Dasar Dasar Pengukuran (1)

8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)

1/63

ELEKTROANALITIKKIM233


2/63

KONTRAK KULIAH

Dr. Deden Saprudin, MSi (Koordinator)

Bidang Keahlian : Kimia ElektroanalitikKantor : Bagian Kimia Analitik Departemen Kimia FMIPA IPB

Gedung FPIK Wing 12 Level 4 Kampus IPB DarmagaTelepon : 0251 8628766E-mail : [email protected]

Dr. Eti Rohaeti, MS

Bidang Keahlian : Kimia Analitik dan LingkunganKantor : Bagian Kimia Analitik Departemen Kimia FMIPA IPB

Gedung FPIK Wing 12 Level 4 Kampus IPB DarmagaTelepon : 0251 628766E-mail : [email protected]

Staf Pengajar


3/63

KONTRAK KULIAH

Materi

1. Dasar-dasar pengukuran

2. Dasar-dasar elektrokimia

3. Potensiometri4. Konduktometri

5. Voltametri siklik

6. Voltametri pulsa

7. Voltametri gelombang persegi8. Kronokulometri

9. Voltametri pelucutan

Pertemuan

2 x 50

9 x 50

3 x 502 x 50

4 x 50

2 x 50

2 x 502 x 50

2 x 50

Dosen

DSP

ERT

ERTERT

DSP

DSP

DSPDSP

DSP

Silabus


4/63

KONTRAK KULIAH

Penilaian:

UTS 50 %

UAS 50 %

Huruf Mutu

A 75,0 A/B 70

B 65,0 B/C 60

C 55,0 D 40,0

E < 40,0


5/63


6/63

KIMIA ELEKTROANALITIK

Kimia Elektroanalitik:

Suatu grup metode analitik baik kualitatif maupun kuantitatifyang didasarkan pada sifat kelistrikan (arus, tegangan, muatan,

hambatan/resistans) larutan analit saat sebagai bagian sel

elektrokimia yang berhubungan dengan parameter kimia

Teknik ini merupakan salah satu teknik analisis yang utama

karena beberapa alasan seperti:

- Metode elektroanalitik dapat bersifat spesifik untuk beberapa

keadaan oksidasi suatu unsur- Instrumentasi elektrokimia relatif tidak mahal dan dapat

diminiaturisasi

- Metode elektroanalitik menyediakan informasi tentang

aktivitas (daripada konsentrasi)


7/63

SEJARAH KIMIA ELEKTROANALITIK

Michael Faraday

Hukum elektrolisis:

jumlah zat yang terdeposit

dari suatu elektrolit akibat

diberikan arus adalah

proporsional terhadapekuivalen kimia zat tersebut

Walter Nernst

persamaan Nernst (Nobel Prize

1920)

Jaroslav Heyrovsky

Invensi polarografi (Nobel Prize

1959)

Walter Nernst

(1864-1941)

Michael Faraday

(1791-1867)

Jaroslav Heyrovsky

(1890-1967)
http://www.rigb.org/rimain/heritage/faradaypage.jsphttp://nobelprize.org/chemistry/laureates/1959/heyrovsky-bio.html


8/63

KLASIFIKASI KIMIA ELEKTROANALITIK

I = arus, E = potensial, R = hambatan/resistans, G = konduktans, Q = jumlah muatan,

t = waktu, vol = volume larutan standar, m = massa spesi yang terdeposit

Metodeantarmuka

Metodelimbak/ruah

Metode statis

(I = 0)

Metode

dinamik

(I > 0)

Potensiometri

(E)

Konduktometri

(G = 1/R)

Potensial

terkontrolArus konstan

Voltammetri

(I = f(E))

Titrasi

amperometri

(I = f(E))

Elektrogravimetri

(m)

Titrasi

kulometri

(Q = It)


9/63

Komponen elektrik dan sirkuit

Instrumen modern mengkonversi data dari suatu domain ke

domain lainnya yang umumnyamelibatkan domain elektrik

Untuk memahami konversi dan bagaimana instrumenelektronik modern bekerja diperlukan pengetahuan dasar

arus searah (dc) dan arus bolak balik (ac) komponen sirkuit.

Yang akan dipelajari:

Sirkuit terintegrasi

Mikrokomputer dalam instrumen untuk analisis kimia


10/63

Komponen elektrik dan sirkuit

Sirkuit arus searah dan pengukuran

Beberapa dasar sirkuit arus searah dan bagaimana

digunakan dalam menghasilkan arus, tegangan, dan

resistans

Definisi umum untuk sirkuit: lintasan tertutup yang

akan dilintasi oleh arus listrik


11/63

Hukum keelektrikan

Hukum Ohm

menggambarkan hubungan antara potensial, resistans,dan arus dalam rangkaian sirkuit resistif

Dalam rangkain sirkuit, semua elemen sirkuitterhubungkan dalam urutan lintasan yang unik,dari kepala ke ekor (Gambar 2-1, Skoog et al.Principles of Instrumental Analysis)

Hukum Ohm dapat dituliskan :

V = IR V = beda potensial dalam volt diantara dua titik

yang ada dalam sirkuit

R = resistans diantara dua titik (ohm)

I = arus yang dihasilkan (ampere)


12/63

Hukum keelektrikan

Hukum Kirchoff

Hukum arus Kirchhoffmenyatakan bahwa jumlah aljabar arusdisekitar titik manapun dalam suatu sirkuit adalah nol

Hukum tegangan Kirchhoffmenyatakan bahwa jumlah aljabar

tegangan disekitar simpal (loop) elektrik tertutup adalah nol

Hukum daya Menyatakan bahwa daya dalam watt yang tidak beratur

dalam elemen resistif diberikan dari produk arus dalamampere dan perbedaan potensial di sepanjang resistans

dalam volt:P = IV

substitusi ke Hukum Ohm akan menjadi:

P = I2R = V2/R


13/63

Sirkuit arus searah

Sirkuit seri

Gambar 2-1menunjukkan sirkuitseri yang terdiri atas

baterai, saklar, dantiga resistor yangdirangkai seri

Arus akan sama di

tiap titik pada sirkuitseri:

I = I1= I2= I3= I4


14/63


15/63

Dr. S. M. Condren

Simple DC Circuits

Voltage Dividers

Fig. 2-2

"Voltage Dividers: (a)selector type and (b)

continuously variable

type (potentiometer)"


16/63

Dr. S. M. Condren

Simple DC Circuits

Voltage Dividers

RAC ACVAC= VAB ------- = VAB------

RAB AB


17/63

Dr. S. M. Condren

Simple DC Circuits

Parallel Circuits

from Kirchhoff's first law

I = I1+ I2+ I3


18/63

Dr. S. M. Condren

Simple DC Circuits

Parallel Circuits

and from Kirchhoff's second law, three separate

equations

V = I1* R1

V = I2* R2

V = I3* R3


19/63

Dr. S. M. Condren

Simple DC Circuits

Parallel Circuits

and from Ohm's Law

V V V VI = --- = --- + --- + ---

R R1 R

2 R

3


20/63

Dr. S. M. Condren

Simple DC Circuits

Parallel Circuits

thus, for a parallel circuit, resistances are

1 1 1 1

--- = --- + --- + ---

R R1 R2 R3


21/63

Dr. S. M. Condren

Simple DC Circuits

Parallel Circuits

and where conductance, G = 1/R

G = G1+ G2+ G3


22/63

Dr. S. M. Condren

Series-Parallel Circuit

R6=5W

R1= 5W

R2=10W

R5=6W

R3=6WR4=12W

EXAMPLE:What is the equivalent resistance

and current for the following circuit?


23/63

Dr. S. M. Condren

DC Current, Voltage, and Resistance

MeasurementsDigital Voltmeters

Fig. 2-4 "Uses of a digital voltmeter"


24/63


25/63

Dr. S. M. Condren

Alternating Current Circuits

Sinusoidal Currents

2pw= ---- = 2pftp

wherew=> angular frequency


26/63

Dr. S. M. Condren


for single sine wave

i = Ipsin (wt) = Ipsin(2pft)

where i = instantaneous current

Ip=> peak current


27/63

Dr. S. M. Condren


for single sine wave

v = Vpsin (wt) = Vpsin(2pft)

where v = instantaneous voltage

Vp=> peak voltage


28/63


29/63

Dr. S. M. Condren


for two sine waves

v = Vpsin (wt + f) = Vpsin(2pft + f)

where v = instantaneous voltage

Vp=> peak voltage

C i d C i S i


30/63

Dr. S. M. Condren

Capacitors and Capacitance: Series

RC Circuits

Fig. 2-8 "Behavior of a series RC circuit


31/63

Dr. S. M. Condren


RC CircuitsVi= vC+ vR

i = Iinite

-t/RC


32/63

Dr. S. M. Condren


RC CircuitsRate of voltage change in an RC circuit

vR= V

ie-t/RC thus v

C= V

i(1 - e-t/RC)

where RC => time constant, units of seconds


33/63

Dr. S. M. Condren

EXAMPLE

The values for the components are

Vi= 20 v R = 15 X 103W C = 8.0 X 10-3F

Calculate (a) the time constant for the circuit,

and (b) i, vC, and vRafter four timeconstants (t = 4RC) have elapsed.


34/63

Dr. S. M. Condren

EXAMPLE

(a) time constant = RC

= (15 X 103W) * (8.0 X 10-3F)

= 1.2 X 102seconds


Vi= 20 v R = 15 X 103W C = 8.0 X 10-3F


and (b) i, vC, and vRafter four time constants(t = 4RC) have elapsed.


35/63

Dr. S. M. Condren

EXAMPLE

(b) if t = 4RC, then t/RC = (4RC)/RC = 4

i = Iinite

-t/RC

= (V/R) e

-t/RC

= (20 v/ 15 X 103W)

= 2.4 X 10-5amp


Vi= 20 v R = 15 X 103W C = 8.0 X 10-3F


and (b) i, vC, and vRafter four time constants

(t = 4RC) have elapsed.


36/63

Dr. S. M. Condren

EXAMPLE

vC= Vi(1 - e-t/RC

) = 20 v (1 - e-4

)= 20 v (1.000 - 0.01)

= 20 v (0.982) = 19.6 v


Vi= 20 v R = 15 X 103W C = 8.0 X 10-3F


and (b) i, vC, and vRafter four time constants(t = 4RC) have elapsed.


37/63

Dr. S. M. Condren

EXAMPLE

vR= Vie-t/RC= 20 v e-4= 20 v (0.01) = 0.36 v


Vi= 20 v R = 15 X 103W C = 8.0 X 10-3F


and (b) i, vC, and vRafter four time constants

(t = 4RC) have elapsed.


38/63

Dr. S. M. Condren

Response of Series RC Circuits to

Sinusoidal InputsvS= VPsin(2pft)

i = IPsin(2

pft)

where vS=> input signal voltage

VP=> peak voltageIP=> peak current


39/63

Dr. S. M. Condren

Reactance of a Capacitor => XC

XC= 1 / (2pfC)

Impedance in a Series RC Circuit

Z = (R2+ XC2)1/2

f = - tan-1(1 / (2pfRC))

Filt B d RC Ci it


40/63

Dr. S. M. Condren

Filters Based on RC CircuitsFig. 2-11 High-Pass Filter and Low-Pass Filter


41/63

Dr. S. M. Condren

Semiconductors and Semiconductor

Devices Semiconductors

Semiconductor Devices

Diodes

Transitors

Field-Effect Transitor


42/63

Dr. S. M. Condren

Semiconductors

Any of various solid crystalline substances,

such as germanium or silicon, having electrical

conductivity greater than insulators but less

than good conductors.

Conductivity can be increased by doping with

select materials.


43/63


44/63

Diodes


45/63

Dr. S. M. Condren

Diodes

Fig. 2-15 A pnjunctiondiode. (a) Physicalappearance of one typeformed by diffusion of ap-type impurity into ann-type semiconductor,(b) symbol for a diode,(c.) current underforward bias, (d)resistance to current

under reverse bias.


46/63

Dr. S. M. Condren

Diodes

Fig. 2-16 Current-voltage

characteristics of a silicon

semiconductor diode.


47/63

Dr. S. M. Condren

Transistors

A transistor is an active electronic component

with three leads. One lead is connected to a

power source, one is the output, and the

other is a gate that controls how much poweris applied to the output. Transistors are

typically used as amplifiers because a small

signal at the gate controls a large output.


48/63

Dr. S. M. Condren

Transistors

There are several types of

transistors and two of themore common categories,bipolar and field-effecttransistor (FET).
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Replica-of-first-transistor.jpg


49/63

Dr. S. M. Condren

Power Supplies and Regulators

Transformers

Rectifiers and Filters

Voltage Regulators


50/63


51/63

Dr. S. M. Condren

Transformers

Transformer Voltages

-150

-100

-50

0

50

100

150

0 1 2 3 4 5 6 7 8Volts Primary

Seconday


52/63

Dr. S. M. Condren

Rectifiers and Filters

Rectifiers

used to convert alternating current to direct

current

diode or diodes

Filters

capacitors

reduce ripple in direct current


53/63

Dr. S. M. Condren

Half Wave Rectifier

Rectified

0

20

0 5 10

Volts

Unrectified

-15

-10

-5

0

5

10

15

0 1 2 3 4 5 6 7 8Volts


54/63

Dr. S. M. Condren

Full Wave Rectifier

Rectified

0

10

20

0 2 4 6 8

Volts

-15

-10

-5

0

5

10

15

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9Volts

Unrectified


55/63

Dr. S. M. Condren

Filters

Effect of Filter

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Volts

Unfiltered

Fillered

Pure DC


56/63

Dr. S. M. Condren

Power Supply

Transformer

Unrectified

-15

-10

-5

0

5

10

15

0 1 2 3 4 5 6 7 8Volts

Unrectified

-15

-10

-5

0

5

10

15

0 1 2 3 4 5 6 7 8Volts

Rectifier

Rectified

0

10

20

0 2 4 6 8

Volts

Filter

EffectofFilter

0

2

4

6

8

10

12

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Volts


57/63


58/63

Dr. S. M. Condren

Full-Wave Rectified

bridge

Rectified

0

10

20

0 2 4 6 8

Volts


59/63

Dr. S. M. Condren

Full-Wave Rectified

Rectified

0

10

20

0 2 4 6 8

Volts


60/63

Dr. S. M. Condren

Full-Wave Rectified

bridge

Rectified

0

10

20

0 2 4 6 8

Volts


61/63

Dr. S. M. Condren

Voltage Regulators

integrated circuit which regulate the voltage to

some specific value


62/63

Dr. S. M. Condren

Readout Devices

Oscilloscopes/Cathode Ray TubesRecorders

Analog Meters

Alphanumeric Displays nixie tubes

LEDs

LCDsComputers


63/63

Digital Display

Dasar Dasar Pengukuran (1)

Documents