COLORIMETRI

Kolorimetri adalah suatu metoda analisis kimia yang didasarkan pada tercapainya kesamaan warna antara larutan sampel dan larutan standar, dengan menggunakan sumber cahaya polikromatis dengan detektor mata.

Persyaratan larutan yang harus dipenuhi untuk absorbsi sinar tampak adalah larutan harus berwarna. Oleh karena itu metoda spektroskopi sinar tampak disebut juga dengan metoda kolorimetri dan alatnya disebut dengan kolorimeter. Kolorimeter didasarkan pada perubahan warna larutan yang sebanding dengan perubahan konsentrasi komponen pembentuk larutan. Oleh karena itu aspek kuantitatif merupakan tujuan pengukuran dengan metoda ini. Contohnya adalah larutan nitrit dibuat berwarna dengan pereaksi sulfanila-mida dan N-(1-naftil)-etilendiamin. Prinsip dasar dari metoda kolorimetri visual adalah tercapainya kesamaan warna bila jumlah molekul penyerap yang dilewati sinar pada ke dua sisi larutan persis sama. Metoda ini dapat diterapkan untuk penentuan komponen zat warna ataupun komponen yang belum bewarna, namun dengan menggunakan reagen pewarna yang sesuai dapat menghasilkan senyawa bewarna yang merupakan fungsi dari kandungan komponennya. Jika telah tercapai kesamaan warna berarti jumlah molekul zat penyerap yang dilewati sinar pada kedua sisi tersebut telah sama dan ini dijadikan dasar perhitungan.

Syarat pewarnaan ini antara lain :

1.        Warna yang terbentuk harus stabil

2.        Reaksi pewarnaan harus selektif

3.        Larutan harus transparan

4.        Kesensitifannya tinggi

5.        Ketepatan ulang tinggi

6.        Warna yang terbentuk harus merupakan fungsi dari konsentrasi

Cara analisis ini merupakan bahwa tua atau mudanya suatu warna larutan zat atau senyawaan tergantung pada kepekatannya. Dalam visual kolorimetri biasanya dipakai cahaya putih dari matahari atau cahaya lampu biasa dan biasanya dipakai alat-alat pembanding yang sederhana yang disebut dengan color comparator atau pembanding warna. Bila sebagai pengganti ketajaman mata kita diganti dengan suatu photoelectric detektor maka alat itu disebut kolorimeter photoelectric.

Metoda kolorimetri terbagi atas 2 bagian yaitu :

1.        Metoda kolorimetri visual

Menggunakan mata sebagai detektornya

2.        Metoda fotometri

Menggunakan fotosel sebagai detektornya

Metoda kolorimetri visual ini ada 4 macam yaitu :

1.        Metoda Standar Seri (Metoda Nessler)

Pada metoda ini dibuat sederetan larutan standar dan larutan sampel dalam tabung yang berukuran sama dengan jenis yang sama pula. Kemudian warna larutan sampel dibandingkan dengan salah satu warna dari larutan standar.

2.        Metoda Kesetimbangan

Pada metoda ini dilakukan cara membandingkan larutan sampel dengan larutan standar yang didasarkan pada ketebalan larutan standar yang divariasikan.

3.        Metoda Pengenceran

Menggunakan satu zat standar dan sejumlah buret yang berisi blanko. Konsentrasi standar diencerkan dengan blanko sampai tercapai kesamaan warna. Prinsip dasarnya : pada larutan standar ditambahkan blanko.

4.        Metoda Standar Sintetis

Zat yang diselidiki diperoleh dengan cara penambahan sejumlah komponen standar terhadap suatu larutan blanko sampai terjadi kesamaan warna. Prinsip dasarnya : pada blanko ditambahkan larutan standar

Metoda kesetimbangan terbagi atas 3 antara lain :

1.        Sistem Silinder Hehner

Terdiri dari sepasang silinder yang persis sama dengan kran yang ada di bawahnya. Umumnya bila tinggi kedua larutan sama, maka warnanya akan berbeda. Untuk itu pengamatannya dilakukan secara vertikal. Untuk mencapai kesamaan warna maka dilakukan dengan cara mengeluarkan larutan yang konsentrasinya lebih pekat. Dengan demikian akan memperpendek panjang jalan sinar pada permukaan larutan tersebut dan penyerapan menjadi berkurang. Akibatnya warna larutan keduanya akan sama. Dalam percobaan ini sistem silinder Hehner dimodifikasi dengan menggunakan 2 buah gelas ukur yang persis sama. Gelas ukur sampel tetap, sedangkan gelas ukur yang berisi larutan standar dihubungkan dengan labu ukur (yang juga berisi larutan standar) dengan menggunakan pipa U dan selang karet yang akan membentuk suatu sistem bejana berhubungan.

2.        Bajerum Comperator

Pada alat ini untuk mencapai kesamaan warna antara larutan sampel dengan larutan standar dilakukan dengan cara menggeser larutan sampel disepanjang skala yang berada di atas bajerum comperator. Bajerum comperator ini merupakan suatu persegi panjang yang salah satu diagonalnya (diagonal depan) diisi dengan larutan standar dan diagonal yang lain diisi dengan larutan blanko. Pengamatan dilakukan secara horizontal.

3.        Dubous Colorimeter

Pada alat ini kesamaan warna dicapai dengan cara mengatur atau mengubah jarak antara alas bejana dengan bagian bawah alat pelampung oplunger. Pengamatan dilakukan dengan mengamati splitfield.

Kendala-kendala yang dihadapi pada metoda ini :

1.        Reagen pewarna sulit didapat dan harganya mahal.

2.        Untuk mendapatkan warna spesifik dibutuhkan kondisi tertentu.

3.        Kepekaan detektor mata berbeda-beda.

Pemilihan prosedur kolormetri untuk penetapan zat akan bergantung pada pertimbangan sebagai berikut :

1.        Metode kolorimetri seringkali akan memberikan hasil yang lebih tepat pada konsentrasi rendah dibandingkan prosedur titrimetri ataupun gravimetri padanannya. Selain itu prosedur kolorimetri lebih sederhana dilakukan daripada prosedur titrimetri ataupun gravimetri.

2.        Suatu metode kolorimetri seringkali dapat diterapkan pada kondisi-kondisi dimana tidak terdapat prosedur gravimetri ataupun titrimetri yang memuaskan, misalnya untuk zat-zat hayati tertentu.

3.        Prosedur kolorimetri mempunyai keunggulan untuk penetapan rutin dari beberapa komponen dalam sejumlah contoh yang serupa oleh dapat dilakukan dengan cepat.

FLAME FOTOMETRIS

Flame fotometris adalah suatu metoda analisa untuk menentukan kadar logam dalam suatu sampel yang berdasarkan pada pengukuran besaran emisi sinar monokromatis spesifik yang di pancarkan oleh suatu logam alkali atau alkali tanah pada saat berpijar dalam keadaan nyala dimana besaran ini merupakan fungsi dari konsentrasi dari komponen logam tersebut, sehingga flame fotometris disebut juga fotometris nyala. Prinsip dari flame fotometer ini adalah pancaran cahaya elektron yang diemisi dari keadaan tereksitasi dan kemudian kembali ke keadaan dasar. Keadaan tereksitasi ini terjadi apabila elektron dari atom netral keluar dari orbitalnya menuju orbital yang lebih tinggi. Proses eksitasi berlangsung dengan waktu yang relatif sangat singkat sekali. Sesaat setelah tereksitasi, elektron tersebut akan kembali ke keadaan dasarnya dan proses ini dinamakan emisi. Dalam keadaan teremisi inilah elektron tesebut akan memancarkan sejumlah sinar monokromatis tertentu. Dalam keadaan berpijar, logam-logam tertentu akan menghasilkan pijaran warna tertentu pula. Kita mengenal bahwa Natrium akan menghasilkan pijaran warna kuning, Kalium memancarkan sinar ungu sedangkan Litium akan memancarkan sinar merah. Hal ini telah dimanfaatkan untuk maksud identifikasi unsur alkali tersebut.

Metoda ini menggunakan detektor  foto sel sebagai detektornya dan pada kondisi yang sama digunakan gas propana atau elpiji sebagai gas pembakarannya adalah udara, dan untuk membebaskan air sehingga yang tersisa hanyalah kandungan logam. Beberapa metoda yang dilakukan untuk analisa secara flame fotometri :

1.      Cara intensitas langsung (Direct Intensity Method)

Sampel yang ada langsung diukur  kemudian dapat langsung terbaca nilai emisinya.

2.      Cara standar dalam (Internal Standard Method)

Sampel langsung ditambahkan dengan lar standar baru kemudian diukur dan didapatkan nilai emisinya

3.      Cara adisi standar atau cara penambahan standar.

Hampir sama dengan cara kedua tetapi larutan standar yang ditambahkan berbeda-beda konsentrasinya, sampelnya tetap sama hanya konsentrasi larutan standar yang ditambahkan yang berbeda-beda.

Flame fotometer memiliki beberapa instrumen yang digunakan untuk tujuan analisa kuantitatif, diantaranya adalah :

1.      Filter flame fotometer

Filter flame fotometer menggunakan filter pada monokromatornya dan analisa terbatas hanya untuk unsur Na, K dan Li.

2.      Spektro flame fotometer

Pada spektro flame fotometer yang berfungsi sebagai monokromatornya adalah pengatur panjang gelombang baik prisma atau kisi difraksi dan digunakan untuk analisa unsur K, Ca, Mg, Sr, Ba, dll.

Diantara sumber-sumber yang biasa digunakan dalam spektroskopi emisi nyala, plasma, dan busur listrik. Nyala merupakan sumber yang paling sedikit energinya dan mengeksitasi paling sedikit unsur yaitu sekitar 50 unsur logam. Akan tetapi nyala mempunyai keuntungan yang cukup banyak diantaranya :

1.      Merupakan unsur yang jauh lebih stabil dari pada busur api atau bunga api.

2.      Spekrum emisi suatu unsur didalam nyala relatif sederhana.

3.      Spekrum yang sederhana membuat beban yang jauh lebih ringan pada daya penguraian dari monokromator terhadap interferensi.

Atomizer adalah bagian dari alat pada flame fotometer untuk merubah sampel dari suatu larutan menjadi suatu aerosol atau kabut yang kemudian masuk kedalam nyala. Proses ini merupakan proses yang paling penting dalam menentukan hasil dari analisa nyala. Untuk mendapatkan nyala yang tetap maka pembakar harus disuplay dengan bahan bakar dan oksigen/udara dengan tekanan yang tetap. Metoda ini biasanya digunakan untuk menentukan konsentrasi ion logam yang rendah seperti penentuan kadar kalium dalam air minum atau serum darah.

Beberapa masalah yang ditemui dalam analisa kuantitatif secara fotometeri nyala antara lain:

1.      Radiasi dari unsur lain

Jika terdapat garis spektrum yang lain yang berdekatan dengan garis spekrum logam yang ditentukan sehingga memungkinkan terjadinya interferensi.

2.      Penambahan kation

Dalam nyala yang bersuhu tinggi beberapa atom logam terionisasi, ion tersebut mempunyai emisi tersendiri dengan frekuensi yang berbeda dari atomnya sehingga akan mengurangi tenaga radiasi dari emisi atom.

3.      Interferensi anion

Ion sulfat dan ion pospat akan merendahkan emisi kalium dibawah tingkat.

Gangguan-gangguan dalam flame fotometri menurut sumber dan filtratnya:

1.      Gangguan Spectral

Yaitu gangguan yang di sebabkan oleh unsur-unsur lain yang terdapat bersama dengan unsur yang akan dianalisa. Gangguan ini disebabkan karena penggunaan filter untuk memilih l yang akan diukur intensitasnya.

Misalnya : spektrum pita dari Ca(OH)₂ akan mengganggu pancaran sinar Na pada panjang gelombang 550 nm. Gangguan tersebut dapat dihilangkan dengan mempertinggi pemisahan cahaya atau mengatur band width.

2.      Gangguan dari sifat fisik larutan

Variasi sifat fisik dari larutan dapat memperkecil atau membesar intensitas sinar yang akan dianalisa, sehingga intensitas yang terbaca tidak sesuai dengan konsentrasi yang akan dianalisa, seperti :

a.     Visikositas

Makin besar visikositas dari suatu larutan yang dianalisa, makin lambat larutan tersebut mencapai nyala. Sehingga intensitas pancaran pada alat akan semakin kecil dan tidak sesuai dengan konsentrasi unsur yang kita analisa.

b.    Tekanan uap dan permukaan larutan.

Sifat ini akan mempengaruhi ukuran besar kabut. Kabut dengan ukuran besar akan sedikit mecapai nyala, sehingga intensitas yang terbaca pada alat akan lebih kecil dari nilai yang sebenarnya.

3.      Gangguan ionisasi

Gangguan ini disebabkan karena menggunakan suhu nyala yang lebih tinggi. Logam alkali dan alkali tanah yang mudah terionisasi, akibat dari adanya ionisasi akan mengurangi jumlah atom netral. Akibatnya intensitas dari spektrum atom akan berkurang dan tidak sesuai dengan konsentrasi yang akan kita amati. Nyala yang dihasilkan dari campuran oksigen dan gas akan mempunyai energi yang dapat mengionisasi logam alkali dan alkali tanah hal ini mengakibatkan terjadinya penurunan jumlah atom yang akan diekstraksi. Adanya atom yang lebih mudah terionisasi akan memberikan sejumlah elektron kedalam nyala sehingga akan mendesak ion menjadi atom.

4.      Gangguan dari anion-anion yang ada dalam larutan logam.

Pada umumnya sinar dari emisi unsur-unsur akan lebih rendah apabila jumlah asam yang relatif tinggi gangguan anion ini tidak akan nyata bila kadarnya lebih rendah dari 0,1M diatas kepekatan tersebut asam sulfat, nitrat dan fosfat akan memberikan akibat pada penurunan sinar emisi logam.

Peralatan Fotormeter Nyala :

1.      Bahan bakar gas (BBG)

Bahan bakar gas yang digunakan antara lain :

·         Gas propane C₃H₈

·         Gas LPG (Liquified Petroleum Gas)

2.      Udara / O₂

Digunakan untuk mempertinggi suhu pembakaran

3.      Atomiser / Nebuliser

Suatu peralatan  yang digunkan untuk mengubah larutan menjadi butiran-butiran halus yang menyerupai atom

4.      Ruang pembakar

Digunakan untuk membakar butiran - butiran halus yang menyerupai atom, sehingga terjadi peristiwa eksitasi atom menghasilkan nyala yang berwarna.

5.      Filter cahaya

Digunakan untuk menseleksi warna-warna nyala dari unsur - unsur yang mengalami eksitasi, warna filter yang digunakan harus sama dengan warna nyala yang akan ditentukan.

6.      Foto Sel

Foto sel bertujuan untuk mengubah warna nyala menjadi energy listrik berupa kuat arus yang lemah.

7.      Amplifler

Bertujuan memperkuat arus.

8.      Recorder

Bertujuan untuk mencatat emisi nyala (E).

Kegunaan Fotometer nyala dalam industri kimia :

a.       Menentukan kadar kalium dalam pupuk, pupuk alam dan pupuk sintesis pada umumnya mengandung unsur hara kalium yang berfungsi untuk tumbuh tanaman, unsur hara kalium yang terdapat pada kadarnya dapat menggunakan fotometer nyala.

b.      Menentukan kadar kalium dan Na dalam air

Unsur kalium, Natrium dan kalsium (Ca) merupakan mineral-mineral yang terdapat dalam air, air minum kemasan dan minuman ringan lainnya. Mineral-mineral yang terdapat dalam air sesuai dengan batas toleransinya berguna bagi tubuh manusia. Dan kadar mineralnya dapat di tentukan dengan menggunakan peralatan fotometer nyala.

c.       Menentukan kadar Na₂O dan K₂O dalam semen.