Studi Aplikasi Metode Spektrofotometri pada Penentuan Kandungan Logam Besi dalam Sampel Air
Nisa Nur Khasanah, Nia Ramadhanti, Prillizya Dura Tamako, Steephanny Ernissa A, Desy Nurohmah
Jurusan Kimia Fakultas Sains dan Teknologi UIN Sunan Gunung Djati Bandung
Abstrak
Besi adalah logam yang berasal dari bijih besi (tambang) yang banyak digunakan untuk kehidupan manusia sehari-hari. Logam besi merupakan unsur yang yang paling banyak terdapat dimuka bumi. Dalam tabel periodik, besi mempunyai simbol Fe dengan nomor atom 26 dan massa atom relatif 55,485 g/mol. Besi juga mempunyai nilai ekonomis yang tinggi. Banyak cara untuk menganalisis logam fe dalam sampel salah satunya dengan metode spektrofotometri UV-VIS.
Pendahuluan
Spektrofotometri adalah ilmu yang mempelajari tentang penggunaan spektrofotometer. Spektriofotometer adalah alat yang terdiri dari spektrometer dan fotometer.Spektrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur energi secara relative jika energi tersebut ditransmisikan, direfleksikan, atau diemisikan sebagai fungsi dari panjang gelombang. Spektrometer menghasilkan sinar dari spectrum 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.Kelebihan spektrofotometer dibandingkan fotometer adalah panjang gelombang dari sinar putih lebih dapat terseleksi dan ini
diperoleh dengan alat pengurai seperti prisma, grating ataupun celah optis. Pada fotometer filter, sinar dengan panjang gelombang yang diinginkan diperoleh dengan berbagai filter dari berbagai warna yang mempunyai spesifikasi melewatkan trayek panjang gelombang tertentu. Selain itu, fotometer filter juga tidak mungkin memperoleh panjang gelombang yang benar-benar monokromatis, melainkan suatu trayek panjang gelombang 30-40 nm. Sedangkan pada spektrofotometer, panjang gelombang yang benar-benar terseleksi dapat diperoleh dengan bantuan alat pengurai cahaya seperti prisma. Suatu spektrofotometer tersusun dari sumber spektrum tampak yang kontinyu, monokromator, sel pengabsorpsi untuk larutan sampel atau blangko dan suatu alat untuk mengukur perbedaan absorpsi antara sampel dan blangko ataupun pembanding (Khopkar SM,1990).
a. Spektrofotometer UV-VIS
Spektrofotometri UV-VIS adalah anggota teknik analisis spektroskopik yang memakai sumber REM (radiasi elektromagnetik) ultraviolet dekat (190-380 nm) dan sinar tampak (380-780 nm) dengan memakai instrumen spektrofotometer.Spektrofotometri UV-VIS melibatkan energi elektronik yang cukup besar pada molekul yang dianalisis, sehingga spektrofotometri UV-VIS lebih banyak dipakai untuk analisis kuantitatif dibandingkan kualitatif.
Spektroskopi UV-VIS merupakan metode penting yang mapan, andal dan akurat. Dengan menggunakan spektroskopi UV-VIS, substansi tak dikenal dapat diidentifikasi dan konsentrasi substansi yang dikenal dapat ditentukan.Pelarut untuk spektroskopi UV harus memiliki sifat pelarut yang baik dan memancarkan sinar UV dalam rentang UV yang luas.
Spektrofotometer UV-VIS adalah alat yang digunakan untuk mengukur transmitansi, reflektansi dan absorbansi dari cuplikan sebagai fungsi dari panjang gelombang.Suatu spektrofotometer tersusun dari sumber spektrum sinar tampak yang sinambung dan monokromatis. Sel pengabsorbsi untuk mengukur perbedaan absorbansi antara cuplikan dengan blanko ataupun pembanding.
Spektrofotometer UV-VIS merupakan spektrofotometer yang digunakan untuk pengukuran didaerah sinar ultra violet (200–350 nm)dan didaerah sinar tampak(350 – 800 nm). Serapan cahaya uv atau cahaya tampak mengakibatkan transisi elektronik, yaitu promosi elektron-elektron dari orbital keadaan dasar yang berenergi rendah ke orbital keadaan tereksitasi
berenergi lebih tinggi.Semua metode spektrofotometri berdasarkan pada serapan sinar oleh senyawa yang ditentukan, sinar yang digunakan adalah sinar yang se-monokromatis mungkin.
Spektrofotometer UV-VIS (Ultra Violet-Visible) adalah salah satu dari sekian banyak instrumen yang biasa digunakan dalam menganalisa suatu senyawa kimia. Spektrofotometer umum digunakan karena kemampuannya dalam menganalisa begitu banyak senyawa kimia serta kepraktisannya dalam hal preparasi sampel apabila dibandingkan dengan beberapa metode analisa.
b. Absorbansi
Absorbansi cahaya UV-VIS mengakibatkan transisi elektronik, yaitu promosi elektron-elektron dari orbital keadaan dasar yang berenergi rendah ke orbital keadaan tereksitasi berenergi lebih tinggi.Energi yang terserap kemudian terbuang sebagai cahaya atau tersalurkan dalam reaksi kimia. Absorbansi cahaya tampak dan radiasi ultraviolet meningkatkan energi elektronik sebuah molekul, artinya energi yang disumbangkan oleh foton-foton memungkinkan elektron-elektron itu mengatasi kekangan inti dan pindah ke luar ke orbital baru yag lebih tinggi energinya. Semua molekul dapat menyerap radiasi dalam daerah UV-tampak karena mereka mengandung electron, baik sekutu maupun menyendiri, yang dapat dieksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi.
Absorbansi untuk transisi elektron seharusnya tampak pada panjang gelombang diskrit sebagai suatu spectrum garis atau peak tajam namun ternyata berbeda. Spektrum sinar UV maupun sinar tampak terdiri dari pita absorbansi, lebar pada daerah panjang gelombang yang lebar. Ini disebabkan terbaginya keadaan dasar dan keadaan eksitasi sebuah molekul dalam subtingkat-subtingkat rotasi dan vibrasi. Transisi elektronik dapat terjadi dari subtingkat apa saja dari keadaan dasar ke subtingkat apa saja dari keadaan eksitasi. Karena berbagi transisi ini berbeda energi sedikit sekali, maka panjang gelombang absorpsinya juga berbeda sedikit dan menimbulkan pita lebar yang tampak dalam spectrum itu.
Absorptivitas (a) merupakan suatu konstanta yang tidak tergantung pada konsentrasi, tebal kuvet dan intensitas radiasi yang mengenai larutan sampel. Absorptivitas tergantung pada suhu, pelarut, struktur molekul, dan panjang gelombang radiasi. Satuan a ditentukan oleh satuan-satuan b dan c. Jika satuan-satuan c dalam molar (M) maka absorptivitas disebut dengan absorptivitas
molar dan disimbolkan dengan ε dengan satuan M-1cm-1 atau liter.mol-1cm-1. Jika c dinyatakan
dalam persen berat/volume (g/100mL) maka absorptivitas dapat ditulis dengan E1%1cmA1%1cm (Gandjar dan Rohman, 2007).
c. Cara kerja spektrofotometer
Cara kerja spektrofotometer secara singkat adalah sebagai berikut. Tempatkan larutan pembanding, misalnya blangko dalam sel pertama sedangkan larutan yang akan dianalisis pada sel kedua. Kemudian pilih foto sel yang cocok 200nm-650nm (650nm-1100nm) agar daerah λ yang diperlukan dapat terliputi.Dengan ruang foto sel dalam keadaan tertutup “nol” galvanometer didapat dengan menggunakan tombol dark-current.Pilih h yang diinginkan, buka fotosel dan lewatkan berkas cahaya pada blangko dan “nol” galvanometer didapat dengan memutar tombol sensitivitas.Dengan menggunakan tombol transmitansi, kemudian atur besarnya pada 100%. Lewatkan berkas cahaya pada larutan sampel yang akan dianalisis. Skala absorbansi menunjukkan absorbansi larutan sampel.
d. Keuntungan Spektrofotometer
Keuntungan dari spektrofotometer adalah yang pertama penggunaannya luas, dapat digunakan untuk senyawa anorganik, organik dan biokimia yang diabsorpsi di daerah ultra lembayung atau daerah tampak.Kedua sensitivitasnya tinggi, batas deteksi untuk mengabsorpsi pada jarak 10-4 sampai 10-5 M. Jarak ini dapat diperpanjang menjadi 10-6 sampai 10-7 M dengan
prosedur modifikasi yang pasti.Ketiga selektivitasnya sedang sampai tinggi, jika panjang gelombang dapat ditemukan dimana analit mengabsorpsi sendiri, persiapan pemisahan menjadi tidak perlu.Keempat, ketelitiannya baik, kesalahan relatif pada konsentrasi yang ditemui dengan tipe spektrofotometer UV-Vis ada pada jarak dari 1% sampai 5%.Kesalahan tersebut dapat diperkecil hingga beberapa puluh persen dengan perlakuan yang khusus.Dan yang terakhir mudah, spektrofotometer mengukur dengan mudah dan kinerjanya cepat dengan instrumen modern, daerah pembacaannya otomatis (Skoog, DA, 1996).
e. Komponen-komponen Pada spektrofotometer
Yang pertama adalah sumber cahaya, Sebagai sumber cahaya pada spektrofotometer, haruslah memiliki pancaran radiasi yang stabil dan intensitasnya tinggi.Sumber energi cahaya
yang biasa untuk daerah tampak, ultraviolet dekat, dan inframerah dekat adalah sebuah lampu pijar dengan kawat rambut terbuat dari wolfram (tungsten). Lampu ini mirip dengan bola lampu pijar biasa, daerah panjanggelombang ( λ) adalah 350 – 2200 nanometer (nm). sumber cahaya ini digunakan untuk radiasi kontinyu
Hal kedua yang diperlukan adalah pembaur cahaya atau disebut monokromator monokromator ini merupakan bagian dari spektrofotometer yang nantinya akan menghasilkan sinar pelangi. Kemudian dari sanalah dapat dipilih panjang gelombang yang diinginka/diperlukan.
Hal ketiga adalah tempat sampel atau kuvet, pada praktikum tempat meletakan kuvet ada satu karena alat yang dipakai tipe single beam.Pada pengukuran digunakan kuvet plastik.
Keempat adalah detektor atau pembaca cahaya yang diteruskan oleh sampel, disini terjadi pengubahan data sinar menjadi angka yang akan ditampilkan pada reader (komputer). Komponen lain yang nampak penting adalah cermin-cermin dan tentunya slit (celah kecil) untuk membuat sinar terfokus dan tidak membaur tentunya, jadi satu hal penting dalam pekerjaan dengan spektrofotometer UV-VIS adalah harus dihindari adanya cahaya yang masuk ke dalam alat, biasanya pada saat menutup tenpat kuvet, karena bila ada cahaya lain otomatis jumlah cahaya yang diukur menjadi bertambah.
f. Tipe Instrumen Spektrofotometer
Pada umumnya terdapat dua tipe instrumen spektrofotometer, yaitu single-beam dan double-beam.Single-beam instrument dapat digunakan untuk kuantitatif dengan mengukur absorbansi pada panjang gelombang tunggal.keuntungannya yaitu sederhana, harganya murah, dan mengurangi biaya yang ada. Beberapa instrumen menghasilkan single-beam instrument untuk pengukuran sinar ultra violet dan sinar tampak. Panjang gelombang paling rendah adalah 190 sampai 210 nm dan paling tinggi adalah 800 sampai 1000 nm (Skoog, DA, 1996).Sedangkan, double-beam dibuat untuk digunakan pada panjang gelombang 190 sampai 750 nm.Double-beam instrument mempunyai dua sinar yang dibentuk oleh potongan cermin yang berbentuk V yang disebut pemecah sinar.Sinar pertama melewati larutan blangko dan sinar kedua secara serentak melewati sampel, mencocokkan fotodetektor yang keluar menjelaskan
perbandingan yang ditetapkan secara elektronik dan ditunjukkan oleh alat pembaca (Skoog, DA, 1996).
Metodologi Penelitian a. Bahan
Bahan yang digunakan meliputi Garam Fe(NH4OH)2SO4, Larutan Hidroksilamin HCl 5
%, Larutan 1,10-fenantrolin 10%, Larutan CH3COONa 5 %, H2SO4, Aquades, dan sampel air
yang mengandung logam besi. b. Alat
Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini, selain alat seperti gelas kimia, botol semprot, spatula, corong pendek, dan pipet tetes yang lazim digunakan di laboratorium kimia, digunakan juga alat lainnya seperti labu takar 100 ml dan 25 ml yang berfungsi untuk menyimpan larutan deret standard an larutan sampel serta digunakan juga pipet ukur 10 ml untuk memasukkan larutan tesebut ke dalam labu ukur. Selain itu, digunakan juga instrument berupa spektrofotometer UV-VIS untuk mengukur absorbansi larutan.
c. Prosedur Kerja
1. Pembuatan larutan Induk Fe(II) 100 ppm
Pertama, menimbang ± 0,0700 g garam Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O. Melarutkan garam
itu dalam gelas kimia lalu memindahkannya kedalam labu takar 100 ml. menambahkan 5 ml asam sulfat 2M untuk menghidrolisis. Menambahkan aquadest ke dalam labu takar hingga tanda batas dan menghomogekannya.
2. Pembuatan larutan standar Fe(II) 10 ppm
Menyiapkan labu takar 100 ml. memipet sebanyak 10 ml larutan Fe(II) 100 ppm ke dalam labu takar 100 ml dengan menggunakan pipet ukur. mengencerkan hingga tanda batas.
3. Preparasi deret standard an sampel
Membuat larutan deret standar Fe (II) 1 ppm; 1,5 ppm, 2 ppm; 2,5 ppm dan 3 ppm; dari larutan standar 10 ppm ke dalam labu takar 25 mL. Pertama, memipet larutan Fe(II) 10 ppm ke dalam labu takar 100 ml untuk larutan deret standar dan labu takar 25 ml untuk larutan sampel. Menambahkan ke dalam masing-masing labu 1 mL larutan hidroksilamin-HCl 5 %, 8 mL CH3COONa 5% dan 1 mL 1,10-fenantrolin 10%.
Mengencerkan larutan sampai tanda batas. Mendiamkan larutan deret standar maupun sampel selama 10 menit sebelum dilakukan pngukuran absorbansi.
4. Penentuan panjang gelombang maksimum
Penentuan panjang gelombang maksimum dilakukan dengan menggunakan larutan deret standar dengan konsentrasi 2 ppm. Melakukan pengukuran absorbansi pada rentang panjang gelombang 400-600 nm dengan jarak rentang 20 nm dan memperkecil rentangnya ketika mendekati panjang gelombang maksimum.
5. Pengukuran deret standar dan sampel
Menuangkan larutan deret standar maupun sampel ke dalam kuvet. Memasukkan kuvet ke dalam beam. Melakukan pengukuran serapan larutan deret standard an sampel pada panjang gelombang maksimum. Membuat kurva kalibrasi antara konsentrasi dan serapan deret standar.
Perhitungan
Ppm = V pipetV labu × ppm standar V pipet = ppm× Vlabuppm standar
1 ppm V pipet = 1 ×2510 = 2.5 1.5 ppm V pipet = 1.5 × 2510 = 3.75 2 ppm V pipet = 2 ×2510 = 5 2.5 ppm V pipet = 2.5 × 2510 = 6.25 3 ppm V pipet = 3 × 2510 = 7.5
380 400 420 440 460 480 500 520 540 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 f(x) = 0x - 0.57 R² = 0.93
Grafik Penentuan Panjang Gelombang Maksimum
Linear () Panjang Gelombang (nm) Absorbansi 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 f(x) = 0.21x - 0.02 R² = 1
Kurva Kalibrasi antara Konsentrasi Larutan Deret Standar terhadap Absorbansi
Linear () Konsentrasi (ppm) Absorbansi y = 0,2108x – 0,0712 0,075 = 0,2108x – 0,0712 0,0578 = 0,2108x
x = 0,4373 Hasil dan Pembahasan
Logam besi yang terkandung dalam air dapat ditentukan konsentrasinya dengan melalui pengukuran secara spektrofotometri dengan menggunakan alat yang biasa disebut dengan spektrofotometer. Prinsip kerja spektrofotometer adalah menggunakan instrumen molekul dengan radiasi elektromagnetik, yang energinya sesuai. Interaksi tersebut akan meningkatkan energi potensi elektron pada tingkat aksitan. Apabila pada molekul yang sederhana tadi hanya terjadi transisi elektronik pada suatu macam gugus maka akan terjadi suatu absorbsi yang merupakan garis spektrum.
Spektrofotometri UV-VIS dapat dilakukan penentuan terhadap sampel yang berupa larutan, gas, atau uap. Untuk sampel yang berupa larutan perlu di perhatikan beberapa persyaratan pelarut yang di gerakan antara lain: (1) Pelarut yang di gunakan tidak menggunakan sistem ikatan rangkap terkonjugasi pada struktur molekulnya dan tidak berwarna; (2) Tidak terjadi interaksi dengan senyawa yang dianalisa; dan (3) Kemurniannya harus tinggi untuk analisis.Pada percobaan ini, pelarut yang digunakan adalah air.
Untuk mengetahui kadar logam besi pada sampel, dilakukan beberapa kali pengenceran yang menghasilkanlarutan deret standar pada beberapa konsentrasi yaitu 1 ppm, 1.5 ppm, 2 ppm, 2.5 ppm, 3 ppm. Pengukuran absorbansi dilakukan dengan menggunakan Spektrofotometer UV-VIS pada panjang gelombang maksimum 510 nm.
Tabel 1. Penentuan Panjang Gelombang Maksimum
Konsentrasi Absorbansi Panjang Gelombang
2 ppm 0,164 400 nm 2 ppm 0,245 420 nm 2 ppm 0,303 440 nm 2 ppm 0,335 460 nm 2 ppm 0,382 480 nm 2 ppm 0,404 500 nm 2 ppm 0,394 520 nm 2 ppm 0,411 515 nm 2 ppm 0,416 510 nm 2 ppm 0,412 505 nm
Tabel 2. Kalibrasi antara Konsentrasi Larutan Deret Standard terhadap Absorbansi
Konsentrasi Absorbansi Panjang Gelombang
1 ppm 0,187 510 nm
1,5 ppm 0,300 510 nm
2 ppm 0,417 510 nm
2,5 ppm 0,508 510 nm
3 ppm 0,610 510 nm
Dari hasil percobaan didapatkan absorbansi dari masing-masing larutan deret standar adalah 0,187; 0,3; 0,417; 0,508; dan 0,61. Berdasarkan hasil pengamatan dan perhitungan yang telah dilakukan, dapat diketahui bahwa hubungan antara konsentrasi dengan nilai absorbansi yaitu tegak lurus sehingga dapat di simpulkan bahwa semakin tinggi konsentrasi logam besi, maka nilai absorbennya atau daya tembus cahaya yang di lewati sampel semakin besar berdasarkan hasil perhitungan. Hal inisesuai dengan hasil percobaan yang memperlihatkan adanya kenaikan nilai absorben seiring dengan kenaikan konsentrasi. Namun, pada penentuan panjang gelombang sampel, panjang gelombang pada sampel tidak masuk kedalam rentang nilai deret standar sehingga konsentrasi sampel ini tidak berada dalam rentang konsentrasi larutan deret standar, yaitu berada pada konsentrasi 0,4373 ppm. Hal ini dikarenakan adanya proses pengenceran pada sampel sehingga sampel tidak berada pada larutan standar.
Adapun faktor – faktor lain yang dapat mempengaruhui dalam perhitungan pada percobaan ini adalah : (1) Kesalahan dalam penempatan sampel; (2) Kurang teliti dalam melakukan pengenceran sampel; dan (3) Alat dan bahan kurang steril dan telah terkontaminasi.
‘
Kesimpulan
Spektrofotometri UV-VIS dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi logam besi yang terkandung dalam sampel pada panjang gelombang 510 nm. Serapan cahaya dari spektrofotometer ini mengakibatkan adanya transisi elektronik, yaitu promosi elektron-elektron
dari orbital keadaan dasar yang berenergi rendah ke orbital keadaan tereksitasi berenergi lebih tinggi. Konsentrasi sampel yang didapat yaitu sebesar 0,4373 ppm.
Daftar Pustaka
Ali, M. F. 2005. Handbook of Industrial Chemistry Organic Chemicals.Sydney:The Mcgraw-Hill Co. inc.
Basset, J. 1994.Kimia Analisis Kualitatif Anorganik. Jakarta: EGC.
Hafni dan Martalius. 2009. Penuntun Praktikum Instrumen analisis I. Padang: ATIP Khopkar, S. M. 2003. Konsep Dasar Kimia Analitik. Jakarta: UI-Press.
