Page 1
MAKALAH
KIMIA ANALITIK DAN INSTRUMENTAL
Pemicu II
Spektrofotometri
Febrianti Ayu A.F. (1306370764)
Jeremia Jan Chandra Pranata (1306414223)
Nadia Huda Apriliana (1306370474)
Prita Tri Wulandari (1306370455)
Raden Ridzki Aditya Kurniawan (1306370530)
Departemen Teknik Kimia
Fakultas Teknik Universitas Indonesia
Depok, 2014
Page 2
ii
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI .…………………………………………………………………. ii
BAB I PENDAHULUAN .......………………………………………………… 1
Latar Belakang ………………………………………………………………… 1
Rumusan Masalah……………………………………………………………... 2
Informasi yang Diperlukan…………………………………………………….. 3
BAB II PEMBAHASAN ……………………………………………………… 4
Topik 1 ………………………………………………………………………... 4
Pertanyaan 1…..…………………………………………………………... 4
Pertanyaan 2…..…………………………………………………………... 4
Pertanyaan 3…..…………………………………………………………... 5
Pertanyaan 4…..…………………………………………………………... 6
Pertanyaan 5…..…………………………………………………………... 7
Topik 2 ………………………………………………………………………... 8
Pertanyaan 1…..…………………………………………………………... 8
Pertanyaan 2…..…………………………………………………………... 9
Pertanyaan 3…..…………………………………………………………... 9
Pertanyaan 4…..…………………………………………………………... 10
Pertanyaan 5…..…………………………………………………………... 12
Topik 3 ………………………………………………………………………... 13
Delapan Isu Terpenting Biodiesel ………………………………………... 13
Enam Isu Terpenting IR …………………………………………………... 20
Enam Isu Terpenting NMR …………………………..…………………... 24
Enam Isu Terpenting MS …………………………..……………………... 26
Pembacaan Spektra IR ………………………………………………….... 27
Pembacaan Spektra NMR ..………………………………………………. 28
BAB III PENUTUP ……………………………..…………………………… 30
Kesimpulan ……………………………………..……………………………. 30
DAFTAR PUSTAKA ………………..……………………………………….. iii
Page 3
1
BAB I
PENDAHULUAN
1. Latar Belakang
Merkuri (air raksa) merupakan salah satu logam cair yang berbahaya bagi manusia dan
lingkungannya, terutama dalam hal kesehatan. Meskipun demikian, penggunaannya tanpa
pengawasan masih sering ditemui di masyarakat umum. Salah satu kegiatan yang masih
menggunakan logam berbahaya ini adalah penambangan emas yang dilakukan oleh
masyarakat tradisional. Limbah hasil penambangan emas ini mengandung merkuri dalam
jumlah yang cukup besar dan bahaya ini tidak disadari oleh para penambang. Limbah berupa
air sisa penambangan ini mengalir ke sungai dan laut, serta dipakai petani untuk irigasi. Hal
inilah yang menjadi ancaman serius bagi lingkungan hidup manusia.
Selain merkuri, ancaman bagi kesehatan manusia juga dapat datang melalui makanan yang
biasa dikonsumsi manusia, seperti bakso. Konsumen sering kali memilih makanan hanya
dengan melihat rasa dan wujudnya, tanpa memerhatikan nilai gizi, cara pembuatan, serta
kebersihan dan keamanan bahan yang dipakai. Penggunan formalin dan boraks untuk
menjaga bakso tetap awet dan bertekstur baik harus mendapat perhatian yang serius. Efek
penggunaan formalin dan boraks tidak semua dapat dirasakan secara langsung. Formalin
(formaldehida) dalam waktu yang lama dapat bereaksi dengan hampir semua sel tubuh
sehingga dapat menyebabkan penurunan fungsi sel dan bahkan kematian sel-sel penting.
Formalin dapat menyebabkan kerusakan tenggorokan, kanker saluran pencernaan, alergi, dan
bahkan mutasi gen. Sementara itu, boraks (Sodium tetraborate dekahidrat) memiliki efek
racun (toksin) yang tinggi. Akumulasi boraks dalam tubuh dapat menyebabkan gangguan
sistem saraf pusat, hati, ginjal, dan dan otak. Dengan semakin majunya informasi, diharapkan
masyarakat semakin cerdas memilih makanan yang akan dikonsumsinya sehingga terhindar
dari berbagai bahaya kesehatan yang ada.
Di era yang modern ini, kebutuhan akan energi semakin tinggi. Majunya transportasi,
teknologi, dan industri menjadi faktor utama meningkatnya kebutuhan akan energi. Namun,
tidak selamanya manusia dapat bergantung pada energi fosil karena energi fosil ini tak dapat
diperbaharui. Kemajuaan teknologi dan penelitian membantu manusia menemukan berbagai
bahan bakar alternatif lain utnuk memenuhi kebutuhannya. Salah satu bahan bakar alternatif
yang paling relevan adalah biodiesel. Biodiesel merupakan bahan bakar mesin diesel yang
Page 4
2
terbuat dari sumber daya hayati berupa minyak lemak nabati atau lemak hewani. Senyawa
utamanya adalah ester. Biodiesel dapat dibuat melalui proses transesterifikasi asam lemak.
Asam lemak dari minyak lemak nabati direaksikan dengan alkohol untuk menghasilkan ester
dan produk samping berupa gliserin yang juga bernilai ekonomis cukup tinggi. Selain itu,
biodesel juga dapat dibuat dari esterifikasi. Reaksi esterifikasi merupakan reaksi antara asam
lemak bebas dengan alkohol membentuk ester dan air. Beberapa tahun terkahir, biodiesel
telah menjadi pilihan utama bahan bakar alternatif. Biodiesel digunakan sebagai bahan bakar
pengganti solar. Diharapkan dengan kemajuan pengetahuan yang pesat, penggunakan
biodiesel dapat semakin meluas dan berefek baik bagi keberlangsungan hidup manusia dan
lingkungannya.
2. Rumusan Masalah
Limbah hasil penambangan emas tradisional mengandung merkuri yang sangat
berbahaya bagi kesehatan makhluk hidup.
Penggunanaan formalin dan boraks dalam makanan menjadi ancaman serius karena
dapat menyebabkan kerusakan tubuh manusia.
Biodiesel menjadi bahan bakar alternatif yang paling relevan.
Penggunaan berbagai macam metode spektroskopi untuk mengidentifikasi,
menganalisis, dan menentukan kadar merkuri, formalin, boraks, dan biodiesel.
3. Informasi yang Diperlukan
Untuk menganalisis merkuri dalam limbah penambangan emas tradisional, dibutuhkan
Spektroskopi Penyerapan Atom. Atomic Absorption Spectrometry (AAS) adalah salah satu
metode analisis yang menggunakan prinsip absorpsi cahaya oleh atom. Atom-atom menyerap
cahaya pada panjang gelombang tertentu tergantung pada sifat unsurnya. Metode ini sangat
baik dalam menentukan kandungan unsur suatu logam. Selain itu, AAS sangat selektif dan
spesifik (sensitivitasnya tinggi ppm-ppb), biaya analisisnya relatif murah, dan waktu
analisisnya sangat cepat.
Untuk menganalisis kandungan formalin dan boraks dalam bakso, dibutuhkan Spektroskopi
UV-Visible. Spektofotometri UV-Vis merupakan suatu metode untuk menentukan
konsentrasi suatu sampel dengan menggunakan radiasi cahaya dengan panjang gelombang
berada pada panjang gelombang sinar ultraviolet dan cahaya tampak.
Page 5
3
Dalam menganalisis suatu senyawa organik, seperti biodiesel, banyak jenis spektroskopi yang
dapat digunakan. Spektroskopi tersebut adalah IR, NMR, dan MS. Ketiga spektroskopi ini
umumnya digunakan secara bersama-sama (2-3 jenis) untuk mendapatkan hasil analisis yang
akurat. Spekroskopi inframerah (IR) adalah sebuah metode analisis instrumentasi pada
senyawa kimia yang menggunakan radiasi sinar infra merah. Spektroskopi infra merah
berguna untuk mengetahui gugus fungsi yang terdapat pada senyawa organik. Bila suatu
senyawa diradiasi menggunakan sinar infra merah, sebagian sinar akan diserap oleh senyawa,
sedangkan yang lainnya akan diteruskan. Serapan ini diakibatkan karena molekul senyawa
organik mempunyai ikatan yang dapat bervibrasi.
Spektroskopi NMR didasarkan pada penyerapan gelombang radio oleh inti-inti tertentu dalam
molekul organik apabila molekul tersebut berada dalam medan magnet yang kuat. NMR
dapat digunakan untuk mengidentifikasi struktur senyawa organik, memahami efek
mekanisme reaksi, serta mempelajari struktur dan fungsi asam nukleat dan protein. Teknik ini
dapat digunakan untuk berbagai variasi sampel baik dalam padatan maupun cairan.
Spektroskopi Massa (MS) merupakan suatu metode analisis yang dapat mengidentifikasi
senyawa yang tak dapat diketahui, massa molekul relatifnya, kompisisi dasar dan bahkan
struktur kimia suatu senyawa. Pada spektroskopi massa, molekul analit yang diuji diubah
menjadi fasa gas yang berion. Selanjutnya, ion-ion gas ini dipisahkan berdasarkan nilai rasio
massa/muatannya (m/z). Teknik ini dapat digunakan untuk suatu unsur maupun molekul
dalam bentuk padat, cair, dan gas.
Page 6
4
BAB II
PEMBAHASAN
TOPIK 1: Kasus Pencemaran Merkuri (Studi Pengujian dengan AAS)
1. Bagaimana para penambang tersebut menggunakan merkuri dalam melakukan
kegiatan penambangan emas?
Amalgamasi merupakan proses ekstraksi emas yang paling sederhana dan murah.
Amalgamasi efektif untuk bijih emas yang berkadar tinggi yang mempunyai ukuran butir
kasar (> 74 mikron), juga untuk membentuk emas murni yang bebas. Dalam proses ini,
dilakukan beberapa tahap untuk mendapatkan paduan antara emas dan perak (bullion).
Tahapan-tahapan pengolahan tersebut adalah:
Sebelum dilakukan amalgamasi, hendaknya dilakukan proses kominusi dan
konsentrasi gravitasi agar mencapai derajat liberasi yang baik sehingga permukaan
emas tersingkap.
Pada hasil konsentrat akhir yang diperoleh, ditambah merkuri (amalgamasi) dilakukan
selama kurang lebih 1 jam.
Hasil dari proses ini berupa amalgam basah (pasta) dan tailing. Amalgam basah
kemudian ditampung di dalam suatu tempat yang selanjutnya didulang untuk
pemisahan merkuri dengan amalgam.
Amalgam yang diperoleh dari kegiatan pendulangan kemudian diperas (squeezing)
dengan menggunakan kain parasut untuk memisahkan merkuri dari amalgam (filtrasi).
Merkuri yang diperoleh dapat dipakai untuk proses amalgamasi selanjutnya. Jumlah
merkuri yang tersisa dalam amalgan tergantung pada seberapa kuat pemerasan yang
dilakukan. Amalgam dengan pemerasan manual akan mengandung 60–70 % emas,
dan amalgam yang disaring dengan alat sentrifugal dapat mengandung emas sampai
lebih dari 80%.
Retorting yaitu pembakaran amalgam untuk menguapkan merkuri sehingga yang
tertinggal berupa alloy emas.
2. Mengapa hal ini mengkhawatirkan para pengamat, para aktivis lingkungan, dan
masyarakat lain di sekitarnya?
Pada pertambangan emas ini, sangat memungkinkan terjadinya pencemaran lingkungan
oleh merkuri baik dari tanah maupun dari perairan sisa dari proses penambangan emas.
Tailing atau limbah penambangan dari proses amalgamasi yang banyak mengandung
Page 7
5
merkuri langsung dibuang ke lingkungan (sungai) tanpa diproses terlebih dahulu,
sehingga sangat memungkinkan menyebabkan pencemaran bagi lingkungan.
Merkuri sangat berbahaya karena sifat mengikatnya. Bila merkuri tercampur dengan
perairan laut, maka merkuri tersebut akan mengikat klor dan membentuk HgCl.
Selanjutnya HgCl dengan mudah akan masuk kedalam tubuh plankton dan akan
berpindah ke biota laut lain. Merkuri anorganik (HgCl) akan berubah menjadi merkuri
organik (metil merkuri) oleh peran mikroorganisme yang terjadi pada sedimen dasar
perairan. Merkuri dapat pula bersenyawa dengan karbon membentuk senyawa organo-
merkuri. Senyawa organo-merkuri yang paling umum adalah metil merkuri yang
dihasilkan oleh mikroorganisme dalam air dan tanah. Mikroorganisme kemudian
termakan oleh ikan sehingga konsentrasi merkuri dalam ikan meningkat. Tingkat
konsumsi masyarakat terhadap ikan sangatlah tinggi. Sehingga merkuri yang terkandung
dalam ikan tersebut akan mudah berpindah ke tubuh manusia dan juga akan merusak pada
manusia. Memakan ikan yang tercemar zat merkuri dapat menyebabkan gangguan
netrologis dan kogenital.
Oleh karena itu, limbah merkuri yang dihasilkan pada penambangan emas rakyat tidak
boleh langsung dibuang ke sungai. Limbah harus di endapkan terdahulu di kolam
pengendapan sehingga kadar Hg yang tinggi bisa berkurang. Selain itu, kadar Hg dalam
air sungai akan merusak biota hidup air di sungai. Merkuri akan meracuni air yang
dimasukinya sehingga akan membunuh makhluk hidup yang ada di dalamnya. Merkuri
juga merubah kelas air yang ada di alam ini, contohnya air kelas satu yang biasanya
digunakan untuk air minum masyarakat. Bila di sekitar air tersebut terdapat penambangan
emas rakyat, maka secara otomatis air yang ada disana akan tercemar. Air kelas satu yang
memiliki kualitas bagus akan dengan mudah berubah menjadi air kelas tiga bahkan empat
yang tidak akan bisa kembali ke setuasi awalnya.
3. Bila Anda termasuk dalam tim independen yang meneliti kasus ini, dan Anda
menggunakan AAS (Atomic Absorption Spectometry) untuk menganalisis
kandungan merkuri, rancangan penelitian apa yang Anda lakukan?
Dalam menggunakan AAS sebagai metode analisis, pertama-tama harus disiapkan
instrumen AAS (ditunjukkan pada gambar) dan limbah pada penambangan emas yang
akan dianalisis.
Page 8
6
Gambar 1. Skema dari metode Atomic Absorption Spectometry
Sumber: Analisis Kimia Kuantitatif Edisi 6
Setelah itu akan dilakukan percobaan dengan prosedur sebagai berikut:
Mengambil air limbah buangan pengolahan emas ditampung pada 1 (satu) botol
penampungan yang telah disiapkan sebagai sampel pengujian.
Panjang gelombang cahaya yang akan ditembakkan oleh instrument AAS diatur
kurang lebih 250 nm karena merkuri paling banyak menyerap cahaya dengan panjang
gelombang ini.
Proses AAS pada instrumen dijalankan. Tahap-tahapannya adalah:
Sampel larutan diuapkan.
Sampel yang telah diuapkan dialirkan ke atomizer yang akan mengubah sampel
menjadi atom-atomnya.
Cahaya ditembakkan ke sampel yang berada dalam atomizer dan cahaya yang sudah
melalui sampel terdeteksi oleh detektor.
Detektor menentukan tingkat absorbansi dari sampel.
Dari data yang didapatkan, dilakukan perhitungan dengan menggunakan hukum Beer-
Lambert dan akan didapatkan konsentrasi merkuri.
4. Teknik pengambilan data analisis apa yang akan Anda lakukan dengan metode
AAS ini?
Teknik dengan metode adisi standar. Metode adisi standar adalah metode dengan
menambahkan larutan standar ke dalam larutan sampel. Metoda ini dipakai secara luas
karena mampu meminimalkan kesalahan yang disebabkan oleh perbedaan kondisi
lingkungan (matriks) sampel dan standar. Kemudian dalam pembuatan larutan standar
Page 9
7
dapat dilakukan dengan cara pengenceran larutan induk dengan menggunakan labu takar
pada volume tertentu. Deretan larutan standar minimal 3 varian, biasanya dibuat 5 varian.
Dalam analisis merkuri ini diambil air limbah buangan pengolahan emas dan ditampung
pada 1 (satu) botol penampungan yang telah disiapkan sebagai sampel pengujian.
5. Bila pihak lain meragukan kecanggihan AAS yang Anda gunakan, bagaimana
meyakinkan pihak tersebut? Jelaskan lebih rinci karena orang yang Anda hadapi
tidak tahu sama sekali mengenai metode AAS ini.
Metode AAS atau Atomic Absorption Spectrometry adalah salah satu metode analisis
yang menggunakan prinsip absorpsi cahaya oleh atom. Spektrofotometer serapan atom
(AAS) merupakan teknik analisis kuantitafif dari unsur-unsur yang pemakainnya sangat
luas di berbagai bidang karena prosedurnya selektif, spesifik, biaya analisisnya relatif
murah, sensitivitasnya tinggi (ppm-ppb), dapat dengan mudah membuat matriks yang
sesuai dengan standar, waktu analisis sangat cepat dan mudah dilakukan.
Metode AAS memiliki range ukur optimum pada panjang gelombang 200-300 nm, untuk
analisis merkuri, panjang gelombang yang digunakan kurang lebih 250 nm, sangat
sensitif dan bagus dalam menentukan kandungan unsur-unsur logam. Analisis kandungan
merkuri dengan metode AAS ini sangat valid. Dan metode AAS adalah metode yang
sangat sensitif dan bagus dalam menentukan kandungan unsur-unsur logam. Merkuri
termasuk ke dalam unsur logam, karena itu hasil yang didapatkan valid.
Page 10
8
TOPIK 2: Kasus Penambahan Aditif Formalin pada Bakso (Studi Pengujian dengan
Spektrofotometri UV-Vis).
1. Mengapa banyak pedagang bakso yang menggunakan bahan-bahan aditif tersebut
untuk produk makanan mereka?
Senyawa fosfat (biasa disebut STPP) banyak digunakan dalam industri pangan karena
memiliki beberapa sifat kimia dan fungsi yang menguntungkan. Sifat-sifat utama fosfat:
a. sebagai buffer (pengendali pH).
b. dapat menonaktifkan ion logam yang biasanya merusak sistem pangan dengan
membentuk endapan seperti kation kalsium, magnesium, tembaga dan besi.
c. berperilaku sebagai polivalensi dan polielektrolit.
Fosfat juga berperan dalam hal nutrisi melalui pembentukan kompleks yang stabil dengan
kalsium, besi dan magnesium yang memungkinkan nutrient tersebut terserap dinding usus
dapat digunakan oleh tubuh. STPP dapat pula bereaksi dengan pati. Ikatan antara pati
dengan fosfat diester atau ikatan silang antar gugus hidroksil (OH) akan menyebabkan
ikatan pati menjadi kuat, tahan terhadap pemanasan, dan asam sehingga dapat menurunkan
derajat pembengkakan granula, dan meningkatkan stabilitas adonan. STPP mampu
menambah cita rasa, memperbaiki tekstur, mencegah terjadinya rancidity (ketengikan),
dan meningkatkan kualitas produk akhir dengan mengikat zat nutrisi yang terlarut dalam
larutan garam seperti protein, vitamin dan mineral. STPP juga dapat menyerap, mengikat
dan menahan air, meningkatkan water holding capacity (WHC), dan keempukan. Menurut
FDA (Food and Drug Administration), penggunaan alkali fosfat adalah 0,5 % pada
produk. Penggunaan melebihi dosis 0,5% akan menurunkan penampilan produk, yaitu
terlalu kenyal seperti karet dan terasa pahit.
Berdasarkan yang telah dijelaskan di atas, maka fosfat digunakan pada bakso karena dapat
menambah cita rasa, memperbaiki tekstur, mencegah terjadinya tengik dan meningkatkan
kualitas produk jika digunakan dalam dosis yang tidak melebihi ambang batas. Sedangkan
untuk makanan yang mengandung formalin umumnya awet dan dapat bertahan lebih lama.
Formalin dapat dikenali dari bau yang agak menyengat dan kadang-kadang menimbulkan
pedih pada mata. Bahan makanan yang mengandung formalin ketika sedang dimasak
kadang-kadang masih mengeluarkan bau khas formalin yang menusuk. Contohnya, ikan
asin yang mengandung formalin akan lebih putih dan bersih dan lebih tahan lama
dibandingkan ikan asin tanpa pengawet yang agak berwarna lebih coklat. Mie basah yang
Page 11
9
mengandung formalin akan lebih awet, kenyal, keras dan tidak mudah putus. Tahu
yangmengandung formalin akan lebih kenyal, tidak mudah pecah dan keras. Ikan dan
ayam yang mengandung formalin akan lebih putih dagingnya dan awet. Sedangkan bakso
sendiri yang diberikan formalin akan lebih terasa kenyal dan keras serta tidak rusak
sampai lima hari pada suhu kamar.
Makanan yang diberi formalin akan awet, keras dan tidak membusuk. Ikan, bakso, mie
basah atau ayam yang diberi formalin tidak akan dimakan oleh kucing sebab kucing
memiliki penciuman yang tajam terhadap bau formalin. Walaupun manusia tidak bisa
mencium bau formalin pada bahan makanan, kucing atau anjing memiliki penciuman yang
tajam sehingga hewan ini tidak akan makan makanan yang mengandung formalin.
Kesimpulannya jika ayam atau ikan yang kita berikan kepada kucing namun kucing tidak
mau makan maka ayam dan ikan tersebut sudah diberi formalin. Makanan (ikan, mie
basah, bakso atau ayam) yang diberi formalin tidak akan didatangi dan dikerubungi oleh
lalat. Lalat memiliki penciuman yang tajam jika ada hewan yang mati maka akan langsung
datang menghampiri hewan yang mati tersebut. Jika ayam dan ikan diberi formalin maka
lalat tidak akan datang menghampirinya.
2. Dapatkah Anda menjelaskan efek berbahaya dari penggunaan formalin dan fosfat
dalam makanan bakso bagi kesehatan?
Mulut, tenggorokan, dan perut terasa terbakar. Sakit saat menelan, mual, muntah,
diare, perdarahan, sakit perut yang hebat, sakit kepala, hipotensi, kejang, dan koma.
Kerusakan pada hati, jantung, otak, limpa, pankreas, SSP dan ginjal.
Iritasi saluran pencernaan, penurunan suhu tubuh, dan rasa gatal di dada.
3. Bila Anda termasuk dalam anggota tim yang meneliti tentang kadar formalin dalam
daging bakso dan Anda menggunakan spektrofotometri UV-Vis, rancangan
penelitian apa yang akan Anda lakukan?
Rancangan yang akan dibuat adalah penelitian kadar formalin menggunakan
spektrofotometri UV-Vis dengan metode kuantitatif. Yang pertama dilakukan adalah
pembuatan kurva standar formalin. Nilai absorbansi yang didapatkan dimasukkan dalam
persamaan matematis kurva standar yang telah dibuat yang menggambarkan hubungan
konsentrasi formaldehida dengan absorbansi spektrofotometer. Prosedur dasar dalam
analisis kuantitatif secara spektroskopi adalah dengan membandingkan absorbsi energi
Page 12
10
radiasi pada suatu panjang gelombang tertentu oleh suatu larutan contoh terhadap suatu
larutan standar. Panjang gelombang yang dipakai dalam suatu analisis dipilih sedemikian
sehingga zat yang dianalisis akan mengabsorbsi radiasi panjang gelombang tersebut, dan
sedapat mungkin tidak dipengaruhi oleh kemungkinan adanya zat pengganggu ataupun
adanya variasi dalam prosedurnya. Bila zat yang dianalisis berwarna, maka warna
komplementernya merupakan petunjuk panjang gelombang yang digunakan.
Dalam menentukan kadar formalin pada bakso digunakan metode spektofotometri yang
menggunakan alat spektofotometer. Berikut langkah – langkah yang dapat dilakukan:
Menyiapkan sampel dengan mengambil sedikit daging bakso kurang lebih satu gram
kemudian dihaluskan dan dicampurkan dengan akuades.
Larutan daging bakso dimasukkan ke dalam kuvet.
Tempatkan sampel di ruang sampel dalam spektofotometer dan larutan referensi yang
berupa aquades ditempatkan di ruang refernesi.
Ukur absorbansi dari sampel dengan memberi gelombang dari 325-625 nm.
Menghitung konsentrasi formalin dengan kurva kalibrasi yang didapat.
Bandingkan hasil yang di dapat dengan kurva kalibrasi.
4. Bagaimana Anda melakukan analisis kuantitatif suatu senyawa dengan
menggunakan spektrofotometri UV-Vis? Berikan contoh pengolahan data
spektrofotometri UV-Vis untuk menentukan konsentrasi senyawa dalam cuplikan?
Dengan cara suatu berkas radiasi dikenakan pada larutan sampel (cuplikan) dan intensitas
sinar radiasi yang diteruskan diukur besarnya. Intensitas atau kekuatan radiasi cahaya
sebanding dengan jumlah foton yang melalui satu satuan luas penampang per detik.
Serapan dapat terjadi jika foton/radiasi yang mengenai cuplikan memiliki energi yang
sama dengan energi yang dibutuhkan untuk menyebabkan terjadinya perubahan tenaga.
Jika sinar monokromatik dilewatkan melalui suatu lapisan larutan dengan ketebalan (db),
maka penurunan intesitas sinar (dl) karena melewati lapisan larutan tersebut berbanding
langsung dengan intensitas radiasi (I), konsentrasi spesies yang menyerap (c), dan dengan
ketebalan lapisan larutan (db). Secara matematis, pernyataan ini dapat dituliskan:
-dI = kIc db (1)
Bila diintergralkan maka diperoleh persamaan ini :
I = I0 e-kbc (2)
Page 13
11
Bila persamaan di atas diubah menjadi logaritma basis 10, maka akan diperoleh persamaan :
I = I0 10-kbc (3)
Di mana : k/2,303 = a
Berdasarkan hukum Lambert-Beer, rumus yang digunakan untuk menghitung banyaknya
cahaya yang hamburkan:
T = 𝐼𝑡
𝐼𝑜 (4)
%T =𝐼𝑡
𝐼𝑜 x 100 % (5)
A= - log T = -log 𝐼𝑡
𝐼𝑜 (6)
dimana I0 merupakan intensitas cahaya datang dan It atau I1 adalah intensitas cahaya setelah
melewati sampel. Rumus yang diturunkan dari Hukum Beer dapat ditulis sebagai:
A= a . b . c atau A = ε . b . c (7)
dimana:
A = absorbansi
b = tebal larutan (tebal kuvet diperhitungkan juga umumnya 1 cm)
c = konsentrasi larutan yang diukur
ε = tetapan absorptivitas molar (jika konsentrasi larutan yang diukur dalam molar)
a = tetapan absorptivitas (jika konsentrasi larutan yang diukur dalam ppm).
Contoh pengolahan data analisis kuantitatif dengan metode spektrofotometri UV-VIS :
a. Tujuan Percobaan
Menentukan kadar paracetamol dengan cara mengukur absorbannya pada panjang
gelombang maksimal dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis.
b. Data Pengamatan
Konsentrasi (ppm) Absorban (A)
4 0,243175
5 0,397123
6 0,42104
Tabel 1. Tabel data pengamatan dengan metode UV-Vis
Absorbansi sampel : y = 0,45567
c. Perhitungan
Regresi: a = 0,0268
b = 0,0654
Page 14
12
Persamaan :
y = a + bx
y = 0,0268 + 0,0654x
0,45567 = 0,0268 + 0,0654x
X = 0,42857
0,0654 = 0,3476
Persentase kadar :
% kadar = 𝑏𝑜𝑏𝑜𝑡 𝑝𝑟𝑎𝑘𝑡𝑒𝑘
𝑏𝑜𝑏𝑜𝑡 𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖 =
𝑥
𝑘𝑜𝑛𝑠𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑠𝑖 𝑎𝑐𝑢𝑎𝑛 (4 𝑝𝑝𝑚) .100 % x 100%
= 0,3476
4 x 100 % = 163,94 %
5. Bagaimana Anda meyakinkan teman-teman dalam tim bahwa penggunaan
spektrofotometri UV-Vis dalam menentukan kadar formalin ini sudah tepat?
Jelaskan lebih rinci mengenai metode ini.
Pihak tersebut dapat diyakinkan dengan menjelaskan kelebihan-kelebihan dan kekurangan
yang dihadapi apabila menganalisis dengan spektrofotometri UV-Vis. Kelebihan-
kelebihan yang dimiliki oleh spektrofotometri UV-Vis antara lain sebagai berikut:
Spektrofotometri UV-Vis dapat mengidentifikasi dan menentukan konsentrasi
substrat tak dikenal.
Memiliki kemampuan dalam menganalisis banyak senyawa kimia.
Praktis dalam hal preparasi sampel dibanding metode lain.
Penggunaannya luas, dapat digunakan untuk senyawa anorganik, organik dan
biokimia yang diabsorpsi di daerah ultra lembayung atau daerah tampak.
Sensitivitasnya tinggi, batas deteksi untuk mengabsorpsi pada jarak 10-4 sampai 10-5
Molar. Jarak ini dapat diperpanjang menjadi 10-6 sampai 10-7 M dengan prosedur
modifikasi yang pasti.
Kekurangan yang dimiliki oleh spektrofotometri UV/Vis antara lain sebagai berikut:
Absorbsi dipengaruhi oleh pH larutan, suhu dan adanya zat pengganggu dan
kebersihan dari kuvet.
Hanya dapat dipakai pada daerah ultra violet yang panjang gelombang >185 nm.
Pemakaian hanya pada gugus fungsional yang mengandung elektron valensi dengan
energi eksitasi rendah.
Sinar yang dipakai harus monokromatis.
Page 15
13
TOPIK 3: Pengolahan Biodiesel (Studi Pengujian dengan Spektrofotometri NMR dan MS)
Budi dan Mega diminta mencari berbagai literatur untuk mengetahui lebih banyak
tentang biodiesel. Calon pembimbingnya mengajukan syarat pada mahasiswa untuk
dapat bekerja di laboraturium yang dikelolanya, yaitu mereka harus lulus ujian awal
yang berkaitan dengan delapan isu terpenting tentang biodiesel termasuk penjelasan
yang rinci tentang keunggulan maupun kekurangan biodiesel dibandingkan dengan
petrodiesel. Sebagai alumni DTK yang sudah berpengalaman dalam penelitian
biodiesel, bagaimana Anda membantu menjelaskan tentang biodiesel tersebut?
Delapan isu terpenting tentang biodisel termasuk keunggulan dan kekurangan:
1. Kandungan yang terdapat dalam biodiesel
Biodiesel adalah bahan bakar mesin diesel yang terbuat dari sumberdaya hayati yang
berupa minyak lemak nabati atau lemak hewani. Senyawa utamanya adalah ester. Ester
mempunyai rumus bangun sebagai berikut :
Gambar 2. Rumus bangun ester
2. Reaksi-reaksi yang terjadi dalam pembuatan biodiesel
Biodiesel memiliki senyawa utama berupa ester. Ester dapat dibuat dari minyak lemak
nabati dengan reaksi esterifikasi atau transesterifikasi atau gabungan keduanya.
(i) Reaksi Esterifikasi
Reaksi esterifikasi merupakan reaksi antara asam lemak bebas dengan alkohol
membentuk ester dan air. Reaksi yang terjadi merupakan reaksi endoterm, sehingga
memerlukan pasokan kalor dari luar. Temperatur untuk pemanasan tidak terlalu tinggi
yaitu 55-60 oC. Secara umum reaksi esterifikasi adalah sebagai berikut :
Asam lemak bebas alkohol ester alkil air
Gambar 3. Reaksi Esterifikasi pembuatan biodiesel
Page 16
14
Reaksi esterifikasi dapat dilakukan sebelum atau sesudah reaksi transesterifikasi. Reaksi
esterifikasi biasanya dilakukan sebelum reaksi transesterifikasi jika minyak yang
diumpankan mengandung asam lemak bebas tinggi (>0.5%). Dengan reaksi esterifikasi,
kandungan asam lemak bebas dapat dihilangkan dan diperoleh tambahan ester.
(ii) Reaksi Transesterifikasi
Reaksi Transesterifikasi sering disebut reaksi alkoholisis, yaitu reaksi antara trigliserida
dengan alkohol menghasilkan ester dan gliserin. Alkohol yang sering digunakan adalah
metanol, etanol, dan isopropanol. Berikut ini adalah tahap-tahap reaksi transesterifikasi:
trigliserida alkohol digliserida ester
digliserida alkohol monogliserida ester
monogliserida alkohol gliserin ester
Secara keseluruhan reaksi transesterifikasi adalah sebagai berikut :
Trigliserida 3 (alkohol) gliserin 3 (ester)
Gambar 4. Reaksi transesterifikasi pembuatan biodiesel
Page 17
15
3. Proses pembuatan biodiesel
Pembuatan biodiesel dengan bahan baku minyak berasam lemak bebas tinggi akan
menimbulkan banyak rute karena diperlukan satu reaksi atau lebih dan pemisahannya.
berikut ini gambaran singkat mengenai rute-rute pembuatan biodiesel.
(i) Rute I (transesterifikasi – esterifikasi )
Pada rute ini, pembuatan ester alkil dari minyak nabati dilakukan dengan dua reaksi,
transesterifikasi dan esterifikasi. Asam lemak bebas dalam minyak lemak nabati
direaksikan dengan basa membentuk sabun. Semua asam lemak bebas dikonversi menjadi
sabun, sehingga minyak nabati yang masuk reaktor transesterifikasi bebas asam lemak
bebas. Reaksi transesterifikasi dapat dilakukan satu tahap atau dua tahap, pada reaksi dua
tahap dilakukan pemisahan gliserin di tengah-tengah reaksi, hal ini dilakukan agar
kesetimbangan reaksi bergeser ke kanan, sehingga konversi yang diperoleh lebih tinggi.
Hasil yang diperoleh dari keluaran reaktor transesterifikasi adalah ester, gliserin, sabun,
dan pengotor. Ester dipisahkan dari produk dan sabun diubah kembali menjadi asam
lemak bebas dengan pengasaman. Asam lemak dapat diubah menjadi ester alkil dengan
reaksi esterifikasi. Asam lemak bebas bereaksi dengan alkohol menjadi ester dan air. Pada
reaksi ini digunakan katalis asam, dapat berupa katalis homogen (cair) atau heterogen
(padat). Katalis padat dapat memudahkan dalam proses pemisahan produk karena dapat
disaring untuk kemudian dipakai kembali. Selain menghasilkan ester, reaksi esterifikasi
juga menghasilkan produk samping berupa air.
Ester hasil reaksi esterifikasi masih bercampur dengan pengotor-pengotor sehingga harus
dimurnikan. Pengotor paling banyak adalah gliserin. Gliserin mempunyai massa jenis
yang lebih besar daripada ester sehingga fasa gliserin berada di bawah, pemisahannya
dapat dilakukan dengan dekantasi. Gliserin dapat dimurnikan lebih lanjut dan menjadi
produk samping yang bernilai ekonomi cukup tinggi. Biodiesel hasil reaksi esterifikasi
dicampurkan kembali dengan biodiesel hasil reaksi transesterifikasi.
Biodiesel yang dihasilkan masih berupa produk mentah sehingga perlu dimurnikan.
Pemurniannya dapat dilakukan dengan dua cara yaitu dengan pencucian menggunakan air
atau pemurnian dengan penukar ion (penukar anion untuk mengikat asam dan penukar
kation untuk mengikat basa yang tersisa dari reaksi transesterifikasi). Pencucian
Page 18
16
dilakukan untuk menghilangkan garam, alkohol, dan pengotor yang larut dalam air. Rute
ini tidak sesuai untuk memproduksi biodiesel dari minyak lemak nabati yang
mengandung asam lemak bebas tinggi karena memerlukan bahan baku berupa asam dan
basa relatif lebih banyak.
(ii) Rute II (esterifikasi – transesterifikasi)
Seperti pada rute I, Rute ini juga menggunakan dua reaksi, yaitu esterifikasi dan
transesterifikasi. Namun pada rute ini reaksi esterifikasi dilakukan sebelum reaksi
tranesterifikasi. Hal ini dilakukan untuk menghilangkan asam lemak bebas sekaligus
menambah perolehan biodiesel. Reaksi esterifikasi dapat dilakukan dengan katalis
homogen maupun heterogen. Esterifikasi dengan katalis homogen menghasilkan produk
yang bersifat asam sehingga sebelum reaksi transesterifikasi, kelebihan asam ini harus
dinetralkan terlebih dahulu. Penetralan dapat dilakukan dengan penambahan basa atau
menggunakan resin penukar anion. Penetralan menggunakan basa menghasilkan garam
yang dapat menjadi pengotor. Hal ini tidak terjadi karena pada penetralan, digunakan
penukar ion.
Reaksi esterifikasi menghasilkan produk samping berupa air. Air harus dipisahkan
sebelum reaksi transesterifikasi. Pemisahan ini dapat dilakukan dengan penguapan atau
menggunakan absorber. Umpan masuk reaktor transesterifikasi berupa trigliserida, ester,
dan pengotor. Trigliserida direaksikan dengan metanol menghasilkan ester dan gliserin.
Reaksi transesterifikasi dapat dilakukan dua tahap untuk mendapatkan konversi tinggi.
Pada reaksi dua tahap, pemisahan gliserin dilakukan di antaranya kedua reaksi.
Pemisahan gliserin ini berguna untuk menggeser kesetimbangan ke kanan sehingga
konversinnya menjadi lebih tinggi.
Reaksi transesterifikasi menghasilkan produk samping berupa gliserin. Ester dan gliserin
tidak saling larut sehingga dapat dipisahkan dengan dekantasi. Fasa ester dimurnikan
lebih lanjut untuk mendapatkan biodiesel yang sesuai dengan standard mutu yang
disyaratkan. Fasa ester masih mengandung pengotor-pengotor, seperti : sisa katalis,
garam, metanol, dan pengotor lainnya. Pemurnian fasa ester alkil dapat dilakukan dengan
dua cara, yaitu pencucian dengan air atau menggunakan penukar ion.
Page 19
17
(iii) Rute III (esterifikasi dengan metanol superkritik)
Metanol superkritik adalah metanol yang berada pada kondisi diatas temperatur dan
tekanan kritiknya, yaitu 350oC dan 30 MPa. Esterifikasi dengan metanol superkritik
mempunyai beberapa keunggulan yaitu waktu yang diperlukan untuk mencapai konversi
yang diinginkan jauh lebih kecil daripada dengan cara konvensional dan proses
pemisahan produknya lebih mudah karena tidak menggunakan katalis sehingga tidak ada
pengotor berupa katalis sisa. Namun, esterifikasi ini juga mempunyai kelemahan yaitu
kondisi operasi harus pada temperatur dan tekanan tinggi.
4. Katalis yang digunakan dalam pembuatan biodiesel
(i) Katalis Reaksi Esterifikasi
Reaksi esterifikasi berjalan baik jika dalam suasana asam. Katalis yang sering digunakan
untuk reaksi ini adalah asam mineral kuat, garam, gel silika, dan resin penukar kation.
Asam mineral yang banyak dipakai adalah asam klorida, asam sulfat, dan asam fosfat.
Asam sulfat paling banyak digunakan dalam industri karena memberikan konversi tinggi
dan laju reaksi yang relatif cepat.
Selain asam mineral, katalis yang sering dipakai adalah resin penukar kation. Keunggulan
katalis ini adalah fasanya yang padat sehingga pemisahannya lebih mudah dan dapat
dipakai berulang. Selain itu, ester yang terbentuk tidak perlu dinetralkan. Namun, resin
penukar kation merupakan katalis yang mahal dibandingkan dengan asam mineral.
(ii) Katalis Reaksi Transesterifikasi
Katalis yang sering digunakan untuk reaksi transesterifikasi yaitu alkali, asam, atau
enzim. Penggunaan enzim masih belum umum dibandingkan alkali dan basa karena
harganya mahal dan belum banyak penelitian yang membahas kinerja katalis ini. Alkali
yang sering digunakan yaitu natrium metoksida (NaOCH3), natrium hidroksida (NaOH),
kalium hidroksida (KOH), kalium metoksida, natrium amida, natrium hidrida, kalium
amida, dan kalium hidrida. Natium hidroksida dan natrium metoksida merupakan katalis
yang paling banyak digunakan. Asam yang dapat digunakan di antaranyanya asam sulfat
(H2SO4), asam fosfat, asam klorida, dan asam organik. Katalis asam yang paling banyak
banyak dipakai adalah asam sulfat.
Page 20
18
5. Keunggulan/keuntungan penggunaan biodiesel dibandingkan dengan petrodiesel
Biodiesel tidak beracun.
Biodiesel adalah bahan bakar biodegradable.
Biodiesel lebih aman dipakai dibandingkan dengan diesel konvensional.
Biodiesel dapat dengan mudah dicampur dengan diesel konvensional, dan dapat
digunakan di sebagian besar jenis kendaraan saat ini, bahkan dalam bentuk biodiesel
B100 murni.
Biodiesel dapat membantu mengurangi ketergantungan kita pada bahan bakar fosil
dan meningkatkan keamanan dan kemandirian energi.
Biodiesel dapat diproduksi secara massal di banyak negara, contohnya USA yang
memiliki kapasitas untuk memproduksi lebih dari 50 juta galon biodiesel per tahun.
Produksi dan penggunaan biodiesel melepaskan lebih sedikit emisi dibandingkan
dengan diesel konvensional, sekitar 78% lebih sedikit dibandingkan dengan diesel
konvensional.
Biodiesel memiliki sifat pelumas yang sangat baik, secara signifikan lebih baik
daripada bahan bakar diesel konvensional, sehingga dapat memperpanjang masa pakai
mesin.
Biodiesel memiliki delay pengapian lebih pendek dibandingkan dengan diesel
konvensional.
Biodiesel tidak memiliki kandungan sulfur, sehingga tidak memberikan kontribusi
terhadap pembentukan hujan asam.
6. Kerugian/kelemahan penggunaan biodiesel dibandingkan dengan petroieseil
Biodiesel saat ini sebagian besar diproduksi dari jagung yang dapat menyebabkan
kekurangan pangan dan meningkatnya harga pangan. Hal ini bisa memicu
meningkatnya kelaparan di dunia.
Biodiesel 20 kali lebih rentan terhadap kontaminasi air dibandingkan dengan diesel
konvensional, hal ini bisa menyebabkan korosi, filter rusak, pitting di piston, dll.
Biodiesel murni memiliki masalah signifikan terhadap suhu rendah.
Biodiesel secara signifikan lebih mahal dibandingkan dengan diesel konvensional.
Biodiesel memiliki kandungan energi yang jauh lebih sedikit dibandingkan dengan
diesel konvensional, sekitar 11% lebih sedikit dibandingkan dengan bahan bakar
diesel konvensional.
Biodiesel melepaskan oksida nitrogen yang mengarah pada pembentukan kabut asap.
Page 21
19
Biodiesel, meskipun memancarkan emisi karbon yang secara signifikan lebih aman
dibandingkan dengan diesel konvensional, masih berkontribusi terhadap pemanasan
global dan perubahan iklim.
7. Pengotor-pengotor yang ada pada pembuatan biodiesel
Pengotor yang ada dalam biodiesel di antaranya gliserin, air, dan alkohol sisa. Pemisahan
pengotor dilakukan untuk mendapatkan biodiesel sesuai kriteria untuk bahan bakar.
(i) Gliserin
Gliserin dan ester membentuk dua fasa yang tidak saling larut. Gliserin yang berada di
lapisan bawah karena densitasnya lebih besar dari ester. Pemisahan gliserin dari ester
dapat dilakukan dengan cara dekantasi. Gliserin merupakan produk samping proses
pembuatan biodiesel yang bernilai ekonomis tinggi yang dapat dijual dalam keadaan
mentah (crude glycerin) atau gliserin yang telah dimurnikan. Pemurnian gliserin akan
lebih sulit jika terbentuk sabun hasil reaksi asam lemak bebas dengan basa.
(ii) Air
Salah satu produk samping reaksi esterifikasi adalah air. Air harus dihilangkan sebelum
reaksi transesterifikasi. Pemisahan air ini dapat dilakukan dengan penguapan atau
menggunakan absorber. Pemisahan air dengan penguapan lebih banyak dilakukan dalam
industri biodiesel karena lebih murah. Air menjadi sulit dipisahkan jika terdapat sabun
hasil reaksi asam lemak bebas dengan basa. Air akan berikatan dengan sabun dan gliserin
sehingga pemisahannya menjadi sulit.
Page 22
20
8. Perbandingan emisi pembakaran biodiesel dan solar
Senyawa Emisi Biodiesel Solar
SO2, ppm 0 78
NO, ppm 37 64
NO2, ppm 1 1
CO, ppm 10 40
Partikulat, mg/Nm3 0,25 5,6
Benzen, mg/Nm3 0,3 5,01
Toluen, mg/Nm3 0,57 2,31
Xilen, mg/Nm3 0,73 1,57
Etil benzen, mg/Nm3 0,3 0,73
Tabel 2. Perbandingan emisi pembakaran biodiesel dengan solar
(Sumber : Internasional Biodiesel, 2001)
Di laboraturium tersebut ada instrumen spektroskopi Infra Merah, Spektroskopi
Resonansi Magnet Inti (Nuclear Magnetic Resonance/NMR) dan Spektroskopi Massa
(Mass Spectroscopy/MS). Seperti pada tugas terdahulu, pembimbingnya menghendaki
mereka berdua mencari tahu tentang ketiga spektroskopi tersebut karena untuk
penentuan struktur molekul informasi yang diperoleh dari spektra IR, NMR, maupun
MS sangat bermanfaat. Enam isu penting apa saja yang menurut Anda akan dijelaskan
dengan rici oleh Budi dan Mega?
Enam isu terpenting mengenai Spektroskopi Infra Merah (IR)
1. Fungsi metode Infra Merah
Spekroskopi inframerah adalah sebuah metode analisis instrumentasi pada senyawa kimia
yang menggunakan radiasi sinar infra merah. Spektroskopi inframerah berguna untuk
mengetahui gugus fungsi yang terdapat pada senyawa organik. Bila suatu senyawa diradiasi
menggunakan sinar inframerah, sebagian sinar akan diserap oleh senyawa, sebagian lainnya
akan diteruskan. Serapan ini diakibatkan karena molekul senyawa organik mempunyai ikatan
yang dapat bervibrasi.
Page 23
21
Larutan standar
Larutan uji
Pem
engg
al
Kisi Detektor
2. Kelebihan spektroskopi Infra Merah
Secara keseluruhan, analisis menggunakan Spektrofotometer FTIR memiliki dua kelebihan
utama dibandingkan metoda konvensional lainnya, yaitu :
Dapat digunakan pada semua frekwensi dari sumber cahaya secara simultan sehingga
analisis dapat dilakukan lebih cepat daripada menggunakan cara sekuensial atau scanning.
Sensitifitas dari metoda Spektrofotometri FTIR lebih besar daripada dispersi sebab radiasi
yang masuk ke sistim detektor lebih banyak karena tanpa harus melalui celah (slitless).
3. Kekurangan Spektroskopi Infra Merah
Spektroskopi ini hanya mampu untuk mengindentifikasi guus fngsi didalam suatu senyawa
tanpa mengetahui struktur molekul dari senyawa tersebut.
4. Cara Kerja Spektroskopi Infra Merah
Jika radiasi inframerah dikenakan pada sampel senyawa organik, beberapa frekuensi bisa
diserap oleh senyawa tersebut. Jumlah frekuensi yang melewati senyawa diukur sebagai
transmitansi.
Sebuah persentase transmitansi bernilai 100 jika semua frekuensi diteruskan senyawa tanpa
diserap. Dalam prakteknya, hal itu tidak pernah terjadi. Dengan kata lain selalu ada serapan
kecil, dan transmitansi tertinggi hanya sekitar 95%. Dalam spektrum inframerah, akan
terdapat suatu grafik yang menghubungkan bilangan gelombang dengan persen transmitansi.
Sumber cahaya memancarkan cahaya inframerah pada semua panjang gelombang. Cahaya
menjadi 2 berkas, berkas yang ke lartan standar dan berkas ke larutan yang akan diuji,
kemudia kedua berkas digabungkan ke dalam chopper. Lalu berkas didifraksikan ke kisi
sehingga berkas terpecah menurut panjang gelombang. Lalu detektor akan mengukur beda
intensitas antara kedua macam berkas tadi pada tiap-tiap panjang gelombang dan meneruskan
informasi ke perekam yang menghasilkan spektrum.
Gamber 5. Skema kerja spektroskopi inframerah
Page 24
22
5. Instrumentasi Spektroskopi Infra Merah
Bagian pokok dari spektrometer inframerah adalah sumber cahaya inframerah,
monokromator dan detektor. Cahaya dari sumber dilewatkan melalui cuplikan, dipecah
menjadi frekuensi-frekuensi individunya dalam monokromator dan intensitas relatif dari
ferkuensi individu diukur oleh detektor.
Sumber yang paling umum digunakan adalah merupakan batang yang dipanaskan oleh listrik
yang berupa :
Nernst glower (campuran oksida dari Zr, Y, Er, dsb).
Globar (silicon karbida)
Berbagai bahan keramik
Monokromator
Prisma dan grating keduanya dapat digunakan. Kebanyakan prisma yang digunakan adalah
NaCl, hal ini disebabkan karena NaCl hanya transparan di bawah 625 cm-1, sedangkan halida
logam lainnya harus digunakan pada pekerjaan dengan frekuensi yang rendah (misal CsI,
atau campuran ThBr dan ThI) yang dikenal sebagi KRS-5. Grating dan prisma mempunyai
peranan dalm meresolusi spektra dan dapat dibuat dari bermacam-macam bahan. Pada
umumnya grating memberikan hasil yang lebih baik daripada prisma pada frekuensi yang tinggi.
Ketidakuntungan terhadap NaCl adalah sifatnya yang higroskopis hingga cermin-cermin harus
dilindungi dari kondensasi uap.
Detektor
Alat-alat yang modern kebanyakan memakai detektor “Thermopile” dasar kerja dari
thermopile adalah sebagai berikut: Jika dua kawat logam berbeda dihubungkan antara ujung
kepala dan ekor menyebabkan adanya arus yang mengalir dalam kawat. Dalam spektrometer
inframerah arus ini akan sebanding dengan intensitas radiasi yang jatuh pada thermopile.
Page 25
23
6. Cara membaca spektra Infra Merah
Tabel peta korelasi yang khas untuk frekuensi tiap-tiap gugus fungsi seperti berikut
Tabel 3. Tabel referensi frekuensi gugus fungsi
Sumber: http://www.chem-is-try.org
Untuk tujuan determinasi gugus fungsi, pengamatan pertama kali ditujukan pada puncak yang
berada di daerah bilangan gelombang 4000-1500 cm-1. Daerah sebelah kanan 1500 cm-1
disebut dengan daerah sidik jari (fingerprint region). Daerah sidik jari akan sangat khas untuk
masing-masing senyawa.
Berikut adalah contoh spektrum IR senyawa 2-heksanol
.
Gambar 6. Spektrum IR senyawa 2-hekasanol
Sumber: http://www.chem-is-try.org
Page 26
24
Enam isu terpenting mengenai Spektroskopi NMR (Nuclear Magnetic Resonance)
1. Prinsip Dasar NMR
Pada tahun 1924, Pauli menduga bahwa inti-inti atom tertentu memiliki sifat spin dan
momentum magnetik. Bila inti-inti ini diletakkan dalam medan magnet, tingkat energinya
akan terurai. Bloch dan Purcell menunjukkan bahwa inti mengabsorpsi radiasi
elektromagnetik pada medan magnet yang lebih kuat karena tingkat energi yang terrain
menginduksikan gaya magnet. Penemuan ini memungkinkan suatu cara untuk
menentukan struktur molekul. Spektroskopi NMR didasarkan pada penyerapan
gelombang radio oleh inti-inti tertentu dalam molekul organik apabila molekul tersebut
berada dalam medan magnet yang kuat. Berikut ketentuan bilangan kuantum spin:
Inti yang jumlah proton atau neutron ganjil (tidak keduanya) mempunyai bilangan
kuantum spin ½, 3/2, 5/2, dst. Seperti 1H, 11B, 19F, dan 31P.
Inti yang jumlah proton dan nutron keduanya ganjil, muatan terdistribusi secara
nonsimetris dan I = 1. Contoh: 2H dan 14N.
Inti yang jumlah proton dan neutron keduanya genap, I = 0 dan tidak menunjukkan
sifat magnetik. Contoh: 12C, 16O, dan 32Si bersifat inert secara magnetik dan tidak
terdeteksi dalam NMR.
Bila tidak ada medan magnet yang diberikan, semua kedudukan spin dari suatu inti
mempunyai tenaga yang sama namun arah yang tidak beraturan. Bila medan magnet
digunakan, setiap inti berputar menghasilkan medan magnet dengan arah momen magnet
menjadi searah (1/2) atau berlawanan arah (-1/2) terhadap Ho (medan magnet luar).
Gambar 7. Arah momen
magnet tidak beraturan
karena tidak ada medan
Gambar 8. Medan
terpasang (Ho)
Gambar 9. Arah momen magnet
menjadi searah atau berlawanan arah
terhadap Ho
Page 27
25
2. Fungsi NMR
Banyak informasi yang diperoleh dari spektra NMR. Pada umumnya metode ini berguna
sekali untuk mengidentifikasi struktur senyawa atau rumus bagan molekul senyawa
organik. Meskipun spektroskopi infra merah juga dapat digunakan untuk tujuan tersebut,
analisis spektra NMR mampu memberikan informasi yang lebih lengkap. Dampak
spektroskopi NMR pada senyawa bahan alam sangat penting. Spektroskopi NMR dapat
digunakan untuk mempelajari campuran analisis, untuk memahami efek dinamis seperti
perubahan pada suhu dan mekanisme reaksi, dan merupakan instrumen tak ternilai untuk
memahami struktur dan fungsi asam nukleat dan protein. Teknik ini dapat digunakan
untuk berbagai variasi sampel, dalan bentuk padatan maupun cairan.
3. Kelebihan NMR
Kelebihan dari spektroskopi NMR adalah dapat menentukan struktur suatu molekul
senyawa sedangkan spektroskopi yang lainnya tidak.
4. Kekurangan NMR
Kekurangan spektroskopi NMR adalah membutuhkan bantuan dari spektroskopi lain
(misalnya IR) untuk mengetahui ada gugus apa saja pada senyawa yang diuji.
5. Cara Kerja (Penggunaan) NMR
Diagram suatu spektrometer NMR ditunjukkan pada pemicu nomor terakhir. Contoh
(sampel) ditaruh antara kedua kutub magnet dan disinari (radiasi) dengan gelombang
radio. Jika proton-proton membalik dari keadaan paralel ke keadaan anti paralel,
penyerapan energi akan dideteksi oleh suatu indikator daya (power).
Dalam satu macam spektrometer NMR, radio-frekuensinya dibuat tetap pada 60 MHz
sedangkan Ho diubah-ubah dalam suatu jangka (range) kecil dan biasanya sekitar 14.000
Gauss. Sebuah sampel akan diberikan sebuah medan magnet, kemudian proton yang
berada pada senyawa sampel tersebut akan bereaksi akibat medan magnet yang diberikan.
Puncak-puncak yang ditunjukkan ada spektra NMR menunjukkan proton yang bereaksi
terhadap medan magnet.
Page 28
26
6. Cara Membaca Spektra NMR
Langkah-langkah untuk membaca spektra NMR:
a. Menghitung jumlah peaks (puncak)
b. Membagi peaks
c. Menghitung jumlah hidrogen tetangga
d. Memperhatikan geseran kimia (chemical shift)
Gambar 10. Range Chemical Shift pada spektra NMR
Enam isu terpenting mengenai MS (Mass Spectroscopy)
1. Prinsip Dasar MS
Spektroskopi massa didasarkan pada pengubahan komponen cuplikan (M) menjadi ion-
ion gas cuplikan (M+). Pengubahan ini menggunakan pancaran sinar elektron 50-100 eV.
Setelah menjadi ion-ion gas, ion-ion tersebut dipisahkan berdasarkan spektrum
pengukuran terhadap nilai rasio massa per muatannya (m/z) dan merekam kelimpahan
relatif tiap jenis ion yang ada. Umumya hanya ion positif yang dipelajari karena ion
negatif yang dihasilkan dari sumber tumbukan sangat sedikit.
2. Fungsi MS
Mengetahui komposisi unsur dari bahan yang dianalisis
Mengetahui massa molekul relatifnya
Mengidentifikasi senyawa organik dan anorganik.
Menganalisis secara kualitatif dan kuantitatif suatu senyawa kompleks.
Menentukan struktur komponen suatu permukaan padatan
Menentukan perbandingan isotop atom dalam suatu sampel.
3. Kelebihan MS
Kelebihan dari spektroskopi massa adalah dapat mengetahui massa molekul relatif suatu
senyawa dan dapat digunakan untuk senyawa organik dan anorganik.
Page 29
27
4. Kekurangan MS
Kekurangan dari spektroskopi MS adalah sampel yang ingin diuji harus dapat diubah
menjadi fasa gas dengan mudah.
5. Cara Kerja (Penggunaan) NMR
Sampel dimasukkan ke dalam instrumen MS dan mengalami penguapan.
Komponen dari sample diionisasikan (umumnya dengan ditembaki sinar berelektron
energi tinggi) dan menghasilkan partikel bermuatan (ion).
Ion dipisahkan berdasarkan rasio massa:muatan (m/z) dalam analizer oleh medan
elektromagnetik.
Ion-ion dideteksi (metode yang digunakan biasanya kuantitatif).
Sinyal ion diproses menjadi suatu spektra massa.
6. Instrumentasi
Sistem Penanganan Sampel: mengubah sampek menjadi berfasa gas
Sumber ion: membuat gas berion (menembaki gas dengan sinar elektron)
Penganalisis massa: memisahkan gas berion berdasarkan rasio massa:muatan (m/z)
Pengumpul ion: mengumpulkan ion dan mengukur arus hasil gas berion yang telah
dipisahkan untuk diubah menjadi spektra gas.
Tugas berikutnya bagi kedua mahasiswa ini adalah menentukan senyawa yang
dimaksud berikut ini. Suatu senyawa dianalisis menggunakan instrumen Spektrometri
Massa, Spektrometri Inframerah dan Spektrometer NMR. Hasil yang diperoleh dari
Spekra MS diperkirakan senyawa tersebut memiliki rumus kimia sbb : C6H12O2.
Hasil yang diperoleh adalah metode spektroskopi infra merah adalah sebagai berikut:
Gambar 11. Spektra IR
Sumber: Pemicu II Kimia Analitik UI, Nov 2014 C=O C-O
Page 30
28
Berdasarkan peak puncak yang dihasilkan, terdapat 2 peak yang menonjol dan 2 peak itu
berada pada rentang 1080 – 1300 dan 1690 – 1760. Daerah tersebut merupakan daerah C=O
dan C-O sehingga terbentuk gugus fungsi
Sehingga dalam peembacaan spektrum IR dapat diidentifikasikan struktur tersebut memiliki
gugus fungsi COO dan disebut dengan gugus fungsi ester. Selanjutnya, identifikasi berlanjut
ke pembacaan spektra NMR.
Gambar 13. Spektra NMR
Sumber: Pemicu II Kimia Analitik UI, Nov 2014
Langkah Pertama
Menghitung jumlah peaks. Penulis telah memberi nama pada masing-masing puncak untuk
mempermudah penjelasan.
Pada puncak a terdapat 3 peaks,
Pada puncak b terdapat 1 peak,
Pada puncak c terdapat 5 peaks,
Pada puncak d terdapat 6 peaks, dan
Pada puncak e terdapat 3 peaks.
Langkah Kedua
Penulis menggabungkan langkah dua dan tiga bersama.
Karena pada puncak a terdapat 3 peaks, maka jumlah hidrogen tetangga yang dimilikinya
adalah 3 – 1 = 2n (2 hidrogen tetangga). Maksud dari hidrogen tetangga adalah berapa
banyak jumlah atom hidrogen yang dimiliki lengan di sebelahnya.
Gambar 12. Gugus Fungsi Ester
a
b
c d
e
Page 31
29
Jumlah hidrogen tetangga pada puncak b = 1 – 0 = 0 puncak b tidak memiliki hidrogen
tetangga.
Jumlah hidrogen tetangga pada puncak c = 5 – 1 = 4
Jumlah hidrogen tetangga pada puncak d = 6 – 1 = 5
Jumlah hidrogen tetangga pada puncak e = 3 – 1 = 2
Langkah Ketiga
Puncak a berada paling jauh di antara puncak-puncak yang lainnya sehingga kita harus
memberikan perhatian kepada puncak ini. Berdasarkan range chemical shift, kemungkinan
terbesar terdapat gugus halogen pada puncak a namun berdasarkan pembacaan spektra IR,
diketahui bahwa adanya gugus ester sehingga pada puncak a terdapat gugus ester.
Pembacaan
Gambar 14. Struktur molekul butil etanoat atau butil asetat
Puncak a dan e sama-sama memiliki 2 hidrogen tetangga namun sesuai dengan teori dasar
NMR bahwa jika medan imbasan sekitar sebuah proton relatif kuat maka medan itu melawan
Ho dengan lebih kuat dan diperluas medan terapan yang lebih besar untuk membawa proton
itu agar beresonansi. Dalam hal ini, proton tersebut dikatakan terperisai (shielded). Pada
kasus ini, proton yang terperisai adalah proton pada puncak e. Label a, b, c, d, dan e untuk
menunjukkan puncak mana yang berada pada struktur senyawa. Nama dari senyawa sampel
adalah butil etanoat atau butil asetat.
b a e c d
Page 32
30
BAB III
PENUTUP
KESIMPULAN
Merkuri (air raksa, Hg) adalah salah satu jenis logam yang banyak ditemukan di alam dan
tersebar dalam batu-batuan, biji tambang, tanah, air dan udara sebagai senyawa anorganik
dan organik. Merkuri berbahaya bagi kesehatan. Merkuri banyak ditemukan dalam air
sisa penambangan emas tradisional.
Metode AAS berprinsip pada absorbsi cahaya oleh atom. Atom-atom menyerap cahaya
pada panjang gelombang tertentu, sesuai sifat unsurnya. Metode AAS ini sangat bagus
dalam menentukan kandungan unsur-unsur logam. Oleh karena itu, metode AAS dipakai
dalam menganalisis kandungan merkuri dalam air sisa penambangan emas.
Formalin merupakan zat golongan aldehid yang digunakan untuk industri non pangan dan
apabila digunakan pada industri pangan akan sangat berbahaya bagi tubuh manusia.
Metode spektofotometri UV-Vis yaitu metode untuk menentukan konsentrasi suatu
sampel dengan menggunakan radiasi cahaya dengan panjang gelombang berada pada
panjang gelombang sinar ultraviolet dan cahaya tampak. Metode ini sangat cocok dipakai
untuk menganalisis formalin dalam suatu bahan pangan.
Spekroskopi inframerah adalah sebuah metode analisis instrumentasi pada senyawa kimia
yang menggunakan radiasi sinar infra merah untuk mengidentifikasi gugus fungsi.
Biodiesel merupakan bahan bakar mesin diesel yang mengandung senyawa nabati. Di
dalam biodiesel, terdapat senyawa ester yang merupakan gugus fungsi khusus (-COO-).
Oleh sebab itu, dengan spekroskopi inframerah, kita dapat mengetahui gugus ester yang
terkadung dalam biodiesel.
Spektroskopi NMR dapat digunakan untuk menentukan struktur senyawa. Hal ini
merupakan sebuah kelebihan dari spektroskopi NMR. Namun untuk dapat mengetahui
secara pasti struktur senyawa sampel, diperlukan spektroskopi IR.
Spektroskopi Massa dapat digunakan untuk mengidentifikasi sampel berupa unsur atau
molekul, baik organik maupun anorganik melalui pendekatan pemisahan nilai rasio
massa:muatan (m/z). Sampel MS harus dapat diubah menjadi fasa gas.
Spektroskopi IR, NMR, dan MS umumnya digunakan secara bersama-sama agar
mendapatkan hasil identifikasi senyawa yang akurat.
Page 33
iii
DAFTAR PUSTAKA
1. Fressenden, R.J dan Fessenden, J.S. 1898. Kimia Organik, Edisi Ketiga.
Jakarta: Penerbit Erlangga.
2. R.A. Day, A.L. Underwood. 2002. Analisis Kimia Kuantitatif, Edisi Keenam.
Jakarta: Penerbit Erlangga.
3. Skoog, West. 2014. Fundamentals of Analytical Chemistry, Edisi Kesembilan.
Canada: Mary Finch.
4. Anonymous. 2013. Spektroskopi Infra Merah. [Online] dari:
http://www.ilmukimia.org/2013/07/spektroskopi-inframerah-ir.html
[dikutip pada 16 November 2014]
5. Anonymous. 2012. Pengertian Biodiesel. [Online] dari:
http://www.indoenergi.com/2012/04/pengertian-biodiesel.html
[dikutip pada 16 November 2014]
6. Anonymous. 2012. Pengaruh Boraks terhadap Kesehatan. [Online] dari:
http://www.makanansehat.web.id/2012/06/pengaruh-borax-terhadap-
kesehatan.html [dikutip pada 16 November 2014]
7. Prawirto. 2011. Biodiesel. [Online] dari: http://chemical-
engineer.digitalzones.com/biodiesel.html [dikutip pada 16 November 2014]
8. Anonymous. 2011. Memahami Arti Sebuah Spektrum Infra Merah. [Online]
dari:
http://www.chem-is-
try.org/materi_kimia/instrumen_analisis/spektrum_infra_merah1/memahami_arti_seb
uah_spektrum_infra_merah/ [dikutip pada 16 November 2014]