BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.3. Analisis Kimia Terhadap Produk Solubilisasi Batubara
2.3.1. Spektrofotometer UV-Vis
D. Konsentrasi Mikroorganisme
Semakin sedikit konsentrasi sel mikroorganisme, maka efisiensi biodegradasi akan semakin berkurang. Pada umumnya konsentrasi mikroorganisme yang digunakan adalah 5 % (Scott dan lewis, 1990).
2.3. Analisis Kimia Terhadap Produk Solubilisasi Batubara
Produk biosolubilisasi batubara dikarakterisasi menggunakan Spektrofotometer UV-Vis, Spektrofotometer infra merah (FTIR), dan Kromatografi Gas - Spektroskopi Massa (GC-MS) sebagaimana yang telah dilakukan oleh Shi, et al., (2009).
2.3.1. Spektrofotometer UV-Vis
Spektrofotometer sesuai dengan namanya adalah alat yang terdiri dari spektrometer dan fotometer. Spektrometer menghasilkan sinar dari spektrum dengan panjang gelombang tertentu dan fotometer adalah alat pengukur intensitas cahaya yang ditransmisikan atau yang diabsorpsi. Jadi spektrofotometer digunakan untuk mengukur energi secara relatif jika energi tersebut ditransmisikan, direfleksikan atau diemisikan sebagai fungsi dari panjang gelombang (Underwood dan Day, 2002).
Semua molekul dapat mengabsorpsi radiasi dalam daerah UV-Vis karena mengandung elektron, baik sekutu maupun menyendiri, yang dapat dieksitasikan ke tingkat yang lebih tinggi. Panjang gelombang di mana absorpsi itu terjadi, bergantung pada berapa kuat elektron itu terikat dalam molekul itu (Underwood dan Day, 2002). Gambar Spektrofotometer UV-Vis diperlihatkan pada gambar 9.
Gambar 9. Spektrofotometer UV-vis (Dokumen Pribadi,2010)
Kebanyakan penerapan spektrofotometri ultraviolet dan cahaya tampak pada senyawa organik didasarkan pada transisi n-π*
ataupun π-π*
dan karenanya memerlukan hadirnya gugus kromofor dalam molekul itu. Transisi itu terjadi dalam daerah spektrum (sekitar 200 nm hingga 700 nm) yang praktis untuk digunakan dalam eksperimen. Identifikasi kualitatif senyawa organik dalam daerah ini jauh lebih terbatas daripada dalam daerah inframerah. Ini karena pita absorpsi terlalu lebar dan kurang terinci. Tetapi gugus-gugus fungsional tertentu seperti karbonil, nitro, dan sistem terkonjugasi, benar-benar menunjukkan puncak karakteristik, dan sering dapat diperoleh informasi yang berguna mengenai ada atau tidaknya gugus semacam itu dalam molekul tersebut (Underwood dan Day, 2002).
Pada penelitian ini analisis produk biosolubilisasi batubara dilakukan dengan menggunakan spektroskopi sinar ultraviolet-visible (UV-Vis). Spektroskopi UV-Vis dapat menentukan adanya ikatan tak jenuh dalam produk biosolubilisasi (Shi et al., 2009). Panjang gelombang yang digunakan yaitu 250 dan 450 nm.
26
2.3.2. Spektrofotometer Fourier Transform Infra Red (FTIR)
Spektrofotometri infra merah merupakan teknik yang di dasarkan pada vibrasi (pergerakan) atom-atom dalam molekul. Spektrum infra merah pada umumnya dihasilkan melalui sampel dan penentuan fraksi akibat dari sinar yang diabsorbsi pada energi tertentu. Energi tempat munculnya peak absorpsi berhubungan dengan frekuensi vibrasi suatu gugus fungsi atau kromofor yang terdapat dalam suatu molekul. Spektrofotometri IR ditujukan untuk penentuan gugus-gugus fungsi molekul pada analisis kualitatif (Giwangkara, 2006).
Energi dari kebanyakan vibrasi molekul berhubungan dengan daerah infra merah. Vibrasi molekul dapat dideteksi dan diukur pada spektrum infra merah, penggunaan spektrum infra merah untuk penentuan struktur senyawa organik biasanya antara 650-4000 cm-1 (15,4-2,5 µm). Daerah di bawah frekuensi 650 cm-1 dinamakan infra merah jauh dan daerah di atas frekuensi 4000 cm-1 dinamakan infra merah dekat. Letak puncak serapan dapat dinyatakan dalam satuan frekuensi (µm) atau bilangan gelombang (cm-1 ) (Sudjadi, 1985).
Atom-atom di dalam molekul tidak dalam keadaan diam, tetapi biasanya terjadi peristiwa vibrasi. Hal ini bergantung pada atom-atom dan kekuatan ikatan yang menghubungkannya. Vibrasi dapat digolongkan atas dua golongan besar, yaitu : vibrasi renggangan (stretching) dan vibrasi bengkokan (bending) (Giwangkara, 2006).
A. Vibrasi Regangan (Streching)
Dalam vibrasi ini atom bergerak terus sepanjang ikatan yang menghubungkannya sehingga akan terjadi perubahan jarak antara keduanya, walaupun sudut ikatan tidak berubah. Vibrasi regangan ada dua macam (Giwangkara, 2006).
1. Regangan Simetri, unit struktur bergerak bersamaan dan searah dalam satu bidang datar.
2. Regangan Asimetri, unit struktur bergerak bersamaan dan tidak searah tetapi masih dalam satu bidang datar. Sebagaimana gambar berikut:
Gambar 10. Vibrasi Renggangan (Giwangkara, 2006)
B. Vibrasi Bengkokan (Bending)
Jika sistem tiga atom merupakan bagian dari sebuah molekul yang lebih besar, maka dapat menimbulkan vibrasi bengkokan atau vibrasi deformasi yang mempengaruhi osilasi atom atau molekul secara keseluruhan. Vibrasi bengkokan ini terbagi menjadi empat jenis (Giwangkara, 2006).
1. Vibrasi Goyangan (Rocking), unit struktur bergerak mengayun asimetri tetapi masih dalam bidang datar.
2. Vibrasi Guntingan (Scissoring), unit struktur bergerak mengayun simetri dan masih dalam bidang datar.
3. Vibrasi Kibasan (Wagging), unit struktur bergerak mengibas keluar dari bidang datar.
4. Vibrasi Pelintiran (Twisting), unit struktur berputar mengelilingi ikatan yang menghubungkan dengan molekul induk dan berada di dalam bidang datar.
Gambar 11. Vibrasi Bengkokan (Giwangkara, 2006)
Jika suatu senyawa organik disinari dengan sinar infra-merah yang mempunyai panjang gelombang tertentu, akan didapatkan bahwa beberapa frekuensi tersebut diserap oleh senyawa tersebut. Sebuah alat pendetektor yang diletakan di sisi lain senyawa tersebut akan menunjukkan bahwa beberapa frekuensi melewati senyawa tersebut tanpa diserap sama sekali, tapi frekuensi
lainya banyak diserap. Beberapa banyak frekuensi tertentu yang melewati senyawa tersebut diukur sebagai persen transmitan (Sudjadi, 1985).
Gambar 12. Instrumentasi FTIR (Dokumen Pribadi, 2010)
Pada sistem optik FTIR digunakan radiasi LASER (Light Amplification By Stimulated Emmission of Radiation) yang berfungsi sebagai radiasi yansg diinterferensikan dengan radiasi infra merah agar sinyal radiasi infra merah yang diterima oleh detektor secara utuh dan lebih baik. Detektor yang digunakan dalam spektrofotometer FTIR adalah TGS ( Tetra Glycerine Sulphate) atau MCT (Mercury Cadmium Telluride). Detektor MCT lebih banyak digunakan karena memiliki beberapa kelebihan dibandingkan detektor TGS yaitu memberikan respon yang lebih baik pada frekuensi modulasi tinggi, lebih sensitif, cepat tidak dipengaruhi oleh temperatur, sangat selektif terhadap energi vibrasi yang diterima dari radiasi infra merah (Giwangkara, 2006).
30
Tabel 5. Beberapa Contoh Nilai Frekuensi Gugus Fungsi
Gugus Fungsi Panjang Gelombang Frekuensi (cm-1)
O-H Alkohol/fenol bebas Asam karboksilat H yang terikat 2,74-2,79 3,70-4,0 2,82-3,12 3580-3650 2500-2700 3210-3550 NH Amina primer,
sekunder dan amida
6,10-6,45 3140-3320 CH Alkana Alkena Alkuna Aromatik 3,37-3,50 3,23-3,32 3,03 ~ 3,30 2850-2960 3010-3095 3300 ~ 3030 CH2 Bending 6,83 1465 CH3 Bending 6,90-7,27 1450-1375 CC Alkuna Alkena Aromatik 4,42-4,76 5,95-6,16 ~ 6,25 2190-2260 1620-1680 1475-1600 C=O Aldehid Keton Asam Ester Anhidrida 5,75-5,81 5,79-5,97 5,79-5,87 5,71-5,86 5,52-5,68 1720-1740 1675-1725 1700-1725 1720-1750 1760-1181 CN Nitrit 4,35-5,00 2000-3000 NO2 Nitro 6,06-6,67 1500-1650 (Hermanto,2008)
2.3.3. Gas Chromatography Mass Spectrometry (GC-MS)
Kromatografi Gas-Spektroskopi Massa atau sering disebut GC-MS (Gass Chromatography Mass Spectrometry) adalah teknik analisis yang menggabungkan dua metode analisis, yaitu Kromatografi Gas dan Spektroskopi
Massa. Kromatografi gas adalah metode analisis, dimana sampel terpisahkan secara fisik menjadi bentuk molekul-molekul yang lebih kecil (hasil pemisahan dapat dilihat berupa kromatogram). Sedangkan spektroskopi massa adalah metode analisis, dimana sampel yang dianalisis akan diubah menjadi ion-ion gasnya, dan massa dari ion-ion tersebut dapat diukur berdasarkan hasil deteksi berupa spektrum massa (Underwood dan Day, 2002).
Gambar 13. Instrumentasi GC-MS (Dokumen Pribadi, 2010)
Pada GC hanya terjadi pemisahan untuk mendapatkan komponen yang diinginkan, sedangkan bila dilengkapi dengan MS (berfungsi sebagai detector) komponen tersebut dapat teridentifikasi, karena Spektrum Bobot Molekul pada suatu komponen dapat dilihat, serta dapat juga dibandingkan dengan LIBRARY
(reference) pada software (Hermanto, 2008).
Pemisahan komponen senyawa dalam GC-MS terjadi di dalam kolom (kapiler) GC dengan melibatkan dua fase, yaitu fase diam dan fase gerak. Fase diam adalah zat yang ada di dalam kolom, sedangkan fase gerak adalah gas pembawa (Helium maupun Hidrogen dengan kemurnian tinggi, yaitu ± 99,995%). Proses pemisahan dapat terjadi karena terdapat perbedaan kecepatan alir dari tiap
32
molekul di dalam kolom. Perbedaan tersebut dapat disebabkan oleh perbedaan afinitas antar molekul dengan fase diam yang ada di dalam kolom. Komponen-komponen yang telah dipisahkan tersebut masuk ke dalam ruang MS yang berfungsi sebagai detektor secara instrumentasi (Hermanto, 2008).
Injeksi sampel berupa cairan adalah teknik memasukkan sampel yang paling umum. Sampel langsung dimasukkan atau diinjeksi setelah mendapat preparasi. Direct Inlet Probe digunakan untuk sampel yang memilki titik uap yang lebih tinggi dari kemampuan injector GC atau untuk analisis sampel yang tidak stabil secara termal. Sampel langsung dimasukkan ke dalam MS tanpa melalui GC. Teknik Headspace digunakan untuk sampel hasil ekstraksi dari senyawa-senyawa organik yang mudah menguap. Senyawa-senyawa-senyawa tersebut terdapat di dalam produk berbentuk cair atau padat. Misalnya, senyawa yang mudah menguap di dalam air, aroma di dalam produk makanan dan sebagainya. Sampel dimasukkan ke dalam wadah khusus, lalu diinkubasi. Setelah terjadi ekuilibrium gas yang berada di atas diambil oleh syringe. Lalu sampel dimasukkan ke dalam GC. Teknik sampling ini menggunakan alat khusus yang terpisah dari instrumen GC-MS, sedangkan pirolis digunakan untuk sampel yang tidak dapat diuapkan oleh injector GC, misalnya polimer-polimer.
Sampel pertama kali diuraikan terlebih dahulu oleh pemanasan dalam alat khusus, hasil dekomposisi dapat dianalisis oleh GC. Purge dan Trap, digunakan untuk sampel hasil ekstraksi dari senyawa-senyawa organik yang mudah menguap. Zat yang mudah menguap (zat volatil) pertama kali dikeluarkan dari sampel dengan menggunakan gas inert. Kemudian zat volatil tersebut diabsorb
33
oleh zat khusus untuk meng-absorb seperti karbon aktif. Kemudian absorben dipanaskan untuk melepaskan senyawa yang diinginkan ke dalam GC untuk dianalisis (Hermanto, 2008).
34