1

KIMIA ANALISIS KUANTITATIF

PENDAHULUAN

• KIMIA ANALITIK : berhubungan dengan teori dan praktek dari metode-metode yang dipakai untuk menetapkan komposisi bahan. Dalam pengembangan metode analisis, dukungan bidang ilmu lain seperti fisika, biologi dan komputer diperlukan.

• ANALISIS KUALITATIF : berkaitan dengan identifikasi zat-zat kimia (unsur atau senyawa) yang terkandung dalam sampel.

• ANALISIS KUANTITATIF : berkaitan dengan penetapan berapa banyak suatu zat tertentu terkandung dalam sampel. Zat yang ditetapkan tersebut sering disebut sebagai analit atau konstituen. Jika analit tersebut menyusun lebih dari 1% dari sampel dapat dianggap sebagai konstituen utama. Bila jumlah analit sekitar 0,01% - 1% dikategorikan sebagai analit minor, dan bila kurang dari 0,01% disebut sebagai konstituen perunut (trace).

• Analisis kuantitatif juga biasa diklasifikasikan berdasarkan ukuran sampel. Jika sampel lebih besar dari 0,1 g, diklasifikasikan sebagai analisis makro, sampel antara 10 – 100 mg disebut analisis semimikro, sementara analisis mikro untuk sampel dengan ukuran antara 1 – 10 mg; dan ultra mikro melingkupi sampel dalam orde mikrogram ( 1 μ = 10 -6 g)

2

METODOLOGI KIMIA ANALITIK

•Suatu analisis yang lengkap terdiri dari lima tahap utama yaitu :

1.Pencuplikan sampel : yaitu pemilihan bagian sampel yang representatif

2.Pelarutan sampel

3.Konversi analit menjadi suatu bentuk yang dapat diukur

4.Pengukuran

5.Perhitungan dan penafsiran dari hasil pengukuran tersebut.

Disamping lima tahapan ini, ada beberapa tahapan lain yang mungkin dibutuhkan, misal pengeringan sampel dan pengkuran berat atau penimbangan yang akurat dari sampel atau pengukuran volume (bila sampel berupa gas). Hal ini mutlak diperlukan karena hasil kuantitatif biasanya dilaporkan dalam satuan relatif, misalnya jumlah gram analit per 100 g sampel (persen berat).

3

PENCUPLIKAN SAMPEL

• Tahapan ini dilakukan untuk memperoleh suatu sampel yang mewakili semua komponen. Proses ini umumnya melibatkan aplikasi statistik dalam arti bahwa kita akan menarik kesimpulan mengenai susunan sampel ruahan dari analisis terhadap bagian yang sangat kecil dari bahan tersebut.

• Tahapan untuk zat padat, untuk ini kita ambil contoh kasus batubara :

1. Memilih seporsi besar batubara, diperoleh sampel kasar (gross). Ukuran sampel yang diperlukan bergantung pada faktor-faktor seperti ukuran partikel dan homogenitas partikel. Dalam kasus batubara sampel kasar harus sekitar 1000 lb, jika partikel tidak lebih dari sekitar 1 inci panjang, lebar ataupun tingginya. Pengambilan sampel dapat dilakukan dengan mencomot secara berulang dari conveyor belt yang berputar. Atau, jika batubara itu disekop dari truk, tiap sekopan ke 50 dapat disisihkan sebagai sampel.

2. Sampel kasar ini kemudian ditumbuk secara sistematis dan ukurannya dikurangi. Pengurangan sampel dilakukan dengan menimbun sampel sampai membentuk kerucut, kemudian kerucut dipadatkan dan dibagi menjadi 4 bagian yang sama besar dan 2 bagian dibuang.

4

Pencuplikan sampel, continue

• Pengurangan sampel bisa juga dilakukan dengan menggunakan piranti mekanis yang disebut pengocok (riffle). Alat ini terdiri dari barisan talang kecil melandai yang diatur sedemikian rupa sehingga setiap talang secara selang-seling membuang sampel dalam arah berlawanan. Dengan cara ini sampel akan terbagi dua.

CAIRAN

• Untuk sampel yang mengalir dalam sistem pipa, diambil dari titik-titik yang berlainan dalam sistem itu.

• Dalam suatu danau atau sungai, sampel diambil pada lokasi yang berlainan dan pada kedalaman yang berbeda-beda.

• Dalam menguji pemurnian alamiah dari suatu sungai yang tercemar, sampel diambil disejumlah tempat ke arah hilir dari tempat pembuangan limbah.

• Untuk pengambilan sampel pada variasi kedalaman digunakan “grab sampler”

5

Pencuplikan sampel bentuk Gas

• Dalam mengumpulkan suatu sampel udara untuk analisis, maka volume yang diambil, laju serta lamanya pencuplikan merupakan faktor-faktor penting.

• Biasanya udara dialirkan lewat sederetan penyaring halus untuk memisahkan materi butiran, dan dilewatkan ke dalam kolom larutan sehingga terjadi suatu reaksi kimia yang dapat memerangkap komponen yang diinginkan.

6

MELARUTKAN SAMPEL

• Secara umum bahan-bahan yang terdapat di alam, seperti bijih dan produk-produk logam, harus diolah secara khusus agar dapat dilarutkan. Ada dua metode spesifik yang paling lazim digunakan yakni (1) pengolahan dengan asam klorida, nitrat, sulfat atau perklorat, dan (2) pelelehan bersama suatu fluks asam atau basa, diikuti pengolahan dengan air atau suatu asam.

• Kerja asam selaku pelarut bergantung pada beberapa faktor :

1. Reduksi ion hidrogen oleh logam lebih aktif daripada hidrogen, misalnya: Zn(s) + 2H+ ------------ Zn2+ + H2 (g)

2. Bereaksinya ion hidrogen dengan anion asam lemah, misalnya CaCo3 (s) + 2 H+ ------------ Ca2+ + H2O + CO2 (g)

3. Sifat oksidasi dari anion asam, misalnya

3Cu (s) + 2NO3- + 8H+ ------------ 3Cu + 2NO (g) + 4H2O

7

Melarutkan sampel (continue)

4. Kecenderungan anion asam itu untuk membentuk kompleks yang dapat larut dengan kation zat yang dilarutkan, misalnya

Fe3+ + Cl- --------------- FeCl2+

Asam klorida dan nitrat merupakan asam paling lazim digunakan untuk melarutkan sampel. Ion klorida memiliki kecenderungan kuat membentuk komplek yang larut dengan banyak unsur. Sementara ion nitrat merupakan pengoksidasi yang kuat. Campuran kedua asam ini (aqua regia) merupakan pelarut yang sangat ampuh.

Kebanyakan zat yang tahan terhadap serangan air atau asam akan lebih larut setelah dilelehkan dengan suatu fluks yang tepat. Fluks basa seperti natrium karbonat digunakan untuk menyerang bahan asam seperti silikat. Fluks asam seperti kalium hidrogen sulfat digunakan untuk bahan basa seperti bijih besi. Fluks juga bisa menggunakan zat pengoksidasi atau pereduksi seperti natrium peroksida.

8

MENGUBAH ANALIT MENJADI BENTUK DAPAT DIUKUR

• Sebelum melakukan pengukuran biasanya analis harus memecahkan masalah “gangguan”. Misalnya, dalam penetapan tembaga dari suatu sampel dengan penambahan kalium iodida dan menitrasi iodin yang dibebaskan dengan natrium tiosulfat. Jika larutan juga mengandung ion besi (III), maka ion yang juga akan mengoksidasi iodida menjadi iodin ini harus terlebih dahulu dihilangkan. Hal ini bisa dilakukan dengan menambahkan natrium flourida ke dalam larutan sehingga besi (III) akan diubah menjadi kompleks FeF6 3- yang stabil.

• Cara lain adalah dengan pemisahan secara fisika. Misalnya dalam penentuan kadar magnesium dalam sampel yang juga mengandung ion besi (III) dan magnesiumnya akan diendapkan sebagai bentuk oksalat. Untuk ini terlebih dahulu kita harus mengendapkan besi (III) sebagai hidroksida dengan penambahan amonia pada pH sekitar 6,5, dimana pada pH ini magnesium tidak akan mengendap.

• Cara pengendapan ini paling umum digunakan dalam analisis gravimetri, misal dalam penentuan klorida, dimana unsur ini diendapkan sebagai perak klorida kemudian disaring dan dikeringkan dan ditimbang.

9

PENGUKURAN

• Pengukuran dapat dilakukan dengan cara kimia, fisika atau biologi.

• Teknik pengukuran yang digunakan dapat dikelompokan menjadi metode titrimetri, gravimetri, dan instrumental.

PERHITUNGAN DAN PENAFSIRAN PENGUKURAN

• Tahap terakhir dalam suatu analisis adalah perhitungan persentase analit dalam sampel. Metode titrimetri dan gravimetri, misalnya, didasarkan pada hubungan stoikiometri sederhana dari reaksi kimia. Dalam spektrofotometri absorbansi, sifat yang diukur berbanding lurus dengan konsentrasi analit dalam larutan.

• Dalam penafsiran hasil pengukuran harus dipertimbangkan adanya kesalahan atau galat.

10

GALAT DAN PENGOLAHAN DATA ANALITIK

• Galat adalah perbedaan numerik antara nilai yang dihitung dengan nilai sebenarnya. Nilai sebenarnya dari suatu kuantitas adalah sesuatu yang kita tidak pernah tahu secara pasti.

• Galat pasti atau galat sistematis adalah galat yang berasal dari penyebab yang pasti sepeti instrumen yang tidak dikalibrasi secara benar, pengotor dalam tabung reaksi, reaksi samping dalam titrasi, dan pemanasan sampel dalam suhu yang terlalu tinggi. Galat pasti tidak memiliki arah terhadap nilai sebenarnya dan biasanya terjadi berulang kali.

• Galat pasti diklasifikasikan ke dalam galat metodik, operatif, dan instrumental. Galat metodik berhubungan dengan metode analisis yang digunakan. Galat operatif berkaitan dengan batas kemampuan manusia sebagai pelaku eksperimen, sementara galat instrumen berhubungan dengan batas kemampuan dari instrumen yang digunakan.

• Pada umumnya sumber galat berasal lebih dari satu kategori, misalnya galat akan selalu terjadi pada penimbangan bahan yang higroskopik, bila pelaku penimbangan juga memiliki teknik penimbangan yang jelek maka galat akan bertambah.

11

GALAT, CONTINUE

• Galat konstan, galat pasti dapat pula digolongkan sebagai galat konstan. Galat konstan tidak tergantung pada besarnya kuantitas yang diukur dan akan menjadi kurang signifikan apabila kuantitas bertambah. Sebagai contoh bila nilai akhir galat konstan adalah 0,10 ml pada suatu rangkaian titrasi, hal ini menunjukkan galat relatif sebesar 1% untuk contoh yang membutuhkan 10 ml titran, namun hanya 0,2% bila titran yang dibutuhkan sebesar 50 ml.

• Galat proporsional, galat ini terjadi bila suatu substansi yang mengganggu ada dalam sampel. Misalnya dalam penentuan iodometrik untuk suatu oksida seperti klorat, unsur oksidasi lain seperti bromat dapat menghasilkan nilai yang lebih tinggi bila kehadiannya tidak diperhitungkan. Dengan mengambil sampel yang lebih besar, galat total akan bertambah, namun galat relatif tetap konstan apabila dihasilkan dari sampel yang homogen.

• Galat tidak pasti, merupakan keterbatasan final dan tidak dapat dihindrkan jika pengukuran dilakukan oleh manusia, namun penyebab pastinya tidak dapat ditentukan. Galat ini mengarah ke hasil lebih tinggi atau lebih rendah dengan probabilitas yang sama. Galat ini bisa dikurangi dengan cara pengulangan pengukuran.