Dasar Teori Rotasi Optik

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Rotasi Optik

Rotasi adalah perputaran benda pada suatu sumbu yang tetap. Misalnya
perputaran gasing dan gerak bumi mengelilingi poros/sumbunya. Optik adalah cabang fisika yang menggambarkan kelakuan dan sifat cahaya dan interaksi cahaya dengan materi. Optik menerangkan dan diwarnai oleh gejala optik. Bidang optik biasanya menggambarkan sifat cahaya tampak, inframerah dan ultraviolet, tetapi karena cahaya adalah gelombang elektromagnetik, maka gejala yang sama juga terjadi di sinar-X, gelombang mikro, gelombang radio, dan bentuk lain dari radiasi elektromagnetik. Dengan melewatkan cahaya melalui suatu prisma polarisasi, seperti prisma nikol, vibrasi dari radiasi yang secara random terdistribusi dipilih sedemikian rupa sehingga hanya vibrasi yang terjadi pada suatu bidang tunggal saja yang pancarkan. Kecepatan dari cahaya yang dipolarisasi ke bidang ini dapat menjadi lebih lambat atau lebih cepat apabila cahaya tersebut melalui suatu zat. Perubahan kecepatan ini menyebabkan pembiasan yang dari cahaya yang terpolarisasi, yang menyatakan zat tersebut adalah memutar kekanan, sedangkan putaran yang berlawanan dengan jarum jam menyatakan suatu zat memutar kekiri. Zat memutar ke kanan, yaitu memutar sinar kekanan, menghasilkan sudut rotasi x , yaitu dinyatakan dengan tanda (+), sedangkan pada zat yang memutar kekiri sinar akan memutar ke kiri, yaitu dinyatakan dengan tanda negative (-). Molekul yang mempunyai sifat asimetris dan kurang simetris di sekitar bidang tunggal, adalah optis aktif, sedangkan molekul yang simetris adalah tidak optis aktif  ( optis in active ) dan akibatnya tidak memutar bidang cahaya yang dipolarisasikan. Alat untuk mengukur aktivitas optic adalah polarimeter. Rotasi optik, α, bergantung pada kerapatan dari zat optis aktif, di mana setiap molekul memberikan andil yang sama untuk rotasi walaupun kecil. (Martin.A, Swarbick.J, Cammarata.A.2009. Farmasi Fisika.Jakarta: UI PRESS, hlm 274)

Rotasi Optik adalah besarnya sudut pemutaran bidang polarisasi yang terjadi bila sinar dilewatkan melalui cairan. Rotasi optik dinyatakan dalam derajat rotasi sudut (diamati) atau derajat rotasi jenis yang dihitung dan di bandingkan terhadap kadar 1gr zat terlarut. Rotasi jenis biasanya dinyatakan dengan (a)^t_x.

t= suhu pengukuran rotasi dalam derajat celcius

x= garis spektrum spesifik/panjang gelombang cahaya yang digunakan

Rotasi optik yang disebutkan dalam Farmakope Indonesia kalau tidak dinyatakan lain berlaku untuk pengukuran pada suhu 25^oC dengan menggunakan dosis D. Sepasang cahaya Natriuni (pada 589,0 nm dan 589,6 nm). Salah satu contoh senyawa aktif optik yaitu senyawa Enantiometer (senyawa bayangan cerminnya tidak dapat diimpikan) seperti glukosa, maltosa, sukrosa, dan lain-lain. Jika cahaya terpolarisasi bidang dilewatkan pada suatu bidang yang mengandung suatu Enantiometer tunggal, maka bidang polarisasi cahaya itu diputar ke kiri atau ke kanan.

Rotasi jenis adalah besar sudut pemutaran bidang polarisasi yang terjadi jika terpolarisasi di lewatkan melalui cairan setebal 1 dm yang mengandung 1 gr zat per mL. Prinsip dasar polarimeteris ini adalah pengukuran daya putar optik suatu zat yang menimbulkan terjadinya putaran bidang getar sinar terpolarisir.

Perhitungan rotasi jenis untuk zat cair atau suatu zat padat dalam larutan dengan menggunakan salah satu rumus berikut

Untuk zat cair [α]^t_{x =}

Untuk larutan [α]^t_x =

Keterangan :

α adalah pengamatan rotasi yang terkoreksi dalam derajat suhu t panjang gelombang x; I adalah panjang tabung polarimeter dalam dm; d adalah bobot jenis zat cair atau larutan pada suhu pengamatan ; p adalah kadar larutan dinyatakan sebagai jumlah g zat dalam 100 g larutan; dan c adalah kadar larutan dinyatakan sebagai jumlah g zat dalam 100 ml larutan. (Farmakope Edisi IV, 1995)

Ciri – ciri senyawa yang perlu dilakukan rotasi optik yaitu yang memiliki sifat rotasi optik yang dapat memutar bidang polarisasi cahaya, baik yang memutar ke kanan maupun ke kiri.

Yang membedakan rotasi optik dengan rotasi jenis adalah jika pada rotasi optik dilihat sudut pemutarannya dan suhu 25 derajat, sedangkan pada rotasi jenis pada perhitungan dan ketebalan cairan 1 dm yang mengandung 1 g zat per ml.

2.2 Polarimeter

Polarimeter merupakan suatu alat yang tersusun atas polarisator dan analisator. Polarimeter adalah Polaroid yang dapat mempolarisasi cahaya, sedangkan analisator adalah Polaroid yang dapat menganalisa/mempolarisasikan cahaya. Peristiwa polarisasi merupakan suatu peristiwa penyearahan arah getar suatu gelombang menjadi sama dengan arah getar Polaroid dengan cara menyerap gelombang yang memiliki arah getar yang berbeda dan meneruskan gelombang dengan arah getar yang sama dengan Polaroid. Polarimeter juga dapat digunakan untuk mengukur besar sudut putar jenis suatu larutan optic aktif. Percobaan polarimeter bertujuan untuk mengetahui prinsip kerja polarimeter dan mengukur besar sudut putar jenis larutan optik aktif. Apabila cahaya melalui polarisator maka bidang getar polarisator akan diserap atau dipadamkan sehingga cahaya yang dapat melalui polarisator adalah cahaya yang mempunyai bidang getar Polarimeter.

Cahaya dari lampu sumber, terpolarisasi setelah melewati prisma Nicol pertama yang disebut polarisator. Cahaya terpolarisasi kemudian melewati senyawa optis aktif yang akan memutar bidang cahaya terpolarisasi dengan arah tertentu. Prisma Nicol ke dua yang disebut analisator akan membuat cahaya dapat melalui celah secara maksimum.

    Cahaya prisma                             Nicol cahaya             Polikromatik terpolarisasi 

 

 

 

Cahaya Terpolarisasi                  Cahaya                                         Cahaya       Terputar ke kiri                           Terpolarisasi                               Terputar ke kanan

Rotasi optis yang diamati/diukur dari suatu larutan bergantung kepada jumlah senyawa dalam tabung sampel, panjang jalan/larutan yang dilalui cahaya, temperatur pengukuran, dan panjang gelombang cahaya yang digunakan. Untuk mengukur rotasi optik, diperlukan suatu besaran yang disebut rotasi spesifik yang diartikan suatu rotasi optik yang terjadi bila cahaya terpolarisasi melewati larutan dengan konsentrasi 1 gram per mililiter sepanjang 1 desimeter. Rotasi spesifik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

[α]^t_λ= α / cl

          α   = rotasi optik (yang teramati)

          c    =   konsentrasi larutan gram/mL larutan

          l    =  panjang jalan/larutan yang dilalui cahaya dalam desimeter

         λ    =  panjang gelombang cahaya (bila menggunakan lampu natrium dilambangkan dengan  “D“)

          t      = temperatur (oC)

Rotasi optik yang termati dapat berupa rotasi yang searah jarum jam, rotasi ini disebut putar kanan dan diberi tanda (+), sedangkan senyawa yang diukurnya disebut senyawa dekstro (d). Rotasi yang berlawanan dengan arah jarum jam disebut putar kiri dan diberi tanda (-), senyawanya disebut senyawa levo (l). Beberapa hal yang harus diperhatikan pada penggunaan polarimeter, yaitu:

1.      Larutan sampel harus jernih atau tidak mengandung partikel yang tersuspensi di dalamnya. Partikel tersebut akan menghamburkan cahaya yang melewati larutan.

2.       Tidak terdapat gelembung udara pada tabung sampel saat diisi larutan.

3.      Selalu dimulai dengan menentukan keadaan nol untuk mengkoreksi pembacaan.

4.      Pembacaan rotasi optik dilakukan beberapa kali, sampai didapat data yang dapat dihitung rata-ratanya.

Polerimetri dapat digunakan untuk mengukur rotasi optik, konsentrasi sampel, dan juga untuk menghitung komposisi isomer optik dalam campuran rasemik. Untuk menentukan persentasi salah satu enantiomer dapat digunakan persamaan berikut.

Kemurnian optikal (optical purity) = murni enantiomer spesifik rotasi   x  100%

rasemik campuran spesifik rotasi

Walaupun persamaan di atas tidak akurat tetapi dapat digunakan secara sederhana.

2.3  Mekanisme Polarimeter

Elemen optis harus tetap bersih dan dalam keselarasan yang tepat.  Match point ke tanda nol normal. Objek harus diterangi secara merata dan harus dilengkapi dengan sistem penyaringan  yang mampu mengisolasi garis D dari cahaya natrium. Perhatian khusus harus diberikan untuk mengontrol suhu larut polarimeter tersebut. Tabungan polarimeter harus diisi sedemikian rupa untuk menghindari gelembung udara. Perawatan khusus diperlukan untuk tabung semi mikro dan mikro. Untuk tabung dengan ujung dilepas piring dilengkapi dengan gasket  dan  topi , kencangkan ujung pelat secukupnya untuk mengetahui kebocoran  pelindung antara ujung pelat dan tubuh tabung. Cairan dan padatan harus jelas. Dan perbedaan antara rotasi optik pengamatan dan rotasi yang optik  terkoreksi dihitung sebagai spesifik rotasi optik atau rotasi optik tidak  boleh lebih dari ¼ th rentang yang ditentukan dalam monografi.

2.4  Komponen Polarimeter

Sumber cahaya monokromatis, yaitu sinar yang dapat memancarkan sinar monokromatis. Sumber cahaya yang digunakan biasanya adalah lampu D                                                                                                                                                             Natrium dengan panjang gelombang 589,3 nm. Selain itu juga dapat digunakan lampu uap raksa dengan panjang gelombang 546 nm. Polarisator dan analisator. Polarisator berfungsi untuk menghasilkan sinar terpolarisir. Sedangkan analisator berfungsi untuk menganalisa sudut yang terpolarisasi. Yang digunakan sebagai polarisator dan analisator adalah prismanikol. Prisma setengah nikol merupakan alat untuk menghasilkan bayangan setengah yaitu bayangan terang gelap dan gelap terang. Skala lingkar merupakan skala yang bentuknya melingkar dan pembacaan skalanya dilaku kan jika telah didapatkan pengamatan tepat baur-baur. Wadah sampel ( tabung polarimeter ). Wadah sampel ini berbentuk silinder yang terbuat dari kaca yang tertutup dikedua ujungnya berukuran besar dan yang lain berukuran kecil, biasanya mempunyai ukuran panjang 0,5 ; 1 ;dm. Wadah sampel ini harus dibersihkan secara hati-hati dan tidak bileh ada gelembung udara yang terperangkap didalamnya. Detektor, pada polarimeter manual yang digunakan sebagai detektor adalah mata, sedangkan polarimeter lain dapat digunakan detektor fotoelektrik

Ada dua jenis cahaya, yaitu cahaya polikromatik dan cahaya monokromatik. Cahaya polikromatik adalah cahaya yang terdiri atas banyak warna dan panjang gelombang. Contoh cahaya polikromatik adalah cahaya putih. Adapun cahaya monokromatik adalah cahaya yang hanya terdiri atas satu warna dan satu panjang gelombang. Contoh cahaya monokromatik adalah cahaya merah dan ungu.

                                       Gambar Polarimeter

Prinsip Polarimeter

Cahaya polikromatik menyebar ke segala arah masuk ke dalam prisma menjadi cahaya monokromatik, kemudian masuk ke dalam polarimeter. Dari situ, kita bia melihat cahayanya jika cahaya ke kanan merupakan dekstro. Jika cahaya ke kiri merupakan levo.

Cara Penggunaan Polarimeter

Cara penggunaan berikut adalah cara pada Zeiss Polarimeter, tetapi secara umum cara penggunaan polarimeter manapun adalah sama. Untuk memulai penggunaan polarimeter pastikan tombol power pada posisi on dan biarkan selama 5-10 menit agar lampu natriumnya siap digunakan. Selalu mulai dengan menentukan keadaan nol (zero point) dengan mengisi tabung sampel dengan pelarut saja. Keadaan nol ini perlu untuk mengkoreksi pembacaan atau pengamatan rotasi optik. Tabung sampel harus dibersihkan sebelum digunakan agar larutan yang diisikan tidak terkontaminasi zat lain. Pembacaan/pengamatan bergantung kepada tabung sampel yang berisi larutan/pelarut dengan penuh. Perhatikan saat menutup tabung sampel, harus dilakukan hati-hati agar di dalam tabung tidak terdapat gelembung udara. Bila sebelum tabung diisi larutan didapat keadaan terang, maka setelah tabung diisi larutan putarlah analisator sampai didapat keadaan terang kembali. Sebaliknya bila awalnya keadaan gelap harus kembali kekeadaan gelap. Catat besarnya rotasi optik yang dapat terbaca pada skala. Tetapi jangan hanya besar rotasi optiknya, arah rotasinya juga harus dicatat searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam. Lakukan pembacaan berkali-kali sampai diperoleh nilai yang dapat dirata-ratakan.

2.5  Monografi

Glukosa

              Pemeria glikosa yaitu hablur tidak bewarna, serbuk hablur atau serbuk granul putih, tidak  berbau, dan rasa manis. Kelarutannya mudah larut dalam air, sangat mudah larut dalam air mendidih, larut dalam etanol mendidih, sukar larut dalam etanol. Sedangkan rotasi jenis antara +52,6⁰  dan +53,2⁰, dihitung terhadap zat anhidrat, lakukan menggunakan larutan yang mengandung 10 g zat dan 0,2 mL ammonium hidroksida 6N per 100 mL.

Sukrosa

Pemerian sukrosa yaitu hablur putih atau tidak berwarna, massa hablur atau berbentuk kubus,  atau serbuk hablur putih, tidak berbau, rasa manis, stabil di udara. Larutannya netral terhadap lakmus. Kelarutannya sangat mudah larut dalam air, lebih mudah larut dalam air mendidih, sukar  larut dalam etanol, tidak larut dalam kloroform dan dalam eter. Sedangkan rotasi jenis  tidak kurang dari +65,9^0, lakukan penetapan menggunakan larutan 2,6 g dalam 10 mL. zat sebelumnya dikeringkan pada suhu 105⁰ selama 2 jam. (Farmakope Indonesia edisi IV)

Asam Askorbat

Pemerian asam askorbat yaitu hablur atau seruk putih atau agak kuning. Oleh pengaruh cahaya lambat laun menjadi gelap. Dalam keadaan kering stabil di udara, dalam larutan cepat teroksidasi. Melebur pada suhu ±190^o. Kelarutannya mudah larut dalam air; agak sukar larut dalam etanol; tidak larut dalam klorofrom, dalam eter dan bensena. Sedangkan rotasi jenisnya <1081> anatara + 20,5^o dan + 21,5^o: lakukan penetapan menggunakan larutan dalam air bebas karondioksida P dengan kadar 1 g/ 100 ml dan di ukur segera setelah larutan di siapkan.