BIOFISIKA - Universitas Udayana · 2017. 6. 4. · Mengumpulkan nilai pelaksanaan dan laporan...

1

PENUNTUN PRAKTIKUM

BIOFISIKA

Oleh :Gusti Ngurah Sutapa, S.Si, M.Si

I Ketut Putra, S.Si, M.Si

Teknisi Lab. Biofisika :I Ketut Artawan

JURUSAN BIOLOGIFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS UDAYANAJANUHARI

2017

2

TATA CARA DAN TATA TERTIB PRAKTIKUM

Untuk kelancaran jalannya praktikum serta untuk menghindari hal-hal yang tidak

diinginkan, maka terlebih dahulu mahasiswa harus memperhatikan hal-hal yang

berhubungan dengan petugas praktikum, pengelompokan mahasiswa, pelaksanaan

praktikum, penyusunan laporan praktikum, dan tata tertib pelaksanaan praktikum.

I. PETUGAS-PETUGAS PRAKTIKUM

Sesuai dengan latar belakang pendidikan, tugas dan profesinya, maka petugas

praktikum dapat dikelompokkan menjadi empat kelompok yang masing-masing mempunyai

tugas dan tanggungjawab yang berbeda-beda. Petugas-petugas praktikum tersebut adalah:

1.1 Koordinator Praktikum/Kepala Laboratorium

Bertugas sebagai berikut:

1. Memimpin penyelenggaraan seluruh kegiatan praktikum selama satu masa

praktikum (satu semester).

2. Menetapkan dan mempersiapkan satuan-satuan praktikum.

3. Merencanakan dan menetapkan jadwal penggunaan laboratorium.

4. Menetapkan pembagian tugas untuk pengawas, pembimbing praktikum dan

teknisi laboratorium.

1.2 Pengawas Praktikum


1. Memimpin penyelenggaraan praktikum untuk satu kelompok praktikum

selama satu semester.

2. Menyusun jadwal penyelenggaraan praktikum untuk masing-masing kelompok

yang diawasi.

3. Memeriksa dan mengusahakan kelengkapan peralatan praktikum dengan

bantuan teknisi laboratorium.

4. Melaporkan kepada koordinator praktikum tentang peralatan yang rusak atau

pecah baik karena kadaluwarsa maupun karena kecerobohan/kelalaian

mahasiswa.

3

5. Memimpin dan mengawasi pelaksanaan tugas pembimbing praktikum dan

teknisi (memberi petunjuk/teguran seperlunya).

6. Mengumpulkan nilai pelaksanaan dan laporan praktikum dari pembimbing

praktikum.

7. Membuat soal-soal evaluasi (ujian akhir) praktikum, memeriksa dan

menetapkan nilainya.

8. Melaporkan nilai akhir praktikum mahasiswa kepada pengawas praktikum.

1.3 Teknisi Laboratorium


1. Mempersiapkan tempat dan pralatan praktikum dengan petunjuk-petunjuk

dari koordinator praktikum.

2. Melayani mahasiswa dalam penyediaan peralatan dan bahan-bahan keperluan

praktikum selama praktikum berlangsung.

3. Menyelenggarakan administrasi dengan petunjuk dari pengawas praktikum

dan koordinator praktikum.

II. PENGELOMPOKANMAHASISWA

2.1. Mahasiswa dari satu kelas yang terdiri dari 10-20 orang dibagi menjadi dua

kelompok yaitu kelompok pagi (pukul 80.30 – 10.00 Wita) dan kelompok siang

(pukul 11.00 – 12.30 Wita).

2.2. Kelompok praktikum yang terdiri dari sekitar 5-10 orang dibagi menjadi 3 sub

kelompok praktikum sehingga masing-masing terdiri dari 2-4 orang.

2.3. Mahasiswa yang terdiri dari 2-4 orang setiap sekali praktikum melakukan satu

jenis percobaan sesuai dengan jadwal yang ditentukan oleh pengawas

praktikum.

2.4. Selama satu semester dijadwalkan enam sampai sembilan satuan praktikum.

III. PELAKSANAAN PRAKTIKUM

3.1. Sebelum melaksanakan praktikum mahasiswa wajib mempelajari penuntun

praktikum dengan sebaik-baiknya (pelajari sesuai dengan jadwal)

4

3.2. Sebelum praktikum dimulai, mahasiswa diabsen oleh petugas praktikum.

Mahasiswa yang berhalangan hadir :

a. Karena sakit harus menyampaikan surat keterangan dokter.

b. Karena halangan mendadak, harus menyampaikan alasannya

secepatnya/sebelum praktikum dimulai.

c. Karena halangan yang direncanakan, mahasiswa harus minta izin kepada

pengawas praktikum satu minggu sebelum praktikum dimulai.

d. Penggantian kesempatan praktikum hanya diberikan satu kali saja dan

jadwal ditentukan oleh pengawas dan pembimbing praktikum.

3.3. Alat-alat praktikum yang tidak terdapat pada meja praktikum yang sudah

disiapkan, mahasiswa harus meminjam kepada petugas/teknisi dengan

mengisi bon peminjaman alat serta dibubuhi tanda tangan peminjam atas

persetujuan pembimbing praktikum. Setelah selesai praktikum, alat-alat yang

dipinjam dikembalikan kepada petugas/teknisi dan bon peminjaman alat

dikembalikan pada peminjam.

3.4. Peralatan praktikum disusun sendiri dengan berpedoman pada buku

penuntun praktikum. Bila alat-alat sudah tersusun dan siap untuk mulai

praktikum, periksakanlah terlebih dahulu kepada pembimbing praktikum

(terutama peralatan yang memakai listrik). Selama praktikum berlangsung,

mahasiswa dapat meminta petunjuk dan bantuan pembimbing praktikum.

3.5. Selama praktikum mahasiswa hanya melakukan pengamatan dan pencatatan

data, tidak melakukan perhitungan atas data yang diperoleh. Pada akhir

praktikum data hasil pengamatan dicatat dalam satu lembar,” Laporan

Pengamatan”, yang memuat hanya data pengamatan saja. Sebelum

diserahkan kepada pembimbing pada bagian bawah kanan diberi tanggal dan

nama pembimbing untuk kemudian disyahkan untuk nanti dilampirkan pada

laporan praktikum.

3.6. Dari data pengamatan tersebut, pembimbing harus dapat mengetahui apakah

praktikum sudah dilakukan dengan benar atau tidak. Dalam hal ini

pembimbing dapat mengambil keputusan sebagai berikut:

a. Bila sudah benar pembimbing menerima dan menanda-tanganinya dan

praktikum dianggap selesai.

5

b. Apabila kurang maka harus diperbaiki bila waktunya masih ada dan bila

waktunya sudah habis maka harus ditambah pada jam praktikum

berikutnya atau waktunya ditentukan kemudian.

c. Apabila praktikum dianggap gagal maka harus diulang seluruhnya pada

waktu yang ditentukan.

IV. TATA TERTIB DALAM LABORATORIUM

4.1. Selama praktikum mahasiswa wajib berlaku sopan dan tidak diperkenankan:

a. Merokok.

b. Bersuara keras atau berbuat gaduh.

c. Membawa tas, jaket, senjata tajam dan senjata api.

d. Melakukan kegiatan lain yang tidak berhubungan dengan kegiatan

praktikum yang sedang berlangsung.

4.2. Alat-alat yang rusak selama praktikum berlangsung yang terjadi karena

kesalahan atau kelalaian mahasiswa menjadi tanggung jawab

mahasiswa/kelompak yang bersangkutan. Alat-alat tersebut harus

diperbaiki/diganti dengan biaya dari mahasiswa/kelompok selambat-

lambatnya satu minggu berikutnya.

6

I. POTENSIAL ELEKTROKIMIA

(B.PE)

I. Tujuan

Menyelidiki reaksi-reaksi elektrokimia antara sebuah electrode dan suatu larutan ionic

dan menggali penggunaan electrode sebagai sensor kimia.

II. Alat-alat

1. Dua utas kawat perak berdiameter 0,5 mm masing-masing sepanjang 4 cm yang

dilapisi dengan Ag/AgCl.

2. Multimeter digital.

3. Dua liter air suling.

4. Sepuluh buah gelas beaker 250 ml.

5. Tabung ukuran 250 ml.

6. Beberapa pipet.

7. Timbangn digital.

8. Larutan KCl.

III. Dasar Teori

Ketika reaksi-reaksi kimia terjadi antara berbagai bahan di dalam sebuah sistem,

termasuk bahan penyusun electrode dicelupkan ke dalam suatu larutan, secara umum susunan

sistem akan berubah sampai dicapai suatu kesetimbangan. Reaksi-reaksi kimia pada

umumnya melibatkan banyak zat-zat kimia, misalnya:

CH3CH2OH + CH3COOH CH3COOCH2Ch3 + H2O (1.1)

(ethyl alcohol) (asam asetat) (ethylasetat) (air)

Bila reaksi kimia telah mencapai keseimbangan, yaitu dimana konsentrasi dari berbagai zat

tidak berubah lagi terhadap waktu, reaksi kimia kedua arah (ke kanan dan ke kiri) pada reaksi

kimia di atas berlangsung dengan kelajuan yang sama.

Syarat kesetimbangan untuk reaksi-reaksi kimia semacam itu dapat dihubungkan

dengan potensial kimia dari komponen-komponen penyusun sistem. Hal ini dapat kita lihat

dari contoh berikut. Perhatikan sebuah reaksi kimia umum:

7

1X1 + 2X2 + 3X3 + … IXi + I+1Xi+1 + I+2Xi+2 + … (1.2)

Persamaan kimia (1.2) dapat ditulis dalam bentuk yang lebih pendek yaitu:

n

iiiX

10 (1.3)

Dimana Ximewakili berbagai zat kimia yang terlibat didalam reaksi dan I disebut koefisien

stoichiometri dari reaksi tersebut dan telah dikenal sebuah aturan bahwa I positif jika zat itu

dihasilkan ketika reaksi berlangsung dari kiri ke kanan dan I negatif jika zat tesebut lenyap

ketika reaksi berlangsung dari kiri ke kanan. Aturan ini hanya diperlukan agar kita konsisten

dalam masalah pemberian tanda untuk koefisien stoichiometri. Perhatikan reaksi berikut:

2A + B C (1.4)

Maka koefisien stoichiometrinya adalah:

X1 = A, 1 = -2, X2 = B, 2 = -1, X3 = C, 3 = +2

Keadaan kesetimbangan reaksi kimia berlangsung dengan perubahan entropy sistem yang

bersangkutan karena perubahan komposisi kimianya. Kelangsungan reaksi kimia dapat

dijelaskan dengan suku perubahan jumlah, dNi, dari salah satu bahan penyusun, tetapi jika

koefisien stoichiometrinya tidak sama, pengukuran kelangsungan reaksi bisa berbeda untuk

bahan yang berbeda. Suatu besaran yang mudah digunakan dalam mengukur kelangsungan

reaksi adalah koefisien stoichiometri karena harganya akan sama untuk semua bahan. Maka

dapat didefinisikan perubahan komposisi suatu sistem sebagai berikut:

i

idNd

(1.5)

Besaran ini harganya sama untuk semua komponen “i” yang terlibat dalam reaksi.

Perubahan entropy dalam suatu sistem muncul sebagai akibat perubahan di dalam

berbagai parameter termodinamik, misalnya energi dakhil, volume dll. Begitu pula dengan

8

perubahan didalam komposisi sistem. Persamaan umum untuk perubahan entropy diberikan

oleh:

i

n

iidNTT

PdVTdUdS

1

1 (1.6)

Suku terakhir persamaan (1.6) mewakili perubahan entropy akibat perubahan komposisi itu

sendiri. Pada persamaan (1.6), i adalah potensial kimia untuk bahan “i”. Jika bahan

kimianya bermuatan listrik (sebuah ion), potensial kimia pada persamaan (1.6) harus diganti

dengan potensial elektrokimia ~ . Kedua besaran ini diberikan oleh:

i~ = I + Zi F (1.7)

Dimana:

F = Konstanta Faraday

Zi= valensi bahan kimia I

= potensial elektrostatik local.

Potensial kimia untuk larutan encer dari bahan kimia “i” diberikan oleh:

~ i = I,o + RTln Ci (1.8)

Dimana:

Ci = konsentrasi bahan “i”

I,o = potensial kimia standard bahan “i”

R = Tetapan gas (8.31 J/(mol.K)

T = suhu absolute (K)

Sehingga dapat ditulis perubahan entropy akibat perubahan komposisi adalah:

dT

dNT

dS i

n

iii

n

ii )(11

11

(1.9)

Pada kesetimbangan untuk perubahan komposisi yang kecil, yaitu 0d , perubahan

entropynya harus nol (pada suhu dan volume konstan) dan oleh karena itu dari persamaan

(1.9) dapat ditulis syarat untuk kesetimbangan sebagai berikut:

0

i

n

iii (1.10)

9

APLIKASI:

1. Elektroda Ag/AgCl

Perhatikan sistem berikut yang terdiri dari sebuah kawat perak yang dilapisi dengan

perak khlorida yang bersentuhan dengan suatu larutan berisi ion khlorida. Sistem berikut

ditunjukan pada Gambar 1.1. Reaksi kimia yang terlibat di dalam sistem ini adalah sebagai

berikut:

Kawat perak

Lapisan Ag/AgCl Larutan Ag+ Cl-

Gambar 1.1. Elektroda Ag/AgCl digunakan sebagai sensor ion.

Reaksi 1, di dalam electrode logam (Ag)

Ag Ag+ + e

Reaksi 2, pada lapisan Ag/AgCl

Ag+ + Cl- AgCl

Perak khlorida (AgCl) sangat sulit larut, karena memiliki produk kelarutan K~10-14. Karena

AgCl sulit melarut, maka larutan selalu jenuh dengan AgCl dan karenanya konsentrasi AgCl

selalu konstan baik terhadap perubahan Ag+ maupun Cl-. Akan tetapi konsentrasinya berubah

terhadap suhu.

Untuk kesetimbangan, dari persamaan (1.10) reaksi 1, kita dapatkan:

-~ Ag + ~ Ag+ + e- = 0 (1.11)

Konsentrasi Ag selalu konstan, begitu pula dengan electron di dalam kawat perak. Substitusi

ke dalam persamaan potensial eletrokimia (persamaan 1.7 dan 1.8) kita peroleh:

Ag+ = konstanta + Fele

10

Di mana ele adalah potensial elektrostatik pada elektroda dan telah disamaratakan berbagai

suku konstan termasuk potensial kimia strandard untuk Ag+. Namun perhatikan, bahwa

sementara konstanta ini tergantung terhadap konsentrasi dan konsentrasi tergantung pada

suhu.

Untuk reaksi 2 pada kesetimbangan dengan menggunakan syarat persamaan (1.10)

diperoleh:

-Ag+ - Cl- + AgCl = 0

Maka

Ag+ = AgCl - Cl- (1.12)

Penggabungan persamaan (1.11) dengan persamaan (1.12) akan menghasilkan:

Fele + konstanta = AgCl - Cl-

Karena konsentrasi AgCl yang larut ke dalam larutan konstan (jenuh dan merupakan sebuah

molekul netral), substitusi persamaan (1.7) dan persamaan (1.8) ke ruas kanan persamaan di

atas akan menghasilkan:

Fele + konstanta1 = konstanta2 - RT ln CCl- + Flar

Maka potensial elektroda adalah beda potensial antara elektroda dengan larutan yang

diberikan oleh:

V = ele - lar = konstanta - ClCFRT ln

atau

V = Vo - ClCFRT ln (1.13)

Dimana Vo adalah konstanta yang hanya tergantung pada suhu. Maka potensial elektroda

tergantung pada konsentrasi ion khlorida.

2. Larutan-larutan tak encer

Bila konsentrasi dari ion sangat tinggi, interaksi antar ion akan mengurangi potensial

kimia, maka konsentrasi efektif dalam bentuk persamaan (1.8) juga berkurang. Dalam

memperhitungkan pengaruh ini dikenal koefisien aktifatas , maka dapat ditulis potensial

elektrokimia (persamaan 1.8) sebagai berikut:

~ i = I,o + RTln iCi + ziF (1.14)

11

Seringkali perkalian iCi ditulis dalam bentuk:

ai = iCi

Dan ai menunjukkan aktivitas. Perlu diperhatikan bahwa secara umum aktivitas ai 1.

Sebagai contoh, koefisien aktivitas 1 mM larutan KCl~1. Namun untuk larutan 100 mM KCl

koefisien aktivitas untuk ion Cl- adalah 0,7.

Perubahan potensial electroda untuk sebuah elektroda Ag/AgCl sebagai fungsi dari

aktivitas ion Cl- mempunyai bentuk seperti Gambar 1.2.

V,(Potensialelektroda)

Log aCl-

Gambar 1.2. Perubahan potensial electrode Ag/AgCl sebagai fungsi dariaktivitas ion Cl- di dalam larutan.

III. Pelaksanaan Percobaan

3.1. Pembuatan elektroda sensor Ag/AgCl

Elektroda Ag/AgCl yang akan dibuat ditunjukkan pada Gambar 1.3. Kawat

perak harus dipatrikan pada sebuah tembaga berisolasi yang disambungkan dengan

Gambar 1.3. Pembuatan elektroda sensor Ag/AgCl.

12

plug banana. Sambungan patri dan kawat tembaga tidak boleh terhubung dengan

larutan. Maka sambungan tadi harus ditutup dengan bahan anti air semacam epoxy

(misalkan araldite). Kemudian kawat peraknya harus dicuci bersih dengan alcohol

untuk menghilangkan minyak dan kotoran lainnya dan bilas dengan air. Sehingga

elektroda sekarang siap dilapisi Ag/AgCl.

3.2. Melapisi electrode dengan AgCl

Untuk melapisi kawat perak dengan AgCl, elektroda dicelupkan kedalam

sebuah larutan KCl 1mM. Pelapis berlangsung secara elektrik dengan menggunakan

sebuah elektroda logam yang lain. Rangkaiannya ditunjukan pada Gambar 1.4.

Sebuah baterai kering 1,5 Volt digunakan untuk memberi arus ke dalam sistem. Kutub

positif dihubungkan ke elektroda perak, ini akan menyebabkan ion Cl- bergerak

menuju kawat perak dimana mereka akan bereaksi secara kimia dengan perak untuk

membentuk AgCl. Baterai harus dihubungkan selama 1- 10 menit. Segera setelah

batrerai dihubungkan, lapisan AgCl berwarna keabu - abuan akan terlihat pada kawat

perak. Hanya diperlukan lapisan AgCl yang tipis saja. Lapisan yang terlalu tebal akan

menyebabkan cepat pecah dan menglupas.

Gambar 1.4. Rangkaian melapisi kawat perak dengan AgCl.

13

3.3. Potensial electrode sebagai fungsi konsentrasi ion khlorida

Susunan rangkaian pada percobaan ini ditunjukkan oleh Gambar 1.5.

Gambar 1.5. Rangkaian electrode sebagai fungsi konsentrasi ion khlorida.

Langkah-langkah dalam percobaan ini adalah:

1. Masukkan larutan KCl 1 mM ke dalam dua gelas beaker.

2. Masukkan kedua buah elektroda Ag/AgCl ke dalam gelas beaker A (tidak ditunjukan

pada Gambar 1.5) dan ukur beda potensial antara keduanya. Beda pontensial ini harus

dekat ke nilai nol (mV). Catat setiap perbedaan dan catat elektroda mana yang lebih

positif dari yang lainnya. Semua pengukuran beda potensial berikutnya harus

dikoreksi dengan kesalahan nilai nol ini.

3. Letakkan jembatan garam antara kedua gelas beaker.

4. Masukkan elektroda Ag/AgCl ke dalam gelas beaker. Ukur beda potensial antara

kedua elektroda Ag/AgCl dan ketika kedua gelas beaker berisi larutan 1 mM, beda

potensial ini harus hampir nol (mV).

5. Cuci kedua elektroda dan jembatan garam dengan air suling dan lap hingga kering

menggunakan kertas tisu.

6. Masukkan larutan KCl 0,1 mM ke dalam gelas beaker A .

7. Ganti larutan di dalam gelas beaker B dengan larutan KCl 0,1 mM dan ukur beda

potensial antara kedua elektroda Ag/AgCl.

8. Ulangi langkah 4 untuk larutan KCl 1,5; 10; 50; 100; 500; 1000 mM di dalam beaker

B.

9. Plot beda potensial sebagai fungsi konsentrasi KCl dalam beaker B.

Jembatan garam

14

10. Plot perubahan teoritis beda potensial sebagai fungsi konsentrasi KCl dalam beaker B,

anggap bahwa koefisien aktivitas larutan selalu berharga 1.

11. Catat setiap perubahan antara plot teoritis dengan plot percobaan. Apa yang dapat

disimpulkan?

12. Ulangi langkah 4 sampai 9 dengan larutan KCl 100 mM dalam beaker A, dan

konsentrasi 0,1 sampai 1000 mM dalam beaker B.

Data Hasil Pengamatan:

No. Beaker AKCl (mM)

Beaker BKCl (mM)

Jembatan garam Beda potensial(mV)

1 1 1 - …..

2 1 1 …..

3 0,1 0,1 - …..

4 0,1 1,5 - …..

5 0,1 10 - …..

6 0,1 50 - …..

7 0,1 100 - …..

8 0,1 500 - …..

9 0,1 1000 - …..


Beaker BKCl (mM)

Jembatan garam Beda potensial(mV)

1 100 1 …..

2 100 0,1 - …..

3 100 1,5 - …..

4 100 10 - …..

5 100 50 - …..

6 100 100 - …..

7 100 500 - …..

8 100 1000 - …..

15

3.4. Penentuan Konsentrasi Ion Cl- di dalam Sample

Ambil sampel air dari berbagai sumber yang berbeda, misalnya air minum dalam

botol yang banyak dijual di pasaran, air kran, air limbah dan air laut. Langkah-langkah

percobaan adalah:

1. Susun rangkaian seperti pada Gambar 1.5.

2. Masukkan sebuah larutan KCl 10 mM ke dalam beaker A.

3. Masukkan sampel ke dalam beaker B.

4. Ukur beda potensial antara kedua elektroda Ag/AgCl.

Dengan menggunakan grafik dari percobaan 3.3., tentukan konsentrasi ion Cl- di dalam

sampel.



Beaker BSample

Jembatangaram

Beda potensial(mV)

1 10 Air minum kemasan - …..

2 10 Air kran - …..

3 10 Air limbah - …..

4 10 Air laut - …..

16

II. POTENSIAL MEMBRAN PERTUKARAN ION

(B.PM)

I. Tujuan

Untuk mencari ketergantungan dari potensial yang ditimbulkan melalui membrane

yang memisahkan dua larutan ionic pada konsentrasi ion-ion.

II. Alat-alat

1. Bilik membrane pertukaraan ion.

2. Dua buah elektroda kalomel.

3. Sel-sel membrane.

4. Milivoltmeter.

5. Larutan KCl.

III. Dasar Teori

Ditinjau dari system dimana sebuah membrane memisahkan dua larutan yang

mengandung ion pada konsentrasi yang berbeda. Gradient-gradien dalam potensial

elektrokimia akan membentuk fluks-fluks ion melalui membrane dan ini akan membawa

pembentukan potensial listrik di antara dua larutan, seperti ditunjukkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Sebuah membrane memisahkan dua larutan.

Dapat dianalisa hal yang khusus, dimana larutan 1 dan 2 mengandung ion-ion K+ dan Na+ dan

Cl-, dan membrane dapat ditembus oleh ion-ion K+ dan Na+ tetapi tidak anion (ion Cl-)

Larutan 1

Membran

Larutan 2

X

17

Untuk menentukan perbedaan potensial listrik yang terbentuk melalui membrane

(membrane potensial) dimulai dengan persamaan Nernst-Planck untuk ion-ion K+ dan Na+.

dxdC

kTDe

dxdCeDJ K

KKKK

2

(2.1)

dxdC

kTDe

dxdC

eDJ NaNaNa

NaNa

2

(2.2)

Arus listrik total melalui membrane

J = JK + JNa (2.3)

Membrane juga mempunyai kapasitas dan bila arus mengalir, kapasitor menjadi bermuatan

dan perbedaan potensial meningkat. Bila membrane potensial konstan, arus harus nol,

sehingga

J = JK + JNa = 0

Jika ” - ’ = konstan (‘ untuk medium 1 dan “ untuk medium 2)

Dengan menggunakan kondisi JK + JNa = 0, dapat ditulis:

CdxdC

kTDe

dxdC

eDdxdC

kTDe

dxdCeD Na

NaNaNaK

KKK

22

Atau

dxdCDCD

kTeCeDCeD

dxd

NaNaKKNaNaKK

2

Dapat ditulis sebagai

dx

dkTe

CDCD

CDCDdxd

NaNaKK

NaNaKK

(2.4)

Ekspresi ini dapat diintegralkan dengan bentuk konstanln yy

ydxd

, sehingga persamaan

(2.4) didapat

konstanln kTeCDCD NaNaKK (2.5)

Gunakan syarat batas:

Jika = ’ CK = CK’ CNa = CNa’

= ” CK = CK” CNa = CNa"

Sehingga:

18

)'"(

''""ln

kTe

CDCDCDCD

NaNaKK

NaNaKK (2.6)

Atau

V

CDCDCDCD

ekT

NaNaKK

NaNaKK

)'"(''""ln (2.7)

Ini adalah hal yang biasa untuk mendefinisikan sebuah permeabilitas membrane untuk setiap

ion. Bila:

K

KDP

Na

NaD

P

Dimana adalah ketebalan membrane. Sehingga potensial membrane didapat dari:

NaNaKK

NaNaKK

CPCPCPCP

ekT

''""ln)'"(

(2.8)

Konsentrasi CK dan can adalah ion-ion per m3. Jika konsentrasi dieksperesikan dalam kg Mol

per m3 potensial membrane didapat dari:

NaNaKK

NaNaKK

CPCPCPCP

FRT

''""ln)'"(

(2.9)

Bila membrane juga permeable terhadap ion (Cl-) , arus total didapat dari:

J = JK +JNa + JCl

Dalam keadaan stabil ” - ’ = konstan

JK +JNa + JCl = 0

Setiap arus ionic didapat dari:

dxdC

kTDe

dxdCeDJ K

KKKK

2

dxdC

kTDe

dxdC

eDJ NaNaNa

NaNa

2

dxdC

kTDe

dxdC

eDJ ClClCl

ClCl

2

Dapat diasumsikan bahwa

dxd = konstan (asumsi medan konstan)

Dengan asumsi medan konstan maka mungkin untuk memecahkan persamaan berganda

Nernst-Planck. Hasilnya adalah

ClClNaNaKK

ClClNaNaKK

CPCPCPCPCPCP

FRT

'''"""ln)'"( (2.10)

19

Persamaan (2.10) pertama kali ditemukan oleh Goldman pada tahun 1943 dan dikenal dengan

persamaan Goldman.

IV. Pelaksanaan Percobaan

Rangkaian percobaan ditunjukkan pada Gambar 2.2.

Gambar 2.2. Rangkaian percobaan.

Dengan menggunakan 0,1 mM KCl pada sisi ke 1, sel dipasang dengan 0,1; 0,3; 1; 30;

100; 300; 1000 mM KCl pada sisi kedua dan lakukan pengukuran beda potensial sebagai

berikut:

1. Yakinkan bahwa compartment yang digunakan sama untuk larutan 0,1 M untuk

setiap percobaan. Jangan mencelupkan elektroda dalam larutan yang berbeda tanpa

mencuci larutan KCl terlebih dahulu.

2. Ukur dan catat beda potensial elektroda ketika kedua elektroda ada dalam larutan

yang sama.

3. Yakin bahwa larutan sudah diaduk secara bagus sebelum mencatat beberapa data.

Tunggu 1 menit dan ukur kembali.

20


No. Bilik - 1KCl (mM)

Bilik - 2KCl (mM)

Beda potensial(mV)

1 0,1 0,1 …..

2 0,1 0,3 …..

3 0,1 1 …..

4 0,1 30 …..

5 0,1 100 ….

6 0,1 300 …..

7 0,1 1000 …..

V. Tugas-tugas

1. Membrane yang tersedia adalah tipe membrane pertukaran kation atau anion.

Gambarkan perbedaan potensial V, terhadap rasio konsentrasi, r, pada kertas grafik

log-linear.

2. Pada grafik yang sama, gambar sebuah garis yang mewakili variasi V dengan r yang

diharapkan untuk membrane pemilih yang sempurna.

3. Pada grafik yang sama, gambar kurva teoritis V terhadap r dengan menggunakan

persamaan Goldman rasio permeabilitas (PCl/PK). Karena ini merupakan rasio untuk

membrane pertukaran ion.

21

III. KESETIMBANGAN DONNAN

(B.KD)

I. Tujuan

Mengamati sifat-sifat sebuah sistem larutan dua bilik, yang mana salah satu bilik

berisi partikel bermuatan yang dibatasi oleh sebuah membran yang tidak permeable sama

sekali terhadap partikel – partikel tersebut. Sistem semacam ini dikenal sebagai sistem

“Donnan” klasik.

II. Alat-Alat

1. Sebuah kamar membran dua bilik yang terbuat dari plastic flexiglass yang dapat

dibuka untuk meletakkan sebuah membran di antara kedua bilik. Membrannya

permeable terhadap ion-ion kecil (seperti Na+, K+ atau Cl-), tetapi tidak permeable

terhadap silikat koloida bermuatan negatif yang lebih besar. Kedua bilik dari

flexiglass dapat disatukan dengan rapat menggunakan 4 buah skrup dan baut.

Membran dijepit di antara kedua bilik dengan ring ‘O’ neoprene yang dipasang

diujung setiap bilik.

2. Sebuah membran netral (membrane dialis) yang tidak permeable terhadap silikat

koloida tetapi permeable terhadap air dan ion-ion kecil

3. Larutan polimer atau koloida bermuatan (asam silikat atau asam poliakrilik)

4. 2 buah electrode kalomel

5. Multimeter yang impedansi masukkannya tinggi (diutamakan yang digital)

6. 2 liter air suling dan 10 buah gelas beaker 250 ml

7. Beberapa pipet dan sebuah labu ukur 250 ml

8. Serbuk KCl dan sebuah timbangan

9. Larutan KCl konsentrasi: 100 mM, 10 mM, 1 mM, dan 0,1 mM masing-masing

sebanyak 250 ml. Semua larutan ini dapat dibuat dengan mengencerkan 25 ml larutan

100 mM menjadi bervolume total 250 ml. Larutan-larutan yang lainnya dapat dibuat

dengan cara yang sama dengan melarutkan 25 ml larutan berkonsentrasi lebih tinggi

sebelumnya menjadi 10 kali lipatnya.

10. Gula atau manitol atau dekstran dll untuk menyeimbangkan tekanan osmosis larutan

di dalam kedua bilik.

22

III. Dasar Teori

Perhatikan suatu system dua bilik, yang mana salah satu bilik berisi ion-ion, baik

karena terikat pada suatu matriks ataupun karena dipasangnya suatu membrane yang

memisahkan kedua bilik yang tidak permeable sama sekali terhadap ion-ion tersebut,

sehingga ion-ion tidak dapat ke luar dari bilik itu. Bila ke dalam sistem tersebut dimasukkan

suatu larutan yang berisi ion-ion permeabel, sehingga dapat berdifusi ke kedua bilik, maka

akan terbentuk agihan tak simetris dan terbentuk beda potensial elektrostatis di antara kedua

bilik. Kesetimbangan elektrokimiawi antara kedua bilik ini dinamakan “kesetimbangan

Donnan”.

Sistem ini relevan sekali dengan biologi, karena sitoplasma sel-sel hidup diketahui

mengandung molekul-molekul bermuatan tak berdifusi berkadar tinggi yang dihasilkan dari

penguraian protein-protein asam amino dasar. Dinding sel dari sel-sel tumbuhan juga

diketahui mengandung grup-grup bermuatan ‘tetap’. Fasa yang berisi muatan-muatan tetap

atau tak berdifusi ini disebut fasa Donnan.

Jika ion-ion berdifusi ini dihubungkan dengan larutan yang mengandung ion-ion

anorganik semacam K+, Na+, Ca++, Cl- maka akan disebarkan secara tak simetris dan

potensial elektrostatis akan terbentuk di antara fasa Donnan dan larutan luar. Keadaan ini

digambarkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1. Ion-ion berdifusi yang dihubungkan dengan larutan yang mengandung

ion-ion anorganik semacam K+, Na+, Ca++, Cl-.

Ketika sistem mencapai kesetimbangan, akan terbentuk suatu beda potensial listrik

yang melintasi batas kedua fasa tersebut. Harganya bergantung pada konsentrasi ion yang ada

(baik yang bergerak maupun yang tidak berdifusi) dan tandanya mengikuti ion-ion yang tidak

berdifusi.

Larutan Luar Fase Donnan

C-II II

C+IICX- I

C+I = C-I = CI

23

Tinjau suatu sistem sederhana, yang ion-ion bergeraknya berasal dari suatu elektrolit

uni-univalen (valensi +/- 1). Misalkan konsentrasi elektrolit ini di daerah yang sangat jauh

dari bidang batas adalah C1, maka syarat kesetimbangan elektrokimiawi untuk kation yang

berdifusi (bergerak) dengan konsentrasi C+ dan anion (konsentrasi C-) adalahIII ~~ (3.1)

Potensial elektrokimiawi untuk suatu ion dalam larutan encer dapat dituliskan sebagai:

PvzCRT ln~0 (3.2)

Yang mana

R : Konstanta gas umum

T : temperatur absolute

: potensial kimia standar

: potensial elektrostatis

F : konstanta Faraday

P : Tekanan

v : volume molar parsial

Merujuk kation dengan symbol + dan anion dengan –, maka syarat kesetimbangan

elektrokimiawi diberikan oleh

(3.3a)

(3.3b)

Jika kita mengabaikan suku beda potensial (PII – PI), maka beda potensial listrik antara kedua

fasa (fasa Donnan terhadap fasa luar) pada kesetimbangan (dari persamaan 3.3a dan 3.3b)

diberikan oleh

(3.4a)

(3.4b)

Anion-anion yang tak berdifusi sangat berperan dalam menentukan elektronetralitas

makroskopis. Agar tercapai kenetralan listrik tersebut, maka kita harus mempunyai:

Di dalam fasa luar:

(3.5)

Di dalam fasa Donnan:

24

Kombinasi persamaan (3.4a) dan (3.4b) diperoleh:

0ln

II

IIII

CCCC

(3.6)

Dan

(3.7)

Kombinasi persamaan (3.7) dengan syarat elektronetralitas (3.5), diperoleh:

(3.8)

Konsentrasi ion-ion yang bergerak di dalam fasa Donnan (II) diekspresikan oleh:

2

)(4 22 IIIX

IIXII CCC

C

(3.9a)

2

)(4 22 IIIX

IIXII CCC

C

(3.9b)

Subsitusi persamaan (3.9a) ke (3.4a) diperoleh persamaan beda potensial antara fasa Donnan

dengan larutan luar, yaitu:

1

22ln

2

I

IIX

I

IIX

CC

CC

FRTV (3.10)

Dua kasus khusus berikut sangat menarik untuk dibicarakan:

(A) CX- >> CI

Kasus yang mana konsentrasi ion-ion yang berdifusi sangat tinggi dibandingkan

dengan konsentrasi elektrolit larutan luar.

Dalam hal ini, persamaan kombinasi (3.4), (3.5), dan (3.8) akan menghasilkan:

X

IIIX

II

CCCC

2)( (3.11a)

X

III

CCC

2)( (3.11b)

Dan

25

I

IIX

CC

FRTV ln (3.11c)

Dalam kasus ini, konsentrasi kation dalam fasa Donnan hampir sama dengan

konsentrasi ion-ion yang tak berdifusi (dalam hal ini kita ambil contoh adalah ion-ion negatif).

Kation-kation dalam fasa Donnan dinamakan COUNTER-ION dan anion-anion yang

bergerak (berkonsentrasi sangat rendah) dinamakan CO-ION. Keadaannya secara kualitatif

digambarkan pada Gambar 3.1.

(B) CI >> CX-

Dalam kasus ini, pada persamaan (3.9a) dan (3.9b) dengan mengabaikan suku (CX-)2

karena nilainya << (CI)2 , akan diperoleh:

2

IIXIII CCC

(3.12a)

2

IIXIII CCC

(3.12b)

Dalam hal ini, separuh dari ion-ion yang tak berdifusi, terkompensasi dengan

COUNTER-ION yang berlebihan dan separuhnya lagi oleh kurangnya CO-ION. Kelebihan

dan kekurangan ini sangatlah kecil karena CX-<< CI.

Tekanan Osmosis

Dalam analisis yang sejauh ini kita lakukan selalu mengabaikan syarat kesetimbangan

air. Karena fasa Donnan (ditandai sebagai fasa II dalam persamaan- persamaan di atas)

mengandung ion-ion yang tak berdifusi dan COUNTER-ION- nya mencapai konsentrasi

yang hampir sama dengannya (dalam kasus CX- << CI), maka tekanan osmosis larutan fasa

Donnan, jauh lebih besar daripada yang ada di bilik I. Air akan berdifusi ke bilik II sampai

tekanan hidrostatis menyeimbangkan beda tekanan osmosis antara kedua bilik itu.

Satu cara untuk meyakinkan bahwa air juga dalam keadaan setimbang adalah

menambahkan suatu zat, misalnya gula atau molekul-molekul netral lain ke dalam bilik I

yang mana membran yang memisahkan kedua bilik tidak permeabel terhadapnya.

IV. Prosedur Percobaan

1. Susun alat-alat percobaan sebagai berikut (Gambar 3.2)

26

2. Tegangan antara kedua bilik diukur ketika bilik 1 (bilik ‘luar’) (fasa I) berisi larutan

KCl 1 mM sementara bilik 2 (bilik dalam) diisi larutan KCl 100 mM. Ini dilakukan

untuk menguji selektivitas membran dan kemungkinan kontribusinya kepada beda

potensial yang terjadi diantara kedua bilik ketika fase II berisi molekul-molekul

terionisasi yang lebih besar yang tidak berdifusi.

3. Campuran silikat (gel atau poliakrilik) harus dimasukkan ke bilik II

4. Bilik system telah setimbang potensial diukur lagi. Dari tanda potensial ini, ion-ion

yang tak berdifusi dapat ditentukan secara langsung

5. Larutan yang berada di bilik 1 kemudian diganti dengan larutan KCl dari beberapa

konsentrasi yang berbeda (1, 10, 100 mM) dan potensial kesetimbangan Donnan

diukur sebagai fungsi dari konsentrasi KCl ‘luar’.

6. Plot potensial Donnal sebagai fungsi konsentrasi ion.

7. Plot berbagai harga teoritis potensial Donnan sebagai fungsi konsentrasi KCl dalam

bilik I dengan asumsi bahwa, konsentrasi ion-ion yang tak berdifusi jauh lebih tinggi

daripada konsentrasi KCl dalam bilik I. Beri komentar asumsi ini!

Gambar 3.2. Susunan percobaan. Kamar Plexiglass terdiri dari dua buah bilik yang

dipisahkan oleh sebuah membrane dialisis. Larutan silikat atau poliakrilat

bermuatan dimasukkan ke bilik kanan (fasa II). Larutan KCl dengan berbagai

konsentrasi dimasukkan ke bilik kiri (fasa I). Potensial yang terjadi diantara kedua

bilik diukur menggunakan dua buah electrode kalomel dan sebuah voltmeter

berimpedansi tinggi seperti tampak pada gambar.

27

8. Ulangi langkah 2 – 4 untuk konsentrasi yang lebih kecil dari ion-ion yang tak

berdifusi. Plot potensial Donnan pada kertas grafik yang sama dengan langkah 5!

9. Ulangi langkah 2 – 5 untuk konsentrai awal larutan silikat (atau poliakrilat) tetapi

dengan mengubah pH-nya menjadi 3.

10. Ulangi langkah 2 – 5 dengan gula atau dekstran ke dalam larutan di dalam bilik I

berkonsentrasi 100 mM.


No. Bilik – 1 (bilik luar)KCl (mM)

Bilik – 2 (bilik dalam)KCl (mM)

Beda potensial(mV)

1 1 100 …..

2 1 100 + silikat (gel atau akrilik) …..



5 100 100 + silikat (gel atau akrilik) ….



Beda potensial(mV)

1 1 100 …..

2 1 100 + silikat (dengankonsentrasi lebih kecil)

…..


…..


…..


….



Beda potensial(mV)

1 1 100 …..

2 1 100 + silikat → atur pH 3 …..

3 1 100 + silikat → atur pH 3 …..

4 10 100 + silikat → atur pH 3 …..

5 100 100 + silikat → atur pH 3 ….

28



Beda potensial(mV)

1 1 100 …..

2 1 100 + gula (dekstran) …..



5 100 100 + gula (dekstran) ….

V. Pustaka

1. Coster, H.G. L : 8.2 – 8.4

2. Hobbie, R.K. : 24.2

3. Ackerman, E., Ellis, L.B.M and Williams, L.E. : 21.4

29

IV. ALIRAN DARAH DAN DENYUT JANTUNG

(B.AD)

Jantung memompa darah karena ada perbedaan tekanan. Tekanan puncak pada

pembuluh arteri (sistolik) sekitar 130 mmHg (1 mmHg ~ 133 Pa) sedangkan tekanan

minimumnya (diastolik) sekitar 80 mmHg. Tekanan sistolik dan diastolic untuk setiap orang

berbeda, tergantung pada aktivitas orang tersebut. Dengan memakai persamaan Bernoulli

untuk aliran darah, yaitu:

E = p + gh + ½ v2 (4.1)

Suku gravitasi dapat diabaikan dalam semua perhitungan dan dua suku sisanya

mewakili kerja hidrostatik dan energi kinetic.

Volume darah yang mengalir pada seseorang yang sedang istirahat adalah ~ 5,5

liter/menit, sehingga kecepatan alirnya sangat rendah. Selama melakukan aktivitas yang keras,

volume yang mengalir bias mencapai 30 – 40 liter/menit dan kontribusi energi kinetic

menjadi sangat berarti.

Perkiraan energi secara kasar yang diperlukan oleh jantung dalam keadaan beristirahat,

dapat diturunkan dari beda tekanan rata-rata dan jumlah volume yang mengalir, yaitu:

Tenaga = p. (4.2)

Dimana adalah jumlah volume yang mengalir dan p adalah beda tekanan rata-rata. Karena

alirannya berpulsa dan melibatkan gaya gesek, beda tekanannya tidaklah seragam sepanjang

system vascular dan hal di atas hanyalah perkiraan kasar saja.

Dengan p = 100 mmHg dan = 5,5 liter/menit, maka tenaga keluaran yang

diperlukan adalah ~ 1,5 Watt dalam keadaan beristirahat. Selama melakukan aktivitas keras

akan meningkat menjadi ~ 10 Watt. Jelas bahwa, tenaga yang diperlukan dari jantung adalah

lebih kecil dari kerja metabolism dasar, yang mana dalam keadaan beristirahat ~ 60 Watt.

Kerja dasar ini terutama adalah untuk menjaga temperature tubuh.

30

Tugas Tutorial:

Tekanan darah dan denyut jantung:

1. Sangat dianjurkan untuk mengukur tekanan darah sistolik, diastolic dan jumlah

denyut jantung dalam beberapa kelompok orang.

2. Gambar histogram dari kedua tekanan, beda tekanan dan denyut jantung serta hasil

perkalian beda tekanan dengan jumlah denyut jantung. Diskusikan hasilnya sebagai

latihan di kelas.

3. Ulangi pengukuran setelah orang-orang tersebut melakukan olah raga ringan

(misalnya berjalan naik-turun tangga 10 kali) atau segera setelah seseorang minum

secangkir kopi kental.

Data Hasil PengamatanNo. Sample (keadaan biasa) Systolic Diastolic Jumlah denyut jantung1

2

3

4

5

6

7

No. Sample (setelah olah

raga ringan)

Systolic Diastolic Jumlah denyut jantung

1

2

3

4

5

6

7

No. Sample (setelah minum

secangkir kopi kental)

Systolic Diastolic Jumlah denyut

jantung1

2

3

4

5

6

7

31

V. KARAKTERISTIK TABUNG GEIGERMULLARD

(B. KT)

I. Tujuan

Setelah melaksanakan eksperimen ini, praktikan diharapkan dapat:

(a) Menentukan tegangan threshold tabung Geiger Mullard

(b) Menentukan panjang plateau

(c) Menghitung karakteristik slope

II. Alat-alat

(a) GM – Tube Mulard

(b) Marris Sealed Radioactive Source ( Ra – 226, Cs – 137, Am – 241)

(c) Statif dan Klem

(d) Kabel koaksial dan Soket

(e) Sumber tegangan listrik AC -220 V.

III. Dasar Teori

Tabung- GM adalah tabung lucutan berbentuk silinder tipis yang berfungsi sebagai

katode dengan kawat koaksial sebagai anode. Di dalamnya berisi gas mulia Argon bertekanan

C

B B Plateau Slope

0 A A1 B1

Gambar 5.1 Karakteristik Tabung Geiger Muller.

Tegangan

Keluar

Geigerthreshold

GeigerPlateau

Applied Voltage/V

32

rendah di tambah dengan halogen atau uap organik yang juga bertekanan rendah untuk

menghentikan terjadinya lucutan. Bila kedua elektrodenya diberikan tegangan yang sesuai,

maka masukan partikel α , β, atau foton γ ke dalam tabung menyebabkan terjadinya peristiwa

ionisasi pertama yang menghasilkan pulsa-pulsa tegangan. Pulsa – pulsa tegangan ini dapat

dicatat oleh tabung sinar Katode, Scaler, Elektroskope Pulsa, atau yang lainnya yang

kesemuanya berbeda satu sama lainnya tergantung pada tegangan kedua elektrodenya. Jika

tegangan antara kedua elektrodenya sangat rendah maka arus ionisasi yang dihasilkan sangat

kecil sehingga perlu penguatan yang tinggi; tetapi jika tegangannya dinaikkan maka energi

electron – electron yang dibebaskan dalam ionisasi menjadi cukup besar untuk mengionisasi

atom – atom netral gas.

Elektron – electron yang dihasilkan dalam benturan – benturan ini akan menimbulkan

ionisasi lebih lanjut, dan demikian seterusnya. Proses – proses ini dikenal sebagai penguatan

gas, yang berarti besar pulsa tegangan yang timbul dalam rangkaian luar akan naik dengan

naiknya teganagn kedua elektrodenya. Hal ini ditunjukan oleh AB dalam grafik Gambar 5.1,

dan dikenal sebagai daerah proporsional. Kenaikan tegangan selanjutnya akan menaikkan

penguatan gas/elektron – elektron ionisasi memancar sepanjang kawat anode. Pulsa yang

timbul sekarang hampir horizontal (B – C) disebut Plateau Geiger yang digunakan dalam

penghitungan Geiger Muller. Dengan menaikkan tegangan di atas C menyebabkan lucutan

terus – menerus sehingga tabung menjadi panas. Tabung – GM yang normal beroperasi pada

tegangan kira – kira 75 Volt di atas thresholg Geiger di B, dan besar plateau kira – kira 200

Volt.

Plateau tabung – GM tidak pernah datar, penyimpangan dari keadaan ideal diukur

sebagai persentase kenaikan tegangan pulsa per volt perubahan dalam tegangan operasi.

Untuk tabung yang konstruksinya baik adalah kurang dari 0,1 %.


a. Susunlah perangkat alat seperti Gambar 1.2,

b. Hubungkan Digicounter pada sumber tegangan listrik AC – 220 V, kemudian

MAINS di atur pada ON untuk memanaskan peralatan selama 5 menit.

c. Putarlah tombol tegangan sampai Digicounter menunjukkan hitungan.

d. Catatlah tegangan tersebut, dan catat pula count-rate-nya tiap 100 detik

berurutan, kemudian rata-ratakan.

33

e. Ulangi langkah kerja (d) tiap menaikkan tegangannya 20 V hingga mencapai

threshold (600 V).

f. Ulangi lagi langkah kerja (e) untuk tiap kenaikkan – tegangan 40 V.

Gambar 5.2. Diagram blok percobaan “Karakteristik Tabung Geiger Mullard”.

HENTIKAN PEKERJAAN INI SETELAH TERLIHAT KENAIKKAN

COUNT RATE BESAR SEKALI.

V. Tugas

1. Buat grafik karakteristik tabung Geiger Mullard!

2. Buat kesimpulan terhadap data percobaan yang telah diperoleh!

DATA HASIL PENGAMATAN

Tabel 1. Count rate dengan kenaikan tegangan setiap 20 V.

No. Tegangan (V) Waktu (s) Count Count rate

(cacah/100 s)

1 V1 100

2 V2 = V1 + 20 100

3 V3 = V2 + 20 100

4 .

. .

. Vn = 600 = Vn-1 + 20 100

34

Tabel 2. Count rate dengan kenaikan tegangan setiap 40 V.

No. Tegangan (V) Waktu (s) Count Count rate

(cacah/100 s)

1 V1 100

2 V2 = V1 + 40 100

3 V3 = V2 + 40 100

4 .

. .

. Vn = 600 = Vn-1 + 40 100

35

VI. WAKTU RESOLUSI SISTEM PENCACAH

(B.WR)

I. Tujuan

Setelah melaksanakan eksperimen ini praktikan diharapkan dapat:

(a). Mengenal dead – time sistem pencacah

(b) Mengenal recovery – time sistem pencacah

(c) Menentukan laju cacahan bersih seharusnya

(d) Menentukan rata – rata perbedaan laju cacahan yang tercacah di sistem pencacah.

II. Alat – alat

(a) GM – Tube Mullard

(b) Harris Sealed Radioactive Source

(c) Statif dan Klem

(d) Kabel Koaksial dan Soket

(e) Sumber Tegangan listrik AC – 220 V.

III. Teori Dasar

Ion – ion yang terjadi dalam tabung – GM sebagai akibat partikel radiasi pertama

akan mengurangi kuat medan listrik pada kawat anode. Oleh sebab itu partikel radiasi kedua

yang masuk ke dalam tabung pada saat itu tidak cukup kuat untuk dapat membentuk pulsa.

Selang waktu dimana tidak ada pulsa yang dapat terbentuk (akibat pulsa radiasi pertama),

disebut waktu mati (dead time). Sedangkan selang waktu untuk kembali ke keadaan semula,

yaitu peka lagi untuk dapat terbentuk pulsa yang teramati, Setelah dead time, disebut waktu

pembentukan kembali (recovery time). Akibat adanya dead time dan recovery time, maka

partikel – partikel radiasi yang masuk ke dalam tabung – GM, selama dead time dan recovery

time tidak akan tercatat, sehingga menimbulkan hilangnya cacahan (ada partikel masuk ke

dalam tabung – GM tetapi tidak tercacah). Dead time dan recovery time disebut waktu

resulusi (resolving time). Resolving time dapat diartikan sebagai selang waktu satu cacahan

sampai cacahan berikutnya, yang mungkin teramati.

Jika ion – ion positif sampai pada katode kemungkinan terjadilah peristiwa

terpancarnya foton dari atom – atom gas dalam tabung gas yang dapat bersifat sebagai

pengion juga. Gas quenching yang ada dalam tabung – GM bersama – sama gas mulia

36

berfungsi untuk menghindari terjadinya foton pengion ini. Dengan demikian pulsa yang

terbentuk dan kemudian tercacah semata – mata berawal dari ionisasi primer akibat

datangnya partikel / foton dari luar. Adanya waktu resolusi pad system pencacah bersama

tabung-GM menyebabkan laju cacahan yang diperoleh akan lebih kecil dari laju cacahan

yang seharusnya ada (laju cacahan = cacahan tiap satuan waktu). Untuk mendapatkan laju

cacahan seharusnya perlu ditentukan lebih dahulu resolving time kemudian digunakan untuk

mengoreksi laju cacahan yang terbaca, koreksi ini menjadi penting terutama pada laju

cacahan yang cukup tinggi. Resolving time merupakan karakteristik dari sistem pencacah,

karena makin kecil resolving time sistem pencacah makin baik untuk mencacah pada laju

cacahan yang tinggi.

Gambar 6.1 Hubungan dead time, recovery time dan resolving time.

Misalkan N = laju cacahan yang seharusnya, n = laju cacahan yang tercacah, dan =

resolving time, maka jika sistem pencacah menunjukkan laju cacah sebesar n, berarti per

satuan waktu ada selang waktu sebesar n dimana sistem pencacah tidak dapat mencacah. Hal

ini berarti bahwa yang tidak tercacah adalah Nn cacahan per satuan waktu (laju cacahan tidak

tercacah).

Laju cacahan yang tidak tercacah adalah N – n, jadi N – n = Nn, sehingga laju cacahan

seharusnya adalah:

nnN

1

11 (6.1)

Misalkan sumber S – 1 pada suatu kondisi tertentu dicacah menghasilkan laju cacahan 1n ,

maka laju cacahan seharusnya adalah :

Pulsa - pulsayang tingginyakurang daribatas ambang,tidak akantercacah

RecoverytimePulsa ke-1

Dead timePulsa ke-2yang tercacah

Pulsa yang tak tercacahSelang tak peka

-V

37

11

1 1 nn

N

(6.2)

Misalkan sumber S – 2 ditambahkan di samping sumber S – 1 tanpa mengubah kondisinya

kemudian dicacah menghasilkan laju cacahan 12n , maka laju cacahan seharusnya adalah :

2,12,1

2,1 1 nn

N

(6.3)

Jika kemudian sumber S – 1 diambil dan sumber S – 2 tanpa diubah kondisinya dicacah dan

menghsilkan 2n maka laju cacahan seharusnya adalah:

22

2 1 nn

N

(6.4)

Oleh karena 2112 NNN , dan dengan pendekatan 2 << 1, maka akan diperoleh

21

2,121

2 nnnnn

(6.5)

IV. Cara Kerja

(a). Letakkan Tabung – GM pada statif dengan jendela menghadap ke bawah, Gambar

2.2.

(b). Sebelum Digicounter dihubungkan dengan sumber listrik terlebih dahulu

perhatikan bahwa semua tombol dalam keadaan OF dan posisi tombol tegangan

pada – nol.

(c). Setelah Digicounter dihubungkan dengan sumber listrik aturlah MAINS pada

posisi ON kemudian tunggu 5 menit untuk memanaskan peralatan.

(d). Aturlah waktu cacahan 100 sekon, kemudian cacatlah hasil pengamatannya pada

daftar yang telah disediakan.

(e). Letakkan sumber Cs–137 sebagai sumber S–1 di tempatnya 15 cm vertical di

bawah tabung (yakinkan bahwa jendela tabung tepat 15 cm di atas titik A pada

sumber S – 1) .

(f). Cacahlah sumber S – 1 sebanyak 10 kali dan catatlah hasil pengamatannya pada

daftar yang telah disediakan ( 12n ).

(g). Letakkan sumber Ra – 226 sebagai sumber S-2 di samping sumber S-1, kemudian

cacahlah kedua sumber S – 1 dan S – 2 sebanyak 10 kali dan catatlah hasil

pengamatan pada daftar yang telah disediakan ( 12n ).

38

(h). Ambillah sumber S – 1 dan biarlah sumber S – 2 di tempatnya kemudian

cacahlah 10 kali dan catatlah hasil pengamatanya pada daftar yang telah

disediakan ( 12n ).

(i). Ulangi langkah (e) sampai dengan (h) tetapi dengan jarak tabung – Digicounter 25

cm.

(j). Catatlah nomor dan jenis tabung – GM serta nomor dan jenis Digicounter, catat

pula aktivitas dan jenis sumber S – 1 dan S – 2.

V. Tugas

(a) Isilah kolom cacahan rata-rata pada daftar hasil pengamatan.

(b) Hitunglah resolving time sistem pencacah dari daftar hasil pengamatan dan hitung

pula resolving time rat – rata.

(c) Berapakah laju cacah seharusnya ( 2121 ,, NdanNN ).

(d) Berapakah perbedan persentase rata – rata laju cacah yang tercacah dalam system

pencacah.

Gambar 6.2 Diagram blok percobaan “Waktu Resolusi Sistem Pencacah”.

39

DATA HASIL PENGAMATAN

Yang dicacah( d = 15 cm )

Cacahan perseratus detik Laju cacahan rata-rata

Back Gruond

Sumber S-1

Sumber S-1 + S-2

Sumber S-2

Yang dicacah( d = 25 cm )

Cacahan perseratus detik Laju cacahan rata-rata

Back Gruond

Sumber S-1

Sumber S-1 + S-2

Sumber S-2

40

VII. PROTEKSI RADIASI SINAR – X

(B.PR)

I. Tujuana. Tujuan eksperimen ini adalah untuk mempelajari sifat – sifat interaksi radiasi sinar – X

dengan berbagai material dengan energi ikat yang berbeda dan kemampuan tembus

sinar – X.

b. Menentukan bahan untuk tujuan proteksi

II.Alat-alat

Pembangkit sinar – X 55490/94

Pencacah, Counter P 57545

End – window counter untuk sinar – X 55905

Material absorber dengan ketebalan yang berbeda

Material absober dari material bilangan atomik Z yang berbeda

Pencatatan waktu

Volt meter

III. Dasar Teori3.1. Nilai tebal paro (HVL = Half Value Layer)

Apabila radiasi elektromegnetik seperti sinar–X, sinar-γ menembus suatu bahan, maka

sebagian dari radiasi tersebut diserap oleh bahan. Sebagai akibat intensitas radiasi setelah

melewati bahan berkurang, tetapi energi dari radiasi yang lewat tersebut tidak berkurang. Ini

menandakan adanya interaksi antara bahan dan radiasi. Interaksi radiasi dengan bahan secara

kasar digambarkan dalam bentuk absorbsi radiasi oleh suatu bahan.

Secara teoritis absorbsi radiasi oleh bahan digambarkan oleh persamaan:

I = Io e –μd (7.1)

Dengan Io adalah intensitas radiasi yang datang; I adalah itensitas radiasi setelah melewati

material dengan ketebalan d dan μ adalah koefisien absorsi linier bahan. Nilai μ adalah

tergantung pada nomor atom penyusun bahan dan energi radiasi. Karena laju cacahan adalah

41

berbanding lurus dengan intensitas radiasi maka persamaan di atas dapat digunakan untuk

mencari besar koefisien absorsi linier suatu material.

I

I0

Gambar 7.1. Penurunan intensitas radiasi oleh bahan dengan ketebalan d.

Jika intensitas radiasi setelah melewati material dengan ketebalan tertentu misalnya D adalah

setengah dari intensitas radiasi yang datang, maka ketebalan D disebut dengan “nilai tebal

paro” (HVL = Half Value Layer) = D. Secara matematis dengan menggunakan pers. (7.1)

tebal paro dapat diungkapkan sebagai

693,0)( HVLD (7.2)

Konsep ini sangat penting dalam pembicaraan proteksi radiasi. Persamaan 7.2 sangat

berguna untuk menghitung dengan cepat tebal lapisan pelindung radiasi yang diperlukan

untuk mengurangi inetsitas radiasi hingga pada level tertentu. Misalnya untuk mengurangi

intensitas setengah dari intensitas semula diperlukan lapisan pelindung setebal HVL, untuk

mengurangi intensitas radiasi sampai pada seperdelapan dari semula diperlukan lapisan

pelindung setebal 3 HVL. Dengan nilai tebal paro ini besar intensitas radiasi seletah melewati

material pada ketebalan tertentu, d dapat dihitung dengan persamaan:

I = I0n

21 (7.3)

Dengan n = d / HVL

Sering juga digunakan nilai tebal sepersepuluh (TVL = Tenth Value Layer), yaitu

lapisan tebal pelindung yang diperlukan untuk menurunkan intensitas radiasi menjadi 1/10

dari semula. Dalam hal ini berlaku hubungan,

42

THL =303,2

THL (7.4)

Dan

I = I0m

101 (7.5)

Dengan m = d / THL


Rangkailah peralatan seperti Gambar 7.2.

(a)

(b)

Gambar 7.2 Setup to record the breaking spectrum as a function of high voltage.

43

4.1. Absorpsi Sinar-X oleh beberapa ketebalan material

1. Terlebih dahulu tempatkan material absorber (aluminium) dengan ketebalan yang

berbeda pada pemegang sampel G dan kemudian masukkan pada lubang yang

berhubungan dengan pengaruhnya (berada pada bagian belakang) peralatan I pada

posisi 0 mm.

2. Arahkan salah satu material absorber ke arah datangnya sinar – X (A) (kolimator)

dengan memutar pengarah yang berada pada bagian belakang peralatan sinar – X.

3. Operasikan peralatan sinar – X dengan membawa tombol (c) ke posisi O. Pilih tinggi

tegangan UA (h) pada level 2, dan arus Iem (i) pada 0,05 mA.

4. Hidupkan alat pencacah dengan menekan tombol pada posisi ON. Baca besar tegangan,

pada voltmeter, yang memberikan besar tegangan UA = 310.2 . V

5. Baca cacahan per menit, kemudian ulangi lagi untuk ketebalan yang berbeda. Catatlah

hasilnya dalam bentuk tabel sperti dibawah ini.

Tabel, d (mm) Cacahan/menit0.51.01.52.02.53.0

V. Tugas

1. Buatlah grafik (kurva) hubungan antara ketebalan dengan jumlah cacahan per menitnya!

2. Lakukankah langkah – langkah di atas untuk level 4, 5 dan 8!

3. Tentukanlah koefisien absorsi untuk setiap level dan hitunglah HVL dan THL untuk

setiap level!

4. Lakukan analisis terhadap hasil eksperimen di atas!

5. Kesimpulan apa yang saudara dapatkan dari eksperimen ini?

44

4.2.Absorbsi sinar – X oleh berbagai macam absorber (material dengan bilangan

atomik Z berbeda)

Radiasi sinar – X (adalah radiasi gelombang elektromegnetik) akan mengalami

pelemahan di dalam material karena adanya berbagai mekanisme hamburan:

Hamburan klasik (kuantum radiasi berubah arah tanpa memberikan energi pada

material yang diradiasi).

Hamburan Compton (ini terjadi bila foton berinteraksi dengan elektron di dalam atom,

dimana terjadi pergerakan elektron dengan energi tertentu dan disertai oleh foton lain

dengan energi kinetik tertentu yang lebih rendah dari foton datang. Foton ini

berhamburan dengan sudut tertentu terhadap arah foton datang. Kemungkinan

terjadinya hamburan Compton berkurang bila Z bertambah dan energi foton datang

bertambah).

Efek Fotolistrik (ini terjadi karena interaksi antara radiasi elektromagnetik / foton

dengan elektron – elektron di dalam material. Pada peristiwa ini energi kuantum

radiasi secara parsial digunakan untuk melepaskan elektron ke luar dari kulit / orbital

atomik selama absorbsi. Elektron – elektron yang terlepas mengambil sebagaian atau

seluruhnya energi radiasi sebagai energi kinetik. Kemungkinan terjadinya efek

fotolistrik berkurang bila energi foton datang bertambah, tetapi penurunannya lebih

cepat dari penurunan pada hamburan Compton).

Produksi Pasangan (ini terjadi karena interaksi foton dengan medan listrik dalam inti

atom berat dimana foton datang berenergi > ~ 1,20 MeV. Dalam hal ini foron akan

lenyap dan timbul pasangan elektron dan positron. Produksi pasangan akan meningkat

dengan meningkatnya energi radiasi yang datang. Proses ini juga sebanding dengan Z2

dari absorber.

Kapasitas absorbsi suatu material adalah digambarkan oleh koefisien absorsi μm, yang

adalah tergantung pada bilangan atomik Z material dan panjang gelombang radiasi. Secara

matematis diungkapkan oleh persamaan:

μm = kλ3Z4 (5.6)

Dengan k adalah nilai pembanding. Persamaan ini tidak berperan jika radiasi menedekati

energi ikat elektron material. Jika energi radiasi sedikit lebih kecil dari pada energi ikat

elektron maka kapasitas absorsi bertambah secara cepat.

45

Pelaksanaan Percobaan

1. Rangkailah peralatan seperti Gambar 5.2.

2. Terlebih dahulu tempatkan material absorber (dengan beberapa jenis material dengan

ketebalan yang sama d = 0.5 mm dengan bilangan atomik yang berbeda: Aluminium (Z

= 13); Iron (Z = 26); Copper (Z = 29); Zicronium (Z = 40); Silver (Z = 47) pada

pemegang sampel G dan kemudian masukkan pada lubang yang berhubungan dengan

pengarahnya (berada pada bagian belakang) peralatan sinar – X. Tempatkan posisi

salah satu absorber tepat tegak lurus dengan kolimator dan sesuai dengan jarum

penunjuk bahan (i).

3. Arahkan salah satu material absorber ke arah datangnya sinar – X (A) (kolimator)

dengan memutar pengarah yang berada pada bagian belakang peralatan sinar – X.

4. Operasikan peralatan sinar – X dengan membawa tombol (c) ke posisi ON.

5. Pilih tinggi tegangan UA (h) pada level 4, dan arus Iem (i) pada 0,05 mA.

6. Hidupkan alat pencacah dengan menekan tombol pada posisi ON

7. Baca cacahan per menit, kemudian ulanginya lagi untuk bahan – bahan yang berbeda

(dengan nomor atom bahan yang berbeda. Catatlah hasilnya dalam bentuk tebel seperti

di bawah ini:

Meteraial Bilangan Atomik, Z Cacahan /menit

Tugas:

1. Buatlah grafik nomor atomik terhadap cacahan per menitnya!

2. Lakukan analisis terhadap hasil eksperimen!

3. Kesimpulan apa yang saudara dapatkan dari eksperimen ini?

46

LAPORAN PRAKTIKUM

Dengan menggunakan data hasil pengamatan, setiap mahasiswa harus

membuat,”Laporan Praktikum”, dengan Format sebagai berikut:

Halaman Depan

Judul Percobaan

Logo UNUD

Nama :

NIM :

Tanggal :

Kelompok :

Nama Anggota :

Jurusan/Program Studi

Fakultas

Bagian Utama

I. Tujuan dan objek percobaan: uraikan secara singkat objek dan

tujuan percobaan

II. Dasar Teori: uraian singkat teori yang relevan dengan percobaan

III. Peralatan Dan Bahan Yang Digunakan

IV. Hasil Pengamatan/Percobaan:

DATA; Tabulasi Data

V. Analisa Data dan Pembahasan

Analisa Data

- Grafik

- Perhitungan

- Kesalahan

Pembahasan/Diskusi

VI. Kesimpulan

47

Daftar Pustaka.

NOTE: Pada bagian lampiran memuat laporan hasil pengamatan yang telah

disahkan oleh pembimbing praktikum.

Laporan praktikum hendaknya:

a. Disusun dengan kalimat yang singkat dan jelas.

b. Diketik di atas kertas A4 dengan jarak 1, 5 spasi.

c. Diserahkan paling lambat satu minggu setelah praktikum dilaksanakan. Apabila

percobaan dilanjutkan/diperbaiki atau diulang maka laporan paling lambat sudah

diserahkan paling lambat satu minggu setelah percobaan dilanjutkan/diperbaiki atau

diulang dilaksanakan.

d. Tidak menulis proses perhitungan yang berulang-ulang, tetapi menuliskan perhitungan

berikunya dalam bentuk tabel.

Daftar Pustaka:

1. Physics Experiments, Volume 3, Optics, Atomic and Nuclear Physics, Solid-state Physics.

Leybold-Heraeus GMBH, Germany. 1986.

BIOFISIKA - Universitas Udayana · 2017. 6. 4. · Mengumpulkan nilai pelaksanaan dan laporan...

Documents

Transcript of BIOFISIKA - Universitas Udayana · 2017. 6. 4. · Mengumpulkan nilai pelaksanaan dan laporan...