Meutia Rahmah: Refraktometer Abbe

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Refraktometer adalah perangkat laboratorium atau lapangan untuk mengukur kadar atau konsentrasi bahan terlarut seperti gula, garam, protein, dan lain-lain berdasarkan pada pengukuran indeks bias cairan tersebut. Indeks bias adalah perbandingan kecepatan cahaya dalam udara dengan kecepatan cahaya dalam zat tersebut. Percobaan ini dilakukan dengan tujuan menetapkan indeks bias suatu zat cair dan larutan, dapat menggunakan nilai indeks bias dalam analisis kuantitatif suatu larutan, serta mengidentifikasi pengaruh konsentrasi larutan terhadap indeks bias zat tersebut. Metode yang dilakukan didasarkan pada prinsip bahwa cahaya yang masuk melalui prisma, cahaya bisa melewati bidang batas antara cairan dan prisma kerja dengan suatu sudut yang terletak dalam batas-batas tertentu yang ditentukan oleh sudut batas antara cairan dan gelas. Dilihat dari indeks bias suatu zat cair, didapatkan urutan yaitu zat cair C > B > E > A > D sedangkan dilihat dari densitas suatu zat cair didapatkan urutan zat cair B > A > E > C > D. Perbedaan indeks bias dari masing-masing zat disebabkan karena adanya perbedaan konsentrasi. Selain konsentrasi, sudut kritis juga merupakan salah satu faktor yang mempengaruhi indeks bias. Faktor-faktor yang menyebabkan perbedaan indeks bias yaitu konsentrasi, kerapatan, sudut kritis, dan kecepatan cahaya.

Refraktometer Abbe adalah refraktometer untuk mengukur indeks bias cairan, padatan dalam cairan atau serbuk dengan indeks bias dari 1,300 sampai 1,700 dan persentase padatan 0 sampai 95%, alat untuk menentukan indeks bias minyak, lemak, gelas optis, larutan gula, dan sebagainnya, indeks bias antara 1,300 dan 1,700.

1.2 TUJUAN

1. Untuk mengetahui arti dari refraktometer.

2. Untuk mengetahui jenis-jenis refractometer.

3. Untuk mengetahui prinsip kerja refraktometer ABBE.

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Kondisi Batas Dipermukaan

Refratories adalah bahan struktural yang digunakan pada suhu tinggi di tungku industri . mereka disediakan mainl dalam bentuk batu bata ukuran standar dan bentuk khusus . Pada permukaan yang tidak mengandung muatan dan arus. Kondisi ini akan terbukti untuk cukup mendorong hukum lengkap refleksi dan refraksi, pada kenyataannya kondisi di D dan B tindak dari yang lain. Dan tidak diperlukan untuk derivasi. Kita akan menemukan bahwa secara umum kita tidak bisa memuaskan mereka mendalilkan tiga gelombang pesawat terpisah tanpa insiden dan gelombang tercermin dalam satu media, gelombang dibiaskan dalam media lainnya. Dengan argumen seperti optik yang melibatkan hanya cocok untuk gelombang diatas bidang di kedua sisi permukaan, kita dapat membuktikan hukum sderhana dari refleksi dan refraksi bahwa kejadian dan refleksi adalah sama dan hukum Snell’s ini bias. Kita bisa melihat lebih jauh dari ini, bagaimanapun, dan menghitung intensitas gelombang dipantulkan dan dibiaskan , dan karena koefisien refleksi diwujudkan dalam persamaan Fresnel ini. Pertama kami akan membuktikan bahwa hukum refleksi dan refraksi, dan kemudian persamaan fresnel ini. Kemudian kita akan mengambil dua kasus yang rumit, yang tidak dapat ditangani oleh metode yang paling dasar dari refleksi internal total, dimana ada gelombang eksponesial dampes dari jenis yang menarik dari media langka, yang tidak menyebabkan aliran untuk melakukan menengah dan refleksi dan refraksi oleh media seperti logam, dimana hukum Snellini tidak bias terus dalam bentuk sederhana. Dalam semua diskusi ini, kita melihat banwa berlaku untuk setiap bagian spektrum dengan validitas yang sama, terpanjang dari gelombang elektromagnetik atau radio, melalui daerah tampak dengan sinar X dan sinar gamma. Satu-satunya perbedaan adalah bahwa indeks bias dan koefisien penyerapan sinar dengan panjang gelombang. Dengan cara kita mengambil dalam bab sebelumnya. Jumlah ini akan muncul sebagai konstanta dalam diskusi kita ini. Bagaimanapun akan berurusan dengan seluruh gelombang monocbromatic dari panjang gelombang yang pasti.

2.2 Hukum Refraksi

Mari kita berasumsi bahwa permukaan pemisahan adalah z = 0, dan bahwa media dengan negatif z memiliki konstanta µ,

, dan bahwa untu nilai-nilai positif memiliki µ,

, sesuai dengan indeks bias dan penyerapan koefisien n, k, dan n’, k’. Biarkan gelombang insiden berada di media dengan negatif z dan biarkan gelombang memiliki arah cosinus l, m, n. Kem-

udian dalam media non absorbing, yang kita bahas dalam bagian ini saja, memiliki faktor eksponensial adalah propagasi gelombang. Pada prakteknya refraktometer akan ditera pada skala sesuai dengan penggunaannya. Sebagai contoh refraktometer yang dipakai untuk mengukur konsentrasi larutan gula akan ditera pada skala gula. Begitu juga dengan refraktometer untuk larutan garam, protein dan lain-lain. (Cyril W. Lander, 1993)

Indeks bias adalah perbandingan kecepatan cahaya dalam udara dengan kecepatan cahaya dalam zat tersebut. Indeks bias berfungsi untuk identifikasi zat kemurnian, suhu pengukuran dilakukan pada suhu 20^oC dan suhu tersebut harus benar-benar diatur dan dipertahankan karena sangat mempengaruhi indeks bias. Harga indeks bias dinyatakan dalam farmakope Indonesia edisi empat dinyatakan garis (D) cahaya natrium pada panjang gelombang 589,0 nm dan 589,6 nm. Umumnya alat dirancang untuk digunakan dengan cahaya putih. Alat yang digunakan untuk mengukur indeks bias adalah refraktometer ABBE. Untuk mencapai kestabilan, alat harus dikalibrasi dengan menggunakan plat glass standart. Hukum pembiasan cahaya adalah sinar datang, sinar bias, dan garis normal terletak pada satu bidang. Perbandingan sinus sudut datang dan sinus sudut bias cahaya yang memasuki bidang batas dua medium yang berbeda selalu bernilai tetap (konstant).

Banyak aplikasi dari refraktometer yang dapat digunakan untuk penentuan konsentrasi dalam pengemban medium: refraktometer tradisional untuk menentukan kadar gula untuk digunakan dalam larutan air, penentuan saat panen anggur, mengukur gravitasi asli bir atau memasak dalam produksi madu. Refraktometer juga digunakan dalam menentukan konsentrasi asam di baterai. Demikian pula, ketika mengukur isi pendingin glikol, atau salinitas air laut. Dalam bidang kedokteran, refraktometer dapat digunakan untuk menentukan kandungan protein dalam urin. Faktor-faktor penting yang harus diperhitungkan pada semua pengukuran refraksi ialah temperatur cairan dan jarak gelombang cahaya yang dipergunakan untuk mengukur n. Pengaruh temperatur terhadap indeks bias gelas adalah sangat kecil, tetapi cukup besar terhadap cairan dan terhadap kebanyakan bahan plastik yang perlu diketahui indeksnya.Karena pada suhu tinggi kerapatan optik suatu zat itu berkurang, indeks biasnya akan berkurang. Pengukuran ini didasarkan pada prinsip bahwa cahaya yang masuk melalui prisma cahaya bisa melewati bidang batas antara cairan dan prisma kerja dengan suatu sudut yang terletak dalam batas-batas tertentu yang ditentukan oleh sudut batas antara cairan dan gelas. Yang akan diamati adalah bidang terang dan bidang gelap yang terpisah menurut garis yang jelas. Tempat perbatasan ini tergantung pada indeks bias cairan dan gelas. Terjadinya bidang batas antara gelap dan terang bila cahaya dijatuhkan pada prisma kerja dengan berbagai sudut datang mulai dari 0^o – 90^o, maka cahaya dibiaskan keluar dengan berbagai sudut yang besarnya berlainan untuk setiap warna cahaya. Indeks bias pada medium didefinisikan sebagai perbandingan antara kecepatan cahaya dalam ruang hampa dengan cepat rambat cahaya pada suatu medium. Indeks bias suatu zat adalah perbandingan kecepatan cahaya dalam udara dengan kecepatan cahaya dalam zat tersebut. Pembiasan cahaya adalah pembelokan cahaya ketika berkas cahaya melewati bidang batas dua medium yang berbeda indeks biasnya. Indeks bias mutlat suatu bahan adalah perbandingan kecepatan cahaya diruang hampa dengan kecepatan cahaya dibahan tersebut. Indeks bias relative medium kedua terhadap medium pertama adalah perbandingan indeks bias antara medium kedua dengan indeks bias medium pertama. Pembiasan cahaya menyebabkan kedalam semu dan pemantulan sempurna. Pembiasan cahaya adalah peristiwa penyimpangan atau pembelokan cahaya karena melalui dua medium yang berbeda kerapatan optiknya. Pembiasan cahaya dapat terjadi dikarenakan perbedaan laju cahaya pada kedua medium. Laju cahaya pada medium yang rapat lebih kecil dibandingkan dengan laju cahaya pada medium kurang rapat. Menurut Christian Huggeas (1629-1695) “perbandingan laju cahaya ruag hampa dengan cahaya dalam suatu zat dinamakan indeks bias” Dalam pembiasan, berlaku hukum snellius. Hukum snellius adalah rumusan matematika yang memberikan hubungan antara sudut dating dan sudut bias pada cahaya atau gelombang lainnya yang melalui batas antara dua medium isotopic berbeda, seperti udara dan gelas. Hukum ini diambil dari matematika Belanda Willebrord Snellius yang merupakan salah satu penemunya. Hukum ini juga dikenal sebagai Hukum Dascartes atau Hukum Pembiasan Pada sekitar tahun 1621, ilmuwan Belanda bernama Willebrord Snell (1591-1626) melakukan eksperimen untuk mencari hubungan antara sudut datang dengan sudut bias. Hasil eksperimen ini dikenal dengan nama Snell yang berbunyi :

1. Sinar datang, sinar bias dan garis normal terletak pada satu bidang datar.

2. Hasil bagi sinus sudut dating dengan sinus sudut bias merupakan bilangan tetap dan disebut indeks bias. (Mike Tooley, 1995)

Hukum pembiasan menyatakan bahwa ketika sinar cahaya melewati dari satu medium ke medium lainnya. Sinus dari sudut insiden beruang raso konstan untuk sinus dari sudut biasrasio ini dikenal sebagai index bias dari satu medium ke medium lainnya dan dilambangkan dengan ₁µ₁. Indeks bias material biasanya dinyatakan relatif terhadap vakum, atau udara yang diambil sebagai 1. Bahkan diperlambat jika pesawat lewat ke media indeks bias µ jika c kecepatan di udara maka adalah kecepatan dalam medium.

Newton adalah orang yang pertama untuk menunjukkan bahwa panjang gelombang cahay yang berbeda yang dibiaskan oleh jumlah yang berbeda dan pada antar muka udara kaca menyimpang paling merah. Mencerminkan dan permukaan pembiasan melengkung cahaya dapat fokus untuk membentuk gambar. Dalam kasus cermin yang permukaannya adalah bagia dari permukaan bola, persamaan yang berkaitan dari jarak objek cermin u, jarak gambar v,jari-jari mendatang kurva dari cermin, dan panjang fokus cermin f, jika 1/v + 1/u = 1/f = 2/r. Ada beberapa konvensi digunakan dan salah satu tanda bahwa satu jarak cukup baik diukur dari cermin dan mereka dianggap sebagai positif jika mereka berada di arah yang sama seperti yang dari cahaya insiden da negatif jika mereka berada diarah yang berlawanan. Sebuah cermin fokus cekung pada paralel cahaya untuk titik fokus didepannya sementara convex cermin menyebabkan sinar menyimpang sehingga mereka muncul dari titik balik itu. Menggunakan konvensi tanda diatas, panjang fokus cermin cekung adalah negatif, sedangkan dari covex cermin positif.sistem cermin diberikan oleh hubungan ukuran gambar/ukuran objek = v/u.

Pringsip Kerja Refractometer ABBE

1. Pringsip kerja Refractometer adalah pembiasan, Dasar pembiasan adalah penyinaran yang menembus dua macam media dengan kerapatan yang berbeda, Karena perbedaan kerapatan tersebut akan terjadi perubahan arah sinar.

2. Pringsip pengukuran dengan sinar yang ditransmisikan sinar kasa/sumber sinar prisma sampel telescope

3. Pringsip Kerja refractometer terdapat 3 bagian yaitu : Sampel, Prisma dan Papan Skala. Refractive index prisma jauh lebih besar dibandingkan dengan sample.

4. Jika sampel adalah larutan berkonsentrasi rendah, maka sudut refraksi akan lebar. Sehingga di papan skala sinar “a” akan jatuh pada skala rendah.

5. Jika larutan sampel pekat, maka sudut refraksi akan kecil. Sehingga di papan skala sinar “b” jatuh pada skala besar.

Cara penggunaan Refractometer Abbe :

1. Lakukan Lensa refractometer dibersihkan dari kotoron-kotoran dengan kapas yang telah dibasahi dengan xylol.

2. Alirkan air melalui refractometer agar alat berada pada suhu pembacaan ( suhu ini tidak boleh berada lebih kecil/besar 2°C dari suhu pembanding).

3. Kemudian dicoba mengukur indeks bias air suling terlebih dahulu.

4. Cairan yang akan ditetapkan indeks biasnya diteteskan pada lensa prisma dengan pipet tetes.

5. Setelah terlihat adanya perbedaan terang dan gelap, kemudian bacalah besarnya indeks bias pada angka yang ditunjukan oleh skala. Setelah terlihat jelas adanya perbedaan terang dan gelap pembacaan dilakukan beberapa kali dan setiap pembacaan hanya boleh dilakukan apabila suhu dalam keadaan stabil.

6. Angka rata-rata dari pembacaan adalah indeks bias bahan.

Persamaan ini menunjukkan hubungan antara jarak objek, jarak dan jari-jari kelengkungan permukaan gambar untuk pembiasan pada permukaan melengkung untuk menggunakan persamaan ini, u, v dan r ditugaskan positif atau negatif ditugaskan berdasarkan aturan berikut :

a) Untuk u dan v sebenarnya adalah positif, virtual negatif.

b) Untuk r, jika pusat kelengkungan di media padat, positif dan jika thr dipusat kelengkungan adalah media kurang kompak, r adalah negatif.

c) Perbedaanya diambil (n_g – n_a) sebagai positif yaitu n_g – n_a.

Prinsip kerja dari refraktometer sesuai dengan namanya adalah memanfaatkan refraksi cahaya. Seperti pada gambar dibawah ini, sebuah sedotan yang dicelupkan ke dalam geals yang berisi air akan terlihat terbengkok. Pada gambar kedua sebuah sedotan dielupkan ke dalam sebuah gelas yang berisi air gula. Terlihat sedotan terbengkok lebih tajam. Hali ini terjadi karena adanya refraksi cahaya. Semakin tinggi konsentrasi bahan terlarut maka sedotan akan semakin terlihat bengkok secara proposional. Alat ini sangat mudah dalam penggunaan dan perawatannya. Untuk menjaga keakuratan pembacaan dari refraktometer ini maka kita harus mengenal tiap bagian-bagian dari alat ini. Indeks bias menurut pengertian fisis adalah kemampuan cahaya merambat dalam suatu zat berdasarkan molekul-molekul penyusun zat tersebut. Sedangkan berdasarkan persamaan matematis, indeks bias adalah perbandingan cepat rambat cahaya di udara dengan cepat rambat cahaya ketika melalui suatu zat.
Apabila seberkas cahaya jatuh pada permukaan air, sebagian dipantulkan (reflaksi) oleh permukaan, sebagian lagi dibiaskan (refraksi) masuk kedalam air. Pembiasan terjadi karena akibat perbedaan kecepatan rambat cahaya. Pembiasan merupakan pembelokan cahaya akibat merambat melalui 2 medium yang berbeda kerapatan optiknya. Untuk pembiasan diperlukan syarat-syarat, misalnya:
a. Cahaya yang datang melalui 2 medium yang berbeda kerapatan optiknya.
b. Cahaya yang datang tidak tegak lurus terhadap bidang batas.

Sedangkan indeks bias relatif adalah perbandingan laju cahaya dalam satu medium terhadap laju cahaya dalam medium selanjutnya.

Prinsip Kerja alat refraktometer adalah menggunakan prinsip pembiasan. Pembiasan adalah penyinaran yang menembus dua macam media dengan kerapatan yang berbeda,. Karena perbedaan kerapatan tersebut, akan terjadi perubahan arah sinar. Panjang gelombang dari sinar tersebut adalah 589,3 ±0,3 nm, yang selaras dengan garis-garis spektrum sinar natrium. Suhu referensi ialah 20⁰C, kecuali untuk bahan yang tidak berupa caiaran pada suhu ini, maka dapat digunkan pengukuran pada suhu 25⁰C atau 30⁰C, tergantung pada cairan dari bahan

Pengukuran indeks bias dapat diguanakan untuk menentukan kemurnian minyak. Penentuan indek bias ini dapat menentukan dengan cepat terjadinya proses hidrogenisasi katalis, yaitu semakin panjang rantai atom akrbon dan semakin banyak ikatan rangkap, maka indeks bias minyak semakin besar. Alat yang digunakan untuk penetapan index bias adalah “ABBE refractometer “ yang dilengkapi alat pengukur suhu. Pada suhu 25⁰C indeks bias air suling = 1,3325 dan indeks bias etanol 80% bobot =1,3630. Sinar yang keluar dari prisma amici K1 ini akan berupa sinar monokromatik dan dapat kita lihat spektrum cahayanya, yang berupa garis terang dan gelap pada lubang teleskop di bagian atas. Sehingga, kita dapat menentukan indeks bias cairan (nd) dan harga drumer (d) dengan membaca skala yang terlihat dari lubang teleskop tersebut. ( Pernantin Tarigan, 2003)

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 PERALATAN DAN BAHAN

3.1.1 Peralatan dan Fungsi

1. Refraktometer ABBE

Fungsi : Untuk mengukur indeks bias dan konsentrasi larutan.

Terdiri dari :

a. Prisma gerak : untuk mengunci prisma diam.

b. Prisma diam : untuk meletakkan larutan.

c. Roda pengontrol : untuk mengontrol warna

d. Roda dispersi : untuk menunjukkan skala indeks bias.

e. Bola lampu 8 V : sebagai sumber cahaya.

f. Illuminator : sebagai sumber tegangan untuk menghidupkan refraktometer ABBE.

2. Teropong

Fungsi : untuk melihat skala konsentrasi dan indeks bias.

3. Pipet tetes

Fungsi : untuk mengambil sampel dari beaker glass.

4. Tissue

Fungsi : untuk membersihkan peralatan.

3.1.2 Bahan dan Fungsi

Sirup pohon pinang

Fungsi : sebagai sampel yang akan diukur indeks bias dan konsentrasinya.

Susu indomilk coklat