PENENTUAN KADAR BESI (Fe) DALAM SAMPEL DENGAN TEKNIK SPEKTROFOTOMETER UV-VIS
Tanggal percobaan : 16 april 2010
PENENTUAN KADAR BESI (Fe) DALAM SAMPEL
DENGAN TEKNIK SPEKTROFOTOMETER UV-VIS
A. Tujuan
1. Menentukan kadar Fe(II) dalam sampel dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis.
2. Dapat mengoperasikan alat spektrofotometer UV-VIS
B. Tinjauan Pustaka
Spektrofotometri merupakan suatu perpanjangan dari penelitian visual dalam studi yang lebih
terinci mengenai penyerapan energi cahaya oleh spesi kimia, memungkinkan kecermatan
yang lebih besar dalam perincian dan pengukuran kuantitatif.
Pengabsorpsian sinar ultraviolet atau sinar tampak oleh suatu molekul umumnya
menghasilkan eksitasi electron bonding, akibatnya panjang gelombang absorpsi maksimum
dapat dikorelasikan dengan jenis ikatan yang ada didalam molekul yang sedang diselidiki.
Oleh karena itu spektroskopi serapan molekul berharga untuk mengidentifikasi gugus-gugus
fungsional yang ada dalam suatu molekul. Akan tetapi yang lebih penting adalah penggunaan
spektroskopi serapan ultraviolet dan sinar tampak untuk penentuan kuantitatif senyawa-
senyawa yang mengandung gugus-gugus pengabsorpsi.
Metode spektroskopi sinar tampak berdasarkan penyerapan sinar tampak oleh suatu larutan
berwarna. Oleh karena itu metode ini dikenal juga sebagai metode kalorimetri. Hanya larutan
senyawa yang berwarna ynag dapat ditentukan dengan metode ini. Senyawa tak berwarna
dapat dibuat berwarna dengan mereaksikannya dengan pereaksi yang menghasilkan senyawa
berwarna. Contohnya ion Fe3+ dengan ion CNS- menghasilkan larutan berwarna merah.
Lazimnya kalorimetri dilakukan dengan membandingkan larutan standar dengan cuplikan
yang dibuat pada keadaan yang sama. Dengan kalorimetri elektronik (canggih) jumlah cahaya
yang diserap (A) berbanding lurus dengan konsentrasi larutan. Metode ini sering digunakan
untuk menentukan kadar besi dalam air minum.
Pada metode spektroskopi ultraviolet, cahaya yang diserap bukan cahaya tampak tapi cahaya
ultraviolet. Dengan cara ini larutan tak berwarna dapat diukur, contoh aseton dan asetaldehid.
Pada spektroskopi ini energy cahaya terserap digunakan untuk transisi electron. Karena
energy cahaya UV lebih besar dari energy cahaya tampak maka energy UV dapat
menyebabkan transisi electron dan .
( Kimia Analitik Instrumen,1994: 4-5)
Penentuan kadar besi berdasarkan pada pembentukan senyawa kompleks berwarna antara
besi (II) dengan orto-penantrolin yang dapat menyerap sinar tampak secara maksimal pada
panjang gelombang tertentu.
Kadar besi dalam suatu sample yang diproduksi akan cukup kecil dapat dilakukan dengan
teknik spektrofotometri UV-Vis menggunakan pengompleksan orto-fenantrolin. Dasar
penentu kadar besi (II) dengan orto-Fenantrolin. Senyawa ini memiliki warna sangat kuat dan
kestabilan relatife lama dapat menyerap sinar tampak secara maksimal pada panjang
gelombang tertentu. Pada persiapan larutan, sebelum pengembangan warna perlu
ditambahkan didalamnya pereduksi seperti hidroksilamina. HCl yang akan mereduksi Fe3+
menjadi Fe2+. pH larutan harus dijaga pada 6-7 dengan cara menambahkkan ammonia dan
natrium asetat.
(Hendayana, S, dkk,2001 : 22)
Dengan menggunakan penentuan kadar konsentrasi , suatu senyawa dilakukan dengan
membandingkan kekuatan serapan cahaya oleh larutan contoh terhadap terhadap larutan
standar yang telah diketahui kunsentrasinya. Terdapat dua cara standar adisi , pada cara yang
pertama dibuat dahulu sederetan larutan standar, diukur serapannya, kemudian tentukan
konsentrasinya dengan menggunakan cara kalibrasi. Cara yang kedua dilakukan dengan
menambahjkan sejumlah larutan contoh yang sama kedalam larutan standar .
(Hendayana, S, dkk,2001 : 12)
Instrumen pada spektrofotometri UV-Vis terdiri dari 6 komponen pokok, yaitu :
1. sumber radiasi
Lampu deuterium (λ= 190nm-380nm, umur pemakaian 500 jam)
Lampu tungsten, merupakan campuran dari flamen tungsten dan gas iodine.
Pengukurannya pada daerah visible 380-900nm.
Lampu merkuri, untuk mengecek atau kalibrasi panjang gelombang pada spectra UV-VIS
pada 365 nm.
2. Monokromator
Alat yang paling umum dipakai untuk menghasilkan berkas radiasi dengan satu
panjang gelombang. Monokromator untuk UV-VIS dan IR serupa, yaitu mempunyai celah,
lensa, cermin dan prisma atau grating.
1. wadah sampel (sel atau kuvet)
Wadah sampel umumnya disebut kuvet. Berikut jenis-jenis kuvet yang bisa
digunakan:
(a) Gelas
Umum digunakan (pada 340-1000 nm) Biasanya memiliki panjang 1 cm (atau 0,1, 0,2 ,
0,5 , 2 atau 4 cm)
(b) Kwarsa
Mahal, range (190-1000nm) (c) Cell otomatis (flow through cells)
(d) Matched cells
(e) Polystyrene range ( 340-1000nm) throw away type
(f) Micro cells.
2. detektor
Radiasi yang melewati sampel akan ditangkap oleh detektor yang akan
mengubahnya menjadi besaran terukur. Berikut jenis-jenis detektor dalam sperktrofotometer
UV-VIS.
(a) Barrier layer cell (photo cell atau photo voltaic cell)
(b) Photo tube, lebih sensitif daripada photo cell, memerlukan power suplai yang stabil dan
amplifier
(c) Photo multipliers, Sangat sensitif, respons cepat digunakan pada instrumen double beam
penguatan internal
5. Recorder
Radiasi yang ditangkap detektor kemudian diubah menjadi arus listrik oleh recorder
dan terbaca dalam bentuk transmitansi.
6. Read out
(a) Null balance, menggunakan prinsip null balance potentiometer, tidak nyaman, banyak
diganti dengan pembacaan langsung dan pembacaan digital
(b) Direct readers, %T, A atau C dibaca langsung dari skala
(c) Pembacaan digital, mengubah sinyal analog ke digital dan menampilkan peraga angka
Light emitting diode (LED) sebagai A, %T atau C. Dengan pembacaan meter seperti gambar,
akan lebih mudah dibaca skala transmitannya, kemudian menentukan absorbansi dengan A =
- log T.
(sumber:http://tjahkimiaunnes.blogspot.com/2010/03/instrumentasi-pada-
spektrofotometer-uv.html
Sumber radiasi untuk spektroskopi UV-Vis adalah lampu tungsten. Cahaya yang dipancarkan
sumber radiasi adalah cahaya polikromatik. Cahaya polikromatik UV akan melewati
monokromator yaitu suatu alat yang paling umum dipakai untuk menghasilkan berkas radiasi
dengan satu panjang gelombang (monokromator). Monokromator radiasi UV, sinar tampak
dan infra merah adalah serupa yaitu mempunyai celah (slit), lensa, cermin dan perisai atau
grating.
Wadah sampel umumnya disebut sel/kuvet. Kuvet yang terbuat dari kuarsa baik untuk
spektrosokopi UV dan juga untuk spektroskopi sinar tampak. Kuvet plastik dapat digunakan
untuk spektroskopi sinar tampak.
Radiasi yang melewati sampel akan ditangkap oleh detektor yang berguna untuk mendeteksi
cahaya yang melewati sampel tersebut. Cahaya yang melewati detektor diubah enjadi arus
listrik yang dapat dibaca melalui recorder dalam bentuk transmitansi absorbansi atau
konsentrasi.
(Hendayana, S, dkk,2001 : 67)
Reaksi reduksi Fe3+ menjadi Fe2+ adalah :
2 Fe3+ + 4NH2OH + 2OH- 2Fe2+ + N2 + 4H2O
Prinsip dasar yang digunakan adalah hukum Lambert-Beer
A=-Log T = a.b.c
Keterangan :
A= absorbansi (A)
T = transmitan ( %T)
ε = absorbtivitas molar (L/cm.mol
b = panjang sel (cm)
c = konsentrasi zat penyerap sinar (mol/L)
Syarat hukum Lambert-Beer dapat digunakan , apabila :
1. larutan yang hendak dianalisis encer
2. sifat kimia, yaitu : zat pengabsorbsi tidak terdisosiasi, berasosiasi/ bereaksi dengan
pelarut, sehingga menghasilkan suatu produk pengabsorbsi spectra yang berbeda dari zat
yang dianalisis.
3. sumber cahaya : monokromatis
4. syarat kejernihan : kekeruhan larutan yang disebabkan oleh partikel-partikel dapat
menyebabkan penyimpangan hokum lambert beer.
C. Alat Dan Bahan
1. Alat-alat yang digunakan
Spektronik -20 1 set
Labu takar 100 mL 1 buah
Labu takar 25 mL 5 buah
Gelas kimia 100 mL 1 buah
Botol semprot 250 mL 1 buah
Spatula 1 buah
Corong pendek 1 buah
Kuvet 3 buah
Batang pengaduk 1 buah
2. Bahan-bahan yang digunakan
Garam Fe(NH4OH)2SO4 0,03 gram
Hidroksilamina-HCl 5% 2,5 gram
Fenantrolin 0,1% 0,1 gram
Natrium asetat 5% 5 gram
Aquades
H2SO4
Secukupnya
5 mL
D. Prosedur Kerja
1. Pembuatan Larutan Baku Fe(II) 100 ppm
Untuk membuat larutan baku diawali dengan menimbang garam Fe(NH4OH)2SO4 sebanyak
0,03 gram, kemudian dilarutkan dalam labu takar 100mL dengan menggunakan corong
pendek dan batang pengaduk. Lalu ditambahkan 5 mL larutan asam sulfat 2M untuk
menghindari terjadinya proses hidrolisis. Selanjutnya ditambahkan aquades hingga tanda
batas.
2. Pembuatan Larutan 1,10-Fenantrolin 0,1% dalam 100 mL air
Untuk membuat larutan 1,10-Fenantrolin 0,1% dalam 100 mL air dibutuhkan 0,105 gram
fenantrolin, kemudian dilarutkan dengan menambahkan aquades. Setelah larutan homogen,
dimasukkan ke dalam labu takar 100 mL. Dikeringkan bagian atas labu takar sebelum ditanda
batasi, kemudian diaduk. Larutan siap dipakai.
3. Pembuatan larutan hidroksilamina-HCl 5% dalam 100 mL air
Ditimbang 2,5 gram kemudian larutkan dengan menggunakan aquades dimasukkan kedalam
labu takar 50 mL. Dikeringkan bagian atas labu takar sebelum ditanda batasi. Setelah ditanda
batasi, kemudian diaduk. Larutan siap dipakai.
4. Pembuatan larutan hidroksilamina-HCl 5% dalam 100mL air
2,5 g hidroksilamina-HCl dilarutkan dengan aquades, lalu dimasukka dalam labu takar 50mL.
Kemudian diencerkan sampai tanda batas.
5. Pembuatan larutan CH3COONa 5%
5 gram CH3COONa dilarutkan dengan aquades, lalu dimasukkan dalam labu takar 100mL.
Kemudian diencerkan sampai tanda batas.
6. Pembuatan larutan blanko dan pengukuran serapannya
Dimasukkan 1 mL larutan hidroksilamina-HCl 5%, 5mL 1,10-fenantrolin 0,1% dan 8 mL
Natrium asetat 5% kedalam labu takar 25 mL, diencerkan dengan menambahkan aquades,
dikeringkan bagian atas labu takar sebelum ditanda batasi. Ditambahkan lagi aquades hingga
tanda batas, kemudian diaduk. Diukur absorbansi larutan menggunakan spektronik-20 (345-
600)nm.
7. Preparasi Deret Standar dan Sampel
Dibuat larutan deret standar Fe(II) 1 ppm, 1,5 ppm, 2 ppm, 2,5 ppm dan 3 ppm ke dalam labu
takar 25 mL. Sebelum diencerkan, ditambahkan ke dalam masing-masing labu 1 mL larutan
hidroksilamina-HCl 5%, 5 mL 1,10-fenantrolin 0,1% dan 8 mL Natrium asetat 5%. Untuk
larutan sampel, pipet sejumlah sampel ke dalam labu takar 25 mL, kemudian ditambahkan
pereaksi dengan jumlah yang sama dengan larutan deret standar sebelum diencerkan.
Didiamkan larutan standar maupun sampel selama 10 menit. Diukur absorbansi larutan
menggunakan spektronik-20.
E. Analisis Dan Pembahasan
Pada percobaan kali ini, dilakukan analisis penentuan kadar besi Fe(II) dalam sampel air
dengan teknik spektrofotometri UV-Vis. Spektrofotometri yang digunakan tepatnya adalah
spektrofotometri cahaya tampak, karena logam besi mempunyai panjang gelombang lebih
dari 400nm, sehingga jika menggunakan spktrofotometri UV, logam besi dalam sampel tidak
terdeteksi.
Syarat analisis menggunakan visibel adalah cuplikan yang dianalisis bersifat stabil
membentuk kompleks dan larutan berwarna. Oleh karena itu, dalam pennetuan kadar besi
dalam air, perlu ditambahakan hidroksilamin-HCl 5% untuk mereduksi Fe3+ menjadi Fe2+.
Besi dalam keadaan Fe2+ akan lebih stabil dibandingkan besi Fe3+. Dalam keadaan dasar,
larutan besi tidak berwarna sehingga perlu ditambhankan larutan orto-fenantrolin agar
membentuk kompleks larutan berwarna.
Reaksi antara besi dengan orto-fenantrolin merupakan reaksi kesetimbangan dan berlangsung
pada pH 6 sampai 8. Karena alasan tersebut, pH larutan hrus dijaga tetap dengan cara
menmbahkan garam natrium asetat. Penambahan larutan natrium asetat seharusnya dilakukan
sebelum penambahan orto-fenantrolin. Namun pada prakteknya telah dilakukan kesalahan
didalam percobaan yaitu membahkan natrium asetat setelah penambahan orto-fenantrolin
sehingga kemungkinan terdapat endapan Fe(OH)2 atau endapan fosfat. Endapan ini membuat
cahaya yang diterima, dihamburkan oleh larutan sehingga absorbansinya kecil. Kemungkinan
yang lain yaitu kesalahan dalam menandabataskan dan memipet larutan sampel.
Dalam penentuan kadar fe dalam sampel menggunakan spektrofotometri visibel perlu dibuat
larutan standar. Tujuannya adalah untuk membuat kurva kalibrasi yang nantinya akan
digunakan untuk menghitung kadar besi dalam sampel air.
Sebelumnya dilakukan pematchingan kuvet dengan larutan CoCl2 berwarna merah muda.
Sedangkan dalam pengukuran larutan standar dan sampel digunakan blanko berupa campuran
larutan hidroksilamin-HCl, larutan natrium asetat, orto-fenantrolin dan aquades. Larutan
kompleks yang terbentuk berwarna orange.
Langkah selanjutnya adalah penentuan panjang gelombang maksimum. Rentang panjang
gelombang yang diuji adalah 400-600 nm. Dari percobaan, pada panjang gelombang yang
berbeda zat sampel menyerap cahaya dengan absorbansi yang berbeda pula. Semakin besar
panjang gelombang yang diberikan semakin besar pula absorbansinya, namun pada keadaan
tertentu nilai absorbansi kembali menurun dengan bertambahnya panjang gelombang. Jika
dilihat dari data percobaan, pada panjang gelombang 400 nm molekul-molekul dalam larutan
standar hanya mampu memperoleh absorbansi sebesar 0,125 atau hanya 12,5% cahaya yang
diserap pada panjang gelombang tersebut. Nilai absorbansi ini terus meningkat hingga pada
panjang gelombang 520 nm dengan absorbansi 0,453 atau 45,3 % cahaya diserap. Kemudian
absorbansi kembali menurun dengan meningkatnya panjang gelombang. Hal ini berarti pada
panjang gelombang tersebut kemampuan molekul-molekul menyerap cahaya kembali
menurun. Dari hasil percobaan ini dapat disimpulkan bahwa larutan standar tersebut
menyerap cahay secara naksimal terjadi pada panjang gelombang 520 nm.
Kemudian dilakukan pengukuran absorbansi pengukuran deret standar pada panjang
gelombang maksimum 520 nm. Sesuai hukum Lambert beer, A = ε b c, dimana absorbansi
sebanding dengan konsentrasi larutan. Semakin besar konsentrasi larutan, maka absorbansi
yang diperoleh juga akan semakin besar. Dari data absorbansi deret standar ini dibuat kurva
kalibrasi dengan persamaan garis y = 0,207x (persamaan garis y = ax karena melalui titik
(0,0)).
Selanjutnya dilakukaan pengukuran absorbansi sampel. Dari percobaan, diperoleh absorbansi
sampel yaitu 0,119. Dari data ini diketahui bahwa konsentrasi sampel sebesar 0,572 ppm
dengan persen kesalahan 43,03%. Kesalahan ini terjadi karena penambahan natrium asetat
setelah orto-fenantrolin, sehingga pembentukan kompleks tidak maksimal dikarenakan
larutan tidak terjaga pH nya. Hal ini membuat larutan tersebut bisa bersifat asam atau basa,
sehingga absorbansi larutan juga ikut terpengaruh.
Dari pengukuran deret larutan standar diperoleh data konsentrasi dan % transmitansi.
Nilai %transmitansi, kemudian dikonversikan dalam nilai absorbansi yaitu A= -log T. Dari
data tersebut dibuat kurva kalibrasi yaitu plot kedalam grafik hubungan antara konsentrasi
dan transmitansi sehingga grafik yang dihasilkan adalah sebagai berikut :
Dari grafik tersebut diperoleh nilai persamaan garis y = 0.207x. Persamaan garis tersebut
digunakan untuk menghitung kadar besi dalam sample air sumur. Secara analisis kualitatif
dan data yang diperoleh, data absorbansi sample air sample dibanding dengan larutan deret
standar. Jika ada salah satu deret larutan standar mempunyai nilai absorbansi yang sama
dengan nilai absorbansi sample air sumur, maka kemungkinan konsentrasi sample tersebut
mengandung kadar besi yang sama dengan konsentrasi salah satu larutan deret standard
tersebut.
Untuk memastikan hasil analisis kualitatif tersebut, maka dilakukan analisis kuantitatif,
dengan menggunakan persamaan garis y = 0.207x. Melalui perhitungan, diperoleh hasil
bahwa konsentrasi besi dalam sample air sumur yang dianalisis adalah 0,57488 ppm.
D. Kesimpulan
Dari hasil pengamatan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa sampel air sumur
yang dianalisa memiliki konsentrasi sebesar 0,57488 ppm.
Daftar pustaka
Hendayana, Sumar. (1994). Kimia Analitik Instrumen.Semarang:Semarang Press.
Hendayana, Sumar (2009). Penuntun Praktikum Kimia Analitik Instrumen. Bamdung:Jurusan
Pendidikan Kimia FPMIPA UPI.
Tim kimia analitik instrumen. (2009). Penuntun Praktikum Kimia Analitik Instrumen.
Bandung : Jurusan Pendidikan Kimia FPMIPA Universitas Pendidikan Indonesia.
Wiryawan, A, dkk. (2008). Kimia Analitik SMK E-Book. Jakarta: Direktorat Pembinaan
Sekolah Menengah Kejuruan.
Lampiran
1. Perhitungan
a. Pembuatan larutan baku Fe(II) 100 mL air dari garam Fe (NH4OH)2SO4
Diketahui:
Mm Fe = 56 g/mol
Mm (NH4)2.Fe(SO4)2.6H2O = 392 g/mol
Konsentrasi = 100 ppm
V = 100 mL = 0,1 L
Ditanya:
Massa (NH4)2.Fe(SO4)2.6H2O?
Jawab:
mg Fe = 10 mg = 0,01 g
maka garam yg ditimbang adalah:
b. Pembuatan larutan 1,10-fenantrolin 0,1% dalam 100 mL
Massa fenantrolin = 0,1 % x 100 mL = 0,1 gram
c. Pembuatan larutan hidroksilamina-HCl 5% dalam 50 mL
Massa hidroksilamin-HCl 5% = 5 % x 50 mL = 2,5 gram
d. Pembuatan larutan Natrium asetat 5%. dalam 100 mL
massa CH3COONa = 5% x 50 mL = 2,5 gram
e. Pembuatan larutan standar Fe (II) dalam 25 mL
Konsentrasi larutan baku Fe(II):
Massa (NH4)2.Fe(SO4)2.6H2O yang ditimbang sebesar 0,0706 g, sehingga
konsentrasi larutan Fe (II) menjadi
M1 = konsentrasi larutan baku Fe (II) = 10,0857 ppm
M2= konsentrasi larutan standar (1, 1,5, 2, 2,5 dan 3, ppm)
V1= volume larutan baku Fe (II)
V2= volume larutan standar Fe(II) =25 mL
Untuk menentukan V1 yang akan digunakan dapat dihitung dengan menggunakan rumus
pengenceran, yaitu :
M1 x V1 = M2 x V2, maka V1 =( M2 x V2)/M1
V1 untuk larutan M2= 1,00857 ppm
V1 =( M2 x V2)/M1 , maka V1= (1 ppm x 25 mL) / 10,0857 ppm
V1 = 2,5 mL
V1 untuk larutan M2= 1,512855 ppm
V1 =( M2 x V2)/M1 , maka V1= (1,5 ppm x 25 mL) / 10,0857 ppm
V1 = 3,75 mL
V1 untuk larutan M2= 2,10714 ppm
V1 =( M2 x V2)/M1 , maka V1= (2 ppm x 25 mL) / 10,0857 ppm
V1 = 5 mL
V1 untuk larutan M2= 2,52143 ppm
V1 =( M2 x V2)/M1 , maka V1= (2,5 ppm x 25 mL) / 10,0857 ppm
V1 = 6,25 mL
V1 untuk larutan M2= 3,02571 ppm
V1 =( M2 x V2)/M1 , maka V1= (3 ppm x 25 mL) / 10,0857 ppm
V1 = 7,5 mL
f. Perhitungan konsentrasi Fe dalam sample sampel air
Hasil Pengukuran Absorbansi sample ( Y ) = 0,0119
Persamaan garis yang diperoleh Y = 0,207x
Konsentrasi Fe dalam sample (x) adalah sebagai berikut :
Y = 0,207x
0,119 = 0,207x
x = 0,57488
1. Data pengamatan
a. Penentuan panjang gelombang maksimum pada konsentrasi 2 ppm
λ A Λ A400 0.125 510 0.445410 0.163 520 0.453420 0.213 530 0.432430 0.251 540 0.372440 0.271 550 0.27450 0.304 560 0.173460 0.325 570 0.107470 0.357 580 0.068480 0.392 590 0.05490 0.411 600 0.039500 0.42
b. pengukuran deret standard dan sample pada (λ) maks = 520 nm.
c. kurva penentuan panjang gelombang maksimum
d. kurva pengukuran deret standar dan sample pada λmaks=520 nm
konsentrasi absorbansi
0 0
1,00857 0,090
1,51286 0,187
2,01714 0,453
2,52143 0,565
3,02571 0,679
Spektrofotometer UV-VIS
Spektrofotometer UV-VIS merupakan alat dengan teknik spektrofotometer pada daerah ultra-violet dan sinar tampak. Alat ini digunakan guna mengukur serapan sinar ultra violet atau sinar tampak oleh suatu materi dalam bentuk larutan. Konsentrasi larutan yang dianalisis sebanding dengan jumlah sinar yang diserap oleh zat yang terdapat dalam larutan tersebut. Dalam hal ini, hukum Lamber-Beer dapat menyatakan hubungan antara serapan cahaya dengan konsentrasi zat dalam larutan. Di bawah ini adalah persamaan Lamber-Beer ;
A = - log T = εb c
Dengan
A = absorban, T = transmitan, Ε = absortivitas molar (Lcm-1.mol-1),b = panjang sel (cm), dan c = konsentrasi zat (mol/L).
Spektrum absorpsi yang diperoleh dari hasil analisis dapat memberikan informasi panjang gelombang dengan absorban maksimum dari senyawa atau unsur. Panjang gelombang dan absorban yang dihasilkan selama proses analisis digunakan untuk membuat kurva standar. Konsentrasi suatu senyawa atau unsur dapat dihitung dari kurva standar yang diukur pada panjang gelombang dengan absorban maksimum. Dari kurva standar kalibrasi, diperoleh persamaan garis Y = ax + b Dimana Y merupakan serapan dan x adalah konsentrasi unsur atau senyawa. Dengan persamaan garis tersebut dapat ditentukan konsentrasi sampel. Pada spektrofotometer UV-VIS, warna yang diserap oleh suatu senyawa atau unsur adalah warna komplementer dari warna yang teramati.Hal tersebut dapat diketahui dari larutan berwarna yang memiliki serapan maksimum pada warna komplementernya. Namun apabila larutan berwarna dilewati radiasi atau cahaya putih, maka radiasi tersebut pada panjang gelombang tertentu akan diserap secara selektif sedangkan radiasi yang tidak diserap akan diteruskan. Beberapa warna yang diamati dan warna komplementer terdapat pada table 1.1. Contohnya adalah, hijau memiliki warna komplementer merah dan akan menyerap radiasi pada panjang gelombang sekitar 700 nm.
Adanya perpindahan elektron dalam atom atau molekul ke tingkat energi yang lebih tinggi merupakan akibat dari antaraksi antara materi dengan sinar elektromagnetik. Besarnya perpindahan elektron sama dengan energi radiasi yang berineraksi dengan molekul. Eksitasi elektron ketingkat energi yang lebih tinggi tergantung pada senyawa penyerapnya (kromofor penyerap).
Eksitasi elektron dari tingkat energi dasar ketingkat ketingkat energi yang lebih tinggi melelui dua tahap, yaitu sebagai berikut :
Tahap 1 ( Absorpsi ) = M +hv M* Tahap 2 ( Relaksasi ) = M* M +heat
Tahap pertama adalah eksitasi M yang disebabkan oleh absobsi foton (hv) dan memiliki waktu hidup 10-8 - 10-9 detik. Sedangkan tahap kedua merupakan relaksasi M* menjadi spesies yang baru dengan reaksi fotokimia. Serapan pada daerah ultraviolet mengakibatkan eksitasi elektron ikatan.Ikatan-ikatan yang ada dalam spesies dapat dihubungkan dengan puncak absobsi atau panjang gelombang maksimum. Adapun spesies yang mengabsobsi dapat melekukan transisi meliputi ;a) Zat pengabsorbsi yang mengandung elektron π, δ dan n-elektron
Zat pengabsorbsi terjadi pada molekul-molekul organik dan sedikit anion anorganik. Senyawa tersebut memiliki elektron valensi yang dapat dieksitasi ketingkat energi yang lebih tinggi sehingga senyawa ini dapat menyerap cahaya yang dipancarkan. Untuk mengeksitasi elektron pembentuk ikatan tunggal diperlukan energi yang cukup tinggi sehingga penyerapannya terbatas pada daerah UV vakum atau pada panjang gelombang lebih dari 185 nm. Sedangkan penyerapan yang terjadi pada daerah yang lebih besar dari daerah UV vakum terbatas pada sejumlah gugus fungsi ( chromofore ) yang memiliki elektron valensi dengan energi eksitasi rendah.Eksitasi elektron n ke orbital π* dalam ikatan ganda terjadi pada saat sinar UV-VIS diserap oleh molekul yang dianalisis dan transisi yang terjadi adalah n → π*.Pada umumnya tingkat energi elektron nonbonding terdapat pada orbital- orbital π dan δ bonding dan antibonding. Penyerapan terhadap radiasi dapat menyebabkan transisi elektron diantara tingkat elektron tertentu. Pada gambar 5.2 dapat dilihat jenis transisi yang mungkin terjadi pada saat analisis, diantaranya δ → δ*, n → δ*, n → π*, dan π → π*.
Gambar 5.1 tingkat energi elektron molekulKromofor Allena ( C6H13CH=CH2 ), pelarut n-heptan merupakan kromofor organik yang memiliki panjang gelombang maksimum 177 nm. Data panjang gelombang tersebut hanya mampu member petunjuk kasar yang digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsional. Hal ini disebabkan posisi maksimum dipengaruhi pelarut serta struktur molekul kromofor.Kromofor dan ausokrom mempengaruhi penyerapan cahaya pada spektrofotometer UV-VIS. Kromofor merupakan gugus yang dapat menyerap sinar UV-VIS, sedangkan ausokrom adalah gugus yang tidak dapat menerap radiasi, tetapi dapat menggeser panjang gelombang maksimum atau meningkatkan єmax.Berikut adalah tabel gugus-gugus penyerap cahaya pada panjang gelombang UV-VIS (kromofor).Tabel 1.2 gugus-gugus penyerap cahaya pada λ UV-VIS (kromofor) :
b) Absorbsi yang melibatkan elekttron d dan fElektron-elektron pada orbital f menyerap cahaya UV mengkibatkan terjadinya transisi logam golongan f. Sedangkan unsur-unsur yang tergolong pada orbital d dapat menyerap cahaya UV dan cahaya tampak. Sementara itu, proses penyerapan pada unsur-unsur transisi dalam seperti lantanida dan aktinida menyebabkan terjadinya transisi elektron pada 4f dan 5f. Untuk transisi 3d dan 4dmemiliki pita lebar dab biasanya terdeteksi pada daerah sinar tampak. Puncak-puncak absorpsi yang terbentuk dipengaruhi lingkungan yang mengelilinginya. Dengan menggunakan teori medan kristal diketahui bahwa dengan adanya ligan, orbital t2g ( dxy, dyz,dzx ) dan orbital eg terpecah sebesar∆ .besarnya splitting pada ligan dapat dilihat dalam deret spektrokimia berikut ini, I- < Br- < Cl- < F- < OH- < oksalat2- < H2O < SCN- < NH3 < en < NO2- < CN-.
c) Absorbsi perpindahan muatanKompleks perpindahan mauatan merupakan akibat dari komplek anorganik yang memperlihatkan perpindahan muatan. Salah satu contohnya adalah kompleks besi (II) o-penentrolina.Suatu komplek dapat menunjukan spektrum perpindahan elektron apabila salah satu dari komponen komplek tersebut memiliki sifat penyumbang elektron atau dapat dikatakan sebagai pendonor sedangkan komponen lainnya bersifat penerima atau akseptor elektron.Perpindahan elektron dari donor elektron ke akseptror elektron merupakan akibat dari penyerapan radiasi, sehingga bentuk tereksitasi merupakan hasil dari proses oksidasi reduksi internal. Semakin kecil energi yang diperlukan untuk proses perpindahan elektron , menyebabkan komplek menyerap radiasi pada panjang gelombang lebih besar.
Spektrofotometer UV-VIS dapat digunakan untuk analisis kualitatifmaupun analisis kuantitatif.
Analisis KualitatifPenggunaan alat ini dalam analisis kuantitatif sedikit terbatas sebab spektrum sinar tampak atau sinar UV menghasilkan puncak-puncak serapan yang lebar sehingga dapat disimpulkan bahwa spektrum yang dihasilkan kurang menunjukan puncak-punca serapan. Namun, walaupun puncak yang dihasilkan bebentuk lebar, puncak tersebut masih dapat digunakan untuk memperoleh keterangan ada atau tidaknya gugus fungsional tertentu dalam suatu
molekul organik. Analisis KuantitatifPenggunaan sinar UV dalam analisis kuantitatif memberikan beberapakeuntungan, diantaranya ;
Dapat digunakan secara luasMemiliki kepekaan tinggiKeselektifannya cukup baik dan terkadang tinggiKetelitian tinggiTidak rumit dan sepat
Adapun langkah-langkah utama dalam analisis kuantitatif adalah ;•Pembentukan warna ( untuk zat yang yang tak berwarna atau warnanya kurang kuat ),•Penentuan panjang gelombang maksimum,•Pembuatan kurva kalibrasi,•Peangukuran konsentrasi sampel.Larutan-larutan standar sebaiknya memiliki komposisi yang sama dengan komposisi cuplikan sementara konsentrosi cuplikan berada diantara konsentrasi-konsentrasi larutan standar.
Dengan membandingkan serapan radiasi oleh sampel terhadap larutan standar yang telah diketahui konsentrasinya dapat ditentukan konsentrasi sampel. Penentuan konsentrasi zat dalam contoh dapat ditentukan dengan dua cara, yaitu dengan cara kurva kalibrasi dan cara standar adisi.
Cara kurva kalibrasi. Hal pertama yang dilakukan denagn menggunakan cara ini adalah pembuatan deret larutan standar, kemudian diukur serapannya dan dibuat kurva kalibrasi antara konsentrasi dengan serapan. Dengan mengukur serapan sampel dan memesukannya kedalam persamaan garis yang dihasilkan dari kurva kalibrasi, maka konsentrasi sampel akan diketahui
absorbansikonsentrasiGambar 5.2 kurva kalibrasi
Cara standar adisi dilakukan dengan cara menambahkan sejumlah larutan sampel yang sama ke dalam larutan standar. Cara ini menggunakan persamaan Lamber-Beer,Ac = ε.b.Vx.Cx + ε.b.Vs.CsVt Vt
Dimana Ac merupakan absorbansi campuran antara sampel dan standar sedangkan Vx, Vs, Vt adalah volume standar, volume standar dan volume total. Sedangkan Cx dan Cs adalah konsentrasi sampel dan standar. Kurva Ac diperoleh dengan cara mengikuti persamaan di atas. Dimana kurva Ac merupakan fungsi dari Vs dan berbentuk linier. Dengan menggunakan persamaan tersebut juga dapat ditentukan konsentrasi sampel ( Cx ).
Spektrofotometer merupakan alat yang terdiri dari spektrometer dan fotometer. Dimana spektrometer merupakan alat yang dapat menghasilkan spektrum yang diperoleh dari sinar dengan panjang tertentu, sedangkan fotometer adalah alat yang memiliki fungsi untuk mengukur intensitas cahaya yang diserap maupun yang diteruskan. Maka dapat disimpulkan
bahwa spektrofotometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur energi secara selektif apabila energi tersebut diteruskan, direfleksikan, atau diemisikan sebagai panjang gelombang.
Spektrofotometer yang digunakan adalah spektronik 20. Alat ini memiliki panjang gelombang pada rentang 340 nm – 600 nm. Larutan berwarna yang akan dianalisis diletakan ke dalam tabung kufet untuk kemudian diletakan pada tempat cuplikan dan absorbsi atau % transmitan dapat dilihat pada skala pembaca.
Spektroskofi UV-VIS memiliki instrumentasi yang terdiri dari lima komponen utama, yaitu ;Sumber radiasiWadah sampleMonokromatorDetektorRekorder
Gambar 5.3 alat spektonik 20
Gambar diatas adalah gambar alat spektronik 20 yang sering digunakan.Gambar 5.3 alat spektonik 20Sumber radiasi yang digunakan oleh spektronik 20 adalah lampu wolfram atau sering disebut lampu tungsten. Arus cahaya pada lampu tungsten tergantung pada tegangan lampu dan eksvonen, i = kVn. Adapun kelebihan dari lampu wolfram adalah energy radiasi yang dilepaskan tidak berpariasi pada berbagai panjang gelombang. Wadah sampel yang digunakan pada umumnya disebut sel atau kuvet.
Kuvet yang baik untuk spektroskopi ultra violet dan spektroskopi sinar tampak adalah kuvet yang terbuat dari kuarsa. Sektroskopi ultra violet biasanya menggunakan panjang sel 1 cm serta ada juga yang panjangnya 0,1 cm. Monokromator digunakan sebagai alat penghasil sumber sinar monokromatis, kata lainnya adalah menghasilkan radiasi dengan satu panjang gelombang. Monokromator prisma, celah, lensa serta cermin. Celah digunakan untuk mengarahkan sinar monokromatis yang diharapkan dari sumber radiasi.
Apabila celah berada pada posisi yang tepat, maka radiasi akan dirotasikan melalui prisma sehingga diperoleh panjang gelombang yang diharapkan. Detektor berfungsi untuk menangkap sinar yang merupakan sinar terusan dari larutan. Di dalam amplifier sinar tersebut diubah menjadi signal listrik. Dan di dalam rekorder signal tersebut direkam sebagai
spektrum yang berbentuk puncak-puncak. Spektrum absorpsi merupakan plot antara absorbans sebagai ordinat dan panjang gelombang sebagai absis.
Tidak semua pelarut dapat digunakan dalam spektrofotometri. Pelarut yang digunakan dalam spektrofotometri adalah pelarut yang dapat melarutkan cuplikan serta tidak menyerap sinar yang digunakan sebagai sumber radiasi. . The Woodward-aturan Fieser adalah serangkaian pengamatan empiris yang dapat digunakan untuk memprediksi λmax , yang panjang gelombang yang paling intens UV / Vis penyerapan, untuk conjugated compounds organik seperti dienes dan ketones. The wavelengths penyerapan puncak dapat berhubungan dengan jenis obligasi yang ada pada molekul dan berharga dalam menentukan kelompok fungsional dalam molekul. UV / Vis penyerapan tidak Namun, khusus untuk menguji setiap kompleks. Sifat dari larutan, dengan pH dari solusi, suhu, konsentrasi elektrolit tinggi, dan adanya campur zat dapat mempengaruhi penyerapan Spectra dari compounds, seperti variasi di celah lebar (bandwidth efektif) di spectrophotometer.
TugasKimia Analitik
PENENTUAN KADAR BESI DALAM SUATU LARUTANAIR SUMUR Disusun Oleh :KelompokSyadza FirdausiahKaltriFitrianiLelianiJURUSAN KIMIAFAKULTASMATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERS
ITASHASANUDDIN2010
BAB IPENDAHULUANSpektrofotometri merupakan salah satu cabang analisis instrumental yang mempelajariinteraksi antara atom atau molekul dengan radiasi elektromagnetik. Interaksi antara atom ataumolekul dengan radiasi elektromagnetik dapat berupa hamburan ( scattering ),absopsi( absorption ), emisi ( emission). Interaksi antara radiasi elektromagnetik dengan atom ataumolekul yang berupa absorpsi melahirkan spektrofotometri absorpsi antara lain spektrofotometriabsorpsi antara lain spektrofotometri ultra violet (UV ), spektrofotometri sinar tampak (VIS), spektrofotometriinfra merah (IR ).Spektrofotometri ultra violet yang dipakai untuk aplikasi kuantitatif menggunakan radiasi dengan panjang gelombang 200-380 nm,sedangkan spektrofotometri sinar tampak menggunakan radiasidengan panjang gelombang 380-780 nm. Molekul yang dapat memberikan absorpsi yang bermakna pada daerah panjang gelombang 200-780 nm adalah molekul-molekul yangmempunyai gugus kromofor dan gugus auksokrom.Spektrofotometer UV-Vis banyak dimanfaatkan seperti dalam analisa logam berbahayadalam sampel pangan atau bahan yang sering digunakan dalam kehidupan. Air merupakan salahsatu kebutuhan yang luas oleh masyarakat. Beragam sumber air yang digunakan dalamkeseharian. Salah satu sumbernya ialah air sumur. Kandungan dalam air sangat mempengaruhikesehatan masyarakat yang menggunakannya.Dalam percobaan ini
,akan dianalisa kandungan besi dalam sampel air sumur denganmenggunakan pengkompleks dalam suasana asam,yang kemudian dianalisis denganmenggunakan Spektrofotometer UV-Vis. BAB IIMETODOLOGI PERCOBAANI.Penentuan Panjang Gelombang MaksimumSiapkan larutan bsi (II)amonium sulfat dalam air yang mengandung kadar Fe2+sekitar 5mg/L dan 10 mg/L dengan cara: timbang masing-masing 125 mg dan 250 mg ammonium besi(II ) sulfat , larutkan dalam air dan encerkan sampai volume 100,0 ml pada labu ukur. Kocok , kemudian ambil 1,0 ml dari larutan tersebut dan pindahkan ke dalam gelas piala 50 ml.Tambahkan 5 ml larutan hidroksilamonium klorida (10% dalam air ),atur pH hingga berada padarentang 3-6 dengan larutan natrium asetat (2M dan 0 ,2 M), tambahkan 4 ml larutan 1,10-fenantrolin (0 , 25% monohidrat dalam air ),masukkan ke dalam labu ukur 250 ml dan encerkandengan air suling sampai garis batas. Kocok dan ukur serapannya setelah 5-10 menit padarentang panjang gelombang 500-530 nm. Blanko
dibuat dengan cara: masukkan 5 ml larutanhidroksilamonium klorida (10% dalam air )ke dalam gelas piala,atur pH hingga berada padarentang 3-6 dengan larutan natrium asetat (2 M dan 0 , 2 M ), lalu tambahkan 4 ml larutan 1,10-fenantrolin (0,25% monohidrat dalam air ), masukkan ke dalam labu ukur 250 ml,encerkansampai garis batas dengan air suling, kemudian kocok. Dari hasil pengamatan tersebut tentukan panjang gelombang yang memberikan serapanmaksimum (Pmaks). Panjang gelombang maksimum inilah yang selanjutnya dipergunakan dalam pengukuran serapan larutan baku dan larutan cuplikan.
Recommended
