Universitas Muhammadiyah JakatartaFakultas Teknik Kimia
Januari 2010
Laporan Praktikum Teknik Kimia 1Analisa Mangan secara Spektrofotometri dengan Metode Persulfat
Disusun oleh :
Akhmad Kautsar
Helmi Testi
Judul
Analisa Mangan (Mn) secara Spektrofotometri dengan metode Persulfat
Prinsip Percobaan
Senyawa mangan terlarut dioksidasi oleh persulfat dan dengan adanya perak nitrat
membentuk permanganat. Apabila ada persulfat berlebih dan tidak ada zat organic,
maka warna yang dihasilkan akan atabil dalam waktu tidak lebih dari 24 jam.
Maksud dan Tujuan
- Praktikan memahami dan mengoperasikan spektrofotometer,
- Menghitung kadar mangan (Mn).
Reaksi
2 Mn2+ + 5 S2O82- + 8 H2O 2 MnO4
- + 10 SO42- + 16 H+
Teori
1. Mangan (Mn)
a. Sejarah
Pertama kali dikenali oleh Scheele, Bergman dan ahli lainnya sebagai unsur dan diisolasi oleh Gahn pada tahun 1774, dengan mereduksi mangan dioksida dengan karbon.
b. Sumber
Mineral mangan tersebar secara luas dalam banyak bentuk; oksida, silikat, karbonat adalah senyawa yang paling umum. Penemuan sejumlah besar
senyawa mangan di dasar lautan merupakan sumber mangan dengan kandungan 24%, bersamaan dengan unsur lainnya dengan kandungan yang lebih sedikit.
Kebanyakan senyawa mangan saat ini ditemukan di Rusia, Brazil, Australia, Afrika Selatan, Gabon, dan India. Irolusi dan rhodokhrosit adalah mineral mangan yang paling banyak dijumpai. Logam ,mangan diperoleh dengan mereduksi oksida mangan dengan natrium, magnesium, aluminum atau dengan proses elektrolisis.
c. Sifat-sifat
Mangan berwarna putih keabu-abuan, dengan sifat yang keras tapi rapuh. Mangan sangat reaktif secara kimiawi, dan terurai dengan air dingin perlahan-lahan. Mangan digunakan untuk membentuk banyak alloy yang penting. Dalam baja, mangan meningkatkan kualitas tempaan baik dari segi kekuatan, kekerasan,dan kemampuan pengerasan.
Dengan aluminum dan bismut, khususnya dengan sejumlah kecil tembaga, membentuk alloy yang bersifat ferromagnetik.
Logam mangan bersifat ferromagnetik setelah diberi perlakuan. Logam murninya terdapat sebagai bentuk allotropik dengan empat jenis. Salah satunya, jenis alfa, stabil pada suhu luar biasa tinggi; sedangkan mangan jenis gamma, yang berubah menjadi alfa pada suhu tinggi, dikatakan fleksibel, mudah dipotong dan ditempa.
d. Kegunaan
Mangan dioksida (sebagai pirolusit) digunakan sebagai depolariser dan sel kering baterai dan untuk menghilangkan warna hijau pada gelas yang disebabkan oleh pengotor besi. Mangan sendiri memberi warna lembayung pada kaca. Dioksidanya berguna untuk pembuatan oksigen dan khlorin, dan dalam pengeringan cat hitam. Senyawa permanganat adalah oksidator yang kuat dan digunakan dalam analisis kuantitatif dan dalam pengobatan.
Mangan juga banyak tersebar dalam tubuh. Mangan merupakan unsur yang penting untuk penggunaan vitamin B1.
e. Penanganan
Terpapar dengan debu mangan, uap dan senyawanya tidak boleh melebihi angka 5 ppm bahkan untuk periode yang sangat pendek karena tingkat toksisitas unsurnya.
2. Spektrofotometri
Spektrofotometri merupakan suatu metoda analisa yang didasarkan pada
pengukuran serapan sinar monokromatis oleh suatu lajur larutan berwarna pada
panjang gelombamg spesifik dengan menggunakan monokromator prisma atau kisi
difraksi dengan detektor fototube.
Spektrofotometri dapat dianggap sebagai perluasan suatu pemeriksaan visual
dengan studi yang lebih mendalam dari absorbsi energi. Absorbsi radiasi oleh suatu
sampel diukur pada berbagai panjang gelombangdan dialirkan oleh suatu perkam
untuk menghasilkan spektrum tertentu yang khas untuk komponen yang berbeda.
a. Pemilihan panjang gelombang
Pelbagai satuan digunakan untuk panjang gelombang, bergantung pada daerah
spektrum, untuk radiasi UV dan tampak digunakan satuan dan
nanometer dengan meluas. Sedangkan mikrometer merupakan satuan yang
lazim untuk daerah inframerah. Satu mikrometer, µm, didefinisikan sebagai m
dan satu nanometer, nm, m atau cm. Satu satuan adalah
atau cm. Jadi 1 nm = 10 .
Gambar 4. Spektrum elektromagnetik
Benda bercahaya seperti matahari atau bohlam listrik memancarkan spektrum
yang lebar terdiri atas panjang gelombang. Panjang gelombang yang dikaitkan
dengan cahaya tampak itu mampu mempengaruhi selaput pelangi mata manusia
dan karenanya menimbulkan kesan subyektif akan ketampakan (vision). Namun,
banyak radiasi yang dipancarkan oleh benda panas terletak di luar daerah di
mana mata itu peka, mengenai daerah UV dan inframerah dari spektrum yang
terletak di kiri dan kanan daerah tampak. Dalam analisis secara spektrofotometri
terdapat tiga daerah panjang gelombang elektromagnetik yang digunakan, yaitu:
- Daerah UV ; = 200 – 380 nm
- Daerah visible (tampak); = 380 – 700 nm
- Daerah inframerah (IR); = 700 – 0,3
Manusia dengan ketampakan warna yang normal, dapat mengkorelasikan
panjang gelombang cahaya yang mengenai mata dengan indera subjektif
mengenai warna, dan memang warna kadang-kadang digunakan agar tidak
repot untuk menandai porsi-porsi spektrum tertentu, seperti dipaparkan dalam
klasifikasi kasar dalam tabel 4 di bawah ini.
Tabel 4. Spektrum Tampak dan Warna-warna Komplementer
Panjang gelombang
(nm)
Warna Warna
Komplementer
400 – 435 Lembayung (violet) Kuning-hijau
435 – 480 Biru Kuning
480 – 490 Hijau-biru Jingga
490 – 500 Biru-hijau Merah
500 – 560 Hijau Ungu (purple)
560 – 580 Kuning-hijau Lembayung
(violet)
580 – 595 Kuning Biru
595 – 610 Jingga Hijau-biru
610 – 750 Merah Biru-hijau
Tabel 5. Spektrum cahaya tampak (visible)
Warna Interval Interval
Red 625 to 740 nm 480 to 405 THz
Orange 590 to 625 nm 510 to 480 THz
Yellow 565 to 590 nm 530 to 510 THz
Green 520 to 565 nm 580 to 530 THz
Cyan 500 to 520 nm 600 to 580 THz
Blue 430 to 500 nm 700 to 600 THz
Violet 380 to 430 nm 790 to 700 THz
b. Aspek Kuantitatif Absorbsi
Spektra serapan dapat diperoleh dengan menggunakan sampel dalam pelbagai
bentuk gas, lapisan tipis cairan, larutan dalam pelbagai pelarut, dan bahkan zat
padat. Kebanyakan analitis melibatkan larutan, dengan cara mengembangkan
pemerian kuantitatif dari hubungan antara konsentrasi suatu larutan dan
kemampuannya menyerap radiasi.
Prinsip kerja spektrofotometri berdasarkan hukum Lambert Beer, bila cahaya
monokromatik (Io) melalui suatu media (larutan), maka sebagian cahaya tersebut
diserap (Ia), sebagian dipantulkan (Ir), dan sebagian lagi dipancarkan (It). Ilustrasi
jalannya sinar pada spektrofotometer dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 5. Ilustrasi jalannya sinar spektrofotometri
Keterangan gambar:
Besarnya Ia oleh media tergantung pada kepekatan dan jenis media serta panjang
media yang dilalui. Biasanya panjang media sudah tetap dalam suatu alat.
Persamaan hukum Lambert Beer adalah:
Transmitans adalah perbandingan intensitas cahaya yang ditransmisikan ketika
melewati sampel (It) dengan intensitas cahaya mula-mula sebelum melewati
sampel (Io). adalah absorpsifitas molar atau koefisien molar ”extinction”, nilainya
dipengaruhi oleh sifat-sifat khas dari materi yang diradiasi. Jika konsentrasi dalam
satuan gram/liter maka dapat diganti dengan a disebut sebagai ”absorpsivitas
spesifik”. Jadi, . Persyaratan hukum Lambert Beer, antara lain:
1) Radiasi yang digunakan harus monokromatik,
2) Energi radiasi yang diabsorpsi oleh sampel tidak menimbulkan reaksi kimia,
jadi proses yang terjadi benar-benar absorpsi,
3) Sampel (larutan) yang mengabsorpsi harus homogen,
4) Tidak terjadi fluoresensi atau phosporesensi, dan
5) Indeks refraksi tidak berpengaruh terhadap konsentrasi, jadi larutan tidak
pekat (harus encer).
3. Spektrofotometer UV - Vis
Spektrofotometer adalah alat untuk mengukur transmitan atau absorban suatu
sampel sebagai fungsi panjang gelombang. Spektrofotometer merupakan gabungan
dari alat optik dan elektronika serta sifat-sifat kimia fisiknya dimana detektor yang
digunakan secara langsung dapat mengukur intensitas dari cahaya yang dipancarkan
(It) dan secara tidak lansung cahaya yang diabsorbsi (Ia), jadi tergantung pada
spektrum elektromagnetik yang diabsorb oleh benda. Tiap media akan menyerap
cahaya pada panjang gelombang tertentu tergantung pada senyawaan atau warna
terbentuk.
Secara garis besar spektrofotometer terdiri dari 4 bagian penting yaitu :
a. Sumber Cahaya
Sebagai sumber cahaya pada spektrofotometer, haruslah memiliki pancaran
radiasi yang stabil dan intensitasnya tinggi. Sumber energi cahaya yang biasa
untuk daerah tampak, ultraviolet dekat, dan inframerah dekat adalah sebuah
lampu pijar dengan kawat rambut terbuat dari wolfram (tungsten). Lampu ini mirip
dengan bola lampu pijar biasa, daerah panjang gelombang () adalah 350 – 2200
nanometer (nm).
Gambar 1. Lampu wolfram
Di bawah kira-kira 350 nm, keluaran lampu wolfram itu tidak memadai untuk
spektrofotometer dan harus digunakan sumber yang berbeda. Paling lazim adalah
lampu tabung tidak bermuatan (discas) hidrogen (atau deuterium) 175 ke 375
atau 400 nm. Lampu hidrogen atau lampu deuterium digunakan untuk sumber
pada daerah ultraviolet (UV).
Gambar 2. Lampu deuterium
Kebaikan lampu wolfarm adalah energi radiasi yang dibebaskan tidak bervariasi
pada berbagai panjang gelombang. Sumber cahaya untuk spektrofotometer
inframerah, sekitar 2 ke 15 m menggunakan pemijar Nernst (Nernst glower).
b. Monokromator
Monokromator adalah alat yang berfungsi untuk menguraikan cahaya
polikromatis menjadi beberapa komponen panjang gelombang tertentu
(monokromatis) yang bebeda (terdispersi). Ada 2 macam monokromator yaitu :
1) Prisma
2) Grating (kisi difraksi)
Keuntungan menggunakan kisi difraksi :
- Dispersi sinar merata
- Dispersi lebih baik dengan ukuran pendispersi yang sama
- Dapat digunakan dalam seluruh jangkauan spectrum
Cahaya monokromatis ini dapat dipilih panjang gelombang tertentu yang sesuai
untuk kemudian dilewatkan melalui celah sempit yang disebut slit. Ketelitian dari
monokromator dipengaruhi juga oleh lebar celah (slit width) yang dipakai.
c. Cuvet
Cuvet spektrofotometer adalah suatu alat yang digunakan sebagai tempat
contoh atau cuplikan yang akan dianalisis. Cuvet harus memenuhi syarat- syarat
sebagai berikut :
1) Tidak berwarna sehingga dapat mentransmisikan semua cahaya.
2) Permukaannya secara optis harus benar- benar sejajar.
3) Harus tahan (tidak bereaksi) terhadap bahan- bahan kimia.
4) Tidak boleh rapuh.
5) Mempunyai bentuk (design) yang sederhana.
Cuvet biasanya terbuat dari kwars, plexigalass, kaca, plastic dengan bentuk
tabung empat persegi panjang 1 x 1 cm dan tinggi 5 cm. Pada pengukuran di
daerah UV dipakai cuvet kwarsa atau plexiglass, sedangkan cuvet dari kaca
tidak dapat dipakai sebab kaca mengabsorbsi sinar UV. Semua macam cuvet
dapat dipakai untuk pengukuran di daerah sinar tampak (visible).
d. Detektor
Peranan detektor penerima adalah memberikan respon terhadap cahaya pada
berbagai panjang gelombang. Detektor akan mengubah cahaya menjadi sinyal
listrik yang selanjutnya akan ditampilkan oleh penampil data dalam bentuk jarum
penunjuk atau angka digital.
Syarat-syarat ideal sebuah detektor :
1) Kepekan yang tinggi
2) Perbandingan isyarat atau signal dengan bising tinggi
3) Respon konstan pada berbagai panjang gelombang.
4) Waktu respon cepat dan signal minimum tanpa radiasi.
5) Signal listrik yang dihasilkan harus sebanding dengan tenaga radiasi.
Sebagai detektor untuk Spektrofotometer UV - Vis biasanya digunakan :
1) Photo tube
2) Barrier Layer Cell
3) Photo Multiplier Tube
Arus listrik yang dihasilkan oleh detektor kemudian diperkuat dengan amplifier dan akhirnya diukur oleh indikator biasanya berupa recorder analog atau komputer.
4. Jenis Spektrofotometer
Berdasarkan sistem optiknya terdapat 2 jenis spektrofotometer.
a. Spektrofotometer single beam (berkas tunggal)
Pada spektrofotometer ini hanya terdapat satu berkas sinar yang dilewatkan
melalui cuvet. Blanko, larutan standar dan contoh diperiksa secara bergantian.
b. Spektrofotometer double beam (berkas ganda)
Pada alat ini sinar dari sumber cahaya dibagi menjadi 2 berkas oleh cermin yang
berputar (chopper).
- Berkas pertama melalui cuvet berisi blanko
- Berkas kedua melalui cuvet berisi satndar atau contoh
Blanko dan contoh diperiksa secara bersamaan seperti terlihat pada gambar.
Blanko berguna untuk menstabilkan absorbsi akibat perubahan voltase atau Io
dari sumber cahaya. Dengan adanya blanko dalam alat kita tidak lagi mengontrol
titik nolnya pada waktu-waktu tertentu, hal ini berbeda jika pada single beam.
Alat dan Bahan
1. Alat
- Spektrofotometer UV – Visible
- Neraca analitik dan teknik
- Pemanas
- Tabung Nessler 100 ml
- Labu ukur 1000, 100, 50 ml
- Labu erlemeyer 150 atau 250 ml
- Beaker glass 500 dan 100 ml
- Saringan porselen atau asbes
- Spatula
2. Bahan
- KMnO4
- Asam oksalat atau Na oksalat
- Natrium bisulfit, NaHSO3
- Asam nitrat, HNO3 pekat
- Asam fosfat, H3PO4
- Perak Nitrat, AgNO3
- Ammonium persulfat, (NH4)2S2O8
- Hidrogen peroksida, H2O2
- Glasswool
- Aquadest
Prosedur
1. Pembuatan kurva kalibrasi
a. Buat seri standar mangan yang mengandung 0,2 0,4 0,6 0,8 dan 1,0 mg/L
dengan menyediakan 6 buah labu ukur 100 ml.
b. Isi masing-masing labu ukur dengan 50 ml aquadest.
c. Tambahkan berturut-turut larutan standar Mn (1 ml = 50 µg)
d. Tambahkan 5 ml reagent khusus (75 g HgSO4 dalam 200 ml aquadest dan 400
ml HNO3 pekat + 200 ml asam pospat 85% + 0,35 g perak diencerkan 100 ml
dengan aquadest).
e. Encerkan dengan aquadest sampai tanda batas.
f. Pindahkan larutan ke dalam labu ukur.
g. Didihkan sampai volume larutan menjadi kira-kira 90 ml.
h. Tambahkan lebih kurang 1 g ammonium persulfat.
i. Didihkan sekitar 1 menit atau sampai ammonium persulfat larut sempurna.
j. Angkat labu dari pemanas, biarkan kira-kira 1 menit.
k. Dinginkan dengan cara merndam didalam air dingin atau dengan air kran yang
mengalir.
l. Pindahkan ke dalam labu ukur atau tabung nessler 100 ml.
m. Tepatkan volumenya menjadi 100 ml dengan aquadest.
n. Ukur intensitas warna yang terjadi dengan spektofotometer pada panjang
gelombang 525 nm.
o. Buat kurva kalibrasi antara absorbansi dengan konsentrasi Mn dalam mg/L.
2. Pemeriksan Mn dalam contoh
a. Ukur 100 ml contoh masukan ke dalam labu Erlenmeyer.
b. Tambahkan 5 ml reagent khusus dan 1 tetes H2O2 jika perlu.
c. Didihkan sampai volume larutan menjadi kira-kira 90 ml.
d. Tambahkan lebih kurang 1 g ammonium persulfat.
e. Didihkan sekitar 1 menit atau sampai ammonium persulfat larut sempurna.
f. Angkat labu dari pemanas, biarkan kira-kira 1 menit.
g. Dinginkan dengan cara merndam didalam air dingin atau dengan air kran yang
mengalir.
h. Pindahkan ke dalam labu ukur atau tabung nessler 100 ml, Tepatkan volumenya
menjadi 100 ml dengan aquadest.
i. Ukur intensitas warna yang terbentuk dengan spektrofotometer pada panjang
gelombang 525 nm.
j. Bandingkan hasil pengukuran (absorban) contoh dengan kurva kaliibrasi untuk
menentukan konsentrasi Mn dalan contoh.
Data Pengamatan dan Perhitungan
Kelompok 3 :
Konsentrasi Mn
Absorbansi % T
2,2 0,227 59,3
2,4 0,230 58,9
2,6 0,248 56,5
2,8 0,250 56,3
3,0 0,258 55,2
Berdasarkan persamaan garis lurus :
dimana A adalah slope atau kemiringan garis dan B adalah intercept.
Maka dari grafik linear hubungan antara Absorbansi dan Konsentrasi dapat dirumuskan
sebagai berikut :
Absorbansi = (Slope x Konsentrasi) + Intercept
A = 0,041 C + 0,136
C = A – 0,136
0,041
Pembahasan
y = A x+ B
Ada 4 cara analisis zat tunggal dengan menggunakan spektrofotometri.
1. Membuat deret standar (kurva kalibrasi)
Kita membuat deret standar mulai dari larutan blanko sampai larutan yang
kepekatannya tertentu dimana kurva masih linear. Pembuatan deret standard an
contoh harus berurutan, kemudian ditetapkan harga A pada λmaks. Buat kurva
kalibrasinya, hitung kepekatan contoh dengan memakai slope atau langsung dari
grafik.
Kurva kalibrasi spektrofotometer
2. Membandingkan harga Absorbansi (A)
Contoh dan standar dibuat berurutan kemudian ditetapkan A nya pada λmaks.
Kepekatan contoh dihitung dengan rumus :
Cc = Ac x Cs
As
3. Menggunakan harga Ekstingsi specific ( E1%1cm )
Cara ini digunakan bila kita tidak mempunyai zat standar (baku), biasanya
dikerjakan pada farmasi. Harga E1%1cm dapat dicari pada Pharmacopeae.
E1%1cm = harga Abila kadar contoh 1%, tebal media (cuvet) 1cm
Harus diperhatikan λ yang dipakainya,
Cc = A %
E1%1cm
4. Menggunakan Ekstingsi Molekuler (
Cara ini dilakukan sama seperti cara c.
= harga A bila kepekatan 1 mol/L dan tebal media 1 cm
Cc = A mol/L
Dalam melakukan analisis cara spektrofotometri ada beberapa hal yang harus
diperhatikan :
1. Carilah reaksi yang spesifik
Misalkan bila kita menetapkan besi yang tercampur dengan kobalt sebaiknya jangan
memakai KCNS, tetapi pakailah cara Ortophenantrolin. Reaksi yang sifatnya spesifik
biasanya biasanya sedikit sekali, akan tetapi dapat diatasi dengan mengatur pH,
pemakaian masking agent, ekstraksi dengan pelarut atau dengan cara lain. Bila kita
melakukan reaksi, usahakan zat lain tidak ikut bereaksi, apalagi kita menghasilkan
senyawa yang mempunyai λmaks berdekatan.
2. Tetapkan pada λmaks
λmaks adalah λ dimana contoh memberikan serapan (absorbsi) maksimum. λmaks dapat
ditetapkan dengan dengan mengalurkan A terhadap λ dari suatu larutan dalam deret
standar.
Kurva absorbsi
Penetapan pada λmaks akan memberikan keuntungan antara lain :
a. Kepekaan maksimum, karena pada perubahan konsentrasi larutan akan
memberikan perubahan A yang paling besar (memperkecil kesalahan)
b. Pada λmaks akan didapatkan bentuk kurva kalibrasi yang linier sesuai dengan
Lambert – Beer.
3. Waktu kestabilan reaksi
Suatu reaksi kimia ada yang berlangsung cepat ada pula yang lambat bahkan
setelah waktu tertentu akan terbentuk reaksi atau senyawa lain.
Pada penetapan cara spektrofotometri kestabilan reaksi sangat penting. Pada
gambar terlihat reaksi 1 setelah waktu tertentu harga A naik, reaksi 2 reaksi stabil,
reaksi 3 setelah waktu tertentu harga A turun.
Oleh karrena itu dalam mengukur Absorbansi contoh hendaknya diperhatikan
masalah waktu. Pengukuran jangan dibiarkan terlalu lama atau terlalu cepat,
misalnya :
- Penetapan al dengan Eriokrom sianida R harga A ditetapkan setelah 30 menit.
- Penetapan Fe cara ortophenantrolin harga A ditetepkan setelah 5 – 10 menit.
4. Penyesuaian dengan Lambert – Beer
Kurva kalibrasi menurut Lambert – Beer seharusnya linier. Pada kenyataannya bila
makin pekat kurva akan melengkung.
Pada gambar sebaiknya kita membuat deret standar sampai kepekatan C1 saja.
Harga A contoh sebaiknya jangan lebih dari A1.
5. Pemilihan pelarut
Pelarut yang dipakai hendaknya mempunyai kemurnian yang tinggi, tidak
mengabsorbsi λ pada daerah pengukuran, tidak berinteraksi dengan contoh.
6. Kesalahan relatif
Untuk mendapatkan kesalahan relative yang kecil pengukuran sebaiknya pada
absorbsansi 0,2 – 0,7.
Kesimpulan
Harga slope dari kurva deret standar adalah 0,041
Harga intercept dari kurva deret standar adalah 0,136
Harga R2 dari kurva deret standar adalah 0,9298
Daftar Pustaka
Day. J.Y dan Underwood A.L. 2002 Analisis Kimia Kuantitatif. Jakarta : Airlangga
Khophar S.M. 2003 Konsep Dasar Kimia Analitik. Jakarta : UI-Press
Krisnandi Ismail H.E. Drs. Bsc, 2002 Pengantar Analisis Instrumental. Bogor : Sekolah
Menengah Analis Kimia Bogor
http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/kimia_analisis/spektrofotometri/
Top Related