“PENENTUAN KADAR BESI (Fe) DALAM SAMPEL DENGAN TEKNIK SPEKTROFOTOMETRI UV-VIS”
Landasan Teori
 |
| Gambar Spektrofometri |
Spektrofotometri merupakan suatu metoda analisis yang didasarkan pada pengukuran serapan sinar monokromatis oleh suatu lajur larutan berwarna pada panjang gelombang spesifik dengan menggunakan monokromator prisma atau kisi difraksi dengan detektor fototube. Spektrofotometer adalah alat untuk mengukur transmitan atau absorban suatu sampel sebagai fungsi panjang gelombang. Sedangkan metode pengukuran dengan menggunakan spektrofotometer ini digunakan sering disebut dengan spektrofotometri. 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 gelombang dan dialirkan oleh suatu perkam untuk menghasilkan spektrum tertentu yang khas untuk komponen yang berbeda ( Hendayana et al, 1994).
Analisis spektrofotometri campuran Fe2+ dan Fe3+ secara umum merupakan metode tidak langsung yang dilakukan secara bertahap. Orthofenantrolin atau o-fenantrolin sebagai agen pengompleks dapat berikatan dengan Fe2+ dan Fe3+ membentuk kompleks berwarna berbeda, sehingga diharapkan Fe2+ dan Fe3+ dalam campuran bisa ditentukan secara langsung sebagai senyawa kompleks dengan metode spektrofotometri. Senyawa kompleks berwarna merah-orange yang dibentuk antara besi (II) dan 1,10-phenantrolin (ortophenantrolin) dapat digunakan untuk penentuan kadar besi dalam air yang digunakan sehari hari. Reagen yang bersifat basa lemah dapat bereaksi membentuk ion phenanthrolinium, phen H+ dalam medium asam. Pembentukan kompleks besi phenantrolin dapat ditunjukkan dengan reaksi:
Fe2+ + 3 phen H+ ⇌ Fe(phen)32+ + 3H+
Tetapan pembentukan kompleks adalah 2.5×10-6 pada 25oC. Besi (II) terkomplekskan dengan kuantitatif pada pH 3-9. pH 3,5 biasa direkomendasikan untuk mencegah terjadinya endapan dari garam garam besi, misalnya fosfat. Kelebihan zat pereduksi, seperti hidroksilamin diperlukan untuk menjamin ion besi berada pada keadaan tingkat oksidasi 2+ ( Hendayana et al, 1994).
Besi adalah elemen kimiawi yang dapat ditemukan hampir disetiap tempat dibumi pada semua lapisan-lapisan geologis dan badan air. Besi dalam air tanah dapat berbentuk Fe (II) dan Fe(III)
Kandungan Besi III dapat ditentukan dengan beberapa metode, salah satunya yaitu dengan spektrofotometer sinar tampak. Salah satu metode yang cukup handal pada spektrofotometer adalah dengan penambahbakuan atau adisi standar. Metode ini merupakan suatu pengembangan metode spektrofotometer sinar tampak dengan biaya relatif lebih murah. (Watulingas, 2008)
Metode dalam penentuan besi secra analisa kualitatif dapat dilakukan dengan menggunakan alat spektrofotometer. Penentuan ini secara umum dapat di urai menjadi tiga yaitu:
- Metode Tiosianat
Pada metode ini besi diubah menjadi besi (III) menggunakan Kalium permanganta dan menambahkan tiosianat sehingga menjadi warna merah. diukur menggunakan panjang gelombang 480 nm
- Metode 1,10 – ortopenantrolin,
Besi (III) direduksi menjadi besi (II) dengan menambah hidroksilamin klorida dan ditambah ortofenontrolin sehingga terbentuk warna orange, diukur menggunakan panjang gelombang 510 nm
- Metode tioglikoat
Besi (III) dengan penambahan asam tioglikolat, amonium sitrat, dan amonium hidroksida akan memberi kompleks warna ungu – merah, diukur dengan panjang gelombang 535 nm (Trianjaya Z, 2009)
Alat dan Bahan
Alat :
- Spektronik-20
- Labu takar 100 dan 25 mL
- Gelas kimia 100 mL
- Botol semprot
- Spatula
- Corong
- Kuvet
- Batang pengaduk
Bahan :
- Garam Fe(NH4OH)2SO40,03 gram
- Hidroksilamina-HCl 5% 2,5 gram
- Fenantrolin 0,1% 0,1 gram
- Natrium asetat 5% 5 gram
- Aquades Secukupnya
- H2SO4 5 mL
Preparasi Sampel :
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.
Analisis Dan Pembahasan
Pada percobaan 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 Fe3+. 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 :
 |
| Kurva Kalibrasi Deret Standar |
Penjelasan :
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.