BAB II

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Ionofor

Ionfor adalah sebuah molekul lemak-larut biasanya disintesis oleh

mikroorganisme untuk mengangkut ion di lapisan ganda lemak membran sel. Ada

dua klasifikasi ionofor, yaitu :

1. Senyawa kimia (mobile ion carrier) yang mengikat ion tertentu,

melindungi muatan dari lingkungan sekitarnya, dan dengan demikian

memfasilitasinya melintasi bagian dalam hidrophobik dari membran

lemak.

2. Pembentuk channel (saluran) yang memperkenalkan kedalam pori-pori

hidrofilik membran, yang memungkinkan ion melewati serta menghindari

kontak dengan bagian dalam hidrophobik membran itu.Berikut contoh

lintasan ionofor seperti gambar 2.1.

Gambar 2.1. Lintasan Ionofor

Beberapa ionophor (dengan ion (s) bertindak atas): 2,4-Dinitrophenol (H+)

; A23187 (Ca2+); Beauvericin (Ca2+ ,Ba2+); Calixarene (CS+, Pb2+); Calcimycine

(A23187); Carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone; Crown ether (Na+, K+);

FCCP or Carbonyl Cyanide-p-trifluoromethoxyphenylhydrazone (H+); Enniatin

(Ammonium); Gramicidin A (H+, Na+, K+); Nigericin (K+, H+, Pb2+).

7

Ionofor mengganggu gradien konsentrasi ion transmembran, diperlukan

untuk memfungsikan dan kelangsungan hidup mikroorganisme, dan dengan

demikian memiliki sifat antibiotik. Mereka diproduksi secara alami oleh berbagai

mikroba dan bertindak sebagai pertahanan terhadap mikroba bersaing. Banyak

antibiotik, khususnya antibiotik makrolida, adalah ionofor yang menunjukkan

afinitas tinggi untuk Na+ atau K+. Struktur natrium dan kalium kompleks

antibiotik telah berulang kali diverifikasi oleh X-ray kristalografi.

Dalam penelitian laboratorium, ionofor digunakan untuk meningkatkan

permeabilitas membran biologis untuk ion tertentu. Selain itu, beberapa ionofor

digunakan sebagai antibiotik dan / atau karena pertumbuhan meningkatkan aditif

pakan untuk hewan pakan tertentu seperti sapi.

2.1.1. Crown Ether

Crown ether (eter mahkota) adalah senyawa kimia heterosiklik yang

berupa cincin yang mengandung beberapa gugus eter. Eter yang paling umum

adalah oligomer dari etilena oksida. Istilah “ mahkota” merujuk pada struktur

senyawa ini yang mirip dengan mahkota ketika berikatan dengan kation, seperti

mahkota yang berada diatas kepala seseorang.

Eter mahkota mengikat beberapa kation tertentu dengan kuat, membentuk

kompleks. Atom-atom oksigen yang berada pada interior cincin berkordinasi

dengan kation, sedangkan eksterior cincin tersebut bersifat hidrofobik. Hasilnya

adalah kation tersebut akan membentuk garam yang larut dalam pelarut nonpolar.

Oleh karena itu, mahkota eter sangat berguna dalam katalis transfer fase.

Kedentatan polieter ini mempengaruhi afinitas eter mahkota terhadap beberapa

kation. Sebagai contoh 18-mahkota-6 memiliki afinitas yang kuat dengan kation

kalium. 15-mahkota-5 dengan kation natrium, dan 12-mahkota-4 dengan kation

litium. Afinitas 18-mahkota-6 yang kuat terhadap ion kalium mempengaruhi sifat-

sifat racunnya.

2.1.1.1. Afinitas Terhadap Kation

Selain afinitas yang tinggi terhadap kation kalium, 18-mahkota-6 juga

dapat mengikat amina terprotonasi dan membentuk kompleks yang sangat stabil

pada fase gas maupun pada larutan.

8

Beberapa asam amino, seperti lisina, mengandung amina primer pada

kedua sisi rantai. Gugus amino yang terprotonasi ini dapat mengikat 18-mahkota-

6 dan membentuk kompleks yang stabil pada fase gas. Ikatan hidrogen terbentuk

antara lain tiga atom hidrogen amina dengan tiga atom oksigen 18-mahkota-6.

Ikatan hydrogen ini menjadikan kompleks ini sebagai aduk yang stabil.

2.1.1.2. Aza-crown (Aza-mahkota)

Aza-mahkota adalah eter mahkota dengan atom oksigennya yang

digantikan dengan gugus amina. Terdapat pula mahkota amina-eter.

Turunan 21- dan 18- golongan eter diazacrown menunjukkan keunggulan

keselektifitasan kalsium dan magnesium dan sebagian besar digunakan pada

elektroda ion selektif. Beberapa atau semua atom oksigen pada eter crown dapat

digantikan oleh nitrogen untuk membentuk cryptand. Sebuah tetra aza crown yang

terkenal adalah cylen dimana tidak ada oksigen.

Struktur eter mahkota yang umum secara berurutan menurut gambar 2.2,

yaitu 1-mahkota-4; 15-mahkota-5; 18-mahkota-6; dibenzo-18-mahkota-6 dan

diaza-18-mahkota-6.

Gambar 2.2. Struktur eter mahkota (Situmorang, 2001).

Salah satu contohnya yaitu, sintesis senyawa ionofor diazakrown 7,16-

dibenzoyl-1,4,10,13-tetraoxa-7,16-diazacyclooctadecane yaitu pengubahan

senyawa 1,4,10,13-tetraoxa-7,16-diazacyclooctadecane dengan cara asilasi dalam

suasana basa dengan menggunakan benzoil klorida didalam asetonitril yang

mengandung natrium karbonat.

8
















diaza-18-mahkota-6.







8
















diaza-18-mahkota-6.







9

O

N

O O

N

O

HH

O

N

O O

N

O

OO

Persamaan reaksi sintesis pengubahan 1,4,10,13-tetraoxa-7,16-

diazacyclooctadecane menjadi 7,16-dibenzoyl-1,4,10,13-tetraoxa-7,16-

diazacyclooctadecane (DBODC) digambarkan seperti gambar 2.3 dibawah ini:

Gambar 2.3. Sintesis pengubahan DC menjadi DBODC (Situmorang,2001).

2.2. Ion Selektif Elektroda

Perkembangan elektrode selektif ion (ESI) sangat pesat. ESI telah dapat

digunakan untuk penentuan berbagai macam ion baik kation maupun anion

Keunggulan ESI antara lain adalah sederhana, selektif, cepat dan bila telah

dilakukan karakterisasi dapat digunakan untuk analisis tanpa melakukan

pemisahan terlebih dahulu, dapat dilakukan m situ, dan murah (Bailey, 1976,

Siswanta, 1996). ESI dapat diterapkan dalam pengukuran biomedis, pengontrolan

proses industri, maupun pengontrolan lingkungan.Contoh ESI yang sangat luas

penggunaannya adalah elektroda gelas untuk pengukuran pH. Dengan

mempelajari mekanisme timbulnya respon potensial oleh elektrode tersebut,

maka mulai dikembangkan berbagai jenis elektoda lain. Berikut contoh desain

sel galvanic sederhana pada gambar 2.4.

Gambar 2.4. Desain Galvanic Sederhana (Bailey, 1976).

10

Seperti telah diketahui, ISE yang paling umum digunakan yaitu pH

elektroda yang mengandung membran gelas tipis yang merespon konsentrasi H+

dalam larutan. Perbedaan pada permukaan membran ISE ditentukan dari

persamaan :

E = K – (2.303 RT / nF ) log (a)

Dimana :

K = Konstanta untuk menghitung semua potensial ion

R = Konstanta gas

T = Temperatur

n = Jumlah elektron yang berpindah

F = Konstanta Faraday

a = Aktivitas ion analit dalam larutan

Dengan memplotkan potensial yang diukur versus log (a) akan diperoleh

kurva linier. Penentuan konsentrasi suatu analit tertentu menggunakan ion

selektif elektroda dapat dilakukan dengan pengukuran langsung terhadap

konsentrasi atau aktivasi ion yang dikenal dengan teknik potensiometri langsung.

Dimana dalam hal ini konsentrasi atau aktivasi ion analit ditentukan melalui kurva

kalibrasi yangdiperoleh dari pengukuran potensial pada konsentrasi ion standar

yang telah diketahui dengan pasti. Salah satu contoh membran ISE yang terbuat

dari LaF3 untuk membran dapat dilihat pada gambar 2.5 sebagai berikut :

Gambar 2.5. ISE Flouride Sederhana (Siswanta, 1996).

11

2.2.1. Kinerja Ion Selektif Elektroda

Kinerja Ion Selektif Elektroda di tentukan oleh beberapa parameter,

yaitu: Faktor Nersnt dan daerah kerja, waktu tanggap, usia pemakaian dan

selektifitas.

2.2.2. Faktor Nerst dan Daerah Kerja

Pada analisa dengan menggunakan elektroda selektif ion biasanya di buat

kurva antara potensial yang terukur (E) dengan logaritma aktivitas analit (log X).

Pada suatu rentang nila log X kurva yang dihasilkan berupa garis lurus yang

merupakan konsentrasi atau sering di sebut juga daerah kerja atau daerah linier.

Faktor Nersnt elektroda selektif ion di gunakan sebagai ukuran sensitifitas.

Hubungan antara aktivitas ion dengna potensial elektroda dapat dipakai

persamaan Nerst yaitu :

= + 2,303 logHubungan aktivitas ion dengan konsentrasi ion(c) adalah :

X= ã c

Persamaan di atas dapat dihubungkan dengan persamaan garis lurus yaitu :

Y= a + bX

Dimana :

Y= E. a = ; b=, log sebagai faktor Nersnt, dan X= log X. Grafik dapat

ditentukan sebagai berikut pada gambar 2.6 :

Potensial (E) tangen α (Faktor Nersnt)

E^ E

Konsentrasi (log a)

Gambar 2.6. Grafik Penentuan Faktor Nerst dan Daerah Kerja

12

2.2.3. Waktu Tanggap

Waktu tanggap elektroda selektif ion adalah waktu yang dibutuhkan

elektroda selektif ion membrikan waktu tanggap potensial yang cepat. Makin

cepat elektroda memberikan waktu tanggap potensial yang tetap makin baik

kinerja elektroda. Waktu tanggap di pengaruhi konsentrasi dan pengadukan.

Pengadukan terlalu kuat mengakibatkan potensial yang sulit dicapai.

2.2.4. Usia pemakaian

Usia pemakaian suatu elektroda menunjukkan berapa lama elektroda

tersebut masih bisa di pakai, artinya masih memiliki karakteristik yang hampir

sama pada elektroda itu dinyatakan baik. Usia pemakaian di tentukan dengan

mengukur potensialnya elektrodan dan kemudian menentukan faktor nersnt pada

selang waktu tertentu.

Apabila faktor nersnt telah menyimpang jauh dari karakteristik elektroda

maka elektroda kemudian dinyatakan tidak layak lagi di gunakan. Usia pemakaian

sangat tergantung pada sifat mekanik ini dipengaruhi oleh kelenturan membran,

daya tahan membran terhadap senyawa organik, zat oksidator, pH, dan tingkat

kelenturan membran.

2.2.5. Koefisien Selektifitas

Untuk menyatakan gangguan pengukuran oleh adanya ion lain umumnya

digunakan koeefisien selektivitas, yang diturunkan dari persamaan Nikolsky-

Einsenman :

= + 2,303 log( +Dimana :

Ai dan aj masing-masing adalah keaktifan ion utama dan ion penganggu, zi dan zj

adalah muatan ion utama dan ion penganggu, Kij adalah koefisien selektif. Jika kij

< 1 maka elektroda sangat selektif terhadap ion utama (Bakker, dkk., 1997)

13

2.3. Merkuri ( Hg)

Logam merkuri masuk ke dalam tubuh manusia melalui bahan pangan

yang dikonsumsi, baik dari tanaman maupun hewan yang telah terkontaminasi

oleh logam tersebut. Merkuri mempunyai tekanan uap pada suhu kamar,

sehingga uap merkuri dapat masuk ke dalam tubuh manusia melalui saluran

pemafasan. Proses ini dapat terjadi terutama pada orang-orang yang bekerja

dengan merkuri, misalnya dokter dan perawat gigi pada waktu membuat

amalgam. Senyawa-senyawa merkuri dapat mengalami transformasi hayati ke

dalam lingkungan maupun di dalam tubuh. Ion metilmerkuri (CH3Hg)

merupakan bentuk senyawa yang sangat beracun dan membahayakan

kesehatan manusia. Kadar metilmerkuri yang menyebabkan keracunan pada

manusia sebesar 9 - 24 ppm, yang setara dengan 0,3 mg Hg per 70 kg bobot

badan per hari (Lavender dan Cheng, 1980).

Faktor makanan dapat mempengaruhi waktu retensi dari metilmerkuri

yang masuk melalui mulut dari makanan dan minuman. Makanan dengan kadar

protein tinggi dan lemak rendah dapat menurunkan waktu retensi metilmerkuri

pada tikus. Kadar vitamin E yang tinggi dapat menurunkan tingkat kematian

akibat terserapnya metilmerkuri dan merkuriklorida. Pelepasan merkuri ke

dalam tanah, air, dan udara pada saat ini kebanyakan berasal dari keaktifan

antropogenik yang dapat melalui beberapa proses :

1. Penambangan dan peleburan bijih, terutama pada peleburan tambang

Cu dan Zn.

2. Pembakaran bahan bakar fosil, terutama batubara.

3. Proses-proses produksi dalam suatu industri, terutama pada proses

kloralkali sel Hg untuk memproduksi gas klor dan NaOH.

4. Insenerasi buangan.

Secara global efek antropokogenik tahunan yang dilepas ke lingkungan

sekitar 3xl06 kg selama tahun 1900, dan telah naik menjadi sekitar 9 x l06 kg

selama tahun 1970. Pelepasannya ke lingkungan lebih kurang 45% ke udara, 7%

ke air, dan 48% ke dalam tanah.

14

2.3.1. Efek Bahaya Dari Merkuri

Sampai sekarang belum diketahui fungsi biologis esensial dari logam

Hg. Sebaliknya, Hg merupakan unsur yang paling toksik bagi manusia dan

banyak hewan tingkat tinggi. Semua senyawa kimia Hg juga toksik bagi

manusia. Garam-garam merkuri memperlihatkan toksisitas yang sangat akut

dengan bemacam gejala dan bahayanya, misalnya pneumonia dan oedema paw,

tremor dan gingivis. Beberapa senyawa organomerkuri, terutama alkilmerkuri

berbobot molekul rendah tergolong lebih berbahaya terhadap manusia karena

toksisitas kronisnya dengan pengaruh yang berrnacam-macam. Misalnya tak

dapat balik dan merusak sistem saraf. Dalam kasus ini yang paling penting

adalah metilmerkuri, karena zat ini dapat dihasilkan oleh mikroorganisme dari

ion Hg2+ dalam lingkungan alami yang berbeda. Metilmerkuri mengakibatkan

efek teratogenik kuat, karsinogenik, dan aktivitas mutagenik. Disamping itu

keracunan oleh merkuri organik adalah berupa gangguan saraf yaitu ataksia,

hiperestese (peka), konvulsi, kebutaan, koma, dan kematian.

Keracunan Hg akhir-akhir ini lebih sering terjadi. Kasus awal tejadi

di Jepang pada tahun 1953 - 1960, sewaktu penduduk di kota kecil

Minamata teracuni metilmerkuri dengan konsentrasi tinggi dari limbah pabrik

polivinil asetat (PVA) karena masyarakat mengkonsumsi ikan dari teluk

Minamata. Keracunan hewan liar di Swedia akibat makan biji-bijian yang telah

diperlakukan dengan metilmerkuri selama periode 1948 - 1965. Kasus lain juga

terjadi di lrak pada tahun 1971 yang memakan korban sampai 400 orang,

akibat kesalahan menggunakan bibit gandum yang telah diberi fungisida yang

mengandung raksa.

Penelitian kemudian dilakukan secara intensif sejak peristiwa-peristiwa

ini. Sampai beberapa dekade kemudian menunjukkan bahwa kandungan

metilmerkuri dalam daging ikan terus naik dan tersebar secara global. Di lain

pihak, tampaknya Hg tidak memperlihatkan masalah utama terhadap

fitotoksisitas. Konsentrasi Hg yang mengakibatkan gejala toksik bagi tanaman

jauh lebih tinggi dibanding konsentrasi normal dalam tanah.

15

Pada umumnya penyerapan Hg dari tanah ke tanaman rendah, dan akar

berfungsi sebagai penghalang (barrier) pada penyerapan Hg (Fleming, 2006).

Merkuri (Air Raksa, Hg) adalah salah satu jenis logam yang banyak ditemukan di

alam dan tersebar dalam batu - batuan, biji tambang, tanah, air dan udara sebagai

senyawa anorganik dan organik. Umumnya kadar dalam tanah, air dan udara

relatif rendah. Berbagai jenis aktivitas manusia dapat meningkatkan kadar ini,

misalnya aktivitas penambangan yang dapat menghasilkan merkuri sebanyak

10.000 ton / tahun. Pekerja yang mengalami pemaparan terus menerus terhadap

kadar 0,05 Hg mg/m3 udara menunjukkan gejala nonspesifik berupa neurastenia,

sedangkan pada kadar 0,1 – 0,2 mg/m3 menyebabkan tremor.

2.4. Potensiometri

Potensiometri adalah istilah yang digunakan untuk menjelaskan

pengukuran potensial atau voltage dari suatu sel elektrokimia yang terdiri dari

elektroda dan larutan. Larutan tersebut berisi komponen utama yang mempunyai

kemampuan mengion. Dasar metode potensiometri adalah membuat sel elektrik

dari analit suatu larutan sehingga perbedaan potensial sel tersebut berkaitan

dengan konsentrasi larutan. Kelebihan metode potensiometri biasanya lebih

sederhana, voltmeter dan elektrodanya jauh lebih murah daripada instrumen-

instrumen analitik yang paling modern. Potensiometri pada dasarnya bersifat

nondestruktif terhadap sampel, dalam pengertiannya bahwa penyisipan elektroda

tidak mengubah komposisi larutan uji (kecuali untuk sedikit kebocoran elektrolit

dari elektroda acuan) (Khopkar, 1990).

Potensiometri dibagi menjadi potensiometri langsung dan tidak langsung

atau titrasi potensiometri (Christian 1994). Metode langsung berdasarkan pada

perbandingan antara potensial yang terjadi saat elektroda indikator dicelupkan

pada larutan uji potensial dengan ketika elektroda dicelupkan pada larutan standar

analit. Dalam metode titrasi potensiometri, potensial diukur setelah penambahan

tiap tetes berurutan dari titran, dan pembacaan potensial yang diperoleh dijadikan

grafik bersama volume titran untuk memperoleh kurva titrasi.

16

Metode analisis potensiometri didasarkan pada hubungan antara potensial

elektroda relatif dengan konsentrasi larutan dalam suatu sel kimia. Dalam metode

potensiometri, informasi mengenai komposisi yang terdapat dalam sampel

diperoleh melalui perbedaan potensial antara dua elektroda. Dengan demikian,

potensial sel dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.

Esel = Ecathode – Eanode

= Eind – Ereff

Dimana :

Esel = Potensial sel dari sel elektrokimia

Ecathode = Potensial elektroda katoda

Eanode = Potensial elektroda anoda

Eind = Potensial elektrode indikator

Ereff = Potensial elektrode pembanding

Dalam metode analisis potensiometri didasarkan pada pengukuran

potensial sel elektrokimia. Peralatan yang dibutuhkan untuk metode ini sederhana

dan tidak mahal, mencakup elektrode pembanding (refference electrode),

elektroda indikator ( indicator electrode ) dan alat pengukur potensial.

2.4.1. Elektroda Pembanding (Refference Electrode)

Di dalam beberapa penggunaan analisis elektrokimia, diperlukan suatu

elektrode pembanding (refference electrode) yang memiliki syarat harga potensial

setengah sel yang diketahui, konstan, dan sama sekali tidak peka terhadap

komposisi larutan yang sedang selidiki.. Elektroda pembanding ada dua jenis,

yaitu elektroda pembanding primer dan elektroda pembanding sekunder.

Pasangan elektrode pembanding adalah elektrode indikator (disebut juga working

electrode) yang potensialnya bergantung pada konsentrasi zat yang sedang

diselidiki.

17

Syaratnya adalah:

1. Mematuhi persamaan Nerst bersifat reversible

2. Memiliki potensial elektroda yang konstan oleh waktu

3. Segera kembali keharga potensial semula apabila dialiri arus yang kecil

4. Hanya memiliki efek hysterisis yang kecil jika diberi suatu siklus suhu

5. Merupakan elektroda yang bersifat nonpolarisasi secara ideal

Beberapa contoh elektroda pembanding adalah sebagai berikut :

a. Elektroda Kalomel (Calomel Electrode)

Setengah sel elektrode kalomel dapat ditunjukan sebagai,

Dengan x menunjukkan konsentrasi KCl didalam larutan. Reaksi elektroda

dapat dituliskan sebagai,

Potensial sel ini akan bergantung pada konsentrasi klorida x (pada kalomel

yang tidak jenuh), dan harga konsentrasi ini harus dituliskan untuk

menjelaskan elektroda. Elektroda kalomel jenuh (saturated calomel

electrode, SCE) biasanya banyak digunakan oleh para pakar kimia analitik

karena banyak tersedia di pasaran dan konsentrasi klorida tidak

mempengaruhi harga potensial elektroda. Harga potensial SCE adalah

0,244 V pada 250C dibandingkan terhadap elektroda hidrogen standar.

b. Elektroda perak / perak klorida

Elektroda pembanding yang mirip dengan elektroda calomel adalah terdiri

dari suatu elektroda perak yang dicelupkan kedalam larutan KCI yang

dijenuhkan dengan AgCI. Setengah sel elektroda perak dapat ditulis :

Reaksi setengah selnya adalah

18

2.4.2. Elektroda Indikator ( Indicator Electrode )

Elektroda indikator (elektroda kerja) adalah suatu elektroda yang potensial

elektrodanya bervariasi terhadap konsentrasi (aktivitas) analit yang diukur.

Elektroda indikator harus memenuhi beberapa syarat antara lain harus

memenuhi tingkat kesensitifan yang terhadap konsentrasi analit. Tanggapannya

terhadap keaktifan teroksidasi dan tereduksi harus sedekat mungkin dengan yang

diramalkan dengan persamaan Nerst, yaitu

Sehingga adanya perbedaan yang kecil dari konsentrasi analit, akan memberikan

perbedaan tegangan.

Elektroda indikator secara umum dikelompokkan menjadi 2 bagian yaitu

sebagai berikut.

a. Elektroda indikator logam

Elektroda logam adalah elektroda yang dibuat dengan menggunakan

lempengan logam atau kawat yang dicelupkan ke dalam larutan elektrolit.

Elektroda logam dapat dikelompokkan ke dalam elektroda jenis pertama (first

kind), elektroda jenis kedua (second kind), elektroda jenis ketiga (third kind),

elektroda redoks.

b. Elektroda indikator membran

Elektroda indikator ini biasanya peka/sensitif terhadap satu jenis ion saja.

Tegangan yang ditimbulkan bergantung pada banyaknya ion dalam larutan yang

mengenai permukaannya. Hal ini dapat dilihat dari jumlah atau konsentrasi ion

dalam larutan. Sensor merupakan elektroda yang digunakan untuk analisis secara

kuantitatif yang menunjukkan selektifitas terhadap aktivitas ion yang diukur dan

ditandai dengan perubahan potensial secara reversibel (Evans, 1987). Sensor

mendapat perhatian luas dari para peneliti karena alat ini mudah perakitannya dan

pemakaiannya sederhana (Bailey, 1976). Elektroda membrane diklasifikasikan

dalam dua bagian utama yaitu elektroda selektif ion dan elektroda selektif

molekular.

19

2.5. Spektroskopi IR

Metode spektrofotometrik mengukur jumlah radiasi elektromagnetik yang

diserap oleh larutan contoh. Jumlah serapan ini berkaitan dengan konsentrasi

analit dalam larutan. Terdapat tiga proses dasar penyerapan radiasi oleh molekul

yang semuanya melibatkan kenaikan molekul ke tingkat energi yang lebih tinggi,

yaitu rotasi, vibrasi, dan transisi elektronik (Christian 1986). Radiasi IR tidak

memiliki cukup energi untuk menyebabkan transisi elektronik. Bila radiasi IR

dilewatkan melalui suatu cuplikan, maka molekul akan menyerap energi sehingga

terjadi vibrasi (Hendayana et al. 1994). Panjang gelombang serapan oleh suatu

ikatan bergantung pada jenis getaran ikatan antaratom. Oleh karena itu, tipe ikatan

yang berlainan akan menyerap radiasi IR pada panjang gelombang yang berbeda

(Fessenden & Fessenden 1986). Vibrasi yang terjadi meliputi vibrasi ulur dan

tekuk dan dikenal beberapa istilah, yaitu rocking, twisting, scissoring, dan waging

(Hollas 2004).

Daerah radiasi spektroskopi IR berkisar pada bilangan gelombang 12800-

10 cm-1. Daerah 1400-4000 cm-1 merupakan daerah yang khusus untuk

identifikasi gugus-gugus fungsional sedangkan daerah 1400-700 cm-1 merupakan

daerah sidik jari (fingerprint region). Pada daerah sidik jari, sedikit saja perbedaan

struktur dan susunan molekul akan menyebabkan perubahan distribusi puncak

serapan.

Spektrum IR diperoleh dengan mengukur intensitas radiasi cahaya

sebelum (I0) dan sesudah (I) melewati contoh. Spektrum IR ditampilkan dengan

mengalurkan transmitan (T=I/I0) sebagai fungsi dari bilangan gelombang. Nilai

transmitans dapat diganti dengan nilai serapan, yaitu sinar yang diserap oleh

contoh. Serapan pada panjang gelombang tertentu dapat menghasilkan nilai

konsentrasi contoh berdasarkan hukum Beer.

Metode spektroskopi inframerah merupakan suatu metode yang meliputi

tekhnik serapan (absorption), tekhnik emisi (emission), tekhnik fluoresensi

(fluorescence). Komponen medan listrik yang banyak berperan dalam

spektroskopi umumnya hanya komponen medan listrik seperti dalam fenomena

transmisi, pementulan, pembiasan, dan penyerapan.

20

Berikut contoh penyerapan gelombang magnetik yang ditangkap oleh alatspektroskopi IR pada gambar 2.8.

Gambar 2.7. Spektrofotometri Infra Red atau Infra Merah

Penemuan inframerah pertama ditemukan pertama kali oleh William

Herschel pada tahun 1800. Penelitian selanjutnya diteruskan oleh Young, Beer,

Lambert, dan Julius melakukan berbagai penelitian dengan menggunakan

spektroskopi inframerah. Pada tahun 1892 Julius menemukan dan membuktikan

adanya hubungan antara struktur molekul dengan inframerah, dengan

ditemukannya gugus metil dalam suatu molekul akan memberikan serapan

karakteristik yang tidak dipengaruhi oleh susunan molekulnya.

Penyerapan gelombang elektromagnetik dapat menyebabkan terjadinya

eksitasi tingkat-tingkat energi dalam molekul. Dapat berupa eksitasi elektronik,

vibrasi, atau rotasi. Karakteristik dari Spektroskopi inframerah, yaitu tidak dapat

dilihat oleh manusia, tidak dapat menembus materi yang tidak tembus pandang,

dapat ditimbulkan oleh komponen yang menghasilkan panas, panjang gelombang

pada inframerah memiliki hubungan yang berlawanan atau berbanding terbalik

dengan suhu. Ketika suhu mengalami kenaikan, maka panjang gelombang

mengalami penurunan

Dasar Spektroskopi Infra Merah dikemukakan oleh Hooke dan didasarkan

atas senyawa yang terdiri atas dua atom atau diatom yang digambarkan dengan

dua buah bola yang saling terikat oleh pegas. Berikut adalah macam-macam

serapan gugus fungsi yang dihasilkan dari hasil Spektroskopi IR. Dapat dilihat

pada tabel 2.1 dan 2.2.

21

Tabel 2.1. Serapan Khas Beberapa Gugus Fungsi

Gugus Jenis SenyawaDaerah Serapan

(cm-1)

C-H alkana2850-2960, 1350-1470

C-H Alkena 3020-3080, 675-870C-H Aromatik 3000-3100, 675-870C-H Alkuna 3300C=C Alkena 1640-1680C=C Aromatik (Cincin) 1500-1600

C-OAlkohol, Eter, Asam Karboksilat,Ester

1080-1300

C=OAldehida, Keton, AsamKarboksilat, Ester

1690-1760

O-H Alkohol, Fenol(Monomer) 3610-3640O-H Alkohol, Fenol (Ikatan H) 2000-3600 (lebar)O-H Asam Karboksilat 3000-3600 (lebar)N-H Amina 3310-3500C-N Amina 1180-1360

-NO2 Nitro1515-1560, 1345-1385

Sumber : Nainggolan, 2009

Berikut adalah macam-macam serapan khas crown eter yang dihasilkan

dari hasil Spektroskopi IR. Dapat dilihat pada tabel 2.2

Tabel 2.2. Serapan Khas Crown Eter

Jenis Vibrasi Sumber (cm-1)

Serapan C-O 1300-1000

Serapan C-N Imina 1690-1640

Serapan N-H (stretch) 3310-3500

Serapan N-H (bending) 1640-1550

-CH2- Alifatik 2850-2960, 1350-1470

C=C Aromatik 1600-1475

22

2.6. GC-MS (Kromatografi Gas – Spektrometer Massa)

Kromatografi gas-spektrometer massa (GC-MS) adalah metode yang

mengkombinasikan kromatografi gas dan spektrometri massa untuk

mengidentifikasi senyawa yang berbeda dalam analisis sampel. GC-MS adalah

terdiri dari dua blok bangunan utama, yaitu kromatografi gas dan spektrometer

massa.

Kromatografi gas menggunakan kolom kapiler yang tergantung pada

dimensi kolom itu (panjang, diameter, ketebalan film) serta sifat fase (misalnya

5% fenil polisiloksan). Perbedaan sifat kimia antara molekul-molekul yang

berbeda dalam suatu campuran dipisahkan dari molekul dengan melewatkan

sampel sepanjang kolom. Molekul-molekul memerlukan jumlah waktu yang

berbeda (disebut waktu retensi) untuk keluar dari kromatografi gas, dan ini

memungkinkan spektrometer massa untuk menangkap, ionisasi, mempercepat,

membelokkan, dan mendeteksi molekul terionisasi secara terpisah. Spektrometer

massa melakukan hal ini dengan memecah masing-masing molekul menjadi

terionisasi mendeteksi fragmen menggunakan massa untuk mengisi rasio.

Kedua komponen, yang digunakan bersama-sama, memungkinkan tingkat

lebih baik dari identifikasi substansi dari pada unit yang digunakan secara

terpisah. Tidaklah mungkin untuk membuat identifikasi akurat dari molekul

tertentu dengan kromatografi gas atau spektrometri massa sendirian. Kadang-

kadang dua molekul yang berbeda juga dapat memiliki pola yang sama fragmen

terionisasi dalam spektrometer massa (spektrum massa). Menggabungkan dua

proses membuatnya sangat tidak mungkin bahwa dua molekul yang berbeda akan

berperilaku dengan cara yang sama di kedua kromatografi gas dan spektrometer

massa.

Oleh karena itu ketika mengidentifikasi spektrum massa muncul pada

waktu retensi karakteristik dalam analisis GC-MS, biasanya meminjamkan untuk

meningkatkan kepastian bahwa kepentingan adalah analit dalam sampel.

23

2.7. Metode Spekstroskopi Serapan Ultraviolet dan Sinar Tampak

Penggunaan utama spektroskopi ultraviolet-sinar tampak adalah dalam

analisis kuantitatif. Penentuan kadar senyawa organik yang mempunyai struktur

kromofor atau mengandung gugus kromofor, serta mengabsorpsi radiasi

ultraviolet-sinar tampak penggunaannya cukup luas. Penentuan kadar dilakukan

dengan mengukur absorbsi pada panjang gelombang maksimum (puncak kurva),

agar dapat memberikan absorbsi tertinggi untuk setiap konsentrasi.

Apabila dalam alur radiasi spektrofotometri terdapat senyawa yang

mengabsorbsi radiasi, akan terjadi pengurangan intensitas radiasi yang mencapai

detektor.

2.7.1. Spektroskopi Ultraviolet

Penyerapan sinar tampak dan ultraviolet oleh suatu molekul dapat

menyebabkan terjadinya eksitasi molekul dari tingkat energi dasar (ground state)

ke energi tingkat tinggi (excited state).

Proses ini meliputi dua tahap:

Tahap 1 : M + hv M*

Tahap 2 : M* M + heat

Umur molekul yang tereksitasi M* ini sangat pendek (10-8 – 10-9 detik)

dan molekul kembali ke tingkat dasar lagi M. Proses ini disebut reaksi fotokimia.

Pengabsorbsian sinar ultraviolet atau sinar tampak oleh suatu molekul umumnya

menghasilkan eksitasi elektron bonding; akibatnya panjang gelombang absorbsi

maksimum dapat dikorelasikan dengan jenis ikatan yang ada di dalam molekul

tersebut. Oleh karena itu, spektroskopi serapan molekul berharga untuk

mengidentifikasi gugus-gugus fungsional yang ada dalam suatu molekul. Akan

tetapi, yang lebih penting adalah penggunaan spektroskopi serapan ultraviolet dan

sinar tampak untuk penentuan kuantitatif senyawa yang mengandung gugus-gugus

pengabsorbsi.

24

Instrumen Spektroskopi UV, berkas cahaya yang diserap bukan cahaya

tampak tapi cahaya ultraviolet dengan cara ini larutan tak berwarna dapat diukur.

Pada Spektroskopi Ultraviolet energi cahaya yang terserap digunakan untuk

transisi elektron. Karena energi cahaya UV lebih besar dari energi sinar tampak

sehingga energi UV dapat menyebabkan transisi elektron σ atau π (Mulja, 1995).

Kuantitas energi yang diserap oleh suatu senyawa berbanding terbalik dengan

panjang gelombang radiasi

∆E = hv = hc

λ

dimana ∆E = energi yang diabsorpsi (erg)

h = tetapan Planck, 6.6 x 10-27 erg det-1

v = frekuensi, dalam Hz

c = kecepatan cahaya, 3 x 108 m/det

λ = panjang gelombang, dalam cm

Panjang gelombang cahaya UV atau cahaya tampak bergantung pada

mudahnya promosi elektron. Molekul-molekul yang memerlukan lebih banyak

energi untuk promosi elektron akan menyerap pada panjang gelombang yang

lebih pendek. Molekul yang memerlukan energi lebih sedikit akan menyerap

pada panjang gelombang yang lebih panjang (Fessenden & Fessenden, 1986).

2.7.2. Transisi Elektron

Keadan dasar suatu molekul organik mengandung elektron-elektron

valensi dalam 3 tipe utama orbital molekul. Orbital sigma (σ); orbital pi (π); dan

orbital elektron bebas (n).

Baik orbital σ maupun π dibentuk dari tumpang - tindih dua orbital atom

atau hibrid. Transisi elektron mencakup promosi suatu elektron dan salah satu dari

tiga keadaan dasar (σ, π dan n) ke salah satu dari dua keadaan eksitasi (σ*atau π).

(Fessenden & Fessenden, 1994).

25

2.7.3. Spektroskopi Sinar Tampak

Menurut Day (2002) dan Rohman (2007), hukum Lambert-Beer

menyatakan bahwa intensitas yang diteruskan oleh larutan zat penyerap

berbanding lurus dengan tebal sel dan konsentrasi larutan serta berbanding

terbalik dengan transmitan. Menurut Day (2002), hukum tersebut dituliskan

dengan :

A = log (Io/It) = a b c

Keterangan : A = Absorbansi

Io = Intensitas sinar datang

It = Intensitas sinar yang diteruskan

a = Absorptivitas

b = Tebal sel (cm)

c = Konsentrasi analit (g/l)

Cara kerja alat spektrofotometer UV-Visible ini adalah dimana sinar dari

sumber radiasi diteruskan menuju monokromator kemudian cahaya dari

monokromator diarahkan terpisah melalui blanko dan sampel dengan sebuah

cermin berotasi. Kedua cahaya lalu bergantian berubah arah karena pemantulan

dari cermin yang berotasi secara kontinyu. Detektor menerima cahaya dari blanko

dan sampel secara bergantian secara berulang-ulang. Sinyal listrik dari detektor

diproses, diubah ke digital dan dibandingkan antara sampel dengan blanko.

Berikut skema sederhana Spektoskopi UV-Visible pada gambar 2.9.

Gambar 2.8. Skema Sederhana Spektrofotometer

26

Komponen-komponen dari Spektrofotometer :

1. Sumber Radiasi

Sumber energi radiasi yang biasa untuk daerah ultraviolet dan daerah

cahaya tampak adalah sebuah lampu wolfram ataupun lampu tabung discas

hidrogen (atau deutrium). Kebaikan lampu Wolfram adalah energi radiasi yang

dibebaskan tidak bervariasi pada berbagai panjang gelombang. Jika potensial

tidak stabil, akan didapatkan energi yang bervariasi. Untuk mengkompensasi hal

ini maka dilakukan pengukuran transmitan larutan sampel selalu disertai larutan

panjang pembanding.

2. Monokromator

Monokromator berfungsi mengubah cahaya polikromatis menjadi cahaya

yang monokromatis. Alatnya dapat berupa prisma atau kisi difraksi. Untuk

mengarahkan sinar monokromatis yang diinginkan dari hasil penguraian ini

digunakan celah. Jika celah posisinya tetap, maka prisma atau gratingnya yang

dirotasikan untuk menghasilkan panjang gelombang yang diinginkan, Ada dua

tipe prisma yaitu susunan Cornu yang menggunakan sudut 60ᴼ dan susunan

Littrow yang menggunakan prisma yang sisinya tegak lurus dengan arah sinar

yang berlapis aluminium serta mempunyai sudut optik 30ᴼ.

3. Kuvet

Pada pengukuran di darah tampak, kuvet kaca atau kuvet kaca korex dapat

digunakan, tetapi untuk pengukuran pada daerah UV kita harus menggunakan sel

karsa karena gelas tidak tembus cahaya pada daerah ini. Umumnya tebal kuvetnya

adalah 10 mm, tetapi yang lebih kecil atau yang lebih besar dapat digunakan. Sel

yang biasa digunakan berbentuk persegi atau berbentuk silinder. Sel yang baik

adalah kuarsa atau gelas hasil leburan serta seragam keseluruhannya.

4. Detektor

Peranan detektor adalah memberikan respon terhadap cahaya pada

berbagai panjang gelombang. Dalam detektor diharapkan kepekaan tinggi di

27

dalam spektral yang penting, tanggap linier untuk tenaga radiasi, waktu tanggap

yang cepat, dapat dipengaruhi oleh amplifikasi dan tingkat stabilitas yang tinggi.

5. Amplifier

Rangkaian yang memperkuat pembacaan dari detektor. Dimana energi

cahaya yang dihasilkan diubah menjadi energi listrik yang bisa dibaca dengan

baik oleh rekorder.

6. Rekorder

Alat yang membaca energi yang diperkuat oleh amplifier berupa angka.

Angka tersebut dapa berupa transmitan atau absorbansi (Khopkar, 1990; Day dan

A. L. Underwood, 1981)

2.7.4. Warna Komplementer

Apabila radiasi atau cahaya putih dilewatkan melalui larutan yang

berwarna maka radiasi dengan panjang gelombang tertentu akan diserap secara

selektif dan radiasi sinar lainnya akan diteruskan. Absorbansi maksimum dari

larutan berwarna terjadi pada daerah warna yang berlawanan dengan warna yang

diamati, misalnya larutan berwarna merah akan menyerap radiasi maksimum pada

daerah warna hijau. Dengan kata lain warna yang diserap adalah warna

komplementer dari warna yang diamati ( Suharta, 2005).

Tahap analisa dengan mengunakan spektrofotometri terdiri dari 3 tahap

yaitu sebagai berikut:

1. Pemilihan panjang gelombang

Panjang gelombang sinar yang digunakan harus dipilih karena komponen

yang akan dianalisa menyerap sinar tersebut semaksimal mungkin. Dengan

demikian penyerapan sinar tidak dipengaruhi oleh komponen penggangu yang ada

dalam analitit. Jika analit mempunyai warna tertentu maka unsur komplomentrnya

merupakan bagian pangjang gelombang maksimum yang sesuai untuk analisa

tersebut. Panjang gelombang dapat ditentukan dengan membuat kurva hubungan

antara serapan dan panjang gelombang yang menghasilkan serapan tertinggi

merupakan panjang gelombang maksimum.

28

Daftar panjang gelombang maksimum dan warna komplementer yang

dihasilkan dari larutan kompleks untuk alat spektroskopi uv-visible dapat dilihat

pada tabel 2.3.

Tabel 2.3. Daftar Panjang Gelombang Dan Warna Komplementer

Panjang Gelombang (nm) Warna Yang Diserap Warna Yang Diamati

410 Lembayung (Violet) Kuning kehijauan

430 Biru Violet Kuning

480 Biru Jingga

500 Hijau Kebiruan Merah

530 Hijau Merah Purple

560 Kuning kehijauan Lembayung (Violet)

580 Kuning Biru Violet

610 Jingga Biru

680 Merah Hijau Kebiruan

720 Merah Purple Hijau

2. Pembuatan kurva kalibrasi

Kurva kalibrasi ditetapkan dengan pengukuran serapan dengan berbagai

pengenceran larutan standar yang telah diketahui konsentrasinya dengan tepat.

Kurva linier hubungan antara konsentrasi dengan serapan larutan baku yang

diperoleh digunakan untuk penentuan persamaan garis regresinya. Persamaaan

regresi linier ini digunakan untuk analisa kuantitatif suatu senyawa.

29

3. Penetapan kadar sampel

Penetapan kadar senyawa yang terdapat dalam sampel dianalisa

berdasarkan tahap-tahapan perlakuan. Larutan yang diperoleh dengan

memberikan perlakuan kondisi yang sesuai denagn larutan satandar diukur dengan

cara spektrofotometri pada panjang gelombang maksimun.

Dan hasilnya disesuaikan dengan kurva pembangding, sedangkan kadar

sampel dihitung brdasarkan persamaan regresinya linier yaitu:

Y = a + bx

A = a + bc

Dimana : A = absorbansi

b = slope

a = titik perpotongan

c = konsentrasi

BAB II

Documents

Transcript of BAB II