PENDAHULUAN Spektrofotometer adalah alat untuk mengukur transmitan atau absorbans suatu sampel yang dinyatakan sebagai fungsi panjang gelombang. Absorbsi radiasi oleh suatu sampel diukur pada berbagai panjang gelombang dan dialirkan sehingga menghasilkam spektrum tertentu. Spektrum ini bersifat khas untuk sampel yang berbeda (Sabrina 2012). Spektrofotometri adalah suatu metode analisis yang didasarkan pada pengukuran banyaknya serapan sinar monokromatis oleh suatu larutan berwarna pada panjang gelombang yang tertentu atau spesifik menggunakan monokromator prisma atau kisi difraksi dan detektor fototube (Rahayu 2013). Gambar 1 Ilustrasi hukum Lambert Beer (Sabrina 2012) Absorbsi sinar oleh larutan mengikuti hukum lambert Beer, yaitu: A = log (I0 /It) = a b c Keterangan : I0 = intensitas sinar datang It = intensitas dari sinar yang diteruskan, a = absorptivitas, b = panjang sel atau kuvet, c = konsentrasi (g/l), A = absorbans (Sabrina 2012). 1
Spektrofotometri ultraviolet sinar tampak (UV-Vis) adalah pengukuran energi cahaya oleh suatu sistem kimia pada panjang gelombang yang mencakup daerah ultraviolet dan sinar tampak. Sinar ultraviolet (UV) mempunyai panjang gelombang antara 200-400 nm dan sinar tampak (visible) mempunyai panjang gelombang 400-750 nm serta memilki energi sebesar 299-149 KJ/mol. Spektrofotometri UV-Vis menggunakan sistem berkas ganda atau double-beam (Rialita 2013). Spektronik 20D + adalah spektrofotometri sinar tampak (visible) yang dalam penyusunannya menggunakan satu berkas tunggal (single beam). Spektrofotometer ini memiliki susunan sederhana yang hanya terdiri atas sumber sinar, monokromator, kisi difraksi dan sistem pembacaannya. Sistem pembacaan yang digunakan adalah sistem pembacaan secara langsung. Cahaya putih lampu lampu wolfram difokuskan oleh sebuah lensa ke celah masuk dan lensa lainnya mengumpulkan cahaya tersebut dan memfokuskan ke celah keluar setelah dipantulkan dan didispersikanoleh kisi difraksi. Hal ini bertujuan memperoleh berbagai panjang gelombang. Cahaya monokromatik yang menembus celah keluar melewati sampel yang akan diukur. Cahaya ini akan jatuh ke tabung foto sehingga nilai serapan, cahaya yang diteruskan, dan konsentrasi dapat ditentukan (Day 2002). Prinsip dari spektrofotometri Ultraviolet Sinar Tampak (UV-Vis) adalah melewatkan cahaya dalam rentang dalam rentang daerah ultraviolet dan sinar tampak ke sampel yang akan diuji. Sampel akan menyerap cahaya pada panjang gelombang tertentu dan menerusakan cahaya selain panajng gelombang tersebut. Sampel yang mampu menyerap menyerap cahaya dalam daerah tampak atau atau senyawa yang berwarna mempunyai elektron. Elektron tersebut pada keadaan normal atau berada pada kulit atom dengan energi terendah disebut keadaan dasar (ground state). Energi yang dimiliki sinar tampak mampu membuat elektron tereksitasi dari keadaan dasar menuju kulit atom yang memiliki energi lebih tinggi atau menuju keadaan tereksitasi (Rialita 2013). Prinsip dari spektronik 20 D + umumnya sama dengan spektrofotometri ultraviolet sinar tampak (UV-Vis). Hal membedakan keduanya adalah ketika radiasi elektromagnetik tersebut dilewatkan pada suatu sampel berupa media yang homogen, maka sebagian radiasi tersebut ada yang dipantulkan, diabsorpsi atau 2
diserap, dan ada pula yang diteruskan atau yang ditransmisikan. Radiasi yang dipantulkan dapat diabaikan. Radiasi yang dilewatkan sebagian diabsorpsi dan sebagian lagi di transmisikan. Cahaya yang diserap oleh suatu zat merupakan yang diteruskan disebut warna komplementer. Contohnya suatu zat berwarna jingga karena menyerap warna biru dari spektrum sinar sinar tampak dan suatu zat berwarna hitam karena menyerap semua warna yang terdapat pada spektrum sinar tampak (Day 2002). 3
METODE PERCOBAAN Alat dan Bahan Bahan yang digunakan adalah KMnO4 0.001M, K2Cr2O7 0.001 M, H2SO4 0.5 M. Alat yang digunakan adalah Spektrofotometer UV-Vis Shimadzu 1700 PC, Spektronik 20D +, gelas piala 50 ml, kuvet, pipet tetes, dan labu ukur 25 ml. Prosedur Percobaan Spektrum absorpsi KMnO4 dan K2Cr2O7 (Spektronik 20D+). Kuvet diisi dengan larutan KMnO4 0.001 M atau K2Cr2O7 0.001 M. Kuvet blangko diisi H2SO4 0.5 M. Absorbans larutan dibaca pada kisaran panjang gelombang 400-700 nm, dengan interval 5 nm (pada setiap panjang pergantian panjang gelombang serapan dinolkan dengan larutan blangko). Kurva hubungan panjang gelombang dengan absorbans dibuat. Kemudian ditentukan panjang gelombang yang tepat untuk masing-masing zat. Spektrum absorpsi KMnO4 dan K2Cr2O7 (spektrofotometer UV-Vis Shimadzu 1700 PC). Diisi kuvet dengan larutan KMnO4 0.001 M atau K2Cr2O7 0.001 M. Kuvet blangko diisi H2SO4 0.5 M. Spektrum absorpsi dibuat pada daerah UV-Vis (350-800 nm) dengan menggunakan beberapa parameter yang ada dalam alat yang digunakan. Koreksi Kuvet. Dicuci bersih dan beri nomor semua kuvet yang tersedia. Salah satu kuvet diisi dengan H2SO4 0.5 M sebagai blangko, diatur T=100%. Dituangkan cairan blangko, Diisi kuvet dengan KMnO4 0.001M/K2Cr2O7 0.001 M. Dibaca absorbansinya pada panjang gelombang yang tepat. Serapan disimbolkan Ar. Diisi kuvet lain dengan KMnO4 0.01M/K2Cr2O7 0.01M. Dibaca absorbansinya maka didapat As. Ulangi tahap 3 dan 4 sebanyak mungkin dengan kuvet yang lain. Faktor koreksi = Ar/As = br/bs = β. Hasil pengukuran larutan dalam kuvet s (As) harus dikalikan dengan faktor koreksi agar diperoleh harga yang sesuai dengan kuvet pembanding (Ar). Misal kuvet s = As= 0.28. maka absorbansi yang sesungguhnya = β x 0.28. 4
Penentuan konsentrasi campuran K2CrO7 dan KMnO4. Secara terpisah masing-masing larutan standar KMnO4 dan K2Cr2O7 dibuat dengan mengencerkan 3.00, 5.00, 7.00, 9.00, dan 11.00 ml untuk larutan standar KMnO4 dan 3.00, 5.00, 7.00, 9.00, 11.00 dan 13.00 ml untuk larutan standar K2Cr2O7. Larutan baku tersebut ditambahkan dengan larutan H2SO4 0.5 M dalam labu takar 25 ml. Dibaca absorbans kedua set larutan pada panjang gelombang yang tepat untuk KMnO4 dan K2Cr2O7 dengan H2SO4 sebagai blanko. Dibuat kurva standar masing-masing larutan pada dua panjang gelombang. Ditentukan nilai konstantanya (k). Dipindahkan secara kuantitatif larutan analat ke dalam labu takar 25 ml, diencerkan dengan H2SO4 0.5 M, pengerjaan dilakukan sebanyak 6 kali ulangan. Dibaca absorbansnya pada dua panjang gelombang. Dihitung konsentrasi masing-masing zat dengan harga k dari kurva kalibrasi beserta standar deviasi dan selang kepercayaan 95%. 5
PEMBAHASAN Spektrofotometri visible disebut juga spektrofotometri sinar tampak. Sinar tampak adalah sinar yang dapat dilihat oleh mata manusia. Cahaya yang dapat dilihat oleh mata manusia adalah cahaya dengan panjang gelombang 400-800 nm dan memiliki energi sebesar 299 149 kj/mol. Elektron pada keadaan normal atau berada pada kulit atom dengan energi terendah disebut keadaan dasar (groundstate). Energi yang dimiliki sinar tampak mampu membuat elektron tereksitasi dari keadaan dasar menuju kulit atom yang memiliki energi lebih tinggi atau menuju keadaan tereksitasi. Cahaya yang diserap oleh suatu zat berbeda dengan cahaya yang ditangkap oleh mata manusia. Cahaya yang tampak atau cahaya yang dilihat dalam kehidupan sehari-hari disebut warna komplementer. Misalnya suatu zat akan berwarna orange bila menyerap warna biru dari spektrum sinar tampak dan suatu zat akan berwarna hitam bila menyerap semua warna yang terdapat pada spektrum sinar tampak. Data lebih jelas dapat dilihat pada tabel berikut ini. Tabel 1 Hubungan warna yang diserap dan warna yang diteruskan (Day 2002) Panjang gelombang (nm) Warna warna yang diserap Warna komplementer (warna yang terlihat) 400 435 Ungu Hijau kekuningan 435 480 Biru Kuning 480 490 Biru kehijauan Jingga 490 500 Hijau kebiruan Merah 500 560 Hijau Ungu kemerahan 560 580 Hijau kekuningan Ungu 580 595 Kuning Biru 595 610 Jingga Biru kehijauan 610 800 Merah Hijau kebiruan 6
Absorbans Absorbans Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, panjang gelombang maksimum ditentukan dengan melihat nilai absorbansi maksimum yang terukur pada spektronik 20D+ dan spektrofotometri UV-Vis untuk panjang gelombang tertentu. Panjang gelombang maksimum yang diperoleh dari spektronik 20D+ adalah 355 nm untuk larutan K2Cr2O7 0,01 M. sedangkan larutan KMnO4 0,001 M menghasilkan panjang gelombang maksimum sebesar 530 nm. 0,8000 0,7000 0,6000 0,5000 0,4000 0,3000 0,2000 0,1000 0,0000 Keterangan: : λ maks 0 200 400 600 800 λ (nm) Gambar 1 Grafik penentuan λ maksimum K2Cr2O7 dengan spektronik 20D+ 0,2500 0,2000 0,1500 0,1000 y = 393,25x - 0,0063 R² = 0,9892 0,0500 0,0000 0,0000 0,0001 0,0002 0,0003 0,0004 0,0005 0,0006-0,0500 [K 2 Cr 2 O 7 ] (M) Gambar 2 Grafik penentuan [K2Cr2O7] standar dengan spektronik 20D+ 7
Konsentrasi sampel dalam suatu larutan dapat ditentukan secara langsung dengan rumus yang diturunkan dari hukum Lambert Beer (A = a b c atau A = ε b c). Namun, penentuan konsentrasi dapat pula dilakukan dengan cara kurva kalibrasi. Cara ini masih bertumpu pada hukum Lambert-Beer yang menyatakan absorbans berbanding lurus dengan konsentrasi. Untuk penentuan konsentrasi zat dengan kurva kalibrasi dilakukan dengan cara maching kuvet, yaitu mencari dua buah kuvet yang memiliki nilai absorbans atau transmintasi sama atau hampir sama. Dua buah kuvet inilah yang akan digunakan untuk analisis, satu untuk bangko dan satu untuk sampel. Dapat pula digunakan hanya satu buah kuvet agar diperoleh kesalahan yang kecil pada saat pengukuran. Kemudian membuat larutan standar pada berbagai konsentrasi. Larutan standar yaitu larutan yang konsentrasinya diketahui secara pasti. Pada percobaan ini, konsentrasi larutan standar dibuat dari yang lebih kecil sampai lebih besar dari konsentrasi analit yang diperkirakan sehingga konsentarasi sampel yang akan dihitung berada dalam rentang konsentrasi larutan standar. Salah satu larutan standar diukur pada berbaagai panjang gelombang untuk mengetahui pada panjang gelombang berapa yang memberikan nilai absorbans yang paling besar. Panjang gelombang yang menghasilkan absorbans paling besar atau paling tinggi ini disebut panjang gelombang maksimum (λmaks). Barulah absorbans semua larutan standar yang telah dibuat diukur pada panjang gelombang maksimum tersebut. Absorbans yang dihasilkan dari semua larutan standar dicatat, kemudian dialurkan pada grafik absorbansi yang dihasilkan berkisar antara 0.2 0.8 maka grafik akan berbentuk garis lurus atau linier (Sabrina 2012). Menentukan konsentrasi campuran dengan membandingkan hasil menggunakan alat berbeda perlu dilakukan pengujian secara statistika, yaitu menggunakan uji T dan uji F untuk membandingkan apakah hasil dari kedua alat tersebut tidak berbeda nyata atau berbeda nyata (Miller 2005). Penentuan uji F diperoleh dengan membandingan nilai standar deviasi (sd) kuadrat pengukuran menggunakan alat 1 terhadap sd kuadrat pengukuran menggunakan alat 2 sehingga nilai F hitung dapat dibandingkan dengan Ftabel pada selang kepercayaan 95%. Penentuan uji T diperoleh dengan membedakan nilai konsentrasi dari perolehan 8
kedua alat, kemudian ditentukan reratanya lalu T hitung diperoleh dengan mengkali rerata terhadap akar kuadrat jumlah sampel per sd. Nilai Thitung dibandingkan dengan tabel pada selang kepercayaan 95% (P=0,05). Hasil percobaan diperoleh untuk uji T konsentrasi campuran mengunakan larutan standar KMnO4 maupun K2Cr2O7, nilai Thit<Ttabel maka H1 diterima, H0 ditolak, sedangkan uji F menghasilkan Fhit<Ftabel maka hasil tidak berbeda nyata. Artinya baik menggunakan alat Spektronik 20D+ maupun spektrofotometer UV-VIS 1700 PC hasil pengukuran akan baik, meskipun pada percobaan ini, ketelitian menggunakan Spektronik 20D+ lebih teliti dibandingkan dengan menggunakan spektrofotometer UV-VIS 1700 PC. Menurut Skoog (2008) ketelitian spektrofotometer UV-VIS 1700 PC lebih besar daripada spektronik 20D+. Setelah panjang gelombang maksimum diperoleh, dilanjutkan dengan menentukan kurva standar masing-masing larutan standar, yaitu KMnO4 dan K2Cr2O7 dengan berbagai konsentrasi berjumlah 5 larutan standar. Pembuatan larutan standar berasal dari larutan induk KMnO4 0.01 M diencerkan menjadi 25 ml labu takar dengan volume 3.00, 5.00, 7.00, 9.00, 11.00 ml, sedangkan larutan induk K2Cr2O7 0.01 M diencerkan menjadi 25 ml labu takar dengan volume 3.00, 5.00,7.00,9.00,11.00, dan 13.00 ml. Pengukuran absorban deret standar menggunakan spektronik 20D + untuk larutan KMnO4 menghasilkan kurva persamaan linear antara absorban terhadap [KMnO4] adalah y =1907.5x +0.0007 dan koefisien korelasi (R²) sebesar 0.999 sehingga menghasilkan nilai k sebesar 0.0007 Nilai k merupakan kemiringan kurva standar. Deret standar K2Cr2O7 menghasilkan persamaan linear y=1994.9x + 0.0455 dan koefisien korelasi (R²) sebesar 0.9901 sehingga menghasilkan nilai k 0.0007. Pengukuran absorban deret standar menggunakan spektrofotometer UV-VIS 1700 PC, untuk larutan KMnO4 dan K2Cr2O7 menghasilkan ketelitian berturut-turut sebesar 98.38 % dan 98.91%. 9
SIMPULAN Panjang gelombang maksimum pada larutan KMnO4 dan K2Cr2O7 merupakan panjang gelombang yang memberikan nilai absorbans terbesar. Dapat dilihat dari spektrum masing-masing larutan tersebut yang menghasilkan puncak spektrum serapan maksimum. Panjang gelombang maksimum yang diperoleh dari spektronik 20D+ maupun spektrofotometer UV-Vis Shimadzu 1700 PC untuk masing-masing larutan nilainya tidak berbeda jauh. Berdasarkan kurva kalibrasi hubungan antara konsentrasi standar dan absorbans dapat ditentukan konsentrasi sampel. Nilai k pada masing-masing panjang gelombang dapat diperoleh dari kemiringan kurvanya. Konsentrasi sampel dari kedua alat tidak berbeda nyata. Ketelitian hasil pengukuran menggunakan spektronik 20D+ lebih teliti dibandingkan menggunakan Spektrofotometer UV- VIS Shimadzu 1700 PC. 10
DAFTAR PUSTAKA Day RA dan Underwood AL. 2002. Analisis Kimia Kuantitatif Edisi ke-6. Jakarta (ID) : Erlangga. Miller JC.2005.Statitics And Chemometric For Analitycal Chemistry.London (USA): Ellis Harwoord Imprint. Rahayu, et al. 2013. Penentuan aktivitas antioksidan dari ekstrak etanol daun ketapang (terminalia catappa ) dengan metode 1,1-difenil-2-pikrilhidrazil (DPPH). Jurnal Kimia FMIPA Universitas Diponegoro. 1(2):1-10 Rialita, et al. 2013. Analisi kafein dalam kopi bubuk di kota Menado menggunakan spektrofotometri UV-Vis. Jurnal Ilmiah Farmasi.2(4):1-10 Sabrina, et al. 2012. Perbandingan metode spektrofotometri UV-Vis dan KCKT (kromatografi cair kinerja tinggi) pada analisis kadar asam benzoat dan kafein dalam teh kemasan. Jurnal Kimia Universitas Negeri Malang. 2(2):1-12 11