Studi literatur Percobaan IV Analisis Kuantitatif Penetapan Kafein dalam Daun Teh Secara Spektrofotometri Ultra Violet

Percobaan IV Analisis Kuantitatif Penetapan Kafein dalam Daun Teh Secara Spektrofotometri Ultra Violet I. Tujuan Percobaan Analisis kuantitatif kandungan kafein dalam daun teh secara spektrofotometri ultraviolet. II. Tinjauan Pustaka Kafein merupakan salah satu jenis alkaloid yang terdapat pada tumbuhan. Kafein dapat disebut juga sebagai tein. Kafein termasuk salah satu derivat xantin yang mengandung gugus metil. Kafein atau 1,3,7-trimetilxantin dengan rumus molekul C8H10N4O2. Kafein memiliki sifat fisis seperti berbentuk kristal dengan warna putih, memiliki titik leleh 234o C, larut dengan air (15 mg/ml) dan kloroform, serta memiliki rasa agak pahit (British Pharmacopeia 1993). Tanaman teh berdasarkan taksonomi termasuk golongan divisi Spermatophyta, sub divisi Angiospermae, kelas Magnoliopsida, subkelas Dilleniidae, ordo Theales, suku Theaceae, genus Camellia, spesies sinensis. Jenis teh sangat beragam, begitu juga dengan kualitas hasil olahannya. Namun, umumnya jenis teh dibagi menjadi tiga berdasarkan waktu dari lamanya proses fermentasi yaitu, teh hijau dibuat tanpa melalui proses fermentasi, teh oolong dihasilkan melalui proses semi fermentasi, dan teh hitam dibuat melalui proses fermentasi. Kandungan dalam teh beraneka ragam antara lain kafein, teofilin, vitamin K, vitamin C, vitamin A, vitamin B (B1, B2, B6), K, Na, Mn, Cu, F, flavonoid, dan tanin. Kadar kafein dalam daun teh sekitar 2%, (Hesse, 2002). Teh merupakan sumber alami kafein, teofilin dan antioksidan dengan kadar lemak, karbohidrat atau protein mendekati nol persen. Teh bila diminum terasa sedikit pahit yang merupakan kenikmatan tersendiri dari teh. Teh mengandung sejenis antioksidan yang bernama katekin. Pada daun teh segar, kadar katekin bisa mencapai 30% dari berat kering. Teh hijau dan teh putih mengandung katekin yang tinggi, sedangkan teh hitam mengandung lebih sedikit katekin karena katekin hilang dalam proses oksidasi. Teh juga mengandung kafein (sekitar 3% dari berat kering atau sekitar 40 mg per cangkir), teofilin dan teobromin dalam jumlah sedikit (Graham, 1992). Suatu berkas sinar jika melewati suatu medium yang bersifat homogen, maka sebagian dari cahaya datang akan diabsorpsi, sebagian lagi dipantulkan, dan sisanya akan ditransmisikan dengan efek intesitas murni. Berdasarkan hukum Lambert-Beer dapat diketahui hubungan antara absorbansi, tebal sel, konsentrasi, dan intesitas cahaya. Hukum Beer dapat diterapkan hanya untuk radiasi monokromatik dan memiliki sifat dasar sebagai spesies penyerap yang tidak berubah sepanjang jangkauan konsentrasi yang diteliti (Harris & Bashford 1987). Spektrofotometri merupakan metode analisis yang didasarkan pada antaraksi atom atau ion atau molekul dengan cahaya atau sinar elektromagnetik. Penentuan kadar zatnya akan berdasarkan hasil analisis spektrum zat tersebut. Spektofotometer sesuai dengan namanya adalah alat yang terdiri dari spektrometer dan fotometer. Spektrometer menghasilkan sinar dari spektrum dengan panjang gelombang tertentu dan fotometer adalah alat pengukur intensitas cahaya yang ditrasmisikan atau yang diadsorpsi.Jadi spektrofotometer digunakan untuk mengukur energi secara relatif jika energi tersebut ditransmisikan, direfleksikan atau diemisikan sebagai fungsi dari panjang gelombang (Khopkar, 1990). Spektrofotometer sangat berhubungan dengan pengukuran jauhnya pengabsorbansian energi cahaya oleh suatu sistem kimia sebagai fungsi panjang gelombang dengan absorban maksimum dari suatu unsur atau senyawa. Konsentrasi unsur atau senyawa dapat dihitung dengan menggunakan kurva standar yang diukur pada panjang gelombang absorban tersebut, yaitu panjang gelombang yang diperoleh dari hasil nilai absorbansi yang tertinggi.spektrum absorban selain bergantung pada sifat dasar kimia, juga bergantung pada faktor- faktor lain. Perubahan pelarut sering menghasilkan pergesaran dari pta absorbansi. Larutan pembanding dalam spektrofotometri pada umumnya adalah pelarut murni atau suatu larutan blanko yang mengandung sedikit zat yang akan ditetapkan atau tidak sama sekali (Day and Underwood, 1998). Spektrofotometri UV-Vis adalah anggota teknik analisis spektroskopik yang memakai sumber REM (radiasi elektromagnetik) ultraviolet dekat (190-380 nm) dan sinar tampak (380-780 nm) dengan memakai instrumen spektrofotometer. Spektrofotometri UV- Vis melibatkan energi elektronik yang cukup besar pada molekul yang dianalisis, sehingga spektrofotometri UV-Vis lebih banyak dipakai untuk analisis kuantitatif dibandingkan kualitatif. Absorbsi cahaya UV-Vis mengakibatkan transisi elektronik, yaitu promosi elektron-elektron dari orbital keadaan dasar yang berenergi rendah ke orbital keadaan tereksitasi berenergi lebih tinggi. Energi yang terserap kemudian terbuang sebagai cahaya atau tersalurkan dalam reaksi kimia(Tim Dosen Farmasi, 2007). Panjang gelombang dimana terjadi eksitasi elektronik yang memberikan absorban maksimum disebut sebagai panjang gelombang maksimum (λmaks). Penentuan panjang gelombang maksimum yang pasti (tetap) dapat dipakai untuk identifikasi molekul yang bersifat karakteristik-karakteristik sebagai data sekunder. Dengan demikian spektrum visibel dapat dipakai untuk tujuan analisis kualitatif (data sekunder) dan kuatitatif. Molekul-molekul yang memerlukan lebih banyak energi untuk promosi elektron akan menyerap cahaya pada panjang gelombang yang lebih pendek. Molekul yang menyerap energi lebih sedikit akan menyerap cahaya pada panjang gelombang yang lebih panjang. Radiasi yang diserap oleh cuplikan ditentukan dengan membandingkan intensitas dari berkas radiasi yang ditransmisikan bila spesies penyerap tidak ada dengan intensitas yang ditransmisikan bila spesies penyerap ada. Kekuatan radiasi dari berkas cahaya sebanding dengan jumlah foton per detik yang melalui satu satuan luas penampang. Jika foton yang mengenai cuplikan tenaga yang sama dengan yang dibutuhkan untuk menyebabkan terjadinya perubahan tenaga, maka serapan dapat terjadi. Senyawa yang menyerap cahaya dalam daerah tampak memiliki elektron yang lebih mudah dipromosikan daripada senyawa yang menyerap cahaya pada panjang gelombang UV yang lebih pendek(Tim Dosen Farmasi, 2007). Pada penentuan panjang gelombang maksimum didasarkan atas perhitungan pergeseran panjang gelombang maksimum karena adanya penambahan gugus pada sistem kromofor induk. Analisis kuantitatif zat tunggal dilakukan dengan pengukuran harga A pada panjang gelombang maksimum atau dilakukan pengukuran %T pada panjang gelombang minimum. Dilakukan pengukuran pada panjang gelombang maksimum karena perubahan absorban untuk setiap satuan konsentrasi adalah paling besar pada panjang gelombang maksimal, sehingga akan diperoleh kepekaan analisis yang maksimal. Selain itu pita serapan di sekitar panjang gelombang maksimal datar dan pengukuran ulang dengan kesalahan yang kecil dengan demikian akan memenuhi hukum Lambert-Beer. Menurut Tim Dosen Farmasi(2007), ada 4 cara pelaksanaan analisis kuantitatif zat tunggal yaitu: 1. Membandingkan absorban atau persen transmitan zat yang dianalisis dengan reference standard pada panjang maksimal. 2. Menggunakan kurva baku dari larutan standar dengan pelarut tertentu pada panjang gelombang maksimum. Dibuat grafik sistem koordinat Cartesian di mana sebagai ordinat adalah absorban dan sebagai absis adalah konsentrasi. 3. Menghitung harga absorbansi larutan sample pada pelarut tertentu dan dibandingkan denga absorbansi zat yang dianalisis yang tertera pada buku resmi. 4. Memakai perhitungan nilai ekstingsi molar (absorbansi molar ε) sama dengan cara yang ketiga hanya saja pada perhitungan absorbansi molar lebih tepat karena melibatkan massa molekul relatif. Analisis kuantitatif campuran dua komponen merupakan teknik pengembangan analisis kuantitatif komponen tunggal. Prinsip pelaksanaannya adalah mencari absorban atau beda absorban tiap-tiap kimponen yang memberikan korelasi yang linier terhadap konsentrasi, sehingga akan dapat dihitung masing-masing kadar campuran zat tersebut secara serentak atau salah satu komponen dalam campurannya dengan komponen lainnya. Prinsip analisis multi komponen dengan metode Spektrofotometri UV-Vis adalah kaliberasi tiap-tiap komponen dengan memakai larutan standar. Dikenal ada dua macam larutan standar yaitu larutan standar murni dan larutan standar campuran. Larutan standar campuran teknik pembuatan dan dampak kesalahannya sudah jelas lebih rumit(Tim Dosen Farmasi, 2007). III. Alat dan Bahan Adapun alat yang digunakan dalam percobaan ini yaitu spektrofotometer UV, gelas kimia 100 ml, labu ukur 50 ml, corong pisah, botol semprot, pipet tetes, gelas ukur 25 ml, statif dan klem, sendok zat, hot plate, dan neraca analitik Adapun bahan yang digunakan dalam percobaan ini yaitu kafein murni, daun teh, kloroform, akuades, amonia 10%, dan kertas saring. IV. Prosedur Kerja 4.1 Pembuatan larutan standar kafein Menimbang kafein murni 50 gram, memasukkannya kedalam labu ukur 100 mL dan menambahkannya dengan kloroform sampai tanda batas.Membuat larutan standar 10; 20; 30; 40; dan 50 ppm. Mengukur absorbansinya pada panjang gelombang 276,5 nm. 4.2 Pengukuran sampel Menimbang cuplikan daun teh sebanyak 5 gram dan memasukkan kedalam gelas kimia 100 ml dan menambahkan akuades 15 mL kemudian membiarkan sebentar.Mendidihkan kira-kira 5 menit danmenyaringnya panas-panas. Mengulangi 3 kali kemudian mengumpulkan filtratnya. Menambahkan 5 mL amonia 10%. Memasukkan filtratnya kedalam corong pisah lalu menambahkan kloroform 25 mL dan mengocoknya kira-kira 1 menit. Membiarkannya terpisah laposan kloroform dan air. Fraksi kloroform dikeluarkan.Mengulangi 3-4 kaliekstraksi dengan kloroform. Tepat volume ekstrakdengan kloroform dalam labu ukur 100 ml.Mengukur absorbansi larutan pada panjang gelombang 276,5 nm.   V. Pembahasan Kafein merupakan jenis alkaloid yang secara alamiah terdapat dalam biji kopi, daun teh, daun mete, biji kola, biji coklat, dan beberapa minuman penyegar. Kafein memiliki berat molekul 194.19 dengan rumus kimia C8H10N8O2 dan pH 6,9 (larutan kafein 1% dalam air).Kafein mudah larut dalam air panas dan kloroform, tetapi sedikit larut dalam air dingin dan alkohol. Kafein bersifat basa lemah dan hanya dapat membentuk garam dengan basa kuat. Percobaan ini bertujuan untuk menganalisis kualitatif kandungan kafein dalam daun teh secara spektrofotometer ultraviolet. Prinsip dasar Spektrofotometri UV-Vis adalah serapan cahaya. Bila cahaya jatuh pada senyawa, maka sebagian dari cahaya diserap oleh molekul-molekul sesuai dengan struktur dari molekul senyawa tersebut. Serapan cahaya oleh molekul dalam daerah spektrum UV-Vis tergantung pada struktur elektronik dari molekul. Spektra UV-Vis dari senyawa-senyawa organik berkaitan erat dengan transisi-transisi diantara tingkatan-tingkatan tenaga elektronik. Radiasi ultraviolet dan sinar tampak diabsorpsi oleh molekul organik aromatik, molekul yang mengandung elektron-π terkonjugasi dan atau atom yang mengandung elektron-n, menyebabkan transisi elektron di orbital terluarnya dari tingkat energi elektron tereksitasi lebih tinggi. Besarnya serapan radiasi tersebut sebanding dengan banyaknya molekul analit yang mengabsorpsi sehingga dapat digunakan untuk analisis kuantitatif. Pemilihan spektrofotometer UV-Vis adalah karena spektrofotometer merupakan instrument analisis yang tidak rumit, selektif, serta kepekaan dan ketelitiannya tinggi. Selain itu, senyawa asetosal, parasetamol dan kofein yang akan dianalisis memiliki kromofor pada strukturnya berupa ikatan rangkap terkonjugasi dan juga merupakan senyawa aromatik karena memiliki gugus aromatik sehingga memenuhi syarat senyawa yang dapat dianalisis menggunakan spektrofotometri UV-Vis. Dalam percobaan ini, metode analisis yang digunakan adalah metode kurva kalibrasi. Jenis larutan standar harus sesuai dengan sampel yang di analisis. Karena jenis sampel adalah kafein, maka standar yang dipakai adalah standar kafein yang telah diketahui konsentrasinya. Menambahkan larutanHCl 0,1N pada larutan standar sehingga membuat suasana kafein menjadi asam, karena pada suasana asam panjang gelombang yang dihasilkan maksimum. Media yang digunakan untuk pengukuran adalah kuvet. Mengukur larutan standar secara bertahap dari larutan dengan konsentrasi rendah sampai yang tertinggi untuk membuat kurva standar sehingga pada penentuan konsentrasi sampel, dapat diketahui kadar sampel setelah dilakukan pengukuran absorbannya berdasarkan kurva deret standar yang telah dibuat. Panjang gelombang maksimum di dapatkan dari konsentrasi larutan standar 8 ppm. Menurut litreratur panjang gelombang maksimum kafein adalah 210 nm. Namun panjang gelombang maksimum yang terukur adalah 267,5 nm. Hal ini disebabkan karena tidak samanya konsentrasi yang dipilih untuk penentuan panjang gelombang maksimum.Alasan penggunaan panjang gelombang maksimum (λ maks) yakni panjang gelombang maksimum memiliki kepekaan maksimal karena terjadi perubahan absorbansi yang paling besar serta pada panjang gelombang maksimum bentuk kurva absorbansi memenuhi hukum Lambert-Beer. Langkah selanjutnya adalah membuat grafik antara konsentrasi(C) dengan absorbansi (A) yang merupakan garis lurus yang melewati titik nol. Konsentrasi larutan sampel dapat diketahui setelah absorbansi larutan sampel diukur dan diintrapolasi ke dalam kurva kalibrasi atau dimasukkan ke dalam persamaan garis lurus yang diperoleh dengan menggunakan program regresi linear pada kurva kalibrasi. Larutan blanko yang digunakan adalah kloroform. Digunakan blanko kloroform karena pelarut yang digunakan untuk melarutkan sampel adalah kloroform. Hukum Lambert-Beer menyatakan hubungan linieritas antara absorban dengan konsentrasi larutan analit dan berbanding terbalik dengan transmitan. Dalam hukum Lambert-Beer tersebut ada beberapa pembatasan, yaitu sinar yang digunakan dianggap monokromatis; penyerapan terjadi dalam suatu volume yang mempunyai penampang yang sama; senyawa yang menyerap dalam larutan tersebut tidak tergantung terhadap yang lain dalam larutan tersebut; tidak terjadi fluorensensi atau fosforisensi ; serta indeks bias tidak tergantung pada konsentrasi larutan. Kafein dapat diisolasi dari teh dengan pelarut air dan kloroform karena kelarutan kafein dalam kedua pelarut itu besar. Air sebagai pelarut mempunyai banyak keuntungan, selain murah juga mudah didapat dan selama isolasi tidak merusak kafein walaupun pada suhu tinggi. Kesukaran yang timbul karena menggunakan air sebagai pengekstrak adalah waktu isolasi yang lama, pemecahan kafein dari garam-garam tanaman sukar, hal ini mengakibatkan kafein yang dapat diekstrak sedikit sekali. Seperti yang diketahui bahwa kafein merupakan derivat xantin yang dapat memberikan efek utama dalam hal merangsang sistem saraf pusat terutama pada pusat nafas, merangsang otot jantung, relaksasi otot polos dan dapat meningkatkan diuresis, selain itu dapat menyempitkan pembuluh darah otak yang baik pada sakit kepala dan migran. Perlu diketahui bahwa pengkonsumsian kafein yang terlalu banyak menyebabkan pengerasan pembuluh darah yang dapat memicu serangan jantung dan stroke, sehingga perlu berhati-hati dan tidak berlebihan dalam mengkonsumsinya. Isolasi kadar kafein dalam teh, seperti pada percobaan ini yang didasarkan pada distribusi solut dalam hal ini kafein dalam teh antara dua fasa yaitu fasa organic dan fasa air. Karena teh dapat larut dengan baik pada air panas, sehingga harus dilarutkan pada air panas yang mendidih dan ditambahkan natrium karbonat. Selanjutnya dibiarkan selama 7 menit. Hal ini dilakukan agar dapat menghomogenkan teh dan pelarutnya. Selanjutnya menyaring campuran tersebut dengan menggunakan corong kedalam Erlenmeyer. Fungsi dari penyaringan ini yaitu agar kafein yang terdapat dalam campuran teh tadi dapat terpisah dari residu atau ampas teh, sehingga yang didapat dalam filtrat yaitu kafein. Residu yang dihasilkan ditambahkan 50 mL air panas dan di dekantasi dengan tujuan agar tidak ada sisa kafein yang tertinggal dalam residu. Filtrat yang dihasilkan kemudian digabungkan dengan filtrat yang pertama dihasilkan. Aduk selama kurang lebih 20 menit, dinginkan. Filtrat dimasukan kedalam corong dan ditambahkan 30 mL kloroform. Penambahan kloroform ini berfungsi untuk melarutkan kafein dalam filtrat. Kafein dalam filtrat larut ditandai dengan terbentuknya dua lapisan pada filtrat, dimana lapisan atas merupakan lapisan fasa organik yang mengandung sisa garam dan Pb dan lapisan atau fasa air (lapisan bawah) merupakan lapisan yang mengandung kafein dalam kloroform. Setelah kedua larutan tersebut terdistribusi menjadi dua lapisan yang mana larutan kloroform tadi telah mengikat kafein. Terbentuknya dua lapisan tadi disebabkan karena berat jenis antara kedua larutan tersebut berbeda dimana larutan teh bersifat polar sedangkan pada lapisan bawah yaitu CHCl3 bersifat non polar. Larutan teh mempunyai berat jenis yang lebih kecil bila dibandingkan dengan kloroform. Perbedaan berat jenis kedua larutan tersebut mengakibatkan terbentuknya dua lapisan. Dimana lapisan atas adalah larutan teh, sedangkan lapisan bawah merupakan larutan kloroform (CHCl3). Lapisan bawah yang mengandung kafein ditampung dalam cawan penguap dan lapisan atas dibilas kembali dengan kloroform. Hal ini dimaksudkan agar kafein yang masih ada pada lapisan atas/fasa air larut dan sekaligus memurnikan kafein dari zat-zat pengotornya, sehingga kafein yang diperoleh benar-benar murni. Fungsi dari penambahan CHCl3 ini yaitu untuk mengekstrak kafein. Selanjutnya ditambahkan kembali CHCl3 mempunyai tujuan agar kafein yang berada dalam larutan teh yang telah dikeluarkan sebelumnya masih bersisa di dalam corong pisah tersebut sehingga untuk mengikatnya kembali maka ditambahkan larutan CHCl3. Proses ekstraksi ini berlangsung atau terjadi proses kesetimbangan setelah dilakukan proses penggocokan, sebab larutan baru dapat dipisahkan setelah larutan tersebut berada dalam keadaan diam. Dalam hal ini corong pisah yang kita gunakan harus diguncang dengan kuat agar kedua larutan terdistribusi dalam dua fase polar dan non polar sehingga pada suhu dan tekanan yang tetap terjadi kesetimbangan kimia. Proses penenangan yang dilakukan dimaksudkan untuk menstabilkan molekul-molekul yang terganggu pada saat dilakukan proses penggocangan atau biasa disebut pengaturan diri sehingga tercapai kesetimbangan kimia, maka terbentuklah dua fasa. Lapisan atas merupakan campuran teh dengan air sedangkan pada lapisan bawah merupakan larutan kloroform yang terdapat kafein terlarut didalamnya. Menurut Atomssa dan Gholap (2011), kandungan kafein dalam daun teh adalah 2,36% dengan menggunakan spektometer UV-VIS, dan menurut Misra et al. (2009), dengan menggunakan HPLC mendapatkan kandungan maksimum kafein dalam daun teh 2.145%. VI. Kesimpulan Dari percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa : 1. Kafein adalah kristal putih alkaloida xantina yang pahit, yang merupakan obat stimulan psychoactive. 2. Spektrofotometri UV merupakan salah satu metode analisis yang dilakukan dengan panjang gelombang 100-400 nm atau 595–299 kJ/mol. Sinar ultraviolet atau sinar ungu terbagi menjadi dua jenis yaitu Ultraviolet jauh dan Ultaviolet dekat. 3. Dengan adanya nilai k dapat dilakukan perhitungan konsentrasai yaitu dengan rumus : A = k. C 4. Semakin tinggi konsentrasi maka semakin tinggi pula serapannya, maka konsentrasi dan serapan berbanding lurus. DAFTAR PUSTAKA Basset, J. 1994. Buku Ajaran Vogel Kimia Analisis Kuantitatif Anorganik Edisi keempat. Penerbit Buku Kedokteran. British Pharmacopeia. 1993. British Pharmamacopeia. Jilid 1. British Pharmacopeia.London. Day, Jr, R. A.,Underwood, A. L. 1998. Analisis Kimi. Kuantitatif. Erlangga.Jakarta. Graham. 1992. Green tea composition, consumption, and polyphenol chemistry.Preventive Medicine. Harris DA, CL Bashford. 1987. Spectrophotometry and Spectroflurometry: a practical and approach. IRL Pr. Oxford. Hesse M. 2002. Alkaloid: Nature’s Curse or Blessing. Willey-vch. Jerman. Khopkar, S. 1990. Konsep Dasar Kimia Analitik. Universitas Indonesia- Press. Jakarta. Sikkana, Rismawati. 2013. Penuntun Praktikum Analisis Instrumen. Jurusan Kimia. FMIPA.Universitas Tadulako. Palu. Tim Dosen Farmasi. 2007. Modul Kuliah Spektroskopi. Fakultas Farmasi. Universitas Sanata Dharma. Yogyakarta.