TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Spektrofotometri UV-Vis
Spektrofotometri UV-Vis adalah salah satu teknik yang paling sering digunakan dalam analisis. Teknik ini melibatkan pengukuran jumlah radiasi ultraviolet atau radiasi visibel yang diserab oleh suatu zat dalam larutan. Instrumen. ini digunakan untuk mengukur rasio, atau fungsi dari rasio, dari intensitas dua berkas cahaya pada wilayah UV-Vis (Siladitya, 2012). Spektrofotometer UV-Vis dapat menganalisa interaksi radiasi cahaya pada zat di daerah ultra violet (200-400 nm) dan daerah visibel (400-800 nm) (Adeeyinwo C.E, 2013).
Apabila radiasi atau cahaya putih dilewatkan melalui larutan berwarna, maka radiasi dengan panjang gelombang tertentu akan diserap (absorpsi) secara selektif dan radiasi lainnya akan diteruskan (transmisi). Nilai absorbansi akan bergantung pada kadar zat yang terkandung di dalamnya, semakin banyak kadar zat yang terkandung dalam suatu sampel maka semakin banyak molekul yang akan menyerap cahaya pada panjang gelombang tertentu. Sehingga, nilai absorbansi semakin besar atau dengan kata lain nilai absorbansi akan berbanding lurus dengan konsentrasi zat yang terkandung di dalam sampel (Neldawati, 2013).
Hukum Beer menyatakan bahwa intensitas sinar radiasi monokromatik paralel berkurang secara eksponensial dengan jumlah molekul yang diserap. Dengan kata lain, absorbansi sebanding dengan konsentrasi. Hukum Lambert menyatakan intensitas sinar radiasi monokromatik parallel berkurang secara eksponensial saat melewati media dengan ketebalan yang homogen. Kombinasi antar kedua hukum itu menghasilkan hukum Lambert-Beer (Skoog, 2007).
Hukum Lambert-Beer menyatakan bahwa absorbansi pada suatu larutan berbanding lurus dengan konsentrasi spesies yang diserap dalam larutan dan ketebalan sel. Dengan
6
demikian, Spektrofotometer UV-Vis dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi yang terserap dalam larutan dimana panjang gelombang dan warna komplementer pada Spektrofotometer UV-Vis ditunjukkan pada Gambar 2.1. Hal ini diperlukan untuk mengetahui seberapa cepat perubahan absorbansi terhadap konsentrasi (R. Gandhimathi, 2012).
Dimana c adalah konsentrasi spesies yang terserap (biasanya dinyatakan dalam gram atau milligram per liter) persamaan ini dapat diubah menjadi persamaan linear dengan menggunakan logarithma biasanya dinyatakan dalam bentuk dekadik.
π΄ = β log π = β log (πΌ
πΌπ) = log (πΌπ
πΌ) = π π π (2.1)
Gambar 2.1 Panjang Gelombang dan Warna Komplementer Spektrofotometri UV-Vis
(R. Gandhimathi, 2012). 2.2 Tinjauan Umum Besi
Kata besi berasal dari Bahasa Anglo-saxon dan simbol besi dalam kimia berasal dari Bahasa latin yaitu ferrum. Besi alami merupakan logam yang berwarna abu-abu dan berkilau
7
(Hasan, 2005). Besi adalah unsur keempat yang paling berlimpah dalam kerak bumi dan merupakan salah satu elemen yang paling penting dalam geokimia, lingkungan (Kanyarak dkk., 2015) dan sistem biologis yang penting bagi kehidupan manusia. Diketahui bahwa kekurangan zat besi adalah yang paling umum menyebabkan anemia. Di sisi lain, terlalu banyak zat besi dapat menyebabkan beberapa masalah kesehatan. Tingginya kadar zat besi berhubungan dengan peningkatan risiko kanker, penyakit jantung dan penyakit lainnya (Latif dkk., 2008).
Logam ini tampak berkilauan. Jika murni, besi bersifat lunak dan mudah dibentuk. Sifat besi unik ketika temperatur tinggi (>910 oC) besi mengadopsi fcc dan pada temperatur sekitar 1390 oC berubah kembali menjadi bcc. Beberapa karakteristik besi ditunjukan pada Tabel 2.1
Tabel 2. 1 Karakterisasi Besi
Karakteristik Besi Kelimpahan/ppm (dalam kerak bumi) 62000 Densitas/ g cm-3 (20 oC) 7,874 Titik leleh/oC 1535 Titik didih/oC 2750 Jari-jari atomik / pm (Bilangan koordinasi 12) 126 Jari-jari ionic / pm (bilangan
koordinasi 6*; bilangan koordinasi 4) 25* - Fe6+ 58,5 β Fe4+ 55 - Fe3+ (l s) 64,5 - Fe3+ (h s) 61- Fe2+ (l s) 78 - Fe2+ (h s) Konfigurasi elektronik [18Ar] 3d6 4s2
Elektronegativitas 1,8
8
Besi alami mudah berkarat ketika terkena udara dan lembab. Besi lebih berguna ketika dikombinasikan dengan unsur lain sebagai logam campuran untuk membuat baja, unsur lain yang dapat dikombinasikan yaitu karbon, nikel, kromium, dan titanium. Di alam, besi dikombinasikan dengan unsur-unsur lain membentuk bijih besi, seperti bijih oksida dan mineral limonit. Umumnya zat besi dalam air berasal dari pelepasan senyawa besi kedalam tanah, pencucian ke air tanah dimana besi akan mendistribusikan ke sumur dan akuifer yang digunakan untuk memasok minum (Kanyarak dkk., 2015).
Metoda yang digunakan untuk analisa besi antara lain metoda ICP-AES, elektroforesis kapiler dengan metode deteksi ultraviolet, spektrometri serapan atom, selektif ion membran potensiometri sensor, kombinasi analisis injeksi, ion kromatografi mikro kolom dengan deteksi UV-Vis (Shujuan, 2015).
2.3 Orto- Fenantrolin
Ligan merupakan gugus atom netral atau ion yang mampu bertindak sebagai basa lewis yaitu menyediakan pasangan elektron menyendiri untuk mengadakan ikatan koordinasi dengan atom pusat dalam senyawa kompleks (Sugiarto dkk., 2010). Ligan dengan satu atom donor disebut ligan monodentat; ligan dengan dua atom donor disebut ligan bidentate; ligan dengan tiga atom donor disebut ligan tridentat; ligan dengan empat atom donor disebut ligan tetradentat; ligan dengan lima atom donor disebut ligan pentadentat; ligan dengan enam atom donor disebut ligan heksadentat (Effendy, 2007).
Senyawa 1,10-fenantrolin adalah ligan bidentat yang memainkan peran penting dalam pengembangan koordinasi kimia dan masih cukup menarik sebagai bahan awal yang serbaguna baik untuk organik, anorganik, maupun supramolekul kimia. Phen berbentuk kaku planar, bersifat hidrofobik, miskin elektron dengan sistem heteroatomik
9
dimana atom nitrogen bertindak kooperatif dalam mengikat kation. Fitur-fitur strukturalnya memiliki kemampuan untuk menentukan koordinasi menuju ion logam. Gambar ligan 1,10-fenantrolin ditunjukkan pada Gambar 2.2
Gambar 2. 2 Ligan 1,10-Fenantrolin
(Andrea dkk., 2010). Senyawa 1,10-Fenantrolin membentuk kompleks yang kuat dengan Fe(II) dengan absorptivitas pada daerah visible dan relatif lebih murah sehingga menjadi pilihan reagen yang tepat pada penentuan besi. Ilmuwan menyadari bahwa analisa ini dapat digunakan untuk analisa kimia. Pada awal analisa, fenantrolin digunakan untuk menentukan kandungan Fe pada jus buah dan wine. Rentang pH yang optimal untuk 1,10-fenantrolin yaitu berada pada 2-9 (Amonette, 1998).
2.4 Strontium (Sr)
Strontium merupakan unsur yang memiliki isotop radioaktif seperti 89Sr (t Β½ = 50,5 d) dan 90Sr (t Β½ = 28,5y) yang diproduksi dengan tingkat tinggi selama reaksi fisi dan dianggap sebagai salah satu radionukleotida yang paling penting dari sudut pandang limbah radioaktif (T. Shahwan, 2005). Strontium merupakan logam lunak dengan warna putih keperakan. Permukaannya dioksidasi oleh udara pada suhu kamar, dan menjadi oksidanya, SrO dan nitridanya Sr3N2, pada suhu tinggi (Saito, 1996). Strontium biasa digunakan dalam kembang api, kaca, dan warna tabung televisi. Strontium memiliki karakteristik yang ditunjukkan pada Tabel 2.2
10 Tabel 2. 2 Karakteristik strontium
Karakteristik 38Strontium Konfigurasi Elektronik [36Kr] 5s2 Titik Leleh/oC 768 Titik Didih/oC 1384 Densitas / g cm-3 (20oC) 2,58 Jari-jari atomik/pm 215 Jari-jari Ionik / pm 132
Potesnial reduksi standar -2,89
βHionisasi / kJ mol-1 164
Elektonegativitas 1,0
Warna nyala Krimson (merah tua) (Sugiyarto, 2003) 2.5 Barium (Br)
Barium berwarna keabu-abuan, bereaksi lambat dengan oksigen udara pada temperatur kamar tetapi terbakar hebat pada pemanasan. Barium dapat menghasilkan dioksida (2-) dalam kondisi oksigen berlebihan. Barium merupakan unsur alkali tanah (Z= 56), senyawa yang digunakan dalam berbagai industri seperti kaca, cat, keramik (Celebi dkk., 2007) elektronika, industri tekstil, gelas keramik, pada pembuatan kertas, pada farmasi, pada kosmetik dan pada industri minyak dan gas (WHO, 2004). Meskipun barium tidak ditemukan bebas di alam, tetapi terdapat di sejumlah senyawa yang paling umum yaitu barium sulfat (barit) dan pada tingkat yang lebih rendah terdapat barium karbonat.
Barium memiliki sejumlah isotop radioaktif tetapi yang paling penting berada 133Ba (t Β½ = 10,7 tahun) yang memiliki paruh waktu yang relative lama dan 104 Ba (t Β½ = 12,97 hari) yang merupakan produk fisi yang dihasilkan dalam produksi tinggi. Selain itu, Ba merupakan analog ideal dengan Ra karena keduanya terjadi pada kelompok yang sama dan
11
memiliki jari-jari ionik yang berdekatan (Ba2+ = 1,34 amstrong, Ra2+ 1,23 amstrong). (Celebi dkk, 2007). Barium memiliki beberapa karakteristik yang ditunjukkan pada Tabel 2.3 Tabel 2. 3 Karakteristik Barium
Karakteristik 56Barium Konfigurasi Elektronik [54Kr] 6s2 Titik Leleh/oC 727 Titik Didih/oC 1850 Densitas / g cm-3 (20oC) 3,65 Jari-jari atomik/pm 217 Jari-jari Ionik / pm 149
Potesnial reduksi standar -2,91
βHionisasi / kJ mol-1 175
Elektonegativitas 0,9
Warna nyala Hijau
(Sugiyarto, 2003) Menurut paten dengan inventor Forrow (Forrow, 2012) barium dan strontium dapat membentuk kompleks dengan 1,10-fenantrolin-5,6-dione yang ditunjukkan pada Gambar 2.3
Gambar 2. 3 kompleks dari 1,10-fenantrolin-5,6-dione dimana M dapat berupa Nikel, Besi, Kobalt, Osmium, ruthenium, Kalsium, Strontium dan Barium.
12 2.6 Metoda Standar Analisa Besi
Metoda standar ini digunakan untuk penentuan besi dimana metoda dapat digunakan pada larutan sampel yang memiliki pH kurang dari 2. Metode pengujian ini didasarkan pada penentuan fotometri pada kompleks 1,10-fenantrolin dengan ion besi (II). Sampel dilarutkan dalam pelarut yang sesuai dan besi direduksi dengan penambahan hidroksilamin hidroklorida. Warna ini kemudian terbentuk dengan penambahan 1,10-fenantrolin. Setelah reaksi yang singkat, absorbansi larutan diukur pada sekitar 510 nm menggunakan fotometer yang sesuai. Absorbansi larutan stabil selama paling sedikit beberapa bulan. Metode pengujian ini cocok untuk menentukan konsentrasi jejak besi dalam berbagai macam produk, dengan syarat persiapkan sampel secara tepat dan sampel larut dalam air atau pelarut lain yang cocok. Metode pengujian ini mengasumsikan bahwa jumlah warna yang timbul adalah sebanding dengan jumlah zat besi dalam larutan uji. Kurva kalibrasi akan linier selama rentang telah ditetapkan. Fortune dan Mellon telah membuat studi komprehensif dari gangguan berbagai ion anorganik yang menunjukkan efek dari berbagai kation dan anion pada penentuan besi dengan konsentrasi 2,0 ppm. Jika pada tingkat maksimum 500 ppm tidak mengganggu, maka sangat mungkin bahwa ion tidak akan mengganggu dalam jumlah apapun (ASTM, 2000).
Diimbang tiga sampel dengan angka-angka secara signifikan (pH kurang dari 2) yang mengandung 1 sampai 100 ΞΌg zat besi ke dalam 100 mL. Jika sampel larut dalam air maka diencerkan sampai 80 mL dengan air. Jika sampel tidak larut dalam air, dapat digunakan metanol atau pelarut lain yang cocok. Kemudian ditambahkan masing-masing 2 mL larutan hidroksilamin hidroklorida. Diaduk dengan membalik labu ukur beberapa kali. Ditambahkan masing-masing 5 mL larutan 1,10-fenantrolin, selanjutnya disesuaikan pH larutan menjadi antara 3,0 sampai 4,0 dengan penambahan tetes demi tetes larutan asam asetat-amonium asetat ke masing-masing labu
13
ukur sampai 5 mL. Diencerkan sampai 100 ml dengan air. Dan diaduk dengan membalik labu ukur beberapa kali. Dibiarkan larutan sampel dan reagen untuk bereaksi secara sempurna pada suhu kamar selama minimal 15 menit (ASTM, 2000).
2.7 Senyawa Kompleks
Senyawa kompleks adalah senyawa yang terdiri atas atom pusat dan ligan sebagai gugus pengeliling dengan atau tanpa ion penetral. Atom pusat ini sering merupakan kelompok transisi. Ikatan antara atom pusat dengan ligan adalah ikatan koordinasi dengan atom donor dari ligan yang bersangkutan. Oleh karena itu sering disebut sebagai senyawa koordinasi, dan ini mencakup kelompok non transisi sebagai atom pusat.
Dengan 1,1-fenantrolin, Fe(II) dengan panjang gelombang 508 nm dapat membentuk kompleks yang stabil berwarna merah yang disebut sebagai Ferroin yang ditunjukkan pada Gambar 2.4. Senyawa kompleks ini stabil pada interval pH 2-9 (Dragia dkk., 2010).
14
Langkah-langkah berikut ini merupakan mekanisme pembentukan Ferroin:
Fe2+(s) + phen(aq) β [Fe(phen)]2+ (aq) (2.2) [Fe(phen)]2+ (aq)+ phen(aq) β [Fe(phen)2]2+ (aq) (2.3) [Fe(phen)]2+ (aq)+ phen(aq) β [Fe(phen)3]2+(aq) (2.4) (Dragia dkk., 2010). 2.8 Larutan Buffer
Buffer didefinisikan sebagai larutan yang tahan terhadap perubahan pH baik pada penambahan asam atau basa kuat (Mathew dkk., 2015). Larutan buffer terdiri dari asam lemah dan basa konjugasinya, buffer merupakan hasil dari dua reaksi kesetimbangan yang reversible dalam larutan dimana konsentrasi proton dan konjugat akseptor proton sama. Misalnya dalam sistem buffer saat konsentrasi asam dan ion asetat sama, penambahan jumlah kecil dari asam atau basa tidak memiliki pengaruh terhadap pH. Hal ini umumnya dikenal sebagai titik isoelektrik dimana pada titik ini tidak adanya muatan dan pH pada titik ini sama.
pH=pKa+ log[CH3COO- ] [CH3COOH]
(Mohan, 2003). Banyak proses kimia dan biologi sangat peka terhadap perubahan pH suatu larutan, dan bukan main pentingnya untuk menjaga agar pH sekonstan mungkin. Oleh karena itu, larutan buffer cukup penting dalam sains kimia dan biologi. Pada umumnya, larutan buffer mengandung suatu pasangan asam-basa konjugasi (Day & A.L, 1996).
2.9 Natrium Tiosulfat
Natrium tiosulfat yang juga disebut sebagai natrium hiposulfit. Natrium tiosulfat merupakan sumber ion tiosulfat
15
(S2O32-) yang sangat efektif dalam ion perak yang kompleks, dan juga merupakan reduktor moderat yang kuat. Reaksi pembentukan ion tiosulfat sebagai berikut:
S4O62- + 2e- β 2S2O32- Eo sel= +0,08 (Tuba, 2006) 2.10 Validasi Metoda Analisis
Pengembangan validasi metoda analisis meliputi linearitas, akurasi, presisi, dan rekoveri. Validasi analisis dilakukan dalam rangka menunjukkan bahwa prosedur yang dimaksudkan cocok untuk digunakan (Tedesse ,2015). 2.10.1 Linearitas
Linearitas prosedur analitis adalah kemampuan untuk mendapatkan hasil dalam pengujian secara langsung yang sebanding dengan konsentrasi dari analit dalam sampel tersebut. Linearitas biasanya dinyatakan dalam perbedaan pada sekitar slope pada garis regresi yang dihitung menurut persamaan matematis dari hasil pengujian yang diperoleh dalam analisis sampel dengan berbagai konsentrasi analit. Linearitas biasanya ditunjukkan dengan analisis berbagai konsentrasi analit di jangkauan tertentu, dan diwakili oleh grafik. Dalam keadaan normal, linearitas dicapai apabila regresi lebih besar dari 0,997 dengan minimal 5 konsentrasi yang dianjurkan (Tedesse, 2015). Korelasi antara koefisien, intercept, slope, dan jumlah kuadrat pada garis regresi harus disampaikan, serta plot data harus dimasukkan (Mcpollin, 2009).
2.10.2 Akurasi
Akurasi pada prosedur analitis adalah pengungkapan kedekatan diantara nilai yang diterima baik sebagai nilai konvensional yang sebenarnya atau nilai referensi yang diterima dan nilai yang ditemukan. Dengan demikian, akurasi adalah ukuran ketepatan metoda analisis. Akurasi juga dapat
16
digambarkan sampai sejauh mana hasil tes yang dilakukan oleh metoda (Rajendra dkk., 2014). Akurasi juga dapat ditentukan dengan membandingkan hasil tes dengan yang diperoleh dengan menggunakan validasi tes lain. ICH menyarankan akurasi harus menggunakan minimal sembilan penentuan selama minimal tiga kali tingkat konsentrasi (misalnya adalah tiga konsentrasi dan tiga replikasi untuk setiap konsentrasi) (Ravichandran, 2010).
2.10.3 Presisi
Presisi pada prosedur analitis mengungkapkan kedekatan antara serangkaian pengukuran yang diperoleh dari beberapa sampling pada sampel homogen dalam kondisi yang ditentukan. Presisi biasanya dinyatakan sebagai standar deviasi relatif (Fereja dkk., 2015). Selanjutnya, intermediet presisi yang mengungkapkan variasi dalam laboratorium seperti hari yang berbeda, peralatan yang berbeda, dan lain-lain. Intermediet presisi ditentukan dengan membandingkan hasil dari metoda run tunggal dalam laboratorium selama beberapa hari. Metoda ini memungkinkan adanya perbedaan dalam hasil yang diperoleh dari perbedaan operator, perbedaan instrument, kombinasi, standard dan reagen dari suplier yang berbeda (Patil, 2014). Presisi tergantung konsentrasi dan harus diukur pada konsentrasi yang berbeda dalam rentang kerja, biasanya dibawah, pertengahan dan bagian atas. Presisi diterima pada konsentrasi yang lebih rendah adalah 20 % (Riyanto, 2012). 2.10.4 Recovery
Recovery dari suatu analit adalah respon detektor yang diperoleh dari jumlah analit ditambahkan dan diekstrak dari matriks, dibandingkan dengan respon detektor untuk konsentrasi benar murni otentik dari standar. Recovery tidak harus 100%. Recovery dapat ditentukan dengan cara membuat sampel kemudian ditambahkan analit dengan konsentrasi tertentu (Riyanto, 2012). Nilai kisaran persentase recovery
17
yang baik untuk sampel disyaratkan berada pada rentang 100% Β± 20. Rentang tersebut dianggap akurat karena menunjukkan metode tersebut mempunyai ketepatan yang baik dengan tingkat kesesuaian nilai suatu pengukuran yang sebanding dengan nilai sebenarnya (Hidayati., dkk, 2014).
18
19