dasar dasar pengukuran (1)
TRANSCRIPT
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
1/63
ELEKTROANALITIKKIM233
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
2/63
KONTRAK KULIAH
Dr. Deden Saprudin, MSi (Koordinator)
Bidang Keahlian : Kimia ElektroanalitikKantor : Bagian Kimia Analitik Departemen Kimia FMIPA IPB
Gedung FPIK Wing 12 Level 4 Kampus IPB DarmagaTelepon : 0251 8628766E-mail : [email protected]
Dr. Eti Rohaeti, MS
Bidang Keahlian : Kimia Analitik dan LingkunganKantor : Bagian Kimia Analitik Departemen Kimia FMIPA IPB
Gedung FPIK Wing 12 Level 4 Kampus IPB DarmagaTelepon : 0251 628766E-mail : [email protected]
Staf Pengajar
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
3/63
KONTRAK KULIAH
Materi
1. Dasar-dasar pengukuran
2. Dasar-dasar elektrokimia
3. Potensiometri4. Konduktometri
5. Voltametri siklik
6. Voltametri pulsa
7. Voltametri gelombang persegi8. Kronokulometri
9. Voltametri pelucutan
Pertemuan
2 x 50
9 x 50
3 x 502 x 50
4 x 50
2 x 50
2 x 502 x 50
2 x 50
Dosen
DSP
ERT
ERTERT
DSP
DSP
DSPDSP
DSP
Silabus
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
4/63
KONTRAK KULIAH
Penilaian:
UTS 50 %
UAS 50 %
Huruf Mutu
A 75,0 A/B 70
B 65,0 B/C 60
C 55,0 D 40,0
E < 40,0
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
5/63
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
6/63
KIMIA ELEKTROANALITIK
Kimia Elektroanalitik:
Suatu grup metode analitik baik kualitatif maupun kuantitatifyang didasarkan pada sifat kelistrikan (arus, tegangan, muatan,
hambatan/resistans) larutan analit saat sebagai bagian sel
elektrokimia yang berhubungan dengan parameter kimia
Teknik ini merupakan salah satu teknik analisis yang utama
karena beberapa alasan seperti:
- Metode elektroanalitik dapat bersifat spesifik untuk beberapa
keadaan oksidasi suatu unsur- Instrumentasi elektrokimia relatif tidak mahal dan dapat
diminiaturisasi
- Metode elektroanalitik menyediakan informasi tentang
aktivitas (daripada konsentrasi)
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
7/63
SEJARAH KIMIA ELEKTROANALITIK
Michael Faraday
Hukum elektrolisis:
jumlah zat yang terdeposit
dari suatu elektrolit akibat
diberikan arus adalah
proporsional terhadapekuivalen kimia zat tersebut
Walter Nernst
persamaan Nernst (Nobel Prize
1920)
Jaroslav Heyrovsky
Invensi polarografi (Nobel Prize
1959)
Walter Nernst
(1864-1941)
Michael Faraday
(1791-1867)
Jaroslav Heyrovsky
(1890-1967)
http://www.rigb.org/rimain/heritage/faradaypage.jsphttp://nobelprize.org/chemistry/laureates/1959/heyrovsky-bio.html -
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
8/63
KLASIFIKASI KIMIA ELEKTROANALITIK
I = arus, E = potensial, R = hambatan/resistans, G = konduktans, Q = jumlah muatan,
t = waktu, vol = volume larutan standar, m = massa spesi yang terdeposit
Metodeantarmuka
Metodelimbak/ruah
Metode statis
(I = 0)
Metode
dinamik
(I > 0)
Potensiometri
(E)
Konduktometri
(G = 1/R)
Potensial
terkontrolArus konstan
Voltammetri
(I = f(E))
Titrasi
amperometri
(I = f(E))
Elektrogravimetri
(m)
Titrasi
kulometri
(Q = It)
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
9/63
Komponen elektrik dan sirkuit
Instrumen modern mengkonversi data dari suatu domain ke
domain lainnya yang umumnyamelibatkan domain elektrik
Untuk memahami konversi dan bagaimana instrumenelektronik modern bekerja diperlukan pengetahuan dasar
arus searah (dc) dan arus bolak balik (ac) komponen sirkuit.
Yang akan dipelajari:
Sirkuit terintegrasi
Mikrokomputer dalam instrumen untuk analisis kimia
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
10/63
Komponen elektrik dan sirkuit
Sirkuit arus searah dan pengukuran
Beberapa dasar sirkuit arus searah dan bagaimana
digunakan dalam menghasilkan arus, tegangan, dan
resistans
Definisi umum untuk sirkuit: lintasan tertutup yang
akan dilintasi oleh arus listrik
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
11/63
Hukum keelektrikan
Hukum Ohm
menggambarkan hubungan antara potensial, resistans,dan arus dalam rangkaian sirkuit resistif
Dalam rangkain sirkuit, semua elemen sirkuitterhubungkan dalam urutan lintasan yang unik,dari kepala ke ekor (Gambar 2-1, Skoog et al.Principles of Instrumental Analysis)
Hukum Ohm dapat dituliskan :
V = IR V = beda potensial dalam volt diantara dua titik
yang ada dalam sirkuit
R = resistans diantara dua titik (ohm)
I = arus yang dihasilkan (ampere)
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
12/63
Hukum keelektrikan
Hukum Kirchoff
Hukum arus Kirchhoffmenyatakan bahwa jumlah aljabar arusdisekitar titik manapun dalam suatu sirkuit adalah nol
Hukum tegangan Kirchhoffmenyatakan bahwa jumlah aljabar
tegangan disekitar simpal (loop) elektrik tertutup adalah nol
Hukum daya Menyatakan bahwa daya dalam watt yang tidak beratur
dalam elemen resistif diberikan dari produk arus dalamampere dan perbedaan potensial di sepanjang resistans
dalam volt:P = IV
substitusi ke Hukum Ohm akan menjadi:
P = I2R = V2/R
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
13/63
Sirkuit arus searah
Sirkuit seri
Gambar 2-1menunjukkan sirkuitseri yang terdiri atas
baterai, saklar, dantiga resistor yangdirangkai seri
Arus akan sama di
tiap titik pada sirkuitseri:
I = I1= I2= I3= I4
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
14/63
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
15/63
Dr. S. M. Condren
Simple DC Circuits
Voltage Dividers
Fig. 2-2
"Voltage Dividers: (a)selector type and (b)
continuously variable
type (potentiometer)"
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
16/63
Dr. S. M. Condren
Simple DC Circuits
Voltage Dividers
RAC ACVAC= VAB ------- = VAB------
RAB AB
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
17/63
Dr. S. M. Condren
Simple DC Circuits
Parallel Circuits
from Kirchhoff's first law
I = I1+ I2+ I3
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
18/63
Dr. S. M. Condren
Simple DC Circuits
Parallel Circuits
and from Kirchhoff's second law, three separate
equations
V = I1* R1
V = I2* R2
V = I3* R3
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
19/63
Dr. S. M. Condren
Simple DC Circuits
Parallel Circuits
and from Ohm's Law
V V V VI = --- = --- + --- + ---
R R1 R
2 R
3
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
20/63
Dr. S. M. Condren
Simple DC Circuits
Parallel Circuits
thus, for a parallel circuit, resistances are
1 1 1 1
--- = --- + --- + ---
R R1 R2 R3
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
21/63
Dr. S. M. Condren
Simple DC Circuits
Parallel Circuits
and where conductance, G = 1/R
G = G1+ G2+ G3
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
22/63
Dr. S. M. Condren
Series-Parallel Circuit
R6=5W
R1= 5W
R2=10W
R5=6W
R3=6WR4=12W
EXAMPLE:What is the equivalent resistance
and current for the following circuit?
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
23/63
Dr. S. M. Condren
DC Current, Voltage, and Resistance
MeasurementsDigital Voltmeters
Fig. 2-4 "Uses of a digital voltmeter"
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
24/63
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
25/63
Dr. S. M. Condren
Alternating Current Circuits
Sinusoidal Currents
2pw= ---- = 2pftp
wherew=> angular frequency
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
26/63
Dr. S. M. Condren
Alternating Current Circuits
for single sine wave
i = Ipsin (wt) = Ipsin(2pft)
where i = instantaneous current
Ip=> peak current
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
27/63
Dr. S. M. Condren
Alternating Current Circuits
for single sine wave
v = Vpsin (wt) = Vpsin(2pft)
where v = instantaneous voltage
Vp=> peak voltage
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
28/63
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
29/63
Dr. S. M. Condren
Alternating Current Circuits
for two sine waves
v = Vpsin (wt + f) = Vpsin(2pft + f)
where v = instantaneous voltage
Vp=> peak voltage
C i d C i S i
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
30/63
Dr. S. M. Condren
Capacitors and Capacitance: Series
RC Circuits
Fig. 2-8 "Behavior of a series RC circuit
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
31/63
Dr. S. M. Condren
Capacitors and Capacitance: Series
RC CircuitsVi= vC+ vR
i = Iinite
-t/RC
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
32/63
Dr. S. M. Condren
Capacitors and Capacitance: Series
RC CircuitsRate of voltage change in an RC circuit
vR= V
ie-t/RC thus v
C= V
i(1 - e-t/RC)
where RC => time constant, units of seconds
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
33/63
Dr. S. M. Condren
EXAMPLE
The values for the components are
Vi= 20 v R = 15 X 103W C = 8.0 X 10-3F
Calculate (a) the time constant for the circuit,
and (b) i, vC, and vRafter four timeconstants (t = 4RC) have elapsed.
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
34/63
Dr. S. M. Condren
EXAMPLE
(a) time constant = RC
= (15 X 103W) * (8.0 X 10-3F)
= 1.2 X 102seconds
The values for the components are
Vi= 20 v R = 15 X 103W C = 8.0 X 10-3F
Calculate (a) the time constant for the circuit,
and (b) i, vC, and vRafter four time constants(t = 4RC) have elapsed.
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
35/63
Dr. S. M. Condren
EXAMPLE
(b) if t = 4RC, then t/RC = (4RC)/RC = 4
i = Iinite
-t/RC
= (V/R) e
-t/RC
= (20 v/ 15 X 103W)
= 2.4 X 10-5amp
The values for the components are
Vi= 20 v R = 15 X 103W C = 8.0 X 10-3F
Calculate (a) the time constant for the circuit,
and (b) i, vC, and vRafter four time constants
(t = 4RC) have elapsed.
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
36/63
Dr. S. M. Condren
EXAMPLE
vC= Vi(1 - e-t/RC
) = 20 v (1 - e-4
)= 20 v (1.000 - 0.01)
= 20 v (0.982) = 19.6 v
The values for the components are
Vi= 20 v R = 15 X 103W C = 8.0 X 10-3F
Calculate (a) the time constant for the circuit,
and (b) i, vC, and vRafter four time constants(t = 4RC) have elapsed.
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
37/63
Dr. S. M. Condren
EXAMPLE
vR= Vie-t/RC= 20 v e-4= 20 v (0.01) = 0.36 v
The values for the components are
Vi= 20 v R = 15 X 103W C = 8.0 X 10-3F
Calculate (a) the time constant for the circuit,
and (b) i, vC, and vRafter four time constants
(t = 4RC) have elapsed.
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
38/63
Dr. S. M. Condren
Response of Series RC Circuits to
Sinusoidal InputsvS= VPsin(2pft)
i = IPsin(2
pft)
where vS=> input signal voltage
VP=> peak voltageIP=> peak current
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
39/63
Dr. S. M. Condren
Reactance of a Capacitor => XC
XC= 1 / (2pfC)
Impedance in a Series RC Circuit
Z = (R2+ XC2)1/2
f = - tan-1(1 / (2pfRC))
Filt B d RC Ci it
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
40/63
Dr. S. M. Condren
Filters Based on RC CircuitsFig. 2-11 High-Pass Filter and Low-Pass Filter
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
41/63
Dr. S. M. Condren
Semiconductors and Semiconductor
Devices Semiconductors
Semiconductor Devices
Diodes
Transitors
Field-Effect Transitor
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
42/63
Dr. S. M. Condren
Semiconductors
Any of various solid crystalline substances,
such as germanium or silicon, having electrical
conductivity greater than insulators but less
than good conductors.
Conductivity can be increased by doping with
select materials.
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
43/63
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
44/63
Diodes
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
45/63
Dr. S. M. Condren
Diodes
Fig. 2-15 A pnjunctiondiode. (a) Physicalappearance of one typeformed by diffusion of ap-type impurity into ann-type semiconductor,(b) symbol for a diode,(c.) current underforward bias, (d)resistance to current
under reverse bias.
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
46/63
Dr. S. M. Condren
Diodes
Fig. 2-16 Current-voltage
characteristics of a silicon
semiconductor diode.
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
47/63
Dr. S. M. Condren
Transistors
A transistor is an active electronic component
with three leads. One lead is connected to a
power source, one is the output, and the
other is a gate that controls how much poweris applied to the output. Transistors are
typically used as amplifiers because a small
signal at the gate controls a large output.
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
48/63
Dr. S. M. Condren
Transistors
There are several types of
transistors and two of themore common categories,bipolar and field-effecttransistor (FET).
http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Replica-of-first-transistor.jpg -
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
49/63
Dr. S. M. Condren
Power Supplies and Regulators
Transformers
Rectifiers and Filters
Voltage Regulators
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
50/63
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
51/63
Dr. S. M. Condren
Transformers
Transformer Voltages
-150
-100
-50
0
50
100
150
0 1 2 3 4 5 6 7 8Volts Primary
Seconday
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
52/63
Dr. S. M. Condren
Rectifiers and Filters
Rectifiers
used to convert alternating current to direct
current
diode or diodes
Filters
capacitors
reduce ripple in direct current
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
53/63
Dr. S. M. Condren
Half Wave Rectifier
Rectified
0
20
0 5 10
Volts
Unrectified
-15
-10
-5
0
5
10
15
0 1 2 3 4 5 6 7 8Volts
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
54/63
Dr. S. M. Condren
Full Wave Rectifier
Rectified
0
10
20
0 2 4 6 8
Volts
-15
-10
-5
0
5
10
15
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9Volts
Unrectified
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
55/63
Dr. S. M. Condren
Filters
Effect of Filter
0
2
4
6
8
10
12
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Volts
Unfiltered
Fillered
Pure DC
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
56/63
Dr. S. M. Condren
Power Supply
Transformer
Unrectified
-15
-10
-5
0
5
10
15
0 1 2 3 4 5 6 7 8Volts
Unrectified
-15
-10
-5
0
5
10
15
0 1 2 3 4 5 6 7 8Volts
Rectifier
Rectified
0
10
20
0 2 4 6 8
Volts
Filter
EffectofFilter
0
2
4
6
8
10
12
0 1 2 3 4 5 6 7 8
Volts
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
57/63
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
58/63
Dr. S. M. Condren
Full-Wave Rectified
bridge
Rectified
0
10
20
0 2 4 6 8
Volts
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
59/63
Dr. S. M. Condren
Full-Wave Rectified
Rectified
0
10
20
0 2 4 6 8
Volts
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
60/63
Dr. S. M. Condren
Full-Wave Rectified
bridge
Rectified
0
10
20
0 2 4 6 8
Volts
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
61/63
Dr. S. M. Condren
Voltage Regulators
integrated circuit which regulate the voltage to
some specific value
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
62/63
Dr. S. M. Condren
Readout Devices
Oscilloscopes/Cathode Ray TubesRecorders
Analog Meters
Alphanumeric Displays nixie tubes
LEDs
LCDsComputers
-
8/11/2019 Dasar Dasar Pengukuran (1)
63/63
Digital Display