Kolorimetri & Spektrofotometri,

KOLORIMETRI

Analisis cara kolorimetri berdasarkan kepeda perbandingan warna larutan yang konsentrasinya tidak diketahui, dengan larutan standar yaitu larutan yang diketahui konsentrasinya. Yang dimaksud dengan warna disini adalah semua warna mulai dari rentang inframerah hingga ultraviolet.berdasarkan intensitas warnanya, konsentrasi zat yang mempunyai warnasendiri dapat diukur. Untuk zat yang tidak berwarna, contoh kita jadikan suatu senyawaan yang berwarnadengan menambahkan pereaksi-pereaksi yang sesuai. Intensitas dari cahaya kemudian dibandingkan dengan suatu larutan standar yang telah diketahui kepekatannya.

Kolorimetri dikaitkan dengan penetapan konsentrasi suatu zat dengan mengukur absorpsi relatif cahaya sehubungan dengan konsentrasi tertentu zat itu. Dalam kolorimetri visual, cahaya putih alamiah ataupun buatan umumnya digunakan sebagai sumber cahaya, dan penetapan biasanya dilakukan dengan suatu instrumen sederhana yang disebut kolorimeter atau pembanding (comparator) warna. Bila mata digantikan oleh sel fotolistrik instrumen ini disebut kolorimeter fotolistrik.
Keuntungan utama metode kolorimeter adalah bahwa metode ini memberikan cara sederhana untuk menentukan kuantitas zat yang sangat kecil. Batas atas metode kolorimeter pada umumnya adalah penetapan konstituen yang ada dalam kuantitas kurang dari 1 atau 2 persen. Penegmbangan kolorimeter fotolistrik yang tidak mahal menyebabkan cabang analisis kimia instrumental ini bahkan dapat dilakukan dalam lembaga pendidikan yang kecil sekalipun.

1.     Teori Kolorimetri

Bila suatu berkas cahaya polikromatik atau monokromatik dialirkanmelalui suatu media yang transparan (gas,cair,padat) maka sebagian cahaya akan :

         Dipantulkan (reflected)

         Diserap media (absorbed)

         Dipancarkan (taransmitted)

Besarnya penyerap akan sebanding dengan tebalnya media dan kepekatan dari zat yang dilarutkan. Tiap media akan menyerap cahaya pada panjang gelombang tertentu tergantung pada senyawaan/warna yang ada.

Bila:

I0 : Intensitas cahaya mula-mula

Ia : Intensitas cahaya yang diserap

Ir : Intensitas cahaya yang dipantulkan

It : Intensitas cahaya yang dipancarkan,

Maka :

I0 = Ia + Ir + It

             

2.     Hukum-hukum yang melandasi Kolorimetri

  Lambert (1760)

Menyelidiki hubungan terhadap Io dan It terhadap tebal media dan memberikan suatu hukum yang bunyinya :

“Bila suatu cahaya monokromatik melalui suatu media yang transparan maka bertambah turunnya intensitas cahaya yang dipancarkan sebanding dengan bertambahnya tebal media”.

  Beer (1852)

Memberikan suatu hokum yang menunjukan hubungan antara It dan Io terhadap kepekatan (C), yaitu :

“Bila suatu cahaya monokromatis melalui suatu media yang transparan maka bertambah turunnya intensitas cahaya yang dipancarkan sebanding dengan bertambahnya kepekatan (C)”.

  Gabungan Lambert-beer

“Bila suatu cahaya monokromator melalui suatu media yang transparan maka bertambah turunnya intensitas cahaya yang ditruskan sebanding dengan ketebalan dan  kepekatan media”.

3.     Panjang Gelombang warna

•Ultraviolet: <400 nm

•Violet : 400-450 nm

•Biru : 450-500 nm

•Hijau : 500-570 nm

•Kuning : 570-590 nm

•Jingga : 590-620 nm

•Merah : 620-760 nm

•Inframerah : >760 nm

Metode pengukuran maupun perbandingan warna
Asas dasar kebanyakan pengukuran kolorimetrik terdiri dari perbandingan warna yang dihasilkan oleh zat dalam kuantitas yang tak diketahu dengan warna yang sama yang dihasilkan oleh kuantitas yang dikatahui dari zat yang akan ditetapkan itu. Ada enam metode yang biasa digunakan untuk mengukur atau membandingkan warna, yaitu:

a. Metode deret standar       
            Metode ini dilakukan dengan membuat suatu deret larutan standar zat yang akan diketahui konsentrasinya dengan berbagai macam variasi konsentrasi. Kemudian larutan sampel dibandingkan dengan deret yang ada. Larutan dengan warna yang serupa secara eksak dengan standar memiliki konsentrasi sama dengan konsentrasi standar.
b. Metode duplikasi
            Dibuat satu standar dengan konsentrasi yang telah diketahui. Kemudian sampel diberi reagen pewarna yang sama dengan standar hingga warnanya serupa. Metode ini hanyalah metode kira-kira namun cukup sederhana.
c. Metode pengenceran
            Larutan standar dan sampel dimasukkan ke dalam dua tabung dengan ukuran yang sama kemudian dilakukan pengenceran sedikit demi sedikit terhadap larutan yang lebih pekat hingga warnanya sama. Metode sangat tidak tepat.
d. Metode perimbangan
            Hampir sama dengan metode pengenceran, namun tabung yang digunakan Silibder Herner

e. Metode fotometer fotolistrik
            Dalam metode ini mata manusia diganti oleh suatu sel footlistrk yanh sesuai. Instrumrn yang menggunkan fotolistrik mengukur penyerapan cahaya dan bukan warna zat sehingga instrumen ini lebih tepat bernama comparator fotlistrik.
f. Metode spektrofotometer
            Inilah metode paling tepat dalam penentuan konsentrasi zat dalam suatu larutan. Namun memiliki harga yang cukup mahal untuk membeli atau menggunakannya. Hal mengenai spektrofotometer akan dibahas lebih dalam pada artikel-artikel berikutnya.

SPEKTROFOTOMETRI

1.     Pendahuluan

Spektrofotometri merupakan suatu metode analisa yang didasarkan pada pengukuran serapan sinar monokromatis oleh suatu lajur larutan berwarna pada panjang gelombang spesifik dengan mengguankan monokromator prisma atau kisi difraksi dengan detector Fototube. Dalam analisis cara spektrofotometri terdapat tiga daerah panjang gelombang elektromagnetik yang digunakan, yaitu daerah UV (200-380 nm), daerah Visible (380-700 nm), daerah Inframerah (700-3000 nm).

Prinsip kerja spektrofotometri berdasarkan hokum Lambert-Beer, bila cahaya monokromatik (I0),melalui suatu media (larutan), maka sebagian cahaya tersebut diserap (Ia), sebagian dipantulkan (Ir), dan sebagian lagi dipancarkan (It). Transmitans adalah perbandingan intensitas cahaya yang di transmisikan ketika melewati sampel (It) dengan intensitas cahaya mula-mula sebelum melewati sampel (Io). Persyaratan hokum Lambert-Beer antara lain : Radiasi yang digunakan harus monokromatik, rnergi radiasi yang di absorpsi oleh sampel tidak menimbulkan reaksi kimia, sampel (larutan) yang mengabsorpsi harus homogeny, tidak terjadi flouresensi atau phosphoresensi, dan indeks refraksi tidak berpengaruh terhadap konsentrasi, jadi larutan harus pekat (tidak encer).

Beberapa larutan seperti larutan Timbal (Pb2+) dalam air tidak berwarna, supaya timbul earna larutan Pb diekstraksi dengan dithizone sehinggaberubah menjadi berwarna merah. Larutan berwarna merah akan menyerap radiasi pada daerah hijau. Dalam hal ini larutan Pb menunjukkan absorbans maksimum pada panjang gelombang 515 nm.

2.     Jenis-jenis Spektrofotometri

Spektrofotometri terdiri dari beberapa jenis berdasarkan sumber cahaya yang digunakan. Diantaranya adalah sebagai berikut :

1)      Spektrofotometri Vis (Visible)

Pada spektrofotometri ini yang digunakan sebagai sumber sinar/energy dalah cahaya tampak (Visible). Cahaya visible termasuk spectrum elektromagnetik yang dapat ditangkap oleh mata manusia. Panjang gelombang sinar tampak adalah 380-750 nm. Sehingga semua sinar yang dapat dilihat oleh mata manusia, maka sinar tersebut termasuk kedalam sinar tampak (Visible).

2)      Spektrofotometri UV (Ultra Violet)

Berbeda dengan spektrofotometri Visible, pada spektrofometri UV berdasarkan interaksi sampel dengan sinar UV. Sinar UV memiliki panjang gelombang 190-380 nm. Sebagai sumber sinar dapat digunakan lampu deuterium. Deuterium disebut juga heavy hydrogen. Dia merupakan isotop hydrogen yang stabil tang terdapat berlimpah dilaut dan didaratan.

Karena sinar UV tidak dapat dideteksi oleh mata manusia maka senyawa yang dapat menyerap sinar ini terkadang merupakan senyawa yang tidak memiliki warna. Bening dan transparan.

3)      Spektrofotometri UV-Vis

Spektrofotometri ini merupakan gabungan antara spektrofotometri UV dan Visible. Menggunakan dua sumber cahaya berbeda, sumber cahay UV dan sumber cahaya Visible.  Kemudahann Metode ini dapat digunakan baik untuk sampel berwarna juga untuk sampel tak berwarna.

4)      Spektrofotometri IR (Infra Red)

Spektrofotometri ini berdasar kepada penyerapan panjang gelombang Inframerah. Cahaya Inframerah, terbagi menjadi inframerah dekat, pertengahan dan jauh. Inframerah pada spektrofotometri adalah adalah inframerah jauh dan pertengahan yang mempunyai panjang gelombang 2.5-1000 mikrometer. Hasil analisa biasanya berupa signalkromatogram hubungan intensitas IR terhadap panjang gelombang. Untuk identifikasi, signal sampel akan dibandingkan dengan signal standard.

3.     Peralatan spektrofotometer

Spektrofotometer adalah alat untuk mengukur  transmitan atau absorban suatu sampel sebagbai fungsi panjang gelombang. Spektrofotometer ada yang menggunakan berkas rangkap (double beam), tetapi prinsip pengerjaannya sama seperti berkas tunggal (sinle beam) yang secara diagram blok

SPEKTROFOTOMETRI

Spektrofotometri merupakan suatu metoda analisa yang didasarkan pada pengukuran serapan  sinar monokromatis oleh suatu lajur larutan berwarna pada panjang gelombamg spesifik dengan menggunakan monokromator prisma atau kisi difraksi dengan detektor fototube.

Spektrofotometer adalah alat untuk mengukur transmitan atau absorban suatu sampel sebagai fungsi panjang gelombang. Sedangkan pengukuran menggunakan spektrofotometer ini, metoda yang digunakan sering disebut dengan spektrofotometri.

Spektrofotometri dapat dianggap sebagai perluasan suatu pemeriksaan visual dengan studi yang lebih mendalam dari absorbsi energi. Absorbsi radiasi oleh suatu sampel diukur pada berbagai panjang gelombangdan dialirkan oleh suatu perkam untuk menghasilkan spektrum tertentu yang khas untuk komponen yang berbeda.

Absorbsi sinar oleh larutan mengikuti hukum Lambert-Beer, yaitu :

A =     log ( Io / It )         =  a b c

Keterangan  : Io = Intensitas sinar datang

It = Intensitas sinar yang diteruskan

a = Absorptivitas

b = Panjang sel/kuvet

c = konsentrasi (g/l)

A = Absorban

Spektrofotometri merupakan bagian dari fotometri dan dapat dibedakan dari filter fotometri sebagai berikut :

1. Daerah jangkauan spektrum

Filter fotometr hanya dapat digunakan untuk mengukur serapan sinar tampak (400-750 nm). Sedangkan spektrofotometer dapat mengukur serapan di daerah tampak, UV (200-380 nm) maupun IR (> 750 nm).

2. Sumber sinar

Sesuai dengan daerah jangkauan spektrumnya maka spektrofotometer menggunakan sumber sinar yang berbeda pada masing-masing daerah (sinar tampak, UV, IR). Sedangkan sumber sinar filter fotometer hanya untuk daerah tampak.

3. Monokromator

Filter fotometere menggunakan filter sebagai monokrmator. Tetapi pada spektro digunakan kisi atau prisma yang daya resolusinya lebih baik.

4. Detektor

-   Filter fotometer menggunakan detektor fotosel

-   Spektrofotometer menggunakan tabung penggandaan foton atau fototube.

Komponen utama dari spektrofotometer yaitu :

1. 1. Sumber cahaya

Untuk radisi kontinue :

-         Untuk daerah UV dan daerah tampak :

-         Lampu wolfram (lampu pijar) menghasilkan spektrum kontiniu pada gelombang 320-2500 nm.

-         Lampu hidrogen atau deutrium (160-375 nm)

-         Lampu gas xenon (250-600 nm)

Untuk daerah IR

Ada tiga macam sumber sinar yang dapat digunakan :

-         Lampu Nerst,dibuat dari campuran zirkonium oxida (38%) Itrium oxida  (38%) dan erbiumoxida (3%)

-         Lampu globar dibuat dari silisium Carbida (SiC).

-         Lampu Nkrom terdiri dari pita nikel krom dengan panjang gelombang 0,4 – 20 nm

-      Spektrum radiasi garis UV atau tampak :

-       Lampu uap (lampu Natrium, Lampu Raksa)

-       Lampu katoda cekung/lampu katoda berongga

-       Lampu pembawa muatan dan elektroda (elektrodeless dhischarge lamp)

-       Laser

1. 2. Pengatur Intensitas

Berfungsi untuk mengatur intensitas sinar yang dihasilkan oleh sumber cahaya agar sinar yang masuk tetap konstan.

1. 3. Monokromator

Berfungsi untuk merubah sinar polikromatis menjadi sinar monokromatis sesuai yang dibutuhkan oleh pengukuran

Macam-macam monokromator :

-   Prisma

-   kaca untuk daerah sinar tampak

-   kuarsa untuk daerah UV

-   Rock salt (kristal garam) untuk daerah IR

-  Kisi difraksi

Keuntungan menggunakan kisi :

-   Dispersi sinar merata

-   Dispersi lebih baik dengan ukuran pendispersi yang sama

-   Dapat digunakan dalam seluruh jangkauan spektrum

1. 4. Kuvet

Pada pengukuran di daerah sinar tampak digunakan kuvet kaca dan daerah UV digunakan kuvet kuarsa serta kristal garam untuk daerah IR.

1. 5. Detektor

Fungsinya untuk merubah sinar menjadi energi listrik yang sebanding dengan besaran yang dapat diukur.

Syarat-syarat ideal sebuah detektor :

-         Kepekan yang tinggi

-         Perbandingan isyarat atau signal dengan bising tinggi

-         Respon konstan pada berbagai panjang gelombang.

-         Waktu respon cepat dan signal minimum tanpa radiasi.

-         Signal listrik yang dihasilkan harus sebanding dengan tenaga radiasi.

Macam-macam detektor :

-    Detektor foto (Photo detector)

-      Photocell

-      Phototube

-      Hantaran foto

-      Dioda foto

-      Detektor panas

1. 6. Penguat (amplifier)

Berfungsi untuk memperbesar arus yang dihasilkan oleh detektor agar dapat dibaca oleh indikator.

1. 7. Indikator

Dapat berupa :

-         Recorder

-         Komputer