaya akan dipantulkan dan sebagian cahaya akan diteuskan, peristiwa

ini merupakan definisi dari pembiasan. Ketika cahaya merambat di dalam suatu

bahan, maka kelajuan cahaya akan turun sebesar suatu faktor yang ditentukan oleh

karakteristik bahan yang disebut dengan indeks bias (n). Indeks bias adalah

perbandingan kecepatan cahaya ketika berada dalam suatu zat atau medium

dengan kecepatan cahaya ketika di ruang hampa, dapat dinyatakan dengan:

n= cv

………………………………………………………………...….. (1)

dimana, n = indeks bias

c = kelajuan cahaya pada ruang hampa (m/s)

v = kelajuan cahaya pada suatu medium atau zat (m/s)

Peristiwa pembiasan pada bidang batas antara dua permukaan memenuhi

hukum Snellius:

n1 sin θ1=n2sin θ2 …………………………………………….……… (2)

Dimana,

n1 = indeks bias medium 1

n2 = indeks bias medium 2

4

θ1 = sudut datang sinar pada medium 1

θ2 = sudut bias sinar pada medium 2

Prisma merupakan alat yang digunakan untuk mengukur kadar/konsentrasi

suatu padatan atau larutan. Prisma adalah sebuah medium yang dibatasi oleh

permukaan datar yang membentuk suatu sudut X. Medium tersebut mempunyai

indeks bias n dan indeks bias udara = 1.

Gambar2. Pembiasan pada prisma

Keterangan,

B = sudut datang pada permukaan 1

B’ = sudut bias pada permukaan 1

B” = sudut deviasi sinar dating pada

permukaan 1

D = sudut bias pada permukaan 2

D’ = sudut datang pada permukaan 2

D” = sudut deviasi permukaan 2

N1 = garis normal permukaan 1

N2 = garis normal permukaan 2

X = sudut puncak prisma

Pada prisma di atas akan berlaku,

n= sin Bsin B '

………………………………………………………..………

(3)

Hal pertama dalam mencari nilai indeks bias pada prisma terlebih dahulu untuk

menemukan persamaan X dan T.

X + BN + C +DN = 360

BN = DN= 90

X + C = 180

C = 180 – X ……………………………………………………...…………….. (4)

5

A = 180 – T

B’ + C + D’ = 180

B’ + (180 – X) +D’ = 180

B’ + D’ – X = 0

B’ + D’ = X ……………………………………………………………………. (5)

B” + D” + A = 180

B” + D” + (180 – T) = 180

B” + D” = T ……………………………………………………………….…… (6)

Karena B = D, sehingga

Sin B’ = sin D’

B’ = D’ ………………………………………………………………………… (7)

B” = D” …………………………………………………………………………(8)

Substitusikan persamaan (7) ke persamaan (5) dan persamaan (8) ke persamaan

(6), sehingga

B’ = D’ = X2

B” = D” = T2

Sehingga didapati indeks bias (n)

n=sin ( B )sin ( B ' )

n=sin ¿¿¿

n=sin ( X

2+ T

2 )sin( X

2 ) …………………………………………………………………..

(9)

Hubungan Indeks Bias dengan Kadar/Konsentrasi

Konsentrasi didefinisikan sebagai jumlah zat terlarut dalam setiap satuan

larutan atau pelarut. Pada umumnya konsentrasi dinyatakan dalam satuan fisik,

6

misalnya satuan berat atau satuan volume atau dalam satuan kimia, misalnya mol,

massa rumus, dan ekivalen (Achmad, 2001: 2).

Semakin tinggi kadar/konsentrasi suatu larutan maka tingkat kerapatan pada

larutan tersebut semakin rapat, sementara semakin rendah kadar/konsentrasi suatu

larutan maka tingkat kerapatan pada larutan tersebut semakin renggang. Hal ini

bersesuaian dengan sifat pembiasan dimana ketika seberkas cahaya dari medium

kurang rapat ke medium rapat maka cahaya akan dibelokkan mendekati garis

normal, sedangkan ketika seberkas cahaya dari medium rapat ke medium kurang

rapat maka cahaya akan dibelokkan menjauhi garis normal.

Gambar 3. Skema pembiasan dari medium udara ke air

Sifat inilah yang dimanfaatkan untuk mengukur kadar/konsentrasi larutan,

karena semakin pekat suatu larutan akan mempengaruhi sudut deviasi yang

dihasilkan. Oleh kerna itu, berdasarkan sudut deviasi yang dihasilkan akan

diketahui kadar/konsentrasi suatu larutan.

Penutup

Berdasarkan pada penjelasan di atas dapat disimpulkan bahwa dalam

mengukur kadar/konsentrasi suatu larutan dapat memanfaatkan prinsip

pembiasan. Seperti penjelasan di atas pembiasan merupakan peristiwa dimana

seberkas cahaya mengenai sebuah permukaan bidang yang memisahkan antar dua

medium yang akan membuat cahaya dibelokkan mendekati garis normal maupun

menjauhi garis normal. Hal ini disebabkan karena adanya pertemuan dari medium

rapat ke medium kurang rapat. Sejalan dengan itu semakin besar

7

kadar/konsentrasi suatu larutan maka semakin rapat pula molekul yang ada pada

larutan dan sebaliknya. Sehingga, prinsip prinsip pembiasan dapat digunakan

dalam menentukan kadar/konsentrasi suatu larutan.

Daftar Pustaka

Achmad, Hiskia. 2001. Kimia Larutan. Bandung : Citra Aditya Bakti.

Hidayanto. 2010. Aplikasi Portabel brix Meter untuk Pnegukuran Indeks Bias.

Semarang : Berkala Fisika

Tipler. 2001. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Erlangga.

Sarojo, Ganijanti Aby. 2011. Gelombang dan Optik. Jakarta : Salemba Teknika.

8