POLARIMETRI

Polarimetri adalah suatu metoda analisa yang berdasarkan pada pengukuran daya putaran optis dari suatu larutan. Daya putaran optis adalah kemampuan suatu zat untuk memutar bidang getar sinar terpolarisir. Sinar terpolarisir merupakan suatu sinar yang mempunyai satu arah bidang getar dan arah tersebut tegak lurus terhadap arah rambatannya. Senyawa optis aktif adalah senyawa yang dapat memutar bidang getar sinar terpolarisir. Zat yang optis ditandai dengan adanya atom karbon asimetris atau atom C kiral dalam senyawa organik, contoh : kuarsa ( SiO₂ ), fruktosa.

Polarimeter dapat digunakan untuk :

1.      Menganalisa zat yang optis aktif

2.      Mengukur kadar gula

3.      Penentuan antibiotik dan enzim

Syarat senyawa yang bisa dianalisa dengan polarimetri adalah :

1.      Memiliki struktur bidang kristal tertentu ( dijumpai pada zat padat)

2.     Memiliki struktur molekul tertentu atau biasanya dijumpai pada zat cair. Struktur molekul adalah struktur yang asimetris,  seperti pada glukosa.

Prinsip dasar polarimetris ini adalah pengukuran daya putar optis  suatu zat yang menimbulkan terjadinya putaran bidang getar sinar terpolarisir. Pemutaran bidang getar sinar terpolarisir  oleh senyawa optis aktif ada 2 macam, yaitu :

1.      Dexro rotary (+), jika arah putarnya ke kanan atau sesuai putaran jarum jam.

2.      Levo rotary (-), jika arah putarnya ke kiri atau berlawanan dengan putaran jarum jam.

Jenis – jenis polarimeter :

1.      Spektropolarimeter

Merupakan satu jenis polarimeter yang dapat digunakan untuk mengukur aktifitas optik dan besarnya penyerapan. Pada alat ini mula – mula sinar berada dari lampu akan melalui suatur monokromator dan melewati suatu polarisator untuk menghasilkan sinar terpolarisir. Polarisator ini berhubungan langsung dengan modulator yang berguna untuk menghatur tingkat sinar yang terpolarisasi secara elektris yang dapat diamati pada servo amplifier. Kemudian sinar melewati sampel dan analisator sebelum mencapai tabung pengadaan sinar, dan dapat dilakukan dengan pengamatan pada indikator.

2.      Optical rotatory dispersion ( ORD )

Alat ini merupakan modifikasi dari spektropolarimeter, prinsipnya sama dengan spektropolarimeter, tetapi terdapat perbedaan yaitu pada ORD ini sinar diatur berdasarkan tingkat polarisasinya, yaitu pada frekuensi 12 Hz oleh motor driven yang menyebabkan polarisator bergerak – gerak dan membentuk sudut 1 atau 2 derajat atau lebih. Selain itu servoamplifiernya hanya dapat merespon pada frekuensi 12 Hz sehingga servomotor akan mengatur analisator secara kontinu dan servomotor juga memposisikan penderkorder untuk menghasilkan suatu grafik.

3.      Circular Dichroism Apparatus ( CDA )

CDA ini merupakan modifikasi dari spektrofotometer konfensional yang digunakan untuk menentukan dua serapan atau absorban. Nilai polarisasi sekular ini dapat ditentukan dalam 2 langkah, yaitu yang pertama sinar harus mengalami polarisasi bidang dan kedua yaitu sinar terpolarisasi tersebut diubah menjadi komponen terpolarisasi sirkular kanan dan sirkular kiri. Untuk mengubah komponen menjadi terpolarisasi sekular kanan dan kiri, dapat digunakan tiga tipe alat, yaitu the Fresnel rhomb, modulator pockets elektro-optik dan modulator tekanan photo-elastic.

4.      Saccarimeter

Alat ini hanya dapat digunakan untuk menentukan kadar gula.

Sinar mempunyai arah getar atau arah rambat kesegala arah dengan variasi warna dan panjang gelombang yang dikenal dengan sinar polikromatis. Untuk menghasilkan sinar monokromatis, maka digunakan suatu filter atau sumber sinar tertentu. Sinar monokromatis ini akan melewati suatu prisma yang terdiri dari suatu kristal yang mempunyai sifat seperti layar yang dapat menghalangi jalannya sinar, sehingga dihasilkan sinar yang hanya mempunyai satu arah bidang getar yang disebut sebagai sinar terpolarisasi. Rotasi spesifik disimbolkan dengan [α]   sehingga dapat dirumuskan :

[α]    = α / dc

Dimana :   

α = besar sudut yang terpolarisasi oleh suatu larutan dengan konsentrasi c gram zat terlarut per mL larutan.

d = merupakan panjang lajur larutan ( dm )

c = merupakan konsentrasi ( gram/mL ).

Karena panjang gelombang yang sering digunakan adalah 589,3 nm yaitu garis D lampu natrium dan suhu standar 20^oC, maka [α]^T  ditulis menjadi [α].

Hal-hal yang dapat mempengaruhi sudut putar suatu larutan adalah sebagai berikut :

1.      Jenis zat.

Masing – masing zat memberikan sudut putaran yang berbeda terhadap bidang getar sinar terpolarisir.

2.      Panjang lajur larutan dan panjang tabung.

Jika lajur larutan diperbesar maka putarannya juga makin besar.

3.      Suhu.

Makin tinggi suhu maka sudut putarannya makin kecil, hal ini disebabkan karena zat akan memuai dengan naiknya suhu sehingga  zat yang berada dalam tabung akan berkurang.

4.      Konsentrasi zat

Konsentrasi sebanding dengan sudut putaran, jika konsentrasi dinaikkan maka putarannya semakin besar.

5.      Jenis sinar ( panjang gelombang)

Pada panjang gelombang yang berbeda zat yang sama mempunyai nilai putaran yang berbeda.

6.      Pelarut

Zat yang sama mempunyai nilai putaran yang berbeda dalam pelarut yang berbeda.

Komponen-komponen alat polarimeter adalah:

1.      Sumber Cahaya monokromatis

Yaitu sinar yang dapat memancarkan sinar monokromatis. Sumber cahaya yang digunakan biasanya adalah lampu D Natrium dengan panjang gelombang 589,3 nm. Selain itu juga dapat digunakan lampu uap raksa dengan panjang gelombang 546 nm.

2.      Lensa kolimator

Berfungsi mensejajarkan sinar dari lampu natrium atau dari sumber cahaya sebelum masuk ke polarisator.

3.      Polarisator dan Analisator.

Polarisator berfungsi untuk menghasilkan sinar terpolarisir. Sedangkan analisator berfungsi untuk menganalisa sudut yang terpolarisasi. Yang digunakan sebagai polarisator dan analisator adalah prisma nikol. Prisma setengah nikol merupakan alat untuk menghasilkan bayangan setengah yaitu bayangan terang gelap dan gelap terang.                                                                                                   

4.      Skala lingkar.

Merupakan skala yang bentuknya melingkar dan pembacaan skalanya dilakukan jika telah didapatkan pengamatan tepat baur-baur.

5.      Wadah sampel ( tabung polarimeter )

Wadah sampel ini berbentuk silinder yang terbuat dari kaca yang tertutup dikedua ujungnya berukuran besar dan yang lain berukuran kecil, biasanya mempunyai ukuran panjang 0,5 ; 1 ; 2 dm. Wadah sampel ini harus dibersihkan secara hati-hati dan tidak bileh ada gelembung udara yang terperangkap didalamnya.

6.      Detektor.

Pada polarimeter manual yang digunakan sebagai detektor adalah mata, sedangkan polarimeter lain dapat digunakan detektor fotoelektrik.

Sinar monokromatis dari lampu natrium akan melewati lensa kolimator sehingga berkas sinarnya dibuat paralel. Kemudian dipolarisasikan oleh prisma kalsit atau prisma nikol polarisator. Sinar yang terpolarisasi akan diteruskan keprisma setengah nikol untuk mendapatkan bayangan setengah dan akan melewati sampel yang terdapat dalam tabung kaca yang tertutup pada kedua ujungnya yang panjangnya diketahui. Sampel tersebut akan memutar bidang getar sinar terpolarisasi ke kanan atau ke kiri dan dianalisa oleh analisator. Besarnya sudut putaran oleh sampel dapat dilihat pada skala lingkar yang diiamati dengan mata.

REFRAKTOMETRI

ANALISA CAMPURAN 3 KOMPONEN

Refraktometri adalah suatu analisis yang berdasarkan pada penentuan indeks bias suatu zat. Refraktometer Abbe adalah sebuah alat yang ditemukan oleh orang Jerman yang bernama Zeiss Abbe, yang digunakan untuk mengukur indeks biasa suatu zat cair, zat padat yang transparan, film dan serbuk. Prinsip pengukuran dapat dibedakan, oleh cayaha, penggembalaan kejadian, total refleksi, ini adalah pembiasan (refraksi) atau reflaksi total cahaya yang digunakan. Sebagai prisma umum menggunakan semua tiga prinsip, satu dengan indeks bias dikenal (prisma). Cahaya merambat dalam transisi antara pengukuran prisma dan media sampel (cairan) dengan kecepatan yang berbeda indeks bias diketahui dari media sampel diukur dengan defleksi cahaya. Alat refraktometer ini dilengkapi dengan bak thermostat yang berfungsi untuk menjaga dan mengatur suhu saat pengukuran indeks bias.

Pengukuran ini didasarkan pada prinsip bahwa cahaya yang masuk melalui prisma cahaya bisa melewati bidang batas antara cairan dan prisma kerja dengan suatu sudut yang terletak dalam batas-batas tertentu yang ditentukan oleh sudut batas antara cairan dan gelas. Yang akan diamati adalah bidang terang dan bidang gelap yang terpisah menurut garis yang jelas. Tempat perbatasan ini tergantung pada indeks bias cairan dan gelas. Terjadinya bidang batas antara gelap dan terang bila cahaya dijatuhkan pada prisma kerja dengan berbagai sudut datang mulai dari 0^o – 90^o, maka cahaya dibiaskan keluar dengan berbagai sudut yang besarnya berlainan untuk setiap warna cahaya.

Dalam menentukan komposisi suatu larutan yang terdiri atas tiga komponen, dibuat sederetan larutan standar (konsentrasinya tidak diketahui) dengan beberapa variasi volume campuran. Masing-masing larutan standar ditentukan indeks biasnya dengan menggunakan refraktometer kemudian dilakukan pengkalibrasian terhadap diagram sama sisi. Untuk menentukan komposisi komponen campuran tiga komponen yang belum diketahui, dilakukan hal yang sama yaitu mengukur indeks bias dan pengukuran besaran fisik warnanya dengan membandingkan larutan dengan larutan standar secara kolorimetri standar seri.

Dalam analisa instrumen,  besaran fisika dapat dibedakan atas dua kelompok, yaitu :

1.      Besaran fisika selektif

Adalah besaran fisika yang dimiliki oleh suatu komponen dalam zat dan apabila bercampur dengan besaran fisika lainnya maka nilainya tidak berpengaruh. Contoh : frekuensi dan kecepatan radiasi.

2.      Besaran fisika non-selektif

Adalah besaran fisika yang nilainya berubah bila ada senyawa atau besaran fisika lainnya dalam campuran. Contoh : indeks bias dan warna.

Kaidah fasa Gibbs menerangkan bahwa derajat kebebasan untuk sistem tiga komponen adalah :

F    = 3 – P + 2

= 5 – P

dimana :

F = jumlah derajat kebebasan (variabel bebas terpilih seperti suhu dan    tekanan untuk menentukan keadaan fasa).                                         

P = fasa.

Dan empat derajat kebebasan itu adalah :

a.       Tempratur

b.      Tekanan

c.       Susunan dua komponen

d.      Susunan tiga komponen

Bila sistem tiga komponen ini berada dalam suatu fasa maka derajat kebebasannya (F) = 4, berarti dibutuhkan 4 variabel untuk menentukan sistem secara mutlak. Untuk penyederhanaan pada sistim tiga komponen ini dilakukan pada P dan T konstan.

Pembiasan cahaya adalah peristiwa penyimpangan atau pembelokan cahaya karena

melalui dua medium yang berbeda kerapatan optiknya. Arah pembiasan cahaya dibedakan menjadi dua macam yaitu :

1.      Mendekati Garis Normal

Cahaya dibiakan mendekati garis normal jika cahaya merambat dari medium optik kurang rapat kemedium optik lebih rapat, contohnya cahaya merambat dari udara kedalam air.

2.      Menjauhi Garis Normal

Cahaya dibiaskan mendekati garis normal jika cahaya merambat dari medium optik lebih rapat kedalam optik kurang rapat, contoh cahaya merambat dari dalam air ke udara.

Hukum tentang pembiasan cahaya dikenal dengan hukum Snellius, yang berbunyi :

1.      Perbandingan antara sinus sudut datang dengan sinus sudut bias selalu tetap.

2.      Jika sinar datang dari medium rapat ke medium yang kurang rapat, sinar akan dibiaskan menjauhi garis normal.

3.      Jika sinar datang dari medium yang kurang rapat ke medium yang rapat, maka sinar akan dibiaskan mendekati garis normal.

4.      Jika sinar datang tegak lurus bidang maka sinar tidak dibiaskan melainkan diteruskan.

Penentuan indeks bias juga dapat ditentukan menurut hukum snellius,yaitu :

Indeks bias (n) =  sin i

                             sin r

dimana :

i  = sudut datang yaitu sudut yang dibentuk oleh sinar datang dengan garis normal.

r   = sudut bias yaitu sudut yang dibentuk oleh sinar bias dengan garis normal

Ciri-ciri khas refraktometer adalah dapat dipakai mengukur secara tepat dan sederhana karena hanya memerlukan zat contoh dalam jumlah yang sedikit, yaitu  ±  0,1 ml dan karena ketelitiannya yang tinggi.

Ada 3 jenis refraktometer yang dikenal, yaitu :

1.      Hand Sugar Refraktometer

Refraktometer ini digunakan untuk menentukan kadar gula, biasanya dipakai untuk minuman seperti sirup dan limun. Refraktometer ini disebut dengan prokinometer.

2.      Immersion Refraktometer (Refraktometer Celup)

Refraktometer ini dicelupkan pada cairan yang akan ditentukan indeks biasnya.

3.      Refraktometer ABBE

Refraktometer ABBE dirancang oleh Ernest Abbe pada tahun 1869 dan merupakan refraktometer standar. Larutan yang dibutuhkan sangat sedikit dan pengerjaannya lebih efisien, sehingga sering digunakan di laboratorium.

TURBIDIMETRI

Turbidimetri merupakan analisis kuantitatif yang didasarkan pada pengukuran kekeruhan atau turbidan dari suatu larutan akibat adanya suspensi partikel padat dalam larutan. Artinya turbidimetri adalah analisa yang berdasarkan hamburan cahaya. Hamburan cahaya terjadi akibat adanya partikel yang terdapat dalam larutan. Partikel ini menghamburkan cahaya ke segala arah yang mengenainya. Turbidimetri adalah pengukuran spesies hamburan cahaya dalam larutan dengan memanfaatkan intensitas cahaya berkas masuk setelah dilewatkan melalui larutan.

Dalam turbidimetri digunakan larutan yang berupa koloid atau tersuspensi. Larutan jernih juga dapat diukur dengan metoda ini dengan jalan memberikan emulgator untuk mengemulsi larutan. Larutan tersuspensi atau koloid mengandung partikel yang berukuran besar dari 10^-10 cm. Ukuran partikel ini biasanya dapat dilihat dengan mata. Kegunaan metode turbidimetri antara lain untuk menentukan kadar senyawa tertentu yang terdapat pada suatu tempat yaitu dengan merubahnya terlebih dahulu menjadi senyawa yang sulit larut, kemudian diberi emulgator. Contohnya penentuan kadar kalsium dalam suatu batuan, dimana sebelumnya kalsium diubah menjadi kalsium karbonat yang sulit larut, kemudian ditambahkan emulgator.

Analisa kuantitatif secara turbidimetri didasarkan pada intensitas cahaya yang diteruskan, setelah cahaya tersebut melalui larutan yang mengandung partikel-partikel tersuspensi dari zat yang dianalisa.  Hamburan yang terukur pada alat turbidimeter adalah hamburan yang diteruskan atau yang membentuk sudut 180⁰. Sedangkan hamburan yang membentuk sudut 90⁰, hamburannya terdeteksi oleh alat nefelometer.

Turbiditas merupakan sifat optik akibat dispersi sinar dan dapat dinyatakan sebagai perbandingan cahaya yang dipantulkan terhadap cahaya yang tiba. Intensitas cahaya yang dipantulkan oleh suatu suspensi adalah fungsi konsentrasi jika kondisi-kondisi lainnya konstan. Metode pengukuran turbiditas dapat dikelompokkan dalam tiga golongan. Yaitu pengukuran perbandingan intensitas cahaya yang dihamburkan terhadap intensitas yang datang; pengukuran efek ekstingsi, yaitu kedalaman di mana cahaya yang mulai tidak tampak di dalam lappisan medium yang keruh. Instrumen pengukuran perbandingan tyndall disebut sebagai tyndall meter. Dalam instrumen ini intensitas diukur secara langsung. Sedangkan pada nefelometer, intensitas cahaya diukur dengan larutan standar. Turbidineter mliputi pengukuran cahaya yang diteruskan. Turbiditas berbandinglurus terhadap konsentrasi dan ketebalan, tetapi turbiditas tergantung juga pada warna. Untuk partikel yang lebih kecil, rasio tyndall sebanding dengan pangkat tiga dari ukuran partikel dan berbanding terbalik terhadap pangkat empat panjang gelombang

Sinar yang dihamburkan oleh partikel terlarut dalam suatu larutan ada berbagai macam yaitu :

1.        Hamburan Rayleigh

Yaitu hamburan sinar oleh molekul-molekul yang diameternya jauh lebih kecil dari sinar yang dihamburkan. Intensitas sinar yang terpancar sebanding dengan satu per panjang gelombang berpangkat empat.

2.        Hamburan Tyndall

Yaitu hamburan sinar yang diameter molekul-molekulnya lebih besar dari sinar yang dihamburkan. Pada hamburan Reylegh dan hamburan Tyndal tidak terjadi perubahan frekuensi sinar datang dengan sinar yang dihamburkan.

3.        Hamburan Raman

Yaitu hamburan yang dapat mengubah frekuensi antara sinar yang datang dengan sinar yang dihamburkan.

Metoda pengukuran turbiditas dapat dikelompokkan dalam tiga golongan, yaitu :

1.        Pengukuran perbandingan intensitas cahaya dihamburkan terhadap intensitas cahaya yang datang.

2.        Pengukuran perbandingan intensitas cahaya yang diteruskan terhadap cahaya yang datang.

3.   Pengukuran efek ekstingsi yaitu kedalaman dimana cahaya mulai tidak tampak di dalam lapisan yang keruh.

Faktor-faktor yang mempengaruhi intensitas sinar yang dihamburkan :

1.   Jumlah partikel yang berada dalam larutan, semakin banyak jumlah partikel yang ada dalam larutan semakin besar intensitas sinar yang dihamburkan.

2.    Ukuran partikel, semakin besar ukuran partikel maka intensitas sinar yang dihanburkan akan semakin besar.

3.        Indeks bias relatif antara partikel dengan medium, indeks bias berbanding lurus dengan kerapatan, maka semakin besar indeks bias menyebabkan intensitas sinar yang dihamburkan semakin banyak.

4.        Panjang gelombang yang digunakan

Dalam analisa besaran kekeruhan harus dipertahankan stabil selama pengukuran untuk itu perlu ditambahkan emulgator (zat penstabil). Contoh emulgator untuk klorida adalah amilum, dan untuk sulfide adalah tween 80.

Faktor-faktor yang mempengaruhi bentuk dan ukuran partikel tersuspensi :

1.        Konsentrasi cuplikan

2.        Konsentrasi pereaksi

3.        Lamanya didiamkan

4.        Kecepatan dan urutan pencampuran reagen

5.        Suhu

6.        pH

7.        kekuatan ion

Secara garis besar peralatan filter fotometer terdiri dari 6 komponen, yaitu :

1.    Sumber cahaya, beberapa sumber cahaya yang biasa digunakan antara lain adalah lampu pijar, lampu merkuri, lampu tungsten.

2.        Filter, syarat-syarat filter yang digunakan adalah :

·      Jika pelarut dan partikel yang terdispersi tidak berwarna maka digunakan filter light

·      Jika pelarut dan partikel terdispersi berwarna kuning kecoklatan maka digunakan filter light

·      Jika pelarut dan partikel terdispersi berwarna coklat maka digunakan filter dark

3.        Kuvet

4.   Detektor, pada turbidimeter digunakan detector phototube, sedangkan pada nefelometer digunakan photomultiliertube