PENENTUAN KADAR BESI (Fe) DALAM SAMPEL DENGAN TEKNIK SPEKTROFOTOMETER UV-VIS

Tanggal percobaan : 16 april 2010

PENENTUAN KADAR BESI (Fe) DALAM SAMPEL

DENGAN TEKNIK SPEKTROFOTOMETER UV-VIS

A. Tujuan

1. Menentukan kadar Fe(II) dalam sampel dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis.

2. Dapat mengoperasikan alat spektrofotometer UV-VIS

B. Tinjauan Pustaka

Spektrofotometri merupakan suatu perpanjangan dari penelitian visual dalam studi yang lebih terinci mengenai penyerapan energi cahaya oleh spesi kimia, memungkinkan kecermatan yang lebih besar dalam perincian dan pengukuran kuantitatif.

Pengabsorpsian sinar ultraviolet atau sinar tampak oleh suatu molekul umumnya menghasilkan eksitasi electron bonding, akibatnya panjang gelombang absorpsi maksimum dapat dikorelasikan dengan jenis ikatan yang ada didalam molekul yang sedang diselidiki. Oleh karena itu spektroskopi serapan molekul berharga untuk mengidentifikasi gugus-gugus fungsional yang ada dalam suatu molekul. Akan tetapi yang lebih penting adalah penggunaan spektroskopi serapan ultraviolet dan sinar tampak untuk penentuan kuantitatif senyawa-senyawa yang mengandung gugus-gugus pengabsorpsi.

Metode spektroskopi sinar tampak berdasarkan penyerapan sinar tampak oleh suatu larutan berwarna. Oleh karena itu metode ini dikenal juga sebagai metode kalorimetri. Hanya larutan senyawa yang berwarna ynag dapat ditentukan dengan metode ini. Senyawa tak berwarna dapat dibuat berwarna dengan mereaksikannya dengan pereaksi yang menghasilkan senyawa berwarna. Contohnya ion Fe³⁺ dengan ion CNS^- menghasilkan larutan berwarna merah. Lazimnya kalorimetri dilakukan dengan membandingkan larutan standar dengan cuplikan yang dibuat pada keadaan yang sama. Dengan kalorimetri elektronik (canggih) jumlah cahaya yang diserap (A) berbanding lurus dengan konsentrasi larutan. Metode ini sering digunakan untuk menentukan kadar besi dalam air minum.

Pada metode spektroskopi ultraviolet, cahaya yang diserap bukan cahaya tampak tapi cahaya ultraviolet. Dengan cara ini larutan tak berwarna dapat diukur, contoh aseton dan asetaldehid. Pada spektroskopi ini energy cahaya terserap digunakan untuk transisi electron. Karena energy cahaya UV lebih besar dari energy cahaya tampak maka energy UV dapat menyebabkan transisi electron s dan p.

( Kimia Analitik Instrumen,1994: 4-5)

Penentuan kadar besi berdasarkan pada pembentukan senyawa kompleks berwarna antara besi (II) dengan orto-penantrolin yang dapat menyerap sinar tampak secara maksimal pada panjang gelombang tertentu.

Kadar besi dalam suatu sample yang diproduksi akan cukup kecil dapat dilakukan dengan teknik spektrofotometri UV-Vis menggunakan pengompleksan orto-fenantrolin. Dasar penentu kadar besi (II) dengan orto-Fenantrolin. Senyawa ini memiliki warna sangat kuat dan kestabilan relatife lama dapat menyerap sinar tampak secara maksimal pada panjang gelombang tertentu. Pada persiapan larutan, sebelum pengembangan warna perlu ditambahkan didalamnya pereduksi seperti hidroksilamina. HCl yang akan mereduksi Fe³⁺ menjadi Fe²⁺. pH larutan harus dijaga pada 6-7 dengan cara menambahkkan ammonia dan natrium asetat.

(Hendayana, S, dkk,2001 : 22)

Dengan menggunakan penentuan kadar konsentrasi , suatu senyawa dilakukan dengan membandingkan kekuatan serapan cahaya oleh larutan contoh terhadap terhadap larutan standar yang telah diketahui kunsentrasinya. Terdapat dua cara standar adisi , pada cara yang pertama dibuat dahulu sederetan larutan standar, diukur serapannya, kemudian tentukan konsentrasinya dengan menggunakan cara kalibrasi. Cara yang kedua dilakukan dengan menambahjkan sejumlah larutan contoh yang sama kedalam larutan standar .

(Hendayana, S, dkk,2001 : 12)

Instrumen pada spektrofotometri UV-Vis terdiri dari 6 komponen pokok, yaitu :

1. sumber radiasi

· Lampu deuterium (λ= 190nm-380nm, umur pemakaian 500 jam)

· Lampu tungsten, merupakan campuran dari flamen tungsten dan gas iodine. Pengukurannya pada daerah visible 380-900nm.

· Lampu merkuri, untuk mengecek atau kalibrasi panjang gelombang pada spectra UV-VIS pada 365 nm.

2. Monokromator

Alat yang paling umum dipakai untuk menghasilkan berkas radiasi dengan satu panjang gelombang. Monokromator untuk UV-VIS dan IR serupa, yaitu mempunyai celah, lensa, cermin dan prisma atau grating.

1. wadah sampel (sel atau kuvet)

Wadah sampel umumnya disebut kuvet. Berikut jenis-jenis kuvet yang bisa digunakan:

(a) Gelas

Umum digunakan (pada 340-1000 nm) Biasanya memiliki panjang 1 cm (atau 0,1, 0,2 , 0,5 , 2 atau 4 cm)

(b) Kwarsa

Mahal, range (190-1000nm) (c) Cell otomatis (flow through cells)

(d) Matched cells

(e) Polystyrene range ( 340-1000nm) throw away type

(f) Micro cells.

2. detektor

Radiasi yang melewati sampel akan ditangkap oleh detektor yang akan mengubahnya menjadi besaran terukur. Berikut jenis-jenis detektor dalam sperktrofotometer UV-VIS.

(a) Barrier layer cell (photo cell atau photo voltaic cell)

(b) Photo tube, lebih sensitif daripada photo cell, memerlukan power suplai yang stabil dan amplifier

5. Recorder

Radiasi yang ditangkap detektor kemudian diubah menjadi arus listrik oleh recorder dan terbaca dalam bentuk transmitansi.

6. Read out

(a) Null balance, menggunakan prinsip null balance potentiometer, tidak nyaman, banyak diganti dengan pembacaan langsung dan pembacaan digital

(b) Direct readers, %T, A atau C dibaca langsung dari skala

(c) Pembacaan digital, mengubah sinyal analog ke digital dan menampilkan peraga angka Light emitting diode (LED) sebagai A, %T atau C. Dengan pembacaan meter seperti gambar, akan lebih mudah dibaca skala transmitannya, kemudian menentukan absorbansi dengan A = - log T.

(sumber:http://tjahkimiaunnes.blogspot.com/2010/03/instrumentasi-pada-spektrofotometer-uv.html

Sumber radiasi untuk spektroskopi UV-Vis adalah lampu tungsten. Cahaya yang dipancarkan sumber radiasi adalah cahaya polikromatik. Cahaya polikromatik UV akan melewati monokromator yaitu suatu alat yang paling umum dipakai untuk menghasilkan berkas radiasi dengan satu panjang gelombang (monokromator). Monokromator radiasi UV, sinar tampak dan infra merah adalah serupa yaitu mempunyai celah (slit), lensa, cermin dan perisai atau grating.

Wadah sampel umumnya disebut sel/kuvet. Kuvet yang terbuat dari kuarsa baik untuk spektrosokopi UV dan juga untuk spektroskopi sinar tampak. Kuvet plastik dapat digunakan untuk spektroskopi sinar tampak.

Radiasi yang melewati sampel akan ditangkap oleh detektor yang berguna untuk mendeteksi cahaya yang melewati sampel tersebut. Cahaya yang melewati detektor diubah enjadi arus listrik yang dapat dibaca melalui recorder dalam bentuk transmitansi absorbansi atau konsentrasi.

(Hendayana, S, dkk,2001 : 67)

Reaksi reduksi Fe³⁺menjadi Fe²⁺ adalah :

2 Fe³⁺ + 4NH₂OH + 2OH^- 2Fe²⁺ + N₂ + 4H₂O

Prinsip dasar yang digunakan adalah hukum Lambert-Beer

A=-Log T = a.b.c

Keterangan :

A= absorbansi (A)

T = transmitan ( %T)

ε = absorbtivitas molar (L/cm.mol

b = panjang sel (cm)

c = konsentrasi zat penyerap sinar (mol/L)

Syarat hukum Lambert-Beer dapat digunakan , apabila :

1. larutan yang hendak dianalisis encer

2. sifat kimia, yaitu : zat pengabsorbsi tidak terdisosiasi, berasosiasi/ bereaksi dengan pelarut, sehingga menghasilkan suatu produk pengabsorbsi spectra yang berbeda dari zat yang dianalisis.

3. sumber cahaya : monokromatis

4. syarat kejernihan : kekeruhan larutan yang disebabkan oleh partikel-partikel dapat menyebabkan penyimpangan hokum lambert beer.

C. Alat Dan Bahan

1. Alat-alat yang digunakan

Spektronik -20	1 set
Labu takar 100 mL	1 buah
Labu takar 25 mL	5 buah
Gelas kimia 100 mL	1 buah
Botol semprot 250 mL	1 buah
Spatula	1 buah
Corong pendek	1 buah
Kuvet	3 buah
Batang pengaduk	1 buah

2. Bahan-bahan yang digunakan

Garam Fe(NH₄OH)₂SO₄	0,03 gram
Hidroksilamina-HCl 5%	2,5 gram
Fenantrolin 0,1%	0,1 gram
Natrium asetat 5%	5 gram
Aquades H₂SO₄	Secukupnya 5 mL

D. Prosedur Kerja

1. Pembuatan Larutan Baku Fe(II) 100 ppm

Untuk membuat larutan baku diawali dengan menimbang garam Fe(NH₄OH)₂SO₄sebanyak 0,03 gram, kemudian dilarutkan dalam labu takar 100mL dengan menggunakan corong pendek dan batang pengaduk. Lalu ditambahkan 5 mL larutan asam sulfat 2M untuk menghindari terjadinya proses hidrolisis. Selanjutnya ditambahkan aquades hingga tanda batas.

2. Pembuatan Larutan 1,10-Fenantrolin 0,1% dalam 100 mL air

Untuk membuat larutan 1,10-Fenantrolin 0,1% dalam 100 mL air dibutuhkan 0,105 gram fenantrolin, kemudian dilarutkan dengan menambahkan aquades. Setelah larutan homogen, dimasukkan ke dalam labu takar 100 mL. Dikeringkan bagian atas labu takar sebelum ditanda batasi, kemudian diaduk. Larutan siap dipakai.

3. Pembuatan larutan hidroksilamina-HCl 5% dalam 100 mL air

Ditimbang 2,5 gram kemudian larutkan dengan menggunakan aquades dimasukkan kedalam labu takar 50 mL. Dikeringkan bagian atas labu takar sebelum ditanda batasi. Setelah ditanda batasi, kemudian diaduk. Larutan siap dipakai.

4. Pembuatan larutan hidroksilamina-HCl 5% dalam 100mL air

2,5 g hidroksilamina-HCl dilarutkan dengan aquades, lalu dimasukka dalam labu takar 50mL. Kemudian diencerkan sampai tanda batas.

5. Pembuatan larutan CH3COONa 5%

5 gram CH3COONa dilarutkan dengan aquades, lalu dimasukkan dalam labu takar 100mL. Kemudian diencerkan sampai tanda batas.

6. Pembuatan larutan blanko dan pengukuran serapannya

Dimasukkan 1 mL larutan hidroksilamina-HCl 5%, 5mL 1,10-fenantrolin 0,1% dan 8 mL Natrium asetat 5% kedalam labu takar 25 mL, diencerkan dengan menambahkan aquades, dikeringkan bagian atas labu takar sebelum ditanda batasi. Ditambahkan lagi aquades hingga tanda batas, kemudian diaduk. Diukur absorbansi larutan menggunakan spektronik-20 (345-600)nm.

7. Preparasi Deret Standar dan Sampel

Dibuat larutan deret standar Fe(II) 1 ppm, 1,5 ppm, 2 ppm, 2,5 ppm dan 3 ppm ke dalam labu takar 25 mL. Sebelum diencerkan, ditambahkan ke dalam masing-masing labu 1 mL larutan hidroksilamina-HCl 5%, 5 mL 1,10-fenantrolin 0,1% dan 8 mL Natrium asetat 5%. Untuk larutan sampel, pipet sejumlah sampel ke dalam labu takar 25 mL, kemudian ditambahkan pereaksi dengan jumlah yang sama dengan larutan deret standar sebelum diencerkan. Didiamkan larutan standar maupun sampel selama 10 menit. Diukur absorbansi larutan menggunakan spektronik-20.

E. Analisis Dan Pembahasan

Pada percobaan kali ini, dilakukan analisis penentuan kadar besi Fe(II) dalam sampel air dengan teknik spektrofotometri UV-Vis. Spektrofotometri yang digunakan tepatnya adalah spektrofotometri cahaya tampak, karena logam besi mempunyai panjang gelombang lebih dari 400nm, sehingga jika menggunakan spktrofotometri UV, logam besi dalam sampel tidak terdeteksi.

Syarat analisis menggunakan visibel adalah cuplikan yang dianalisis bersifat stabil membentuk kompleks dan larutan berwarna. Oleh karena itu, dalam pennetuan kadar besi dalam air, perlu ditambahakan hidroksilamin-HCl 5% untuk mereduksi Fe³⁺ menjadi Fe²⁺. Besi dalam keadaan Fe²⁺ akan lebih stabil dibandingkan besi Fe^3+. Dalam keadaan dasar, larutan besi tidak berwarna sehingga perlu ditambhankan larutan orto-fenantrolin agar membentuk kompleks larutan berwarna.

Reaksi antara besi dengan orto-fenantrolin merupakan reaksi kesetimbangan dan berlangsung pada pH 6 sampai 8. Karena alasan tersebut, pH larutan hrus dijaga tetap dengan cara menmbahkan garam natrium asetat. Penambahan larutan natrium asetat seharusnya dilakukan sebelum penambahan orto-fenantrolin. Namun pada prakteknya telah dilakukan kesalahan didalam percobaan yaitu membahkan natrium asetat setelah penambahan orto-fenantrolin sehingga kemungkinan terdapat endapan Fe(OH)₂ atau endapan fosfat. Endapan ini membuat cahaya yang diterima, dihamburkan oleh larutan sehingga absorbansinya kecil. Kemungkinan yang lain yaitu kesalahan dalam menandabataskan dan memipet larutan sampel.

Dalam penentuan kadar fe dalam sampel menggunakan spektrofotometri visibel perlu dibuat larutan standar. Tujuannya adalah untuk membuat kurva kalibrasi yang nantinya akan digunakan untuk menghitung kadar besi dalam sampel air.

Sebelumnya dilakukan pematchingan kuvet dengan larutan CoCl2 berwarna merah muda. Sedangkan dalam pengukuran larutan standar dan sampel digunakan blanko berupa campuran larutan hidroksilamin-HCl, larutan natrium asetat, orto-fenantrolin dan aquades. Larutan kompleks yang terbentuk berwarna orange.

Langkah selanjutnya adalah penentuan panjang gelombang maksimum. Rentang panjang gelombang yang diuji adalah 400-600 nm. Dari percobaan, pada panjang gelombang yang berbeda zat sampel menyerap cahaya dengan absorbansi yang berbeda pula. Semakin besar panjang gelombang yang diberikan semakin besar pula absorbansinya, namun pada keadaan tertentu nilai absorbansi kembali menurun dengan bertambahnya panjang gelombang. Jika dilihat dari data percobaan, pada panjang gelombang 400 nm molekul-molekul dalam larutan standar hanya mampu memperoleh absorbansi sebesar 0,125 atau hanya 12,5% cahaya yang diserap pada panjang gelombang tersebut. Nilai absorbansi ini terus meningkat hingga pada panjang gelombang 520 nm dengan absorbansi 0,453 atau 45,3 % cahaya diserap. Kemudian absorbansi kembali menurun dengan meningkatnya panjang gelombang. Hal ini berarti pada panjang gelombang tersebut kemampuan molekul-molekul menyerap cahaya kembali menurun. Dari hasil percobaan ini dapat disimpulkan bahwa larutan standar tersebut menyerap cahay secara naksimal terjadi pada panjang gelombang 520 nm.

Kemudian dilakukan pengukuran absorbansi pengukuran deret standar pada panjang gelombang maksimum 520 nm. Sesuai hukum Lambert beer, A = ε b c, dimana absorbansi sebanding dengan konsentrasi larutan. Semakin besar konsentrasi larutan, maka absorbansi yang diperoleh juga akan semakin besar. Dari data absorbansi deret standar ini dibuat kurva kalibrasi dengan persamaan garis y = 0,207x (persamaan garis y = ax karena melalui titik (0,0)).

Selanjutnya dilakukaan pengukuran absorbansi sampel. Dari percobaan, diperoleh absorbansi sampel yaitu 0,119. Dari data ini diketahui bahwa konsentrasi sampel sebesar 0,572 ppm dengan persen kesalahan 43,03%. Kesalahan ini terjadi karena penambahan natrium asetat setelah orto-fenantrolin, sehingga pembentukan kompleks tidak maksimal dikarenakan larutan tidak terjaga pH nya. Hal ini membuat larutan tersebut bisa bersifat asam atau basa, sehingga absorbansi larutan juga ikut terpengaruh.

Dari pengukuran deret larutan standar diperoleh data konsentrasi dan % transmitansi. Nilai %transmitansi, kemudian dikonversikan dalam nilai absorbansi yaitu A= -log T. Dari data tersebut dibuat kurva kalibrasi yaitu plot kedalam grafik hubungan antara konsentrasi dan transmitansi sehingga grafik yang dihasilkan adalah sebagai berikut :

Dari grafik tersebut diperoleh nilai persamaan garis y = 0.207x. Persamaan garis tersebut digunakan untuk menghitung kadar besi dalam sample air sumur. Secara analisis kualitatif dan data yang diperoleh, data absorbansi sample air sample dibanding dengan larutan deret standar. Jika ada salah satu deret larutan standar mempunyai nilai absorbansi yang sama dengan nilai absorbansi sample air sumur, maka kemungkinan konsentrasi sample tersebut mengandung kadar besi yang sama dengan konsentrasi salah satu larutan deret standard tersebut.

Untuk memastikan hasil analisis kualitatif tersebut, maka dilakukan analisis kuantitatif, dengan menggunakan persamaan garis y = 0.207x. Melalui perhitungan, diperoleh hasil bahwa konsentrasi besi dalam sample air sumur yang dianalisis adalah 0,57488 ppm.

D. Kesimpulan

Dari hasil pengamatan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan bahwa sampel air sumur yang dianalisa memiliki konsentrasi sebesar 0,57488 ppm.

Daftar pustaka

Hendayana, Sumar. (1994). Kimia Analitik Instrumen.Semarang:Semarang Press.

Hendayana, Sumar (2009). Penuntun Praktikum Kimia Analitik Instrumen. Bamdung:Jurusan Pendidikan Kimia FPMIPA UPI.

Tim kimia analitik instrumen. (2009). Penuntun Praktikum Kimia Analitik Instrumen. Bandung : Jurusan Pendidikan Kimia FPMIPA Universitas Pendidikan Indonesia.

Wiryawan, A, dkk. (2008). Kimia Analitik SMK E-Book. Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan.

Lampiran

1. Perhitungan

a. Pembuatan larutan baku Fe(II) 100 mL air dari garam Fe (NH₄OH)₂SO₄

Diketahui:

Mm Fe = 56 g/mol

Mm (NH4)2.Fe(SO4)2.6H2O = 392 g/mol

Konsentrasi = 100 ppm

V = 100 mL = 0,1 L

Ditanya:

Massa (NH4)2.Fe(SO4)2.6H2O?

Jawab:

mg Fe = 10 mg = 0,01 g

maka garam yg ditimbang adalah:

b. Pembuatan larutan 1,10-fenantrolin 0,1% dalam 100 mL

Massa fenantrolin = 0,1 % x 100 mL = 0,1 gram

c. Pembuatan larutan hidroksilamina-HCl 5% dalam 50 mL

Massa hidroksilamin-HCl 5% = 5 % x 50 mL = 2,5 gram

d. Pembuatan larutan Natrium asetat 5%. dalam 100 mL

massa CH₃COONa = 5% x 50 mL = 2,5 gram

e. Pembuatan larutan standar Fe (II) dalam 25 mL

Konsentrasi larutan baku Fe(II):

Massa (NH4)2.Fe(SO4)2.6H2O yang ditimbang sebesar 0,0706 g, sehingga konsentrasi larutan Fe (II) menjadi

M₁ = konsentrasi larutan baku Fe (II) = 10,0857 ppm

M₂= konsentrasi larutan standar (1, 1,5, 2, 2,5 dan 3, ppm)

V₁= volume larutan baku Fe (II)

V₂= volume larutan standar Fe(II) =25 mL

Untuk menentukan V₁ yang akan digunakan dapat dihitung dengan menggunakan rumus pengenceran, yaitu :

M₁ x V₁ = M₂ x V₂, maka V₁ =( M₂ x V₂)/M₁

· V₁untuk larutan M₂= 1,00857 ppm

V₁ =( M₂ x V₂)/M₁, maka V₁= (1 ppm x 25 mL) / 10,0857 ppm

V₁= 2,5 mL

· V₁untuk larutan M₂= 1,512855 ppm

V₁ =( M₂ x V₂)/M₁, maka V₁= (1,5 ppm x 25 mL) / 10,0857 ppm

V₁= 3,75 mL

· V₁untuk larutan M₂= 2,10714 ppm

V₁ =( M₂ x V₂)/M₁, maka V₁= (2 ppm x 25 mL) / 10,0857 ppm

V₁= 5 mL

· V₁untuk larutan M₂= 2,52143 ppm

V₁ =( M₂ x V₂)/M₁, maka V₁= (2,5 ppm x 25 mL) / 10,0857 ppm

V₁= 6,25 mL

· V₁untuk larutan M₂= 3,02571 ppm

V₁ =( M₂ x V₂)/M₁, maka V₁= (3 ppm x 25 mL) / 10,0857 ppm

V₁= 7,5 mL

f. Perhitungan konsentrasi Fe dalam sample sampel air

Hasil Pengukuran Absorbansi sample ( Y ) = 0,0119

Persamaan garis yang diperoleh Y = 0,207x

Konsentrasi Fe dalam sample (x) adalah sebagai berikut :

Y = 0,207x

0,119 = 0,207x

x = 0,57488

1. Data pengamatan

a. Penentuan panjang gelombang maksimum pada konsentrasi 2 ppm

λ	A	Λ	A
400	0.125	510	0.445
410	0.163	520	0.453
420	0.213	530	0.432
430	0.251	540	0.372
440	0.271	550	0.27
450	0.304	560	0.173
460	0.325	570	0.107
470	0.357	580	0.068
480	0.392	590	0.05
490	0.411	600	0.039
500	0.42