LAPORAN PRAKTIKUM PENENTUAN ZAT ADITIF PADA PLASTIK KEMASAN MENGGUNAKAN SPEKTROFOTOMETER INFRAMERAH
diajukan untuk memenuhi salah satu tugas Praktikum Kimia Analitik Instrumen Dosen Pengampu: Dr. Iqbal Musthapa, M.Si Tanggal Percobaan: 3 Maret 2014
disusun oleh:
Kelompok 7 Ilma Inaroh Azizah
(1101094)
Karomah Khilda
(1104682)
JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA BANDUNG 2014
Tanggal Praktikum: 03 Maret 2014
PENENTUAN ZAT ADITIF PADA PLASTIK KEMASAN MENGGUNAKAN SPEKTROFOTOMETER INFRAMERAH
A. Tujuan Praktikum 1. Menentukan keberadaan zat aditif pada plastik kemasan melalui perlakuan pemanasan; 2. Memahami prinsip dasar spektrometri inframerah dan menggunakannya untuk identifikasi zat; dan 3. Mengembangkan
kemampuan
komunikasi
verbal
dan
non-verbal
berkaitan dengan hasil analisis. B. Tinjauan Pustaka Senyawa kimia tertentu (hasil sintesa atau alami) mempunyai kemampuan menyerap radiasi elektromagnetik dalam daerah spektrum inframerah (IR). Absorbsi radiasi IR pada material tertentu berkaitan dengan fenomena bergetarnya molekul atau atom. Spektrum serapan inframerah suatu senyawa mempunyai pola yang khas, sehingga berguna untuk identifikasi senyawa (identifikasi keberadaan gugus-gugus fungsi yang ada). Posisi pita dalam analisa inframerah dinyatakan dalam satuan frekuensi. Frekuensi sering dinyatakan sebagai bilangan gelombang, yakni jumlah gelombang atau panjang gelombang per centimeter (cm -1). Daerah yang sering dianalisa dengan spektroskopi inframerah adalah dalam kisaran 4000-600 cm -1 (setara dengan 2,5 – 25 mm) atau lebih rendah. Hasil analisa dicatat dalam modus pemancar (%T) atau absorbansi (abs). (Wiji, dkk. 2011) Molekul memiliki frekuensi tertentu yang secara langsung terkait dengan gerakan rotasi dan vibrasi mereka. Serapan inframerah adalah hasil dari perubahan dalam keadaan getaran dan rotasi ikatan molekul. Daerah spektrum elektromagnetik radiasi inframerah berada pada panjan gelombang
1
antara 0,7 – 500 µm atau dalam bilangan gelombang 14000 dan 20 cm -1. Hubungan dengan radiasi elektromagnetik terjadi jika molekul bergetar menghasilkan momen dipole berosilasi yang dapat berinteraksi dengan medan listrik dari radiasi. Spektrum serapan inframerah suatu senyawa memiliki pola yang khas, sehingga berguna untuk mengidentifikasi senyawa (identifikasi keberadaan gugus-gugus fungsi yang ada). Ilmu yang mempelajari hal tersebut disebut spektrometri inframerah (IR). Spektroskopi
inframerah
(IR)
mencakup
beberapa
metode
berdasarkan serapan radiasi elektromagnetik dengan range 0,8 – 35 µm. rentang spectrum ini dapat dibagi menjadi tiga klompok: IR dekat (0,8 – 2,5 µm); IR tengah (2,5 – 7,69 µm); dan IR jauh (15-35 µm). (McGraw-Hill, 7.3) Panjang
Jenis
Interaksi
gelombang
Sinar gamma
< 10 nm
sinar-X
0,01 - 100 A
Ionisasi Atomik
Ultra ungu (UV) jauh
10-200 nm
Transisi Elektronik
tampak
gelombang
Emisi Inti
Ultra ungu (UV) dekat 200-400 nm sinar
Bilangan
Transisi Elektronik 25.000 - 13.000
400-750 nm
Transisi Elektronik
0,75 - 2,5 µm
Interaksi Ikatan
2,5 - 50 µm
Interaksi Ikatan
4.000 - 200 cm-1
Inframerah jauh
50 - 1.000 µm
Interaksi Ikatan
200 - 10 cm-
Gelombang mikro
0,1 - 100 cm
serapan inti
10 - 0,01 cm-
Gelombang radio
1 - 1.000 meter
Serapan Inti
(spektrum optik ) Inframerah dekat Inframerah pertengahan
cm-1 13.000 - 4.000 cm-1
Sebuah spektrofotometer adalah suatu instrument untuk mengukur transmitans atau absorbans suatu sampel sebagai fungsi panjang gelombang;
2
pengukuran terhadap sederetan sampel
pada suatu panjang gelombang
tunggal dapat pula dilakukan. (JR,R.A Day & Underwood, 1999, 398) Persyaratan penyerapan radiasi IR oleh molekul adalah: 1. Getaran pada frekuensi alami harus sama dengan frekuensi peristiwa radiasi. 2. Frekuensi radiasi harus memenuhi ΔE = hv, dimana ΔE adalah perbedaan energi antara bagian-bagian yang terlibat getaran. 3. Getaran harus menyebabkan perubahan momen dipole molekul. 4. Jumlah radiasi yang diserap adalah sebanding dengan kuadrat dari laju perubahan dipole selama getaran. 5. Perbedaan energi antara tingkat energy getaran yang diubah oleh sambungan ke tingkat energy rotasi dan sambungan antara getaran.
Syarat pertama untuk bahan yang digunakan dalam spectrometer IR adalah bahan harus transparan terhadap radiasi IR. Persyaratan ini menghilangkan bahan umum seperti kaca dan kuarsa untuk digunakan dalam IR tengah karena gelas dan kuarsa tidak transparan untuk radiasi IR pada panjang gelombang lebih dari 3,5 µm. Kedua, bahan yang digunakan harus cukup kuat untuk dibentuk dan dihaluskan untuk kaca, sampel dan lainnya. Bahan umum yang digunakan adalah garam-garam ionic, seperti kalium bromide, kalsium flourida, natrium klorida, dan seng selenida. Pilihan akhir diantara senyawa ditentukan oleh rentang panjang gelombang yang akan diperiksa, misalnya natrium klorida transparan terhadap radiasi antara 2,5 dan 15 µm. kalium bromida dapat digunakan selama rentang 2,1 – 26 µm, dan kalsium flourida dalam kisaran 2,4 – 7,7 µm. (Robinson, 2005, 219-225) Untuk menyerap radiasi inframerah, molekul harus mengalami perubahan netto dalam momen dipole karena bergetar atau berputar.beberapa contoh molekul yang dapat mengalami perubahan netto momen dipole selama proses vibrasi dan rotasinya adalah NO, CO, NH, CO 2, dan sebagainya.
3
Untuk molekul-molekul seperti N 2, O2, dan Cl2 yang beratom sama, selama proses vibrasi dan rotasi tidak terjadi perubahan netto momen dipole, sehingga molekul-molekul tersebut tidak akan menyerap sinar inframerah atau dikatakan tidak aktif inframerah karena frekuensi gerakannya sama dengan frekuensi gelombang elektromagnetik. Posisi relatif atom dalam molekul tidak pasti, tetapi berubah-ubah terus menerus karena bervibrasi. Untuk molekul diatom atau triatom, vibrasi tidak dapat dianggap dan dihubungkan dengan energy absorpsi, tetapi untuk molekul poli atom, vibrasi tidak dapat dengan mudah diperkirakan, karena banyaknya
pusat
vibrasi
yang
berinteraksi.
Umumnya
vibrasi
ini
diklasifikasikan sebagai vibrasi ulur dan vibrasi tekuk. Vibrasi ulur ( stretching ) menyangkut konstanta vibrasi antara dua atom sepanjang sumbu ikatan. Jenis vibrasi ulur adalah vibrasi simetri dan vibrasi asimetri.
Vibrasi simetri: Unit struktur bergerak bersamaan dan searah
Vibrasi asimetri: Unit struktur bergerak bersamaan tetapi tidak searah
Sedangkan vibrasi tekuk (bending ), dikarenakan berubahnya sudut ikatan diantara dua ikatan namun panjang ikatannya tetap. Ada empat tipe, yaitu scissoring, rocking, wagging, dan twisting . 1. Vibrasi goyangan (rocking) : Mengayun simetri dalam bidang datar yang sama 2. Vibrasi guntingan (scissoring) : Mengayun asimetri dalam bidang datar yang sama 3. Vibrasi kibasan (wagging) : Mengibas secara simetri keluar dari bidang datar
4
4. Vibrasi pelintiran (twisting) : Berputar mengelilingi ikatan kearah induk, keluar dari bidang datar.
Osilator Harmonik Merupakan model sederhana yang dapat menggambarkan vibrasi dalam molekul. Molekul ini mengibaratkan ikatan sebagai dua massa yang dapat bergerak bebas pada sebuah bidang datar dan dihubungkan dengan per. Oleh karena itu, kita dapat menggunakan hukum Hooke:
V =
1
f(m1 + m2 )
2πc
m1 m2
Dimana: V = Bilangan gelombang (cm -1) c = kecepatan cahaya m1.m2 = massa atom (g) f = tetapan gaya (dyne cm -1) Semakin besar tetapan gaya (f), semakin besar pula frekuensi vibrasi. Untuk ikatan tunggal, rangkap, dan rangkap tiga masing-masing 5 x 10 -5 , 10 x 10-5 , 15 x 10 -5 dyne cm-1. Penebalan transisi diantara tingkat-tingkat vibrasi menunjukkan bahwa hal tersebut harus berlangsung secara kuantisasi, berarti frekuensi vibrasi berhubungan dengan energy dalam suatu persamaan E = (V + ½) hv dimana E adalah energy vibrasi yang sesuai dengan bilangan kuantum. Terdapat dua jenis instrumen spektrometri IR:
5
1. Spektrometer Dispersif Bekerja secara sequensial. Model-model terdahulu hanya satu berkas, tetapi model saat ini memiliki dua berkas. Satu berkas berperan sebagai pembanding sedangkan berkas lain berperan sebagai pengukur. Radiasi dari sumber cahaya dibagi dua dengan sebuah set cermin. Monokromator membuat interval-interval kecil pada λ dari berkas. Cahaya yang telah melewati rute pembanding dan sampel tiba di detektor. Pergerakan cahaya diatur oleh sebuah cermin yang berputar dengan frekuensi 10 Hz sehingga terarahkan ke kedua rute tersebut. 2. Fourier Transform Infrared Spectrometer (FTIR) Spectrometer ini mampu melakukan analisis bersamaan dengan rangen spectra secara keseluruhan menggunakan interferometer Michelson yang ditempatkan antara sumber cahaya dengan sampel. Interferometer ini menggantikan monokromator. Radiasi dari sumber cahaya diarahkan ke “beam splitter ” yang terbuat dari lapisan germanium yang disokong oleh KBr yang tidak menyerap sinar radiasi pada range IR. Splitter ini membagi cahaya menjadi dua bagian, satu menuju cermin yang tetap dan satu lagu menuju cermin bergerak. Pada akhirnya kedua berkas ini akan berinterferensi sebelum mencapai detektor.
6
Spektrometer IR memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan spectrometer IR tradisional: 1) Tidak ada cahaya tersasar, dan ada penggantian celah dengan iris menghasilkan sinyal lebih kuat 2) Perbandingan antara sinyal dan bunyi lebih besar. Sinyal lebih kuat, bunyi lebih lemah 3) Resolusi yang dihasilkan konstan sepanjang percobaan Komponen-komponen alat spectrometer FTIR: a) Sumber Cahaya Beberapa sumber cahaya yang dapat digunakan sebagai sumber radiasi inframerah, yaitu: 1. Nernst Source Glower Yaitu terbuat dari oksida-oksida zir kromium dan natrium, berupa batang berongga dengan diameter 2 mm dan panjang 30 nm. Batang ini dipanaskan sampai 1500 – 20000C dan akan memberikan radiasi di atas 7000 cm -1. 2. Glowbar Yaitu sebatang silicon karbida (SiC) dengan diameter 5 mm. Lebih kuat dibandingkan dengan sumber cahaya yang lain. 3. Kawat Nikrom b) Interferometer Merupakan komponen yang khas bagi FTIR dibandingkan dengan spectrometer lain. Interferometer membuat FTIR dapat bekerja simultan untuk menganalisis sampel dari rentang radiasi tertentu dalam satu kali pengukuran saja. Radiasi IR dari sumber berkas dibagi dua oleh beam splitter dan menempuh dua rute yang berbeda. Satu sebagai pembanding dan satu
untuk
pengukuran
diinterferensikan
dan
sampel.
perbedaan
Kedua
berkas
komposisi
tadi
berkas
lalu
setelah
berinterferensi diterjemahkan oleh detektor sebagai transmisi IR oleh sampel (dalam bentuk sinyal interferogram).
7
c) Wadah Sampel Sampel yang dapat dianalisis dapat berupa padatan, lapis tipis, cairan, maupun gas dengan syarat dapat ditembus oleh cahaya dan mengabsorbsi pada daerah IR. 1. Untuk sampel padat dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu pembuatan pelet KBr atau pasta nujol. Untuk membuat pelet, sampel dihasilkan bersama KBr, kemudian dicetak dengan alat pembuat pelet. Sedangkan untuk membuat pasta, sampel yang telah dihaluskan dicampurkan dengan nujol, yaitu minyak hidrokarbon yang memiliki titik didih tinggi sampai terbentuk pasta. 2. Untuk sampel lapis tipis menggunakan sampel holder yang tersedia (window). 3. Untuk
sampel
cair
melalui
dua
cara.
Pertama
dengan
meneteskan sampel pada permukaan piring garam, kemudian menutupnya dengan piring kedua, seperti membuat sandwich. Cara lain dengan menggunakan tempat sel cair yang dirancang khusus. 4. Untuk sampel gas dengan menggunakan sel yang berbentuk bulat yang terbuat dari KBr, NaCl, atau CaF2. d) Detektor Detektor pada spectrometer inframerah merupakan alat yang bisa mengukur atau mendeteksi energy radiasi akibat pengaruh panas. Untuk untuk detektor dalam daerah IR, sel fotokonduktif jarang digunakan. Yang banyak digunakan adalah detektor-detektor termal, seperti thermocouple. Thermocouple merupakan alat yang mempunyai impedans rendah dan seringkali dihubungkan dengan preumpliflier dengan impedans tinggi. Detektor thermocouple terdiri dari dua kawat halus terbuat dari logam seperti platina (Pt) dan perak (Ag) atau Sb dan Bi.
8
e) Amplifier Jika sinyal yang dihasilkan sangat lemah, maka digunakan amplifier. f) Rekorder Berfungsi
merekam
sinyal
listrik
dari
detektor
dan
diterjemahkan berupa puncak-puncak absorbsi. Spectrum inframerah ini menunjukkan hubungan antara absorbsi dan frekuensi atau bilangan gelombang atau panjang gelombang. Sebagai absis adalah frekuensi (Hz, S-1) dan sebagai ordinat adalah transmittan (%) atau absorbansi. (Skoog, 2007: 432-452) Jenis-jenis plastik: a) Poli propilena Bersifat polar Struktur: Frekuensi serapan yang mungkin: C – C = 1450 – 1600 cm -1 C – H sp3 = 2850 – 3000 cm-1 b) Poli vinil klorida (PVC) Bersifat nonpolar Struktur: Frekuensi serapan yang mungkin: C – Cl = 500 – 1430 cm -1 C – H sp3 = 2850 – 3000 cm-1 C – C = 1450 – 1600 cm -1 c) Poli stirena Bersifat nonpolar Struktur: Frekuensi serapan yang mungkin: C – CH2 (bending) = 1450 dan 1375 cm-1 C – H (stretching) = 1465 cm -1
9
C = C (alkena) = 1680 – 1600 cm-1 d) Poli etilen Bersifat polar Struktur: Frekuensi serapan yang mungkin: C – C = 1450 – 1600 cm -1 C – H (stretching) = 1465 cm -1 e) Poli metilmetaklarat Struktur: Gugus yang mungkin terbaca: C – H, C – C, C = O, C – O
f) Poli kaprolakton Struktur: Gugus yang mungkin terbaca: C – H, C – C, C = O
Beberapa zat aditif yang ditambahkan pada plastik antara lain: a) Plastikiers Digunakan untuk membuat plastik lebih lembut dan lebih fleksibel. Contoh zat aditif
jenis ini adalah bis(2-ethylhexyl) adipate atau
DEHA
C = O = 1735 – 1750 cm -1 C – H = 2800 – 3000 cm-1
10
b) Dibutil flatalat
C = O = 1735 – 1750 cm -1 C – H = 2800 – 3000 cm-1 C = C = 3000 – 3300 cm -1 c) Oleat
C – C = 1450 – 1600 cm -1 C – H sp3 = 2850 – 3000 cm-1 C = O = 1640 – 1820 cm -1 C = C = 1600 – 1700 cm -1 d) Poli ester
e) Stabilizer Digunakan untuk mencegah terurainya polimer apabila terkena panas atau UV. f) Antioksidan Digunakan untuk mencegah proses oksidasi. Karena oksidasi dapat menyebabkan plastik kehilangan kekuatannya, pemanjangannya, dan perubahan warna.
11
C. Alat dan Bahan Alat: 1. Gunting
: 1 buah
2. Interferometer FTIR
: 1 buah
3. Magnetic Stirer
: 1 buah
4. Gelas kimia
: 1 buah
5. Spatula
: 1 buah
6. Pinset
: 1 buah
7. Pemanas Listrik
: 1 buah
Bahan: 1. Metanol
: ± 100 mL
2. Sampel plastik
: 2 buah (3 x 3 cm)
3. Aquades
: secukupnya
D. Prosedur Kerja Praktikum Sampel Plastik
Digunting dengan ukuran (3 x 3 cm) sebanyak dua buah
Dua buah fillm
Film ke-1
Diukur langsung dengan spectrometer IR
Spektra film ke-1
Film ke-2
Ditempatkan dalam labu Erlenmeyer berisi 100 mL metanol
Dipanaskan dan diaduk selama ± 2 jam
Diukur dengan spektrofotometer IR
Spektra film ke-2
12
E. Hasil dan Analisis Data Percobaan yang telah dilakukan adalah penetuan zat aditif pada plastik kemasan dengan spektrofotometer inframerah. Penentuan zat aditif pada plastik kemasan dilakukan cara membandingkan spectra plastik tanpa perlakuan dengan spectra plastik dengan perlakuan. Adanya puncak yang hilang menunjukkan adanya zat aditif yang kemudian dapat ditentukan zat aditif tersebut dari gugus fungsi yang muncul. Plastik dengan perlakuan, dilakukan dengan cara memanaskan plastik dalam larutan methanol selama 2 jam dengan tujuan untuk melarutkan zat aditif yang terdapat dalam plastik. Sebelum pengujian dengan spektrofotometer IR, plastik harus kering dan bebas air karena jika terdapat air akan mengganggu proses analisis.
Spektra plastik tanpa perlakuan:
Serapan IR plastik tanpa perlakuan: No. Bilangan gelombang (cm-1)
Gugus Fungsi
1
2916,2; 2850,6
C – H sp (stretching)
2
2665,4
O – H
13
3
2277,8
C≡N
4
1463,9
C – H (bending)
5
1367,4
O – H (bending) / C – N
6
1018,3
C – C alkana
Spektra IR plastik dengan perlakuan:
Serapan IR plastik dengan perlakuan No. Bilangan gelombang (cm-1)
Gugus Fungsi
1
2914,2; 2850,6
C – H sp (stretching)
2
2638,4
O – H
3
1463,9
C – H (Bending)
4
1367,4
O – H / C – N
5
956,6
C – C alkana
Berdasarkan data hasil analisis tersebut, terjadi perubahan frekuensi antara spectra IR plastik tanpa perlakuan dengan spectra IR dengan perlakuan. Hal ini terjadi pada ikatan C – H sp3, yang semula memiliki frekuensi sebesar 2916,2; 2850,6 namun setelah mendapatkan perlakuan berupa pemanasan dan pelarutan menggunakan methanol yang dilakukan selama 2 jam menjadi 2914,2; 2850,6. Ikatan O – H semula 2665,4
14
menjadi 2638,4. Ikatan C – C alkana yang semula 1018,3 menjadi 956,6. Dan ikatan C≡N mengalami penghilangan frekuensi pada frekuensi 2277,8. Terjadinya
penurunan
intensitas
vibrasi
menandakkan
berkurangnya konsentrasi sampel. Hal tersebut menandakan adanya zat aditif dalam plastik kemasan yang keluar setelah perlakuan sehingga konsentrasi sampel mengalami pengurangan.
F. Kesimpulan Berdasarkan hasil analisis data yang diperoleh menyatakan bahwa pada sampel plastik kemasan terdapat zat aditif.
G. Daftar Pustaka Harvey, David. (2000). Modern Analytical Chemistry. USA: The McGraw Hill Companies.inc.
Robinson. W. J,dkk. (2005). Undergraduate Instrumental Analysis. New York: Madison Avenue.
Skoog, et. Al. (2004). Fundamental of Analytical Chemistry. 8th Edition. Canada: Brooks/cole-Thomson Learning.
Tim Kimia Analitik Instrumen. (2011). Petunjuk Praktikum Kimia Analitik Insrtumen. Bandung: UPI.
Underwood & JR,R.A Day. (2001). Analisis Kimia Kualitatif . Jakarta: PT. Gelora aksara pratama.
15
LAMPIRAN 1. Cara Pembuatan Larutan dan Pengamatan
Langkah Kerja
Pengamatan
Sampel Plastik
Digunting dengan ukuran (3 Plastik elastis tidak berwarna
x 3 cm) sebanyak dua buah Dua buah fillm
Film ke-1
Diukur
langsung
dengan
Didapatkan spectra plastik
spectrometer IR Spektra film ke-1
Methanol
Film ke-2
Ditempatkan
dalam
tidak
dipanaskan
dalam
labu berwarna
Erlenmeyer berisi 100 mL
Plastik
metanol
methanol selama ± 2 jam
Dipanaskan
dan
diaduk Didapatkan
selama ± 2 jam
larutan
Diukur
dengan
spektrofotometer IR Spektra film ke-2
16
spectra
plastik
yang telah mendapat perlakuan
2. Sifat Fisika dan Kimia Bahan
Bahan Metanol
Sifat Fisika
Sifat Kimia
o
Cairan tidak berwarna
o
RM: CH3OH
o
Titik leleh: -97,80C
o
Mudah terbakar
o
Titik didih: 64,70C
o
Mudah
o
P: 100 mmHg
17
menguap
