Polarimeter merupakan alat yang
digunakan untuk mengukur besarnya putaran optik yang dihasilkan oleh suatu zat
yang bersifat optis aktif yang terdapat dalam larutan. Jadi polarimeter ini
merupakan alat yang didesain khusus untuk mempolarisasi cahaya oleh suatu
senyawa optis aktif. Senyawa optis aktif adalah senyawa yang dpat memutar
bidang polarisasi, sedangkan yang dimaksud dengan polarisasi adalah pembatasan
arah getaran (vibrasi) dalam sinar atau radiasi elektromagnetik yang lain.
Untuk mengetahui besarnya polarisasi cahaya oleh suatu senyawa optis aktif,
maka beesarnya perputaran itu bergantung pada beberapa faktor yakni : struktur
molekul, temperatur, panjang gelombang, banyaknya molekul pada jalan cahaya,
jenis zat, ketebalan, konsentrasi dan juga pelarut. Polarisasi bidang dilakukan
dengan melewatkan cahaya biasa menembus sepasang kristal kalsit atau menembus
suatu lensa polarisasi. Jika cahaya terpolarisasi-bidang dilewatkan suatu
larutan yang mengandung suatu enantiomer tunggal maka bidang polarisasi itu
diputar kekanan atau kekiri.
Perputaran cahaya terpolarisasi-bidang ini disebut
rotasi optis. Suatu senyawa yang memutar bidang polarisasi suatu senyawa
terpolarisasi-bidang dikatakan bersifat aktif optis. Karena inilah maka
enantimer-enantiomer kadang-kadang disebut isomer optis. Prinsip kerja alat
polarimeter adalah sebagai berikut, sinar yang datang dari sumber cahaya
(misalnya lampu natrium) akan dilewatkan melalui prisma terpolarisasi
(polarizer), kemudian diteruskan ke sel yang berisi larutan. Dan akhirnya
menuju prisma terpolarisasi kedua (analizer). Polarizer tidak dapat
diputar-putar sedangkan analizer dapat diatur atau di putar sesuai keinginan.
Bila polarizer dan analizer saling tegak lurus (bidang polarisasinya juga tega
lurus), maka sinar tidak ada yang ditransmisikan melalui medium diantara prisma
polarisasi. Pristiwa ini disebut tidak optis aktif. Jika zat yang bersifat
optis aktif ditempatkan pada sel dan ditempatkan diantara prisma terpolarisasi
maka sinar akan ditransmisikan.
Putaran optik adalah sudut yang dilalui
analizer ketika diputar dari posisi silang ke posisi baru yang intensitasnya
semakin berkurang hingga nol. Untuk menentukan posisi yang tepat sulit
dilakukan, karena itu digunakan apa yang disebut “setengah bayangan” (bayangan
redup). Untuk mancapai kondisi ini, polarizer diatur sedemikian rupa, sehingga
setengah bidang polarisasi membentuk sudut sekecil mungkin dengan setengah
bidang polarisasi lainnya. Akibatnya memberikan pemadaman pada kedua sisi lain,
sedangkan ditengah terang. Bila analyzer diputar terus setengah dari medan
menjadi lebih terang dan yang lainnya redup. Posisi putaran diantara terjadinya
pemadaman dan terang tersebut, adalah posisi yang tepat dimana pada saat itu
intensitas kedua medan sama. Jika zat yang bersifat optis aktif ditempatkan
diantara polarizer dan analizer maka bidang polarisasi akan berputar sehingga
posisi menjadi berubah. Untuk mengembalikan ke posisi semula, analizer dapat
diputar sebesar sudut putaran dari sampel.
Sudut putar jenis ialah besarnya
perputaran oleh 1,00 gram zat dalam 1,00 mL larutan yang barada dalam tabung
dengan panjang jalan cahaya 1,00 dm, pada temperatur dan panjang gelombang
tertentu. Panjang gelombang yang lazim digunakan ialah 589,3 nm, dimana 1 nm =
10-9m. Sudut putar jenis untuk suatu senyawa (misalnya pada 25o C) Macam macam
polarisasi antara lain, polarisasi dengan absorpsi selektif, polarisasi akibat
pemantulan, dan polarisasi akibat pembiasan ganda.
- Polarisasi dengan absorpsi selektif, dengan menggunakan bahan yang akan melewatkan (meneruskan) gelombang yang vektor medan listriknya sejajar dengan arah tertentu dan menyerap hampir semua arah polarisasi yang lain.
- Polarisasi akibat pemantulan, yaitu jika berkas cahaya tak terpolarisasi dipantulkan oleh suatu permukaan, berkas cahya terpanyul dapat berupa cahaya tak terpolarisasi, terpolarisasi sebagian, atau bahkan terpolarisasi sempurna.
- Polarisasi akibat pembiasan ganda, yaitu dimana cahaya yang melintasi medium isotropik (misalnya air). Mempunyai kecepatan rambat sama kesegala arah. Sifat bahan isotropik yang demikian dinyatakan oleh indeks biasnya yang berharga tunggal untuk panjang gelombang tertentu. Pada kristal – kristal tertentu misalnya kalsit dan kuartz, kecepatan cahaya didalamnya tidak sama kesegala arah. Bahan yang demikian disebut bahan anisotropik ( tidak isotropik). Sifat anisotropik ini dinyatakan dengan indeks bias ganda untuk panjang gelombang tertentu. Sehingga bahan anisotropik juga disebut bahan pembias ganda.
Dalam praktikum tentang polarimeter ini sering digunakan zat glukosa sebagai
sampelnya. Dimana senyawa ini mempunyai struktur cincin dan mempunyai bentuk
dengan sifat berbeda. Jika D-glukosa dikristalkan dari air maka dihasilkan
bentuk yang disebut dengan α-D-glukosa yang rotasi spesifiknya adalah [α]=
+112,2o. Jika D-glukosa dikristalkan dari piridin maka dihasilkan β-D-glukosa
dengan [α]= +18,7o. Jika α-D-glukosa dilarutkan dalam air maka rotasi
spesifiknya secara perlahan-lahan berubah sesuai dengan waktu dan mencapai
nilai stabil pada 52,7o. Jika β-D-glukosa diperlakukan sama, maka rotasinya
akan sama. Perubahan ini disebut mutarotasi karena pembentukan α-D-glukosa atau
β-D-glukosa pada suatu campuran berkesetimbangan yang mengandung kira-kira sepertiga
α-D-glukosa dan dua per tiga β-D-glukosa dan sejumlah kecil senyawa berantai
lurus pada suhu 25oC. Jadi isomer α dan β dari D-glukosa bersifat dapat saling
bertukar di dalam larutan.
Senyawa optis aktif adalah senyawa yang dapat memutar
bidang getar sinar terpolarisir. Zat yang optis ditandai dengan adanya atom
karbon asimetris atau atom C kiral dalam senyawa organik, contoh : kuarsa (
SiO2 ), fruktosa.
Cahaya monokromatik pada dasarnya mempunyai bidang
getar yang banyak sekali. Bila dikhayalkan maka bidang getar tersebut akan
tegak lurus pada bidang datar. Bidang getar yang banyak sekali ini secara
mekanik dapat dipisahkan menjadi dua bidang getar yang saling tegak lurus. Yang
dimaksud dengan cahaya terpolarisasi adalah senyawa yang mempunyai satu arah
getar dan arah getar tersebut tegak lurus terhadap arah rambatnya.
Prinsip dasar polarimetris ini adalah pengukuran daya
putar optis suatu zat yang menimbulkan terjadinya putaran bidang getar sinar
terpolarisir. Pemutaran bidang getar sinar terpolarisir oleh senyawa optis
aktif ada 2 macam, yaitu :
1.
Dexro rotary (+), jika arah putarnya
ke kanan atau sesuai putaran jarum jam.
2.
Levo rotary (-), jika arah putarnya
ke kiri atau berlawanan dengan putaran jarum jam.
Sinar mempunyai arah getar atau arah
rambat kesegala arah dengan
variasi warna dan panjang gelombang
yang dikenal dengan sinar polikromatis.
Untuk menghasilkan sinar monokromatis, maka digunakan
suatu filter atau sumber sinar tertentu. Sinar monokromatis ini akan melewati
suatu prisma yang terdiri dari suatu kristal yang mempunyai sifat seperti layar
yang dapat menghalangi jalannya sinar, sehingga dihasilkan sinar yang hanya
mempunyai satu arah bidang getar yang disebut sebagai sinar terpolarisasi.
Jika suatu sinar dilewatkan pada suatu larutan,
larutan itu akan meneruskan sinar atau komponen gelombang yang arah getarnya
searah dengan larutan dan menyerap sinar yang arahnya tegak lurus dengan arah
ini. Di sini larutan digunakan sebagai suatu plat pemolarisasi atau
polarisator. Akhirnya sinar yang keluar dari larutan adalah sinar yang
terpolarisasi bidang.
Cahaya dalam keadaan terpolarisasi
mempunyai ciri-ciri sebagai berikut :
- Gelombang ke semua arah dan tegak lurus arah rambatnya
- Terdiri dari banyak gelombang dan banyak arah getar
