Instrumen Modern (Polarimetri)

Instrumen Modern (Polarimetri)

Teori

Cahaya merupakan gelombang elektromagnit yang terdiri dari getaran medan listrik dan getaran medan magnit yang saling tegak lurus. Bidang getar kedua medan ini tegak lurus terhadap arah rambatnya. Sinar biasa secara umum dapat dikatakan gelombang elektromagnit yang vektor-vektor medan listrik dan medan magnitnya bergetar kesemua arah pada bidang tegak lurus arah rambatnya dan disebut sinar tak terpolarisasi. Apabila sinar ini melalui suatu polarisator maka sinar yang diteruskan mempunyai getaran listrik yang terletak pada satu bidang saja dan dikatakan sinar terpolarisasi bidang (linear).

 

Bila arah transmisi polarisator sejajar dengan arah transmisi analisator, maka sinar yang mempunyai arah getaran yang sama dengan arah polarisator diteruskan seluruhnya. Tetapi apabila arah transmisi polarisator tegak lurus terhadap arah analisator maka tak ada sinar yang diteruskan. Dan bila arahnya membentuk suatu sudut maka sinar yang diteruskan hanya sebagian. Sinar terpolarisasi linear yang melalui suatu larutan optik aktif akan mengalami pemutaran bidang polarisasi.

 

Apabila bidang polarisasi tersebut terputar kearah kiri (levo) dilihat dari pihak pengamat, peristiwa ini kita sebut polarisasi putar kiri. Demikian juga untuk peristiwa sebaliknya (dextro).

 

Fakta bahwa cahaya mengalami polarisasi menunjukkan bahwa cahaya merupakan gelombang transversal. Cahaya dapat terpolarisasi karena peristiwa pemantulan, peristiwa pembiasan dan pemantulan, peristiwa bias kembar, peristiwa absorbsi selektif, dan peristiwa hamburan.

 

Polarisasi karena pemantulan

Bila sinar datang pada cermin datar dengan sudut datang 57⁰, maka sinar pantul merupakan sinar terpolarisasi seperti pada gambar di atas.

 

Polarisasi karena pembiasan dan pemantulan

Cahaya terpolarisasi dapat diperoleh dari pembiasan dan pemantulan. Hasil percobaan para ahli fisika menunjukkan bahwa cahaya pemantulan terpolarisasi sempurna jika sudut datang θ1 mengakibatkan sinar bias dengan sinar pantul saling tegak lurus. Sudut datang seperti itu disebut sudut polarisasi atau sudut Brewster.

 

Polarisasi karena pembiasan ganda (bias kembar)

Jika cahaya melalui kaca, maka cahaya lewat dengan kelajuan yang sama ke segala arah. Ini disebabkan kaca hanya memiliki satu indeks bias. Tetapi, bahan-bahan kristal tertentu seperti kalsitt dan kuarsa memiliki dua indeks bias sehingga kelajuan cahaya tidak sama untuk segala arah. Jadi, cahaya yang melalui bahan ini akan mengalami pembiasan ganda.

 

Polarimetri

Polarimetri adalah metode analisis instrumen menggunakan rotasi cahaya yang terpolarisasi oleh suatu bahan sebagai ukuran konsentrasinya dalam larutan. Alatnya dinamakan polarimeter.

 

 

Polarimetri merupakan teknik untuk mengukur aktivitas optik yang ditunjukkan oleh senyawa organik dan non organik. Senyawa dianggap aktif secara optis jika cahaya terpolarisasi secara linear dan terputar ketika melewatinya. Jumlah rotasi optik ditentukan oleh konsentrasi molekul dan chiral molecules pada senyawa. Setiap zat aktif optik memiliki rotasi sendiri yang spesifik sebagaimana yang ditetapkan oleh hukum Biots:

[α] = specific rotation (rotasi spesifik)

T = Temperature (suhu)

ʎ = wave lenght (panjang gelombang)

α = optical rotation (rotasi optik)

c = konsentrasi, dalam g/100 ml

L = panjang lintasan optik, dalam dm

ρ = Densitas dari bahan

 

usumber cahaya yang digunakan pada polarimetri biasanya adalah lampu uap natrium yang mengemisikan cahaya kuning dengan panjang gelombang spesifik (garis-D Natrium, 589,3 nm). Cahaya ini dipolarisasi oleh polarisator dan dilewatkan melalui sel sampel yang mengandung larutan senyawa aktif optis. Bidang cahaya dirotasi oleh senyawa kiral dan muncul dari sel sampel, dan kemudian memasuki filter gerak yang kedua (analyser), filter ini memiliki skala dalam derajat dan memungkinkan operator untk dapat mengukur sudut di antara kedua filter sehingga sudut rotasi cahaya, α, dapat ditentukan. Jika sudut rotasi telah ditentukan, rotasi optik spesifik [α] senyawa dapat dihitung:

 

[α] = 100 α/lc

[α] = rotasi optik spesifik
α = rotasi terukur (derajat)
l = panjang tabung sampel (desimeter)
c = konsentrasi sampel (% b/v)

 

Nilai [α] terdapat monografi British Pharmacopoeia (BP) untuk obat-obat dan reagen-reagen kiral. Rotasi optik spesifik padatan selalu dinyatakan berkenaan dengan jenis dan konsentrasi pelarut yang digunakan. Rotasi optik spesifik cairan didapatkan dari persamaan [α] = α/ld

 

Cahaya yang merotasi bidang cahaya terpolarisasi ke arah kanan (searah jarum jam) disebut dekstrorotatori, sedangkan senyawa yang merotasi bidang ke arah kiri atau berlawanan dengan arah jarum jam disebut levorotatori. Arah rotasi sering ditandai dengan simbol (+) untuk dekstrorotatori dan simbol (-) untuk levorotatori dan arahnya ditentukan oleh operator yang menghadap sumber cahaya.

Jika sel sampel di dalam polarimeter mengandung enantiomer (+) dan (-) dalam jumlah yang seimbang, sudut rotasi akibat satu enantiomer akan sama dan berlawanan dengan sudut akibat enantiomer yang satunya lagi, dan rotasi yang teramati akan menjadi nol. Campuran ini disebut campuran rasemat atau rasemat dan sering ditemukan di laboratorium sebagai hasil sintesis senyawa organik nonkiral. Sintesis umum adrenalin (epinefrin), menghasilkan campuran rasemat yang memiliki aktivitas biologi hormon alami sebesar 50%. Segera setelah rasemat terpisah menjadi 2 enantiomer murni, (R)-(-) adrenalin ditemukan identik dengan hormon alami yang dihasilkan oleh medula adrenal (medula anak ginjal), sementara enantiomer yang lain, isomer (S)-(+), memiliki sedikit atau tidak memiliki aktivitas biologis.

Polarisasai oleh refleksi ditemukan pada tahun 1808 oleh Etienne Malus (1775-1812). Maltus, yang telah melakukan pekerjaan eksperimental tentang refraksi ganda saat bekerja pada teori efek, mengamati cahaya matahari terbenam, tercermin dari jendela di dekatnya, melalui kristal iceland spar. Ketika ia memutar kristal, dua gambar matahari bergantian menjadi kuat dan lemah, meskipun tidak pernah ada kepunahan lengkap (complete extintion).

Hampir satu jam sekali ia mengulangi percobaan dalam kondisi yang terkendali dan menemukan bahwa sudut dimana kepunahan lengkap dari sinar refleksi diperoleh untuk air dan kaca.

 

Aplikasi Penelitian

Aplikasi penelitian untuk polarimetri ditemukan di industri, lembaga penelitian dan universitas sebagai sarana:

1. Mengisolasi dan mengidentifikasi pelarut terkristalkan yang belum diketahui atau dipisahkan dengan HPLC.
2. Mengevaluasi dan karakterisasi senyawa optis aktif dengan mengukur rotasi khususnya dan membandingkan nilai ini dengan nilai-nilai teoritis ditemukan dalam literatur.
3. Investigasi reaksi kinetik dengan mengukuir rotasi optik sebagai fungsi dari waktu.
4. Pemantauan perubahan konsentrasi komponen optik aktif dalam campuran reaksi, seperti dalam belahan enzimatik.
5. Menganalisis struktur molekul dengan memetakan dalam bentuk kurva perputaran dispersi optik atas berbagai panjang gelombang.
6. Membedakan antara beberapa isomer optik.

Pengendalian proses aplikasi
a. Industri farmasiMenentukan kemurnian produk dengan mengukur rotasi spesifik dan rotasi optik: asam amino, gula amino, antibiotik, dekstrosa, steroid, kokain, diuretik, obat penenang, analgesik, kodein, serum, vitamin.
b. Industri bahan pewarna, bahan pewangi, dan minyak esensial
Memanfaatkan polarimetri untuk pemeriksaan bahan baku, antara lain: champors, gum, orange oil, asam sitrum, minyak lavender, spearmint oil, glyceric acid, lemon oil.
c. Industri makanan
Memastikan kualitas produk dengan mengukur konsentrasi dan kemurnian senyawa berikut dalam makanan berbasis gula, sereal dan sirup: karbohidrat, laktosa, raffinosa, berbagai amilum, fruktosa, levulosa, sukrosa, monosakarida alami, glukosa, maltosa, xylosa.
d. Industri kimia
Menganalisa rotasi optik sebagai cara untuk mengidentifikasi dan karakterisasi: biopolimer, natural polimer, sintetik polimer.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2011. Polarimetry. http://www.standardbase.hu/tech/SITechPolar.pdf (On line), diakses 23 November 2011.
http://kimia.akprind.ac.id/wp-content/uploads/2010/07/polarimetri.pdf
http://www.boulder.nist.gov/div815/81503_pubs/PPMDocs/Rochford-EPST-02.pdf
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.134.7723&rep=rep1&type=pdf
http://www.rudolphinst.com/doc_bin/Sensitivity%20in%20Polarimetry%20an%20application%20case%20study.pdf
http://www.xula.edu/chemistry/documents/orgleclab/StereoPolar.pdf
http://www.kimianet.lipi.go.id/utama.cgi?artikel&1111012990
http://www.scribd.com/doc/47415895/chinta-3-polarimeter