Agenda. SPEKTROSKOPI BERBASIS HAMBURAN Turbidimetri & Nefelometri. Asal Hamburan Turbidimetri atau Nefelometri Aplikasi turbidimetri dan nefelometri

Transkripsi

1 SPEKTROSKOPI BERBASIS HAMBURAN Turbidimetri & Nefelometri Agenda Asal Hamburan Turbidimetri atau Nefelometri Aplikasi turbidimetri dan nefelometri 1

2 ASAL HAMBURAN Asal Hamburan 2

3 Asal Hamburan Hamburan dapat diamati apabila suatu radiasi dengan panjang gelombang, dilewatkan pada suatu medium yang mengandung partikel dengan ukuran terbesar 1,5 Kategori umum hamburan: Hamburan elastis radiasi diabsorpsi oleh analit dan diemisikan kembali tanpa mengalami perubahan energi Hamburan tidak elastis radiasi diabsorpsi oleh analit dan diemisikan kembali dengan mengalami perubahan energi Asal Hamburan Hamburan Elastis Hamburan Rayleigh (a) ukuran partikel maksimum 5%, intensitas radiasi hamburan terdistribusi simetris dan besarnya proporsional dengan 4 Hamburan partikel-besar hamburan tidak simetris karena interferensi konstruktif dan destruktif 3

4 Pemanfaatan Hamburan Elastis (a) Turbidimeter Detektor inline dengan sumber sinar (b) Nefelometer Deterktor 90 o dengan sumber sinar TURBIDIMETRI ATAU NEFELOMETRI 4

5 Turbidimetri atau Nefelometri? Faktor yang dipertimbangkan Intensitas relatif dari radiasi hamburan terhadap radiasi sumber Untuk konsentrasi partikel yang rendah I T akan mirip dengan Io, Nefelometri lebih sesuai Untuk konsentrasi partikel yang tinggi, Turbidimetri lebih sesuai Ukuran partikel Nefelometri lebih efektif pada sampel yang memungkinkan terjadinya hamburan Rayleigh, untuk UV/Vis, ukuran partikel optimum 0,1-1 μm Turbidimetri tidak terlalu terpengaruh oleh ukuran partikel Hubungan Konsentrasi dan Hamburan Turbidimetri Transmitan terukur adalah rasio antara I T akan mirip dengan Io, Hubungan antara transmitan dan konsetrasi partikel setara dengan Hukum Beer Nefelometri Intensitas radiasi hamburan setara dengan konsentrasi dikali konstanta yang ditentukan dengan kurva kalibrasi T I I T o logt kbc I k I s s 0 C 5

6 Memilih Panjang Gelombang Radiasi Sumber Turbidimetri Meminimalkan internferens potensial yang dipilih yang tidak diabsorpsi oleh sampel dipilih dengan monokromator atau filter Nefelometri Tidak dipengaruhi oleh sampel yang mengabsorpsi Dapat menggunakan radiasi sinar putih Pertimbangan lain dalam pemilihan: sensitivitas transduser, intensitas sumber, intensitas hamburan Memilih Panjang Gelombang Radiasi Sumber 6

7 Memilih Panjang Gelombang Radiasi Sumber APLIKASI TURBIDIMETRI DAN NEFELOMETRI 7

8 Mempersiapkan Sampel untuk Analisis Nilai k dipengaruhi oleh bentuk dan ukuran partikel, perlu keseragaman distribusi ukuran partikel antara sampel dan standard Partikel dibentuk melalui presipitasi kontrol faktor-faktor seperti konsentrasi reagen, urutan penambahan reagen, ph, suhu, kecepatan pengadukan, kekuatan ion, waktu pengukuran, dan penambahan agen penstabil (gliserol, gelatin dll) Banyak digunakan dalam analisis kekeruhan pada sampel air, minuman, dan produk pangan Kekeruhan diukur sebagai NTU (Nephelometric turbidity unit) Dibandingkan dengan standard formazin Formazin 4000NTU Hidrazin sulfat 1% (b/v) + 10% (b/v) heksametilenatetraamina Aplikasi 8

9 Aplikasi Awal: JCT Practical attempts to quantify turbidity date to 1900 when Whipple and Jackson developed a standard suspension fluid using 1000 parts per million (ppm) of diatomaceous earth in distilled water. Turbidity was referred to in terms of Jackson turbidity units (JTU). Aplikasi 9

10 10

11 Aplikasi 11

12 POLARIMETRI Spektrometri Kimia FMIPA IPB Polarimetri Pengukuran rotasi optik Instrumentasi Jenis-jenis polarimeter Agenda 12

13 POLARIMETRI Radiasi sebagai Gelombang Radiasi monokromatik normal mengandung cahaya yang memiliki medan listrik yang berosilasi pada semua bidang yang mungkin, tegak lurus terhadap arah propagasi Dapat dipilah berdasarkan bidang osilasinya menggunakan polarisator (film polaroid, prisma) 13

14 Bentuk polarisasi cahaya rotasi adalah hasil dari kenaikan relatif komponen polarisasi kiri dan kanan saat cahaya terpolarisasi bidang dapat diuraikan Kenaikan (yang dapat bersifat positif atau negatif) disebabkan oleh perbedaan dalam interaksi dari cahaya terpolarisasi kiri dan kanan dengan media yang terdiri dari molekul kiral Penggunaan Cahaya Terpolarisasi Aktif Optik Sifat senyawa yang memutar cahaya terpolarisasi ditemukan oleh E.L. Malus di tahun 1808 Tahun 1812, JW Biot mengamati bahwa besarnya rotasi optik tergantung dari panjang lempeng kuarsa yang digunakan dalam pengukuran dan mengatribusikan sifat ini pada fitur struktur molekularnya (asimetri). Biot juga memformulasikan rumus kuantitatif dari polarimetri 1850, Wilhelmy menggunakan polarimetri untuk memperlajari reaksi hidrolisis sukrosa 1874, van't Hoff menyatakan bahwa lingkungan tetrahedral dari atom karbon dapat menjelaskan fenomena aktif optis ini. 14

15 Definisi Polarimetri metode analisis yang berdasarkan pada pengukuran daya putaran optis dari suatu larutan. Daya putaran optis kemampuan suatu zat untuk memutar bidang getar sinar terpolarisir. Sinar terpolarisir suatu sinar yang mempunyai satu arah bidang getar dan arah tersebut tegak lurus terhadap arah rambatannya. Senyawa optis aktif senyawa yang dapat memutar bidang sinar terpolarisasi. ditandai dengan adanya atom karbon asimetris atau atom C kiral dalam senyawa organik, contoh : kuarsa (SiO 2 ), fruktosa. PENGUKURAN ROTASI OPTIK 15

16 Pengukuran Rotasi Optik Hubungan Konsentrasi dan Rotasi Optik Hukum Biot α = πl(n L n R )/ L panjang cahaya yang dilewatkan n L indeks bias untuk cahaya terpolarisasi ke kiri n R indeks bias untuk cahaya terpolarisasi ke kanan pada c kc dc rotasi optik d panjang tabung dalam dm c konsentrasi dalam g / ml t t rotasi spesifik 16

17 Faktor yang memengaruhi rotasi optik 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. ROTASI SPESIFIK Senyawa [α] 20 D d-glukosa + 52,7 d -Fruktosa -92,4 Maltosa +130,4 [α] 20 D Rotasi spesifik diukur dengan garis D lampu natrium pada 20 C; + artinya cahaya terputar ke kanan; - ke kiri; Larutan dalam air 17

18 Rotasi Spesifik Perkirakanlah besar dan arahnya rotasi sinar bila larutan maltosa dengan konsentrasi 0,2 g/ml diukur dalam kuvet 20 cm dengan lampu Na pada suhu 20 C Jawab : α = [α] 20 D dc = x 2 x 0,2 = 52.2 larutan menyebabkan pemutaran cahaya 52,2 derajat ke arah kanan INSTRUMENTASI 18

19 Sinar monokromatis dari lampu natrium akan melewati lensa kolimator sehingga berkas sinarnya dibuat paralel. Kemudian dipolarisasikan oleh prisma kalsit atau prisma nikol polarisator/pemolarisasi. 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 dianalisis oleh analisator. Besarnya sudut putaran oleh sampel dapat dilihat pada skala lingkar yang diiamati dengan mata atau detektor. Instrumentasi Sumber Cahaya monokromatis 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. Lensa kolimator Berfungsi mensejajarkan sinar dari lampu natrium atau dari sumber cahaya sebelum masuk ke polarisator. 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. 19

20 Instrumentasi Skala lingkar. Merupakan skala yang bentuknya melingkar dan pembacaan skalanya dilakukan jika telah didapatkan pengamatan tepat baur-baur. Wadah sampel ( tabung polarimeter ) Wadah sampel ini berbentuk silinder yang terbuat dari kaca yang tertutup di kedua ujungnya, biasanya mempunyai ukuran panjang 0,5 ; 1 ; 2 dm. Wadah sampel ini harus dibersihkan secara hati-hati dan tidak boleh ada gelembung udara yang terperangkap di dalamnya. Detektor Pada polarimeter manual yang digunakan sebagai detektor adalah mata, sedangkan polarimeter lain dapat digunakan detektor fotoelektrik. JENIS JENIS POLARIMETER 20

21 Spektropolarimeter Alat untuk menentukan aktivitas optik bahan pada beberapa panjang gelombang, merupakan kombinasi spektroskopi dan polarimeter Digunakan untuk mengukur aktivitas optik dan besarnya penyerapan. Sinar dari lampu melalui monokromator dan melewati polarisator untuk menghasilkan sinar terpolarisir. Polarisator ini berhubungan langsung dengan modulator yang berguna untuk mengatur tingkat sinar yang terpolarisasi secara elektris yang dapat diamati pada amplifier. Optical-Rotatory Dispersion (ORD) ORD perubahan rotasi tertentu dengan perubahan panjang gelombang, biasa digunakan untuk penentuan struktur senyawa karbonil modifikasi dari spektropolarimeter prinsipnya sama dengan spektropolarimeter, tetapi terdapat perbedaan yaitu pada ORD ini sinar diatur berdasarkan tingkat polarisasinya. Analisator diatur secara kontinu dan rekorder untuk menghasilkan suatu grafik. 21

22 Circular Dichroism Apparatus ( CDA ) 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. Perbedaan ORD dan CD ORD Jika indeks bias sample untuk cahaya terpolarisasi kiri dan kanan berbeda, ketika komponen digabungkan kembali, radiasi terpolarisasi bidang akan diputar and membentuk sudut tertentu Spektrum ORD bersifat dispersif Dalam ORD, cahaya terpolarisasi melingkar digunakan dan tidak diubah menjadi cahaya elips Grafik ORD diperoleh dengan memplot rotasi spesifik terhadap panjang gelombang CD CD adalah penyerapan diferensial dari bidang kiri dan kanan cahaya terpolarisasi sirkuler Spektrum CD bersifat absorptif Dalam CD, cahaya terpolarisasi melingkar digunakan dandiubah menjadi cahaya elips Grafik CD diperoleh dengan memplot ellipticity molar terhadap panjang gelombang 22

23 Saccarimeter Alat ini hanya dapat digunakan untuk menentukan kadar gula. Sinar monokromatis didapat dengan suatu filter atau sumber sinar tertentu. APLIKASI 23

24 Rotasi untuk mengamati laju reaksi Polarimeter diaplikasikan untuk memantau laju reaksi isomerisari, glukosa fruktosa pengukuran rotasi untuk menentukan konsentrasi reaktan glukosa dan produk fruktosa memantau kemajuan reaksi secara on line, (pada saat terjadinya) Berdasarkan perbedaan arah besar putaran glukosa dan fruktosa 24

25 Aplikasi ORD dan CD Menentukan senyawa optik aktif seperti asam amino, polipeptida, protein, steroid, terpena, antibiotik Stereokimia dari asam amino alifatik dan juga steroid 25

26 TERIMAKASIH 26