Post on 18-Feb-2018
7/23/2019 Pengembangan Alat Ukur Konsentrasi Amoniak Di Dalam Air Dengan Metode Indophenol Blue Berdasarkan Prinsip Spektroskopi Optik
http://slidepdf.com/reader/full/pengembangan-alat-ukur-konsentrasi-amoniak-di-dalam-air-dengan-metode-indophenol 1/19
6
BAB 2
DASAR TEORI
2.1
Gelombang Elektromagnetik
Gelombang elektromagnetik sudah dirumuskan oleh Maxwell dengan empat
macam persamaan gelombangnya yang terkenal yaitu:
D ρ ∇ ⋅ = (2.1)
0∇⋅ Β = (2.2)
o
D x J
t μ
∂⎛ ⎞∇ Β = +⎜ ⎟∂⎝ ⎠
(2.3)
t
∂Β∇⋅ Ε = −
∂ λ
(2.4)
Persamaan (2.1),(2.2), (2.3) dan (2.4) merupakan persamaan yang berlaku di
dalam ruang vakum udara, dimana Maxwell mengemukakan bahwa gelombang
elektromagnetik merupakan gelombang yang tidak memerlukan medium dalam
arah perambatannya. Ketika gelombang elektromagnetik merambat, maka
gelombang elektromagnetik membawa medan listrik (E) serta medan magnetik
(B). Maxwel menyatakan bahwa medan listrik dapat berubah sehingga
menimbulkan medan magnetic. Medan listrik dan medan magnetik selalu
berubah-ubah. [5]. Vektor E dan B menentukan arah rambat gelombang
elektromagnetik, dengan kelajuan di dalam ruang vakum udara sebagai berikut:
.c λυ = (2.5)
Bentuk persamaan gelombang datar kompleks diformulasikan secara umum
sebagai berikut:
( )( , ) Z i k z t A z t Ce
ω − −= (2.6)
Berdasarkan persamaan (2.6), sebuah gelombang elektromagnetik ketika menjalar pada suatu bidang-z memiliki bentuk sebagai berikut:
7/23/2019 Pengembangan Alat Ukur Konsentrasi Amoniak Di Dalam Air Dengan Metode Indophenol Blue Berdasarkan Prinsip Spektroskopi Optik
http://slidepdf.com/reader/full/pengembangan-alat-ukur-konsentrasi-amoniak-di-dalam-air-dengan-metode-indophenol 2/19
7
Gambar 2.1 Penjalaran Gelombang pada Bidang-Z
Penjelasan mengenai gelombang elektromagnetik menjadi dasar penting dalam
penyerapan foton oleh larutan indophenol blue. Postulat Einstein menyatakan
bahwa gelombang dapat bersifat dualisme yaitu sebagai partikel dan gelombang.
Interaksi partikel dengan gelombang cahaya menjadi landasan dalam pembahasan
selanjutnya.
2.1.1
Gelombang Cahaya
Gelombang cahaya termasuk gelombang elektromagnetik. Gelombang
elektromagnetik terbagi ke dalam daerah-daerah yang dikenal dengan spektrum
elektromagnetik[5]. Gelombang cahaya terdiri dari tiga daerah utama, yaitu
daerah yang dapat mengemisikan gelombang inframerah, sinar tampak, serta
ultraviolet. Frekuensi cahaya sudah diklasifikasikan ke dalam spektrum panjang
gelombang masing-masing, berikut akan diberikan rentang spektrum panjang
gelombang radiasi elektromagnetik yang berpengaruh terhadap warna serapan
panjang gelombang amoniak dan larutan indophenol blue.
Gambar 2.2 Panjang Gelombang Berbagai Macam Spektral
( )( , ) Z i k z t
Az t Ce ω − −
=
λ
7/23/2019 Pengembangan Alat Ukur Konsentrasi Amoniak Di Dalam Air Dengan Metode Indophenol Blue Berdasarkan Prinsip Spektroskopi Optik
http://slidepdf.com/reader/full/pengembangan-alat-ukur-konsentrasi-amoniak-di-dalam-air-dengan-metode-indophenol 3/19
8
Gambar 2.3 Spektrum Elektromagnetik
Pembagian cahaya berdasarkan emisi warna panjang gelombang yaitu
polychromatic light dan monochromatic light . Polychromatic light adalah cahaya
yang mempunyai banyak warna misalnya warna putih, sedangkan monochromatic
light adalah cahaya yang mengemisikan satu warna tertentu, misalnya: warna
merah, biru, kuning, dan lainnya.
2.1.2
Spektrum Cahaya Tampak
Cahaya warna putih merupakan cahaya heterogen, karena pada cahaya putih
terdapat banyak spektrum warna cahaya lainnya. Jika cahaya putih dilewatkan
pada sebuah prisma segitiga, maka akan diuraikan menjadi warna homogen
dengan perbedaan sudut dispersi. Perbedaan sudut tersebut menunjukkan perbedaan panjang gelombang spektral tiap warna.
2.1.3
Sumber Cahaya
Dalam kehidupan sehari-hari banyak sekali dijumpai sumber cahaya dengan
keunggulan dan kelemahannya, misalnya: lampu pijar, lampu halogen, lampu
fluorescent , api, dan laser. Laser dioda merupakan sumber cahaya yang memiliki
banyak keunggulan.
LASER (Light Amplification by Stimulated Emmission of Radiation) merupakan
sumber cahaya dengan daya radiasi karena adanya emisi terangsang. Laser
memiliki karakteristik yang khusus, yaitu koheren dan monokromatis. Tidak
seperti sumber cahaya lain, laser hanya menghasilkan panjang gelombang tertentu
dan warna tertentu pula. Laser harus menjalani proses pembangkitan dahulu
7/23/2019 Pengembangan Alat Ukur Konsentrasi Amoniak Di Dalam Air Dengan Metode Indophenol Blue Berdasarkan Prinsip Spektroskopi Optik
http://slidepdf.com/reader/full/pengembangan-alat-ukur-konsentrasi-amoniak-di-dalam-air-dengan-metode-indophenol 4/19
9
sebelum sinar laser bisa dikeluarkan. Inti dari emisi sinar laser terletak pada
tabung resonator.
2.1.4
Prinsip Kerja Laser
Postulat Einstein menjelaskan foton yaitu cahaya terkuantisasi menjadi paket-
peket energi Foton mempunyai dualisme sifat sebagai materi dan sebagai
gelombang. Sebagai materi foton sangat bergantung dengan frekuensi, sehingga
satu foton dapat melakukan serapan atom, pancaran alami (emisi spontan), serta
pancaran terangsang.
Gambar 2.4 Emisi Spontan Lampu Fluorensi
Jika elektron secara spontan meluruh, berubah dari suatu keadaan menjadi
keadaan lain, elektron tersebut memancarkan foton. Proses ini disebut emisi
spontan. Contoh yang terjadi pada lampu flouresensi dimana bahan ditembakkan
foton spektrum UV yang menyebabkan tingkat energi atom yang dilevel dasar
naik ke level 1, dan ketika atom kembali ke tingkat energi dasar mengeluarkan
cahaya tampak.
Transisi dari suatu keadaan ke keadaan lainnya bisa dihalangi. Dengan kata lain,
saat energi foton h ditembakkan mendekati atom yang berbeda tingkat energinya,
atom mengalami penguatan dan ketika kembali ke tingkat dasar menghasilkan
foton lainnya dengan energi hf = E 1-E 2. Sementara, karena adanya pemicu dari
luar energi foton akan menghalangi transfer elektron dari keadaan 1 ke keadaan 2.
Ini disebut pemancaran terangsang (stimulated emmission).
Emisi terangsang terjadi ketika sebuah foton didekatkan ke sebuah atom
menyebabkan atom tereksitasi dan mengeluarkan energi sebesar foton awal.
Proses tersebut menghasilkan dua foton berenergi hf . Dimana arah fasa sama
dengan energi foton pemicunya.
7/23/2019 Pengembangan Alat Ukur Konsentrasi Amoniak Di Dalam Air Dengan Metode Indophenol Blue Berdasarkan Prinsip Spektroskopi Optik
http://slidepdf.com/reader/full/pengembangan-alat-ukur-konsentrasi-amoniak-di-dalam-air-dengan-metode-indophenol 5/19
10
.hυ Ε =
21 21W σ .F=
Gambar 2.5 Emisi Terangsang pada Laser
Energi yang dikandung pada tiap foton:
(2.7)
Keterangan:
h: tetapan Planc 6.626x10-23 J/s
υ: frekuensi (Hertz)
Pada saat atom kembali ke tingkat dasar atom mengalami laju penurunan atomyang besarnya adalah:
(2.8)
Dimana:
(2.9)
Keterangan:
F: fluks foton∞ : jumlah atom pada tingkat energi E2
2.1.5
Lensa
Lensa adalah benda bening yang dibatasi oleh dua permukaan atau lebih dengan
paling tidak salah satu permukaanya merupakan bidang lengkung (umumnya
terbuat dari kaca atau plastik) sehingga dapat membelokkan sinar yang
melewatinya. Sementara lensa tipis adalah lensa yang ketebalannya dapat
diabaikan. Lensa terdiri dari 2 jenis yaitu lensa cembung (konveks) dan lensa
cekung (konkaf). Lensa cembung memiliki bagian tengah yang lebih tebal dari
bagian tepinya. Lensa cembung bersifat konvergen yaitu mengumpulkan cahaya
[9]
22 1 2
t e r a n g s a n g
d NW .N
d t
⎛ ⎞= −⎜ ⎟
⎝ ⎠
7/23/2019 Pengembangan Alat Ukur Konsentrasi Amoniak Di Dalam Air Dengan Metode Indophenol Blue Berdasarkan Prinsip Spektroskopi Optik
http://slidepdf.com/reader/full/pengembangan-alat-ukur-konsentrasi-amoniak-di-dalam-air-dengan-metode-indophenol 6/19
11
2.1.6 Pembentukan Bayangan pada Lensa Bikonveks
Lensa bikonveks merupakan lensa positif yang memiliki dua permukaan
cembung. Pembentukan bayangan pada lensa bikonveks, berlaku umum seperti
pada lensa konvergen. Sifat-sifat utama tersebut sebagai berikut:
Sinar yang sejajar sumbu utama dan jatuh pada lensa akan dibiaskan melalui titik
fokus belakang lensa (f2).
Gambar 2.6 Sinar Sejajar Sumbu Utama pada Lensa Bikonveks
2.2
Spektroskopi
2.2.1 Absorbsi Molekul
Absorbsi atom adalah terserapnya suatu atom oleh suatu permukaan yang dapat
menyerap (absorben) [9]. Terjadi karena adanya interaksi antara molekul.
Absorbsi molekul dapat terjadi antara zat cair dan cahaya foton. Setiap atom
memiliki energi potensial. Pancaran cahaya suatu laser dengan panjang
gelombang tertentu dapat menurun intensitas cahayannya setelah melewati suatu
medium larutan dengan konsentrasi tertentu karena energi foton yang dikandung
oleh laser diserap oleh atom-atom didalam larutan, adanya energi yang diserap
oleh atom-atom tersebut mengakibatkan terjadinya perubahan energi atom, terjadi
perubahan dari energi kinetik molekul berubah menjadi energi potensial [3].
Postulat Einstein menyatakan bahwa gelombang cahaya dapat berperilaku sebagai
partikel, sehingga kemungkinan foton mempengaruhi energi dasar atom lainnya
dapat terjadi.
Absorbsi cahaya oleh suatu atom atau molekul merupakan suatu bentuk interaksi
antara gelombang cahaya (foton) dan atom/molekul [3]. Energi cahaya diserap
oleh atom/molekul dan digunakan oleh elektron di dalam atom/molekul tersebut
untuk bertransisi ke tingkat energi yang lebih tinggi. Absorbsi hanya terjadi jika
7/23/2019 Pengembangan Alat Ukur Konsentrasi Amoniak Di Dalam Air Dengan Metode Indophenol Blue Berdasarkan Prinsip Spektroskopi Optik
http://slidepdf.com/reader/full/pengembangan-alat-ukur-konsentrasi-amoniak-di-dalam-air-dengan-metode-indophenol 7/19
12
selisih kedua tingkat energi elektronik tersebut (ΔE = E2 – E1) bersesuaian dengan
energi cahaya (foton) yang datang, ΔE = Efoton
Uji analisis kimia basah dapat dilakukan dengan spektroskopi. Panjang
gelombang yang dipancarkan sumber cahaya dengan panjang gelombang tertentu
dapat diserap oleh suatu atom/molekul yang selanjutnya dapat diamati atau
direkam melalui alat pembaca yang sudah ada misalnya spektrometer [6]
Spektroskopi dapat diterapkan pada larutan apapun Energi pemanasaan akan
menyebabkan senyawa mendekati/mencapai titik didihnya. Kenaikan suhu ini
akan dianalisis sebagai kenaikan tingkat energi thermal. Kenaikan tingkat energi
identik dengan perubahan energi pada atom, hingga mencapai keadaan atom yanglebih tinggi yang relatif tidak stabil.
Pada molekul organik yang terdiri dari kumpulan-kumpulan atom, absorbsi
cahaya UV/Vis (ultraviolet/visible) dari spektrum elektromagnetik terjadi pada
group fungsional (kromofor) yang mengandung elektron-elektron valensi.
Elektron-elektron tersebut berada pada orbital-orbital molekul dengan tingkatan
energi yang menyertainya, mulai dari tingkat dasar hingga tingkat yang lebih
tinggi.
Proses absorbsi cahaya berkaitan dengan lepasnya elektron dari satu orbital
elektron dengan tingkat energi tertentu ke orbital molekul lain dengan tingkat
energi yang lebih tinggi. Hal inilah yang disebut dengan kenaikan tingkat energi.
Besar kecilnya energi cahaya yang diserap biasanya ditandai dengan tinggi
rendahnya energi yang terukur. Penurunan intensitas cahaya setelah melewati
sampel menunjukkan adanya penyerapan sejumlah energi oleh sampel uji.
Penyerapan sejumlah energi inilah yang menunjukkan karakteristik larutan.
Sejumlah energi yang yang hilang diketahui dengan mengukur energi
spektroskopi sebelum dan setelah melewati media uji.
7/23/2019 Pengembangan Alat Ukur Konsentrasi Amoniak Di Dalam Air Dengan Metode Indophenol Blue Berdasarkan Prinsip Spektroskopi Optik
http://slidepdf.com/reader/full/pengembangan-alat-ukur-konsentrasi-amoniak-di-dalam-air-dengan-metode-indophenol 8/19
13
2.2.2 Pemanasan Atom
Hukum Roult, menyatakan bahwa tekanan uap parsial dari sebuah komponen di
dalam campuran adalah sama dengan tekanan uap komponen tersebut dalam
keadaan murni pada suhu tertentu dikalikan dengan fraksi molnya dalam
campuran tersebut.
Waktu pemanasan adalah lamanya waktu yang dibutuhkan untuk memanaskan
larutan sehingga atom-atom penyusunnya dapat berubah fasa menjadi uap [9].
Dalam spektroskopi absorbsi, penentuan waktu pemanasan dengan tepat adalah
penting. Hal ini dibutuhkan karena tiap molekul membutuhkan waktu tertentu
untuk melepaskan energi inter molekul/atom serta energi antar molekul/atom. Jika
waktu pemanasan terlalu lama, larutan menjadi tidak ideal karena banyaknya
atom yang berubah fasa menjadi uap. Sebaliknya, jika waktu pemanasan kurang,
energi yang diterima tidak mencukupi.
Tujuan dilakukannya pemanasan adalah untuk menaikkan entalphi masing-masing
unsur, dimana:
( ), f Ε = Τ Ρ
(2.10)
Dari persamaan di atas dapat diketahui bahwa entalphi merupakan fungsi daritemperatur dan tekanan. Pada percobaan ini, tekanan dibuat konstan, yang
direkayasa adalah temperatur.
2.2.3 Spektroskopi Optik
Dasar dari spektroskopi optik adalah adanya interaksi antara cahaya dan molekul.
Beberapa fenomena yang berhubungan dengan spektroskopi optik adalah
fenomena-fenomena yang dialami dan terjadi pada molekul sebagai berikut
•
Hamburan
Hamburan adalah fenomena umum yang dapat terjadi melalui berbagai macam
mekanisme yang berbeda, bergantung kepada ukuran dari penghambur ketika
dibandingkan terhadap panjang gelombang dari radiasi. Untuk molekul yang
7/23/2019 Pengembangan Alat Ukur Konsentrasi Amoniak Di Dalam Air Dengan Metode Indophenol Blue Berdasarkan Prinsip Spektroskopi Optik
http://slidepdf.com/reader/full/pengembangan-alat-ukur-konsentrasi-amoniak-di-dalam-air-dengan-metode-indophenol 9/19
14
umumnya jauh lebih kecil dibandingkan panjang gelombang cahaya efisiensi dari
proses relevant. Hamburan merupakan interaksi yang merubah arah dari photon
sedangkan molekul menerima reaksi yang sama. Scattering dapat bersifat elastik
ketika enerrgi photon tidak berubah-ubah, atau bersifat inelastic ketika terjadi
perubahan pada energi photon. Hamburan yang berlebihan dapat menjadi sangat
sulit untuk dikumpulkan dan sulit untuk mendeteksi emisi dari sebuah atom yang
mengalami hamburan yang berlebihan. Ukuran dari atom akan mempengaruhi
tingkatan hamburan. Setiap struktur padatan tidak homogen yang memiliki
panjang sekitar 100 nanometer sampai puluhan mikrometer pada prinsipnya
mengalami sebuah hamburan tambahan, sehingga dibutuhkan tindakan ekstra dari
setiap sample terdiri dari molekul tunggal untuk menekan hamburan sebanyak
mungkin
Gambar 2.7 Hamburan Photon oleh Molekul
•
Spektroskopi absorbsi
Sebuah photon awalnya juga dapat diabsorb oleh sebuah molekul dan selanjutnya
energi photon diubah menjadi keadaan tereksitasi dari awan elektron . Interaksi
seperti ini sensitif dengan struktur internal molekul, karena hukum mekanika
kuantum mengijinkan untuk kemungkinan terdapatnya sejumlah terbatas keadaan
tereksitsi dari awan elektron untuk setiap ikatan kimia. Setiap tingkat tereksitasi
mempunyai energinya masing-masing. Absorpsi photon merupakan penghubung
dari tingkat energi terendah dengan tingkat yang lebih tinggi. Molekul memiliki
spektrum absorbsi masing-masing. Besar kapasitas menyerap photon suatu
molekul bergantung panjang gelombang tiap molekul, bergantung dengan lebarenergi dari keadaan awan elektronnya. Molekul yang dengan kuat menyerap
cahaya tampak dapat dilihat oleh mata manusia dan disebut dengan chromophore
atau pembawa warna
7/23/2019 Pengembangan Alat Ukur Konsentrasi Amoniak Di Dalam Air Dengan Metode Indophenol Blue Berdasarkan Prinsip Spektroskopi Optik
http://slidepdf.com/reader/full/pengembangan-alat-ukur-konsentrasi-amoniak-di-dalam-air-dengan-metode-indophenol 10/19
15
•
Deteksi Fluorescence
Meskipun ada kemungkinan untuk mendeteksi sinyal absorbsi dari sebuah
molekul tunggal secara langsung, pendeteksian sinyal dapat dilakukan dengan
lebih mudah dan dengan sensitifitas yang lebih baik dengan menggunakan
pendekatan tidak langsung. Jika kesesuaian sebuah atom khromofor yang dipilih
sudah didapatkan maka molekul akan lebih cepat mengemisikan kembali energi
yang hampir diserap oleh photon dan dalam sekejap sinyal emisi dapat dideteksi
dengan sangat efisien. Untuk memahami hal-hal yang berkaitan dengan emisi
dari khromofor molekul tunggal, yang harus dipelajari adalah posisi tereksitasi
paling rendah pada awan elektron. Pada keadaaan terendah energi molekul
terdekat ke keadaaan dasar. Dari pernyataan ini molekul dapat beristirahat pada
fase elektronik didaerah keadaan dasar dengan mentransformasikan energinya
yang berlebih menjadi vibrasi pada inti atom atau dengan memindahkannya secara
radiasi ke molekul disekelilingnya , tetapi tentunya molekul disekeliling ini juga
dapat mengeluarkan radiasi emisi dari sebuah photon. Proses emisi ulang dari
energi terserap disebut dengan fluorescence. Khromofor molekul tunggal yang
baik dapat memiliki fluorescence lebih dari 90 %. Molekul demikian disebut
dengan fluorofor.
•
Spektroskopi vibrasi
Energi vibrasi pada molekul memiliki korelasi dengan peristiwa absorbsi yang
terjadi pada molekul. Vibrasi yang terjadi pada suatu molekul dapat menyebabkan
absorbsi intensitas dari radiasi spektrum gelombang elektromagnetik. Jika suatu
molekul terus menerus melakukan vibrasi, maka pada tingkatan tertentu ikatan
molekul akan putus. Putusnya ikatan tersebut, akan berpengaruh pada spektral
serapan molekul, baik molekul diatomik ataupun molekul poliatomik[3] Sebuah
molekul campuran terdiri dari n atom memiliki 3n derajat kebebasan, enam
diantaranya adalah merupakan gerak translasi dan rotasi dari molekul itu sendiri.
Bentuk vibrasi molekul terdiri dari stretching, bending, scissoring, rocking dan
twisting.
7/23/2019 Pengembangan Alat Ukur Konsentrasi Amoniak Di Dalam Air Dengan Metode Indophenol Blue Berdasarkan Prinsip Spektroskopi Optik
http://slidepdf.com/reader/full/pengembangan-alat-ukur-konsentrasi-amoniak-di-dalam-air-dengan-metode-indophenol 11/19
16
Frekuensi yang mana suatu mode vibrasi terjadi ditentukan dengan kekuatan dari
ikatan yang terlibat dan masa dari komponen-komponen atom. Hal-hal yang
mempengaruhi vibrasi molekul adalah simetri molekul, lokasi tones dan overtone
molekul, perubahan momen dipol dapat menyebabkan suatu molekul bervibrasi.
Bentuk ikatan juga akan mempengaruhi absorpsi cahaya oleh molekul. Ikatan
C=O sangat kuat bervibrasi karena besarnya perubahan didalam dipol mengambil
bagian didalam mode stretching.
Gambar 2.8 Daerah-Daerah Frekuensi Setiap Ikatan Atom
Pengelompokkan dari atom menghasilkan karakteristik-karakteristik serapannya,
Atom-atom yang meniliki karakteristik serapannya disebut dengan khromofor
atau pembawa warna. Kumpulan atom tertentu menghasilkan pita serapan pada
panjang gelombang tertentu. Intensitas dan lokasi dari pita-pita serapan akan
berubah dengan perubahan structural didalam grup. Lokasi dari pita dihubungkan
dengan spektrum UV ditunjukkan dalam Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Serapan dari Khromofor Pada Daerah UV
KHROMOFOR PITA SERAPAN (nm)
Nitriles (R-C≡ N) 160a
Acetylenes (-C≡C-) 170a
Alkenes (>C=C<) 175a
Alcohols (R-OH) 180 (175-200)a
Ethers (R-O-R) 180a
7/23/2019 Pengembangan Alat Ukur Konsentrasi Amoniak Di Dalam Air Dengan Metode Indophenol Blue Berdasarkan Prinsip Spektroskopi Optik
http://slidepdf.com/reader/full/pengembangan-alat-ukur-konsentrasi-amoniak-di-dalam-air-dengan-metode-indophenol 12/19
17
Tabel 2.1 Serapan dari Khromofor Pada Daerah U
(lanjutan)
Ketones (R-C=O-R’) 180a, 280
Amines primary (R-NH2) 190a (200-220)
Aldehydes (R-C=O-H) 190a, 290
Carboxylic acids (R-C=O-OH) 205
Esters (R-C=O-OR’) 205
Amides primary (R-C=O-NH2) 210
Thiols (R-SH) 210
Nitrites (R-NO2) 271
Azo Group (R-N=N-R) 340
2.2.4 Hukum Beer-Lambert
Ketika sebuah cahaya yang monokromatik atau heterogen jatuh keatas bidang
homogen, sebagian dari cahaya awal direfleksikan, sebagian diserap didalam
medium dan sisanya ditransmisikan.Jika intensitas dari cahaya awal diekspresikan
dengan Io, cahaya yang diabsorb dengan Ia, cahaya yang ditransmisikan dengan It,
dan cahaya yang direfleksikan dengan Ir, maka I0 =Ia + It + Ir
Spektroskopi optik didasarkan pada prinsip Beer-Lambert [4]. Hukum Lambert
menyatakan bahwa proporsi berkas cahaya datang yang diserap oleh suatu
bahan/medium tidak bergantung pada intensitas berkas cahaya yang datang, tetapi
Lambert menyelidiki perubahan dari absorbsi cahaya karena ketebalan medium.
Hukum ini menyatakan bahwa ketika cahaya monokromatik melewati medium
transparan, nilai dari penurunan intensitasnya dengan ketebalan medium sesuai
dengan intensitas dari cahaya. Hal ini sama dengan pernyataan bahwa intensitas
dari emisi cahaya menurun secara eksponensial ketika ketebalan dari medium
absorbsi bertambah secara arithmatika. Hukum Lambert ini tentunya hanya
berlaku jika di dalam bahan/medium tersebut tidak ada reaksi kimia ataupun
proses fisis yang dapat dipicu atau diimbas oleh berkas cahaya datang tersebut.
7/23/2019 Pengembangan Alat Ukur Konsentrasi Amoniak Di Dalam Air Dengan Metode Indophenol Blue Berdasarkan Prinsip Spektroskopi Optik
http://slidepdf.com/reader/full/pengembangan-alat-ukur-konsentrasi-amoniak-di-dalam-air-dengan-metode-indophenol 13/19
18
Dengan demikian, intensitas cahaya yang keluar setelah melewati medium
tersebut dapat dituliskan dalam bentuk sederhana sebagai berikut:
Ix=Io .10-Kx
(2.11)
Dimana K = 0,4343 α dan α = 2.303 K. K dikenal sebagai koefisien ekstinsif dan
α adalah koefisien absorbsi, 1/K adalah ketebalan dari lapisan absorbsi yang
diperlukan untuk mereduksi Ix menjadi (1/10)Io. Hukum Beer menyatakan bahwa
bila media penyerap cahaya adalah larutan, maka I’ akan bergantung kepada
konsentrasi larutan. Beer merumuskan sebagai berikut:
α = μc (2.12)
K= kc (2.13)
Dimana c adalah konsentrasi medium penyerap, μ dan k adalah koefisien absorbsi
dan koefisien ekstinsif setiap unit konsentrasi.
Hukum Beer-Lambert menyatakan jumlah radiasi sinar yang diserap proporsional
dengan ketebalan medium, konsentrasi larutan, serta koefisien absorbsi molekul
suatu senyawa pada rentang panjang gelombang tertentu. Dirumuskan melalui
persamaan berikut:
dengan ε adalah molar absorbsivitas absorb untuk panjang gelombang tertentu,
atau disebut juga sebagai koefisien ekstinsif (dalam l mol-1
cm-1
), c adalah
konsentrasi molar (mol l-1
), dan l adalah panjang/ketebalan dari medium yang
dilintasi oleh cahaya (cm). Selain sinar yang diserap, ada sebagian sinar yang
diteruskan atau ditransmisikan melewati medium yang berisi larutan. Besarnya Ix
yang dapat terukur dirumuskan melalui persamaan berikut:
Ix = T I0 (2.15)
dimana Ix adalah intensitas berkas cahaya keluar, I0 adalah intensitas berkas
cahaya masuk/datang, dan T adalah besarnya transmitansi. Jika transmisi
dinyatakan dalam persentase, maka dijelaskan dalam persamaan berikut:
%T = (Ix/I0) x 100 (2.16)
Kombinasi dari persamaan (2.9) dan (2.13) dari Hukum Beer-Lambert dapat
dituliskan sebagai berikut:
Abs = A = log o
x
I
I = - log (T) = ε cl (2.14)
7/23/2019 Pengembangan Alat Ukur Konsentrasi Amoniak Di Dalam Air Dengan Metode Indophenol Blue Berdasarkan Prinsip Spektroskopi Optik
http://slidepdf.com/reader/full/pengembangan-alat-ukur-konsentrasi-amoniak-di-dalam-air-dengan-metode-indophenol 14/19
19
%T = (Ix/I0) x 100 (2.17)
Persamaan (2.14) menjelaskan mengenai persentase transmisi tergantung pada
koefisien ekstinsi molar, konsentrasi larutan, serta panjang medium.
2.3
Larutan Indophenol Blue
2.3.1 Koloid Indophenol Blue
Larutan indophenol blue merupakan larutan koloid sempurna karena memenuhi
syarat-syarat berikut:
1.
Efek Tyndall
Efek Tyndall adalah suatu efek penghamburan berkas sinar oleh partikel-
partikel yang terdapat dalam sistem koloid, sehingga jalannya berkas sinar
terlihat. Pada saat larutan indophenol blue disinari oleh sinar laser, maka dapat
terlihat jalannya berkas sinar merah di dalam larutan warna biru.
2. Memiliki tegangan permukaan yang kecil, hampir sama dengan tegangan
permukaan medium pendispersinya.
3.
Larutan koloid indophenol blue tidak dapat tersaring menggunakan kertas
saring biasa. Larutan ini hanya bisa disaring menggunakan saringan permeabel
karena molekul dari larutan indophenol blue sudah homogen.
Karakteristik koloid bila dibandingkan dengan larutan dan suspensi dapat dilihat pada tabel berikut: [9]
Tabel 2.2 Perbedaan antara Larutan, Suspensi, dan Koloid
Aspek
yang dibedakan
Sistem Dispersi
Larutan Sejati Koloid Suspensi
Bentuk campuran Homogen Homogen Heterogen
Bentuk dispersi Dispersi molekul Dispersi padatan Dispersi padatan
Penulisan X(aq)
X(s)
X(s)
Ukuran Partikel < 1 nm 1 nm – 100 nm >100 nm
Fasa Tetap homogen Heterogen Heterogen
7/23/2019 Pengembangan Alat Ukur Konsentrasi Amoniak Di Dalam Air Dengan Metode Indophenol Blue Berdasarkan Prinsip Spektroskopi Optik
http://slidepdf.com/reader/full/pengembangan-alat-ukur-konsentrasi-amoniak-di-dalam-air-dengan-metode-indophenol 15/19
20
Koloid Indophenol blue dibuat melalui proses fisika dan proses kimiawi melalui
beberapa tahapan, yaitu:
A.
Cara Kimia
Partikel koloid dibentuk melalui reaksi-reaksi kimial seperti reaksi hidrolisis,
reaksi reduksi-oksidasi, atau reaksi subtitusi.
1.
Hidrolisis
Hidrolisis merupakan reaksi zat dengan air.
Contoh:
i) Pembuatan Larutan uji A.
ii) Pembuatan larutan uji B
iii) Pembuatan larutan standar amonium
iv)
Reaksi reduksi-oksidasi
2. Reaksi subtitusi merupakan reaksi penggantian, misalnya penggantian ion.
B.
Cara Fisika
Dilakukan dengan cara menaikkan kelarutan zat terlarut, yaitu dengan jalan
pemanasan atau mengubah pelarut sehingga terbentuk satu sol koloid. Pelarut
yang digunakan pada percobaan ini adalah air. Air memiliki polaritas yang paling
tinggi di antara pelarut lainnya. Sehingga jika amoniak dilarutkan di dalam air,
kemudian dipanaskan maka amoniak akan terlarut sempurna dan terurai menjadi
ion-ionnya.
2.3.2
Metode Analisis Kualitatif Amoniak dengan Indophenol Blue
Amoniak adalah senyawa gas yang mudah menguap dan sangat mudah berikatan
dengan senyawa lain. Amoniak mudah berikatan dengan senyawa seperti NH4Cl,
atau NH4OH, kemudian karena ikatan tersebut, sifat amoniak akan berubah.
Kandungan amoniak di dalam larutan dapat diuji parameter-parameter
kuantitatifnya dengan metode indophenol blue. Indophenol blue merupakan salah
satu bentuk metode spektroskopi yang dikenal dengan kolorimeter.
2.3.2.1 Colorimetri (Pengukuran Warna)
Salah satu metode kuantitatif adalah dengan spektroskopi colorimetri. Colorimetri
erat kaitannya dengan spektroskopi yaitu metode yang menguji penyerapan
cahaya oleh suatu atom didalam larutan berwarna yang memiliki kepekatan warna
7/23/2019 Pengembangan Alat Ukur Konsentrasi Amoniak Di Dalam Air Dengan Metode Indophenol Blue Berdasarkan Prinsip Spektroskopi Optik
http://slidepdf.com/reader/full/pengembangan-alat-ukur-konsentrasi-amoniak-di-dalam-air-dengan-metode-indophenol 16/19
21
berbeda. Karakteristik dari spektroskopi adalah penyerapan gelombang cahaya
tertentu yang dipancarkan dari suatu sumber oleh suatu atom atau molekul yang
sesuai. Dan dianalisis dengan hukum Beer-Lambert
2.3.2.2
Pembentukan Warna Biru
Warna merupakan deskripsi langsung terhadap keberadaan suatu panjang
gelombang tertentu. Panjang gelombang tertentu memiliki warna tertentu. Warna
biru berada dalam rentang spektrum 460 nm. Pembentukan warna biru pada
indophenol blue merupakan efek dari hibridisasi resonanasi senyawa-senyawa
organik yang bercampur dengan senyawa non organik lainnya di dalam larutan
indophenol blue.
Chromogen adalah senyawa aromatik yang berisi Chromopores. Chromophore
merupakan molekul pembawa warna. Khromopfor yaitu gugus tak jenuh yang
dapat menjalani transisi π → π dan n → π (teori eksitasi transisi elektron).
Khromofor merupakan zat pemberi warna yang berasal daari radikal kimia,
seperti ; Kelompok nitroso : -NO, Kelompok nitro : -NO2, Kelompok azo : -N=N,
Kelompok ethyline : >C=C<, Kelompok carbonyl : >C=O, Kelompok carbon -
nitrogen : >C=NH dan –CH=N-, Kelompok belerang : >C=S dan ->C-S-S-C<.
Macam – macam zat warna dapat diperoleh dari penggabungan radikal kimia
tersebut dengan senyawa kimia lain.
Auxochrome, (Yunani ; auxanein, “meningkatkan”) yaitu gugus yang tidak dapat
menjalani transisi π → π tetapi dapat menjalani transisi elektron n. Auksokrom
merupakan gugus yang dapat meningkatkan daya kerja khromofor sehingga
optimal dalam pengikatan. Auksokrom terdiri dari golongan kation yaitu –NH2, -
NH Me, - N Me2 seperti -+ NMe2Cl
-, golongan anion yaitu SO3H-, -OH, -COOH,
seperti –O-; -SO3
-, dsb. Auxochrome juga merupakan radikal yang memudahkan
terjadinya pelarutan: -COOH atau –SO3H. dapat juga berupa kelompok
pembentuk garam: - NH2 atau –OH. Kebanyakan zat organik berwarna adalah
hibrida resonansi dari dua struktur atau lebih. Penggolongan zar warna dapat
dikatagorikan bermacam – macam menurut parameter yang dijadikan rujukan.
7/23/2019 Pengembangan Alat Ukur Konsentrasi Amoniak Di Dalam Air Dengan Metode Indophenol Blue Berdasarkan Prinsip Spektroskopi Optik
http://slidepdf.com/reader/full/pengembangan-alat-ukur-konsentrasi-amoniak-di-dalam-air-dengan-metode-indophenol 17/19
22
Dalam melakukan uji analisis di laboratorium, zat biru umumnya memiliki
spektrum panjang gelombang 460 nm, akan tetapi pada kenyataannya zat biru ini
mampu menyerap radiasi yang diemisikan oleh laser gas He-Ne dengan panjang
gelombang 632,8 nm, jauh diatas dari panjang gelombang referensi. Fenomena
penurunan spektrum serapan larutan indophenol dikarenakan adanya overlapping
molekul-molekul penyusunnya. Penamaan indophenol blue dikarenakan
keistimewaan senyawa phenol yang dapat bereaksi dengan amoniak membentuk
larutan berwarna biru. Warna biru terbentuk dikarenakan adanya tumpang tindih
pada spektral utamanya.
Tabel 2.3 Perkiraan Pita Lokasi Spektrum NIR Campuran Organik
Senyawa Spektrum (nm)
Acetic acid, ethyl ester 895, 995
Acetic anyheydride 890, 990
Acetone 893, 906, 1002, 1015
Acetonitritile 875, 980, 1030
Benzene 865, 1005
Benzoic acid 855
Benzl alcohol 875, 925, 975, 1020
Benzoyl chloride 866, 1010Butanol 912, 960, 1015
Butyl ether 900, 1010
Butyric acid 895, 1005
Chlorobenzene 868, 1015, 1050
Cylohexane 880,910, 1025
n-Decane 915,930,1020,1040
Water 955-960
arCH(aromatik) 1714-1780
R-OH (alohol) 1410-1455
ArOH (phenol) 1421-1470
Sodium chloride (NaCl) 1694-2500
Urea 1460,1490,1520
7/23/2019 Pengembangan Alat Ukur Konsentrasi Amoniak Di Dalam Air Dengan Metode Indophenol Blue Berdasarkan Prinsip Spektroskopi Optik
http://slidepdf.com/reader/full/pengembangan-alat-ukur-konsentrasi-amoniak-di-dalam-air-dengan-metode-indophenol 18/19
23
Senyawa organik merupakan senyawa-senyawa yang terdiri dari rangkaian gugus
ikatan hidrokarbon -CH-. Kuat tidaknya ikatan pada senyawa hidrokarbon
ditentukan oleh adanya ikatan rangkap pada gugus fungsioner senyawa
hidrokarbon. Semakin banyak ikatan rangkap, ikatan senyawa akan semakin
mudah untuk dipatahkan dan berikatan dengan senyawa lainnya. Berikut
penjelasan mengenai beberapa senyawa yang membentuk larutan indophenol blue
1. Sodium hidroksida (NaOH)
Sodium hidroksida (NaOH) terionisasi dalam air menjadi Na+ dan OH
-.
NaOH memiliki struktur molekul sebagai berikut: Na-O-H
2. Phenol (C6H5OH)
Phenol adalah senyawa rantai benzena. Fenol mengandung gugus benzen dan
hidroksi. Gugus benzene adalah gugus yang terikat pada cincin benzene,
mempunyai sifat asam, mudah dioksidasi, sekaligus memiliki struktur ikatan
gugus OH.
3. Sodium nitroprusside (Na2Fe(NO) (CN)5 · 2H2O)
Sodium nitroprusside
digunakan sebagai katalis untuk reaksi antara phenol-
hipoklorit. Karena sifatnya sebagai agen katalis warna, maka nitroprusside akan
mempercepat reaksi kimia tetapi tidak ikut terlibat. Sodium Nitroprusside
memiliki rumus molekul Na2Fe(CN)5 NO·2H2O merupakan reagen dan sangat
murni.
4. Larutan sodium hipoklorit (NaOCl)
NaOCl bersifat basa lemah jika dilarutkan didalam air. Larutan sodium hipoklorit
mengandung NaOH bebas sehingga warna larutan berubah dari hijau menjadi biru
tua dan tidak berwarna.
Dalam sebuah larutan alkali dengan pH 10,4-11,5 ion amonium bereaksi dengan
hipoklorit untuk membentuk monokloramine. Karena adanya phenol dan
hipoklorit, monokloramine akan membentuk campuran berwarna biru yang
disebut dengan indophenol, kemudian nitroprusside dipergunakan sebagai
katalis[10].
7/23/2019 Pengembangan Alat Ukur Konsentrasi Amoniak Di Dalam Air Dengan Metode Indophenol Blue Berdasarkan Prinsip Spektroskopi Optik
http://slidepdf.com/reader/full/pengembangan-alat-ukur-konsentrasi-amoniak-di-dalam-air-dengan-metode-indophenol 19/19
24
2.3.2.3
Kesetimbangan Amoniak di dalam Larutan Koloid Indophenol Blue
Amoniak mempunyai sifat basa lemah. Hampir 99% dari amoniak jika
direaksikan dengan air akan menghasilkan amoniak itu sendiri, sementara 1% dari
amoniak akan teroksidasi menjadi ion (OH-
). Reaksi kesetimbangan yang terjadi
pada amoniak adalah sebagai berikut:
NH3 + H2O NH4+
+ OH-