...

spektrofotometer ultra-violet dan sinar tampak serta aplikasinya

by user

on
Category: Documents
17

views

Report

Comments

Transcript

spektrofotometer ultra-violet dan sinar tampak serta aplikasinya
sumber:www.oseanografi.lipi.go.id
Oseana, Volume X, Nomor 1 : 39 - 47, 1985.
ISSN 0216-1877
SPEKTROFOTOMETER ULTRA-VIOLET DAN SINAR TAMPAK
SERTA APLIKASINYA DALAM OSEANOLOGI
Oleh
Etty Triyati1)
ABSTRACT
ULTRA VIOLET AND VISIBLE SPECTROPHOTOMETER AND ITS
APPLICATION IN OCEANOLOGY. Ultra violet and visible spectrophotometer
is one of the practical instrument which is able to detect the biological and
chemical characteristics of sea water. The principle mechanism of this
instrument is based on the light absorption by a solution at certain wave length.
This paper describes the instrument and gives notes on the application in the
field of oceanology, such as primary productivity, nutrients, suspended solid
and sediment load.
PENDAHULUAN
LATAR BELAKANG TEORITIK
SPEKTROFOTOMETER ULTRAVIOLET DAN SINAR TAMPAK
Air laut berfungsi sebagai penampung
berbagai macam buangan seperti buangan
industri, buangan domestik dan buangan
pertanian yang mengandung banyak zat
organik dan anorganik baik yang terlarut
ataupun tidak, dan juga merupakan
lingkungan hidup biota air. Untuk
mengetahui tingkat kesuburan suatu
perairan dan amannya biota laut, serta
untuk keperluan industri dan sebagainya
seperti penjagaan bahaya korosi dari air
laut terhadap peralatan, pipa-pipa dan tanki
yang terkena air laut, dibutuhkan beberapa
parameter fisika, kimia dan biologi. Tingkat
kesuburan suatu perairan ditunjukkan oleh
besarnya produksi zat organik yang
dihasilkan oleh perairan tersebut, yang biasa
disebut produktivitas primer.
Analisis kimia bertujuan untuk mengetahui komposisi suatu zat atau campuran zat
yang merupakan informasi kualitatif
mengenai ada atau tidak adanya suatu unsur
atau komponen dalam contoh. Selain itu
juga untuk mengukur jumlah atau
banyaknya unsur yang diteliti atau dengan
perkataan lain adalah untuk mengetahui
data kuantitatif, juga dapat dipakai untuk
menentukan struktur suatu zat.
Dalam analisis kimia dikenal berbagai
macam cara untuk mengetahui data
kualitatif dan kuantitatif baik yang
menggunakan suatu peralatan optik
(instrumen) ataupun dengan cara basah.
Alat instrumen biasanya dipergunakan
untuk menentukan suatu zat berkadar
rendah, biasanya dalam satuan ppm (part
per million) atau ppb (part per billion).
Salah
satu
metode
sederhana
Tulisan ini akan mencoba memberikan
sedikit gambaran mengenai metode
Spektrofotometri Ultra-Violet dan Sinar
Tampak, serta aplikasinya di dalam
oseanologi.
1) Pusat Penelitian Ekologi Laut, Lembaga Oseanologi Nasional - LIPI, Jakarta.
Oseana, Volume X No. 1, 1985
39
sumber:www.oseanografi.lipi.go.id
Cahaya Tampak hanyalah merupakan bagian
kecil
dari
seluruh
radiasi
elektromagnetik. Spektrum cahaya Tampak
terdiri dari komponen-komponen merah,
jingga, kuning, hijau, biru dan ungu,
dimana masing-masing warna mempunyai
panjang gelombang yang berbeda. Satuan
yang
banyak
dipergunakan
untuk
menyatakan panjang gelombang adalah
Angstrom, 1 A = 10-10 meter. Perkiraan
panjang gelombang warna-warna dalam
daerah Cahaya Tampak dapat dilihat
pada Tabel 2.
Metode Spektrofotometri Ultra-violet
dan Sinar Tampak telah banyak diterapkan
untuk
penetapan
senyawa-senyawa
organik yang umumnya dipergunakan
untuk penentuan senyawa dalam jumlah
yang sangat kecil (SKOOG & WEST
1971).
untuk menentukan zat organik dan anorganik secara kualitatif dan kuantitatif dalam
contoh air laut, yaitu dengan metode
Spektrofotometri Ultra-violet dan Sinar
Tampak. Prinsip kerjanya berdasarkan
penyerapan c a h a y a
atau
energi
r a d i a s i o l e h suatu larutan. Jumlah
cahaya atau energi radiasi yang diserap
memungkinkan pengukuran jumlah zat
penyerap dalam larutan secara kuantitatif
(PECSOK et al. 1976; SKOOG & WEST
1971).
Cahaya adalah suatu bentuk energi
radiasi yang mempunyai sifat sebagai
gelombang dan partikel. Sifatnya sebagai
gelombang dapat dilihat dengan terjadinya
pembiasan dan pemantulan cahaya oleh
suatu medium, sedangkan sifatnya sebagai
partikel dapat dilihat dengan terjadinya
efek foto listrik.
Dalam suatu larutan gugus molekul
yang dapat mengabsorpsi cahaya dinamakan
gugus kromofor, contohnya antara lain:
C = C, C = O, N = N, N = O, dan
sebagainya. Molekul-molekul yang hanya
mengandung satu gugus kromofor dapat
mengalami perubahan pada panjang
gelombang seperti tertera pada Tabel 3.
Energi radiasi terdiri dari sejumlah besar
gelombang
elektromagnetik
dengan
panjang gelombang yang berbeda-beda.
Bagian-bagian suatu radiasi dapat dipisahpisahkan menjadi spectrum elektromagnetik seperti tertera pada Tabel 1.
Tabel 1. Daerah spektrum gelombang elektromagnetik (PECSOK et al 1976; SKOOG
& WEST 1971).
Macam sinar
Panjang gelombang
SinarX
10
-
100
pkm
Ultra-violet jauh
Ultra-violet dekat
Sinar Tampak
Infra-merah dekat
Infra-merah tengah
Infra-merah jauh
Gelombang mikro
Gelombang radio
10
200
400
0,75
2,5
50
0,1
1
-
200
400
750
2
50
1000
100
1000
nm
nm
nm
um
um
um
cm
m
40
Oseana, Volume X No. 1, 1985
sumber:www.oseanografi.lipi.go.id
Tabel 2. Perkiraan panjang gelombang warna-warna dalam daerah Cahaya Tampak
(SKOOG & WEST 1971).
Warna
Warna pelengkap
ungu
biru
biru hijau
hijau biru
hijau
hijau kuning
kuning
oranye
merah
hijau kuning
kuning
oranye
merah
merah lembayung
ungu
biru
biru hijau
hijau biru
Panjang gelombang (mm)
400
435
480
490
500
560
580
595
610
- 435
- 480
- 490
- 500
- 560
- 580
- 595
- 610
- 750
Tabel 3. Pita absorpsi elektronik untuk gugus kromofor tunggal (SKOOG & WEST 1971).
Kromofor
λ maksimum (nm)
nitril
160
asetilida
175 - 180
ester
205
karboksil
aldehida
200 - 210
210
azo
285 - 400
nitroso
302
Molekul yang mengandung dua gugus
kromofor atau lebih akan mengabsorpsi
cahaya pada panjang gelombang yang
hampir sama dengan molekul yang hanya
mempunyai satu gugus kromofor tertentu,
tetapi intensitas absorpsinya adalah
sebanding dengan jumlah kromofor yang
ada. Interaksi antara dua kromofor tidak
akan terjadi, kecuali kalau memang antara
dua kromofor itu ada kaitannya. Walaupun
demikian, suatu kombinasi tertentu dari
gugus fungsi akan menghasilkan suatu
sistim
kromoforik
yang
dapat
menimbulkan pita-pita absorpsi yang
karakteristik (SKOOG & WEST 1971).
Banyak zat organik juga menunjukkan
absorpsi khusus, misalnya permanganat,
ion nitrat, ion kromat, dan ruthenium,
molekul iodium dan ozon. Banyak pereaksi
akan bereaksi dengan zat yang tidak
mengabsorpsi memberikan hasil yang akan
mengabsorpsi sinar Ultra-violet atau Sinar
Tampak dengan kuat. Pereaksi organik
yang membentuk kompleks berwarna yang
stabil adalah o-phenanthrolin untuk besi,
dimetil glioksim untuk nikel, dietil thio
karbamat untuk tembaga, dan sebagainya
(SKOOG & WEST 1971).
41
Oseana, Volume X No. 1, 1985
sumber:www.oseanografi.lipi.go.id
nal elektrik ini kemudian dialirkan ke alat
pengukur (GLASSTON 1960; PECSOK et
al. 1976; SKOOG & WEST 1971).
Rekorder dipergunakan untuk mencatat
data hasil pengukuran dari detektor, yang
dinyatakan dengan angka.
ALAT DAN CARA KERJA
1. ALAT
Susunan peralatan Spektrofotometer Ultra-violet dan Sinar Tampak diperlihatkan
pada Gambar 1 yang meliputi bagianbagian
sebagai
berikut:
sumber
radiasi/cahaya (A), monokromator (B), sel
absorpsi (C), detektor (D) dan pencatat (E).
Sumber cahaya dipergunakan untuk
pengukuran absorpsi. Sumber cahaya ini
harus memancarkan sinar dengan kekuatan
yang cukup untuk penentuan dan
pengukuran, juga harus memancarkan
cahaya berkesinambungan yang berarti
harus
mengandung
semua
panjang
gelombang dari daerah yang dipakai.
Kekuatan sinar radiasi harus konstan
selama waktu yang diperlukan. Sumber
Cahaya Tampak yang paling umum dipakai
adalah lampu Wolfram. Sedangkan sumber
radiasi Ultra-violet biasa dipergunakan
lampu Hidrogen atau Deuterium yang
terdiri dari tabung kaca dengan jendela dari
kwartz yang mengandung Hidrogen dengan
tekanan tinggi. Oleh karena kaca menyerap
radiasi Ultra-violet, maka sistim optik
Spektrofotometer Ultra-Violet dan sel
harus dibuat dari bahan kwartz.
Monokromator dipergunakan untuk memisahkan radiasi ke dalam komponenkomponen panjang gelombang dan dapat
memisahkan
bagian
spektrum
yang
diinginkan dari lainnya.
Sel absorpsi dipakai dari bahan silika,
kuvet dan plastik banyak dipakai untuk
daerah Sinar Tampak. Kualitas data
absorbans sangat tergantung pada cara
pemakaian dan pemeliharaan sel. Sidik jari,
lemak atau pengendapan zat pengotor pada
dinding sel akan mengurangi transmisi.
Jadi sel-sel itu harus bersih sekali sebelum
dipakai (GLASSTON 1960; PECSOK et al.
1976; SKOOG & WEST 1971).
Detektor dipergunakan untuk menghasil-
2. PRINSIP KERJA ALAT
Seperti terlihat pada bagan alat susunan
Spektrofometer Ultra-violet dan Sinar Tampak, suatu sumber cahaya; dipancarkan
melalui monokromator (B). Monokromator
menguraikan sinar yang masuk dari sumber
cahaya tersebut menjadi pita-pita panjang
gelombang
yang
diinginkan
untuk
pengukuran suatu zat tertentu seperti yang
tertera pada Tabel 3, yang menunjukkan
bahwa setiap gugus kromofor mempunyai
panjang gelombang maksimum yang
berbeda.
Dari
monokromator
tadi
cahaya/energi radiasi diteruskan dan diserap
oleh suatu larutan yang akan diperiksa di
dalam kuvet. Kemudian jumlah cahaya
yang diserap oleh larutan akan menghasilkan signal elektrik pada detektor, yang
mana signal elektrik ini sebanding dengan
cahaya yang diserap oleh larutan tersebut.
Besarnya signal elektrik yang dialirkan ke
pencatat dapat dilihat sebagai angka.
Metode Spektrofotometri Ultra-violet
dan Sinar Tampak berdasarkan pada hukum
LAMBERT-BEER.
Hukum
tersebut
menyatakan bahwa jumlah radiasi cahaya
Tampak, Ultra-violet dan cahaya-cahaya
lain yang diserap atau ditransmisikan oleh
suatu larutan merupakan suatu fungsi
eksponen dari konsentrasi zat dan tebal
larutan. Hukum ini secara sederhana dapat
dinyatakan dalam rumus berikut:
kan signal elektrik. Dimana signal elektrik ini
sebanding dengan cahaya yang diserap. Sig-
42
Oseana, Volume X No. 1, 1985
sumber:www.oseanografi.lipi.go.id
43
Gambar 1. Bagan susunan alat Spektrofotometer Ultra-violet dan Sinar Tampak.
Keterangan
A = sumber cahaya.
B = monokromator.
C = sel absorpsi (tempat larutan).
Oseana, Volume X No. 1, 1985
C1
C2
D
E
= contoh.
= pelarut.
= detektor.
= meter atau rekorder.
sumber:www.oseanografi.lipi.go.id
K = konstanta yang bergantung
pada kondisi percobaan.
Satuan-satuan dan lambang untuk persamaan-persamaan di atas disajikan pada Tabel 4.
Jika persamaan (1) dan (2) dikombinasikan,
maka diperoleh:
Bila absorbansi A dialurkan terhadap
konsentrasi c untuk contoh yang tebalnya b
cm, maka akan menghasilkan suatu garis
lurus dengan lereng AB dalam daerah
dimana hukum LAMBERT-BEERT berlaku
(PECSOK et al. 1976; SKOOG & WEST
1971). Kurvanya bisa dilihat pada Gambar 2.
Garis lurus yang dihasilkan ini tidak selalu
diperoleh melalui titik awal (titik nol). Hal
ini disebabkan oleh faktor-faktor fisika dan
kimia. Faktor fisika disebabkan oleh keadaan
alatnya sendiri, misalnya sumber cahaya
yang dipakai, lebar celah, kepekaan rekorder
dan sebagainya, tetapi kesalahan ini relatif
kecil karena alat yang dipakai sebelum
dikeluarkan telah diuji ketelitiannya. Faktor
kimia disebabkan oleh perbedaan pH larutan,
konsentrasi, suhu dan terjadinya reaksi kimia
dalam larutan, misalnya: oksidasi, disosiasi,
polime-risasi dan pembentukan kompleks
(PECSOK et al. 1976 ; SKOOG &
WEST 1971).
Jika c dinyatakan dalam mole/liter, maka
yang bersangkutan dinamakan absorptivitas
molar dan diberikan lambang E.
L
Perbandingan—dinamakan transmisi (T).
o
Cara lain untuk menyatakan perbandingan ini
adalah:
Tabel 4. Satuan dan lambang pada hukum LAMBERT-BEER (SKOOG & WEST 1971).
Lambang yang
diterima
Definisi
Nama yang
diterima.
T
transmisi
A
absorbansi
a
absorptivitas
Є
absorptivitas
molar
b
panjang jalan
yang ditempuh
Lambang
T
D,E
44
Oseana, Volume X No. 1, 1985
Pengganti
k
Nama
transmisi
kerapatan optik
ekstingsi
koefisien ekstingsi
indeks absorbansi
koefisien ekstingsi
molar
indeks absorbansi
molar
l, d
sumber:www.oseanografi.lipi.go.id
Gambar 2. Pengaluran absorbansi terhadap konsentrasi.
Bila transmisi T dialurkan terhadap c
pada kondisi yang sama akan dihasilkan
kurva eksponen yang diperlihatkan pada
Gambar 3, tetapi kurva log T terhadap c adalah
garis lurus dengan lereng ab (PECSOK et al.
1976; SKOOG & WEST 1971).
Gambar 3. Pengaluran transmisi terhadap konsentrasi.
45
Oseana, Volume X No. 1, 1985
sumber:www.oseanografi.lipi.go.id
Dalam analisis Spektrofotometri Ultraviolet
dan Sinar Tampak harus diperhatikan hal-hal
sebagai berikut, karena berhubungan dengan
warna (GLASSTON 1960; PECSOK et al. 1976;
SKOOG & WEST 1971).
Pemakaian Spektrofotometer Ultra-violet dan
Sinar Tampak dalam analisis kuantitatif
mempunyai beberapa keuntungan:
- Dapat
dipergunakan untuk banyak zat
organik dan anorganik. Adakalanya bebe
rapa zat harus diubah dulu menjadi senyawa berwarna sebelum dianalisa.
- Selektif.
Pada pemilihan kondisi yang tepat dapat dicari
panjang gelombang untuk zat yang dicari.
- Mempunyai ketelitian yang tinggi, dengan
kesalahan relatif sebesar 1% — 3%, tetapi
kesalahan ini dapat diperkecil lagi.
- Dapat dilakukan dengan cepat dan tepat.
1. Kestabilan warna.
Sedapat mungkin warna yang dihasilkan stabil
untuk beberapa lama.
2. Reaksi warna yang spesifik.
Sebaiknya dipakai reaksi warna yang spesifik untuk unsur tertentu, sehingga adanya unsur-unsur lain tidak mengganggu
dan pemisahan tidak perlu dilakukan.
3. Sifat zat warna.
Kalau zat warna yang terbentuk berada dalam
keadaan tertutup dan segera diperiksa karena
penguapan akan menyebabkan pemekatan
larutan.
Spektrofotometri Ultra-violet dan Sinar
Tampak merupakan salah satu cara yang sederhana dan praktis untuk menentukan beberapa
parameter ekologi di laut.
Tingkat kesuburan suatu perairan ditun-jukkan
oleh besarnya produksi zat organik yang
dihasilkan oleh perairan tersebut yang biasa
disebut produktivitas primer. Produksi zat organik
yang dihasilkan tersebut bisa melalui proses
fotosintesa yang terjadi pada tumbuhan yang
mengandung pigmen fotosintetik. Salah satu cara
yang sudah umum dan luas dipakai untuk
mengetahui banyaknya biomassa fitoplankton di
laut adalah menentukan kadar klorofil fitoplankton
dengan metode Spektrofotometri.
Zat terlarut ataupun tidak terlarut dalam air laut,
seperti unsur-unsur hara dan beberapa logam
sangat dibutuhkan oleh biota laut untuk
pertumbuhannya, seperti nitrat (NO3=), fosfat
(PO4-3), sulfat (SO4-2), besi (Fe), seng (Zn) dan
sebagainya. Kadar zat-zat terlarut ataupun tidak
terlarut dalam air seperti logam dan senyawanya
mempunyai batas tertentu untuk amannya biota
laut. Dosis tertentu menyebabkan pengaruh yang
serius pada kehidupan biologis seperti zooplankton, fitoplankton, ikan bahkan pada
manusia baik secara langsung maupun tidak
langsung yang akhirnya bisa menimbulkan
kematian. Salah satu cara yang praktis dan
sudah umum dipakai untuk menentukan un-
4. Sensitif.
Sensitif yaitu dengan perubahan konsentrasi
yang kecil, akan menyebabkan pemekatan
larutan.
5. Larutan homogen.
Larutan yang homogen akan mengabsorpsi
cahaya di setiap bagian sama.
APLIKASI DALAM OSEANOLOGI
Kegunaan Spektrofotometer Ultra-violet dan
Sinar Tampak dalam analisis kimia adalah untuk
analisis kualitatif dan kuantitatif.
Kelemahan Spektrofotometer Ultra-violet dan
Sinar Tampak dalam analisis kualitatif adalah
kurang teliti. Hal tersebut disebabkan karena pitapita absorpsi yang diperoleh melebar, dengan
demikian kurang khusus atau terbatas
pemakaiannya. Walaupun demikian, berdasarkan
spektrum serapan Ultra-violet dan Sinar Tampak,
dapat dipakai untuk mengetahui ada atau tidak
adanya gugus fungsional tertentu dalam senyawa
organik. Alat ini dapat juga dipergunakan untuk
menentukan jumlah kecil senyawa berkadar
rendah yang dapat mengabsorpsi dalam media
non absorben (PECSOK et al. 1976; SKOOG &
WEST 1971).
46
Oseana, Volume X No. 1, 1985
sumber:www.oseanografi.lipi.go.id
sur-unsur hara dan kadar logam-logam ter-sebut
adalah dengan metode Spektrofotometri Ultraviolet dan Sinar Tampak.
dimasukkan ke dalam rumus LAMBERT-BEER,
maka akan didapatkan kadar zat yang dicari.
Penggunaan Spektrofotometer Ultra-violet dan
Sinar Tampak bisa untuk contoh cairan maupun
padatan, seperti air laut, lumpur/sedimen dan
batuan.
Oleh
karena
prinsip
kerja
Spektrofotometer Ultra-violet dan Sinar Tampak
berdasarkan penyerapan cahaya oleh suatu larutan,
maka semua contoh yang akan diperiksa hams
diubah terlebih dahulu menjadi bentuk larutan.
Untuk pemakaian Spektrofotometer Sinar
Tampak larutan tersebut harus berwarna. Hal ini
bisa dikerjakan dengan menambahkan pereaksi
tertentu pada contoh yang diperiksa. Kemudian hasil pengukuran dari Spektrofotometer
DAFTAR PUSTAKA
GLASSTON, S. 1960. Textbook of physical
chemistry. 2nd ed. Macmillan and Co.
Ltd., London.
PECSOK, R.L.; L.D. SHILEDS; T. CAIRNS;
and I.G. MCWILLIAM 1976. Modern methods of chemical analysis. 2nd ed. John
Wiley & Sons, Inc., New York.
SKOOG, D.A. and D.M. WEST 1971. Principles of instrumental analysis. Holt,
Rinehart and Winston, Inc., New York.
47
Oseana, Volume X No. 1, 1985
Fly UP