KD 3.12 Menerapkan Prinsip Kerja Peralatan dalam Teknik Penimbangan dengan Neraca Analitis

 

A.       Prinsip Timbangan

            Prinsip kerja dan fungsi alat-alat laboratorium harus diketahui, agar tidak terjadi kesalahan saat praktikum dengan pemakaian alat-alat laboratorium. Selain itu keselamatan dari alat-alat laboratorium harus diperhatikan agar terjaga kualitasnya. Banyak sekali alat ukur yang diciptakan manusia baik yang tradisional maupun yang sudah menjadi produk teknologi modern. Salah satu contohnya alat ukur besaran massa seperti neraca atau timbangan. Menimbang benda adalah menimbang sesuatu yang tidak memerlukan tempat dan biasanya tidak dipergunakan pada reaksi kimia, seperti menimbang cawan, gelas kimia dan lain-lain. Menimbang zat adalah menimbang zat kimia yang dipergunakan untuk membuat larutan atau akan direaksikan.  Jenis alat timbangan di laboratorium berbeda-beda, tetapi yang penting adalah timbangan yang dapat digunakan untuk menimbang sampai satuan yang sangat kecil (Hendaryono 1994).

          Pengertian neraca secara umum adalah suatu alat timbang yang digunakan untuk menimbang suatu zat, benda, bahan, atau unsur dengan skala tertentu, sedangkan pengertian secara khusus neraca adalah sebuah alat yang terdiri dari besi, kuningan, logam, yang terdapat jarum penunjuk, skala, tombol pengatur, yang digunakan untuk menimbang, menghitung, dan mengetahui besar sebuah berat suatu barang atau zat dalam ukuran kecil (Marthen 2006). Menimbang merupakan suatu tahap yang paling penting dalam analisis kuantitatif yang sering dilakukan di laboratorium kimia. Berikut ini Tabel jenis dan fungsi neraca.

        Daya muat maksimum suatu neraca adalah beban maksimum yang boleh ditimbang. Bila penimbangan dilakukan melebihi daya muat maksium, penimbangan akan menghasilkan penyimpangan atau kesalahan karena berubahnya kepekaan dan ketepatan neraca yang disebabkan oleh melengkungnya neraca atau rusaknya pisau-pisau.

Kepekaan suatu neraca adalah berat atau perubahan berat yang terkecil yang masih dapat diamati dengan neraca tersebut.Kepekaan neraca tergantung pada letak titik berat, panjang lengan, beban berat dan ketajaman pisau-pisaunya.Neraca yang umum digunakan di laboratorium kimia adalah neraca teknis dan neraca analistik.

Persyaratan neraca yang baik adalah sebagai berikut:

•             Neraca harus mempunyai ketelitian yang baik
•        Neraca harus stabil
•        Neraca harus peka

Syarat-syarat menimbang adalah sebagai berikut:

Ø Neraca harus diletakan secara mendatar di atas meja yang tidak dapat bergetar, tidak langsung terkena cahaya matahari, tidak dekat dengan sumber panas dan harus bebas dari bahan yang mudah menguap dan korosif.

Ø Bila neraca tidak dalam keadaan terpakai, neraca harus dalam keadaan ’terkunci’. Dalam hal ini untuk neraca sederhana, pisau-pisau akan terangkat dari landasannya untuk menghindari rusaknya pisau-pisau bila terjadi perubahan secara tiba-tiba seperti penambahan beban, penggeseran neraca dan lain-lain.

Ø Penimbangan dilakukan dalam keadaan tertutup, manipulasi menimbang dilakukan melalui jendela samping.

Ø Menimbang zat sebaiknya dalam botol timbang (untuk zat yang dapat mengalami perubahan di udara), zat yang stabil dapat ditimbang di atas kaca arloji atau kertas timbang

Ø Menimbang tidak melebihi daya muat maksimum

Ø Neraca tidak terkotori saat penimbangan

Ø Jika dilakukan pengelapan neraca, penimbangan harus ditangguhkan beberapa saat untuk menghilangkan muatan listrik dan dapat menerima kembali lapisan/kulit air

Ø Bila suhu benda berbeda dengan suhu di sekitar neraca, tunda penimbangan sampai suhu sesuai

Ø Setelah selesai menimbang, kembalikan dalam keadaan nol

B.       Jenis dan Fungsi Timbangan

Timbangan adalah alat yang diperuntukan atau dipakai bagi pengukuran massa atau penimbangan (Atmojo 2011). Timbangan dapat dikelompokkan dalam beberapa kategori berdasarkan klasifikasinya. Jika dilihat dari cara kerjanya, jenis timbangan dapat dibedakan atas:

Ø Timbangan Manual, yaitu jenis timbangan yang bekerja secara mekanis dengan sistem pegas. Biasanya jenis timbangan ini menggunakan indikator berupa jarum sebagai penunjuk ukuran massa yang telah ter-skala.

Ø Timbangan Digital, yaitu jenis timbangan yang bekerja secara elektronik dengan tenaga listrik. Umumnya timbangan ini menggunakan arus lemah dan indikatornya berupa angka digital pada layar bacaan.

Ø Timbangan Hybrid, yaitu timbangan yang cara kerjanya merupakan perpaduan antara timbangan manual dan digital. Timbangan Hybrid ini biasa digunakan untuk lokasi penimbangan yang tidak ada aliran listrik. Timbangan Hybrid menggunakan display digital tetapi bagian paltform menggunakan plat mekanik

Sedangkan berdasarkan penggunaannya, timbangan dapat dikelompokkan sebagai berikut :

·      Timbangan Badan, yaitu timbangan yang digunakan untuk mengukur berat badan. Contoh timbangan ini adalah : timbangan bayi, timbangan badan anak dan dewasa, timbangan badan digital.

·      Timbangan Gantung, yaitu timbangan yang diletakkan menggantung dan bekerja dengan prinsip tuas.

·      Timbangan Lantai, yaitu timbangan yang diletakkan di permukaan lantai. Biasanya digunakan untuk mengukur benda yang bervolume besar.

·      Timbangan Duduk, yaitu timbangan dimana benda yang ditimbang dalam keadaan duduk atau sering kita ketahui Platform Scale.

·      Timbangan Meja, yaitu imbangan yang biasanya digunakan di meja dan rata-rata timbangan meja ini adalah Timbangan Digital.

·      Timbangan Counting, yaitu timbangan hitung yang biasa digunakan untuk menimbang barang yang berjumlah, jadi barang bisa timbangan persatuan sebagai contoh timbangan counting ini sering digunakan untuk menimbang baut, mur, spare part mobil dan sebagainya.

·      Timbangan Platform, yaitu timbangan yang memiliki tingkat kepricisian lebih tinggi dari timbangan lantai, timbangan Paltform merupakan solusi dalam penimbangan di berbagai industri baik industri retail maupun manufacturing.

·      Timbangan Hewan/Ternak, yaitu jenis timbangan yang digunakan untuk menimbang hewan baik sapi, kerbau maupun kambing serta sejenisnya.

• Timbangan Emas, yaitu jenis timbangan yang memiliki akurasi tinggi untuk mengukur massa emas (logam mulia).

        Pada saat menimbang perlu ada sebuah alat yang dapat mengukur berat ataupun massa benda yang ingin diukur secara teliti, apalagi untuk menimbang zat-zat yang harus tepat jumlahnya. Massa adalah banyaknya zat yang terkandung di dalam suatu benda.Satuan SI-nya adalah kilogram (kg). Sedangkan berat adalah besarnya gaya yang dialami benda akibat gaya tarik bumi pada benda tersebut. Satuan SI-nya adalah Newton (N). Untuk mengukur massa benda dapat digunakan neraca atau timbangan (Sudarmadji 2005).

 

        Standar untuk satuan massa adalah sebuah silinder platinumiridium yang disimpan di lembaga Berat dan Ukuran Internasional dan berdasarkan perjanjian Internasional disebut sebagai massa sebesar satu kilogram, yang disimpan di Sevres, Perancis. Standar sekunder dikirimkan ke laboratorium standar diberbagai negara dan massa dari benda-benda lain dapat ditentukan dengan menggunakan neraca berlengan-sama dengan ketelitian 2 bagian dalam 10⁸. Satuan-satuan lain, misalnya: gram (g), miligram (mg),dan ons untuk massa-massa yang kecil; ton (t) dan kuintal (kw) untuk massa yang besar. Turunan standar massa internasional untuk Amerika Serikat dikenal dengan Kilogram prototip No.20, ditempatkan dalam suatu kubah di Lembaga Standar Nasional, seperti terlihat pada Gambar.

Jenis-jenis timbangan yang sering digunakan di laboratorium adalah :

a)    Neraca Teknis

Neraca mekanik sering juga disebut neraca/timbangan teknis terdiri atas tiga batang skala.Batang pertama berskala ratusan gram, batang kedua berskala puluhan gram, dan batang ketiga berskala satuan gram. Benda yang akanditimbang diletakkan diatas piringan, setelah beban geser diseimbangkan dengan benda, maka massa benda dapat dibacapada skala. Neraca ini berfungsi untuk mengukur massa benda atau logam dalam praktek laboratorium. Neraca analitis dua lengan berguna untuk mengukur massa benda, misalnya emas, batu, kristal dan benda lain (Irawati dan Ani 2008).

 

Prinsip kerja neraca mekanik/teknis adalah membandingkan massa benda yang akan dikur dengan anak timbangan. Anak timbangan neraca mekanik berada pada neraca itu sendiri.Kemampuan pengukuran neraca ini dapat diubah dengan menggeser posisi anak timbangan sepanjang lengan. Anak timbangan dapat digeser menjauh atau mendekati poros neraca .Massa benda dapat diketahui dari penjumlahan masing-masing posisi anak timbangan sepanjang lengan setelah neraca dalam keadaan setimbang.

        

        Tinjauan lain tentang prinsip kerja neraca yaitu seperti prinsip kerja tuas. Ada empat macam prinsip kerja             neraca, yaitu:

Ø  Prinsip kesetimbangan gaya gravitasi, contoh neraca sama lengan

Ø  Prinsip kesetimbangan momen gaya, contoh neraca dacin

Ø  Prinsip kesetimbangan gaya elastis, contoh neraca pegas untuk menimbang bahan-bahan baku

Ø  Prinsip inersia (kelembaban), contoh neraca inersia

Neraca teknis biasa digunakan untuk melakukan penimbangan dengan ketelitian sedang,biasanya hanya sampai 2 desimal di belakang koma. Neraca ini biasanya dipakai untuk menimbang zat-zat atau benda yang tidak membutuhkan ketelitian yang tinggi, misalnya menimbang bahan sebagai larutan pereaksi.Neraca teknis dibagi menjadi 2 yaitu neraca analog dan neraca digital. Neraca analog adalah neraca yang biasanya masih tradisional, sedangkan neraca digital adalah neraca teknis yang sudah modern, yang sekarang sering dipakai di laboratorium untuk menimbang dan praktis, tinggal menaruh benda atau zat di atas piring neraca (Pradhika 2008).

 Neraca Tiga Lengan memiliki nilai skala sampai ketelitian 0,1 gram. Neraca ini memiliki tiga lengan, yakni sebagai berikut:

• Lengan depan, memiliki anting yang dapat digeser dengan skala 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10gram. Masing-masing terdiri 10 skala tiap skala 1 gram.

• Lengan tengah, memiliki anting yang dapat digeser dengan skala 0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 gram.

• Lengan belakang, memiliki anting yang dapat digeser dengan skala 0, 100, 200, 300, 400, 500 gram.

 

Berikut ini Gambar Neraca Satu Piring - Tiga Lengan.

Bagian-bagian Neraca Satu Piring – Tiga Lengan sebagai berikut:

Ø  Tempat beban yang digunakan untuk menempatkan benda yang akan diukur.

Ø  Tombol kalibrasi yang digunakan untuk mengkalibrasi neraca ketika neraca tidak dapat digunakan untuk mengukur.

Ø  Pemberat (anting) yang diletakkan pada masing-masing lengan yang dapat digeser-geser dan sebagai penunjuk hasil pengukuran.

Ø  Titik 0 atau garis kesetimbangan, yang digunakan untuk menentukan titik kesetimbangan.

 

Bagian-bagian Neraca Satu Piring – Tiga Lengan sebagai berikut:

Ø  Tempat beban yang digunakan untuk menempatkan benda yang akan diukur.

Ø  Tombol kalibrasi yang digunakan untuk mengkalibrasi neraca ketika neraca tidak dapat digunakan untuk mengukur.

Ø  Pemberat (anting) yang diletakkan pada masing-masing lengan yang dapat digeser-geser dan sebagai penunjuk hasil pengukuran.

Ø  Titik 0 atau garis kesetimbangan, yang digunakan untuk menentukan titik kesetimbangan.

 

Cara membaca hasil penimbangan adalah sebagai berikut:

Ø  Amati skala yang ditunjuk pada posisi lengan depan, lengan tengah, dan lengan belakang.

Ø  Jumlahkan skala yang ditunjuk pada posisi lengan depan, lengan tengah, dan lengan belakang.

Ø  Hasil penjumlahan yang diperoleh merupakan hasil penimbangan.

 

Contoh pembacaan hasil penimbangan:

skala tengah	=	300	gram
skala belakang	=	80	gram
skala depan	=	2,4 gram
				+
Hasil penimbangan		382,4 gram

  

 Gambar Bagian-bagian Timbangan

Sumber: Ariwibawa 2012

Ketelitian sebuah neraca ditentukan oleh skala terkecil yang ada pada neraca tersebut. Misalnya pada neraca tiga lengan, skala terkecil adalah 0,1 gram, maka ketelitian neraca tersebut adalah 0,1 gram. Setiap alat ukur mempunyai nilai ketidakpastian pengukuran. Nilai ketidakpastian tersebut dirumuskan sebagai berikut.

Ketidakpastian = ½ x skala terkecil

Sehingga pada neraca tiga lengan yang mempunyai skala terkecil 0,1 gram, maka ketidakpastian tersebut adalah ½ x 0,1 gram (0,05 gram).

 

b)      Neraca Analitik

Neraca analitik merupakan suatu alat yang sering digunakan di laboratorium yang berfungsi untuk menimbang bahan/zat yang akan digunakan sebelum melakukan suatu percobaan yang membutuhkan suatu penimbangan. Bahan yang ditimbang biasanya berbentuk padatan, namun tidak menutup kemungkinan untuk menimbang suatu bahan yang berbentuk cairan.Selain itu neraca analitik merupakan salah satu neraca yang memiliki tingkat ketelitian tinggi dan bermutu tingg, sehingga dapat ditempatkan di ruang bebas serta terhindar dari gangguan akibat aliran udara. Neraca ini melakukan kalibrasi internal, tetapi untuk pemeriksaan ulang, neraca ini harus diperiksa dengan anak-anak timbangan yang sudah di identifikasi.Neraca analitik ini hanya di gunakan untuk penimbangan tingkat analitik (Day dan Underwood 2002).

Neraca analitik mempunyai ketelitian yang tinggi, karena sampai 4 desimal di belakang koma (contoh: 1,7869 gram), biasanya digunakan untuk menimbang benda atau zat yang membutuhkan ketelitian yang tinggi (Pradhika 2008).

Neraca analitik yang digunakan di laboratorium merupakan instrumen yang akurat yang mempunyai kemampuan mendeteksi bobot pada kisaran 100 gram sampai dengan ± 0,0001 gram (Day dan Underwood 2002).

 

Neraca analitik sederhana yang sering digunakan di laboratorium untuk menimbang antara lain:

1.         Neraca dua Piring

Neraca dua piring mempunyai dua piring tergantung pada ujung lengan kiri dan ujung lengan kanan neraca. Piring kiri digunakan untuk meletakkan benda yang akan ditimbang, sedangkan piring kanan untuk meletakkan anak timbangan.

Massa dalam satu satuan mg digunakan anting-anting dengan beban 10 mg yang diletakkan pada lengan neraca yang berskala dari 0 (pada titik tengah) sampai 10 (tepat dimana piring-piring digantung). Persepuluhan mg ditentukan dengan cara menentukan titik-titik kesetimbangan, a0, titik setimbangan neraca dalam keadaan tanpa beban; a1, titik setimbangan neraca dengan beban, dan a2, titik kesetimbangan dengan beban dan batu timbangan berbeda 1-2 mg daripada pada penentuan titik a1. Dengan demikian, penimbangan akan memerlukan waktu yang cukup lama (15 – 30 menit).

Pada neraca dua piring nilai skala ratusan dan puluhan di geser, namun skala satuan dan 1/100 nya di putar. Berikut ini Gambar Neraca dua piring. 

 

Neraca ini memiliki dua lengan. Lengan depan terdapat satu anting logam yang digeser-geser dari 0, 10, 20, …, 100 gram. Sedangkan lengan belakang lekukan-lekukan mulai dari 0, 100, 200, …, 500 gram. Selain dua lengan, neraca ini memiliki skala utama dan skala nonius. Skala utama 0 sampai 9 gram sedangkan skala nonius 0 sampai 0,9 gram (Pradhika 2008).

Neraca dua piring terdiri dari beberapa komponen, di antaranya:

• Lengan depan

• Lengan belakang

• Sistem magnetik

• Penggeser anak timbangan

• Venier

• Kait

• Skala

• Lekuk

• Wadah/piring

• Alas

 

2. Neraca Digital/Listrik/Elektronik

Neraca analitik yang lebih modern, seperti neraca listrik atau neraca elektronik biasanya hanya mempunyai satu piring untuk meletakan benda/beban yang ditimbang .Pada neraca listrik, batu timbangan sejumlah daya muat timbangan terdapat pada daerah piring neraca, berat batu timbangan minimum adalah 1 gram. Pada bagian lengan yang tidak terlihat, dibebani sedemikian rupa agar neraca dalam keadaan setimbang. Dengan demikian penimbangan dilakukan dengan cara “substitusi” yaitu bila suatu benda diletakkan pada piring, maka batu timbangan harus diangkat, dengan memutar kenop yang dilengkapi dengan skala yang menunjukkan batu timbangan yang diangkat, agar kembali dalam keadaan setimbang.

Suatu piranti optis melengkapi neraca ini yang berguna untuk memproyeksikan skala tembus cahaya yang terdapat pada lengan yang tidak terlihat ke layar pembacaan yang menunjukkan berat antara 0 – 1000 mg. Skala ini dibagi 1000 dalam 100 bagian, tiap bagian setara dengan 10 mg. Pembacaan berat dalam mg dan persepuluhan mg di dapat dengan mengatur skala puluhan mg, sehingga tepat berimpit dengan ”celah kesetimbangan”. Dengan cara substitusi ini, kesalahan-kesalahan karena perbedaan panjang lengan dan kepekaan dapat dihindari karena neraca selalu dalam keadaan yang tetap yaitu dengan berat maksimum.

Neraca analitik dikategorikan ke dalam sistem mekanik dan juga elektronik atau digital. Setiap timbangan memiliki karakteristik yang berbeda dan spesifikasi fungsi yang berbeda pula (Petrucci 1987).

 Ada dua jenis neraca analitik, yaitu :

a) Neraca Analitik Tradisional

Neraca analitik tradisional masih menggunakan neraca analog atau neraca manual yaitu:

• Neraca dua piring, dimana lengan suatu neraca dua piring dilengkapi dengan tiga “mata pisau”. Lengan neraca dibagi dalam garis-garis, sehingga penentuan berat/bobot beban kurang dari 10 mg dapat diatur dengan menggeser-geserian “anting” dengan menggunakan pengangkat anting. Bobot anting dalam mg harus sesuai dengan jumlah garis-garis pembagian “lengan neraca” yang dimulai dari mata pisau pusat hingga mata pisau ujung. Menimbang dengan neraca dua piring selalu membosankan dan menghabiskan waktu. Untuk mendapatkan hasil penimbangan yang akurat, secara umum kedua lengan neraca harus sama panjang.

• Neraca satu piring (neraca piring tunggal), lengan neraca tidak sama panjangnya dan menggunakan dua “mata pisau”.

Syarat-syarat neraca yang baik:

a) Neraca harus teliti dan memberikan hasil yang sama untuk penimbangan yang berurutan. Hal ini dapat dicapai bila :

• Lengan neraca cukup kaku dan tidak mudah membengkok bila dibebani

• Lengan kiri dan kanan sama panjang

• Ketiga mata pisau harus berada pada bidang yang sama dan sejajar satu sama lain.

b) Neraca harus ajeg (mantap), yaitu tangan neraca harus kembali ke dalam keadaan datar setelah berayun. Hal ini dapat dicapai dengan menempatkan pusat gravitasi yang tepat.

c) Neraca harus peka, yaitu bobot 0,1 mg harus segera dapat diketahui bagi rata-rata beban.

d) Waktu ayunan jangan terlalu lama, agaar penimbangan dapat dikerjakan secepat mungkin.

 

3. Neraca Analitik Digital

Neraca analitik digital berfungsi untuk membantu mengukur berat serta kalkulasi otomatis. Neraca digital atau neraca elektronik lebih canggih dibandingkan dengan neraca tradisional. Neraca digital memiliki fungsi sebagai alat ukur yang lebih akurat, presisi, akuntabel yang dapat menyimpan hasil dari setiap penimbangan (Pradhika 2008).

Jenis neraca analitik digital mempunyai ketelitian yang sangat tinggi hingga empat angka di belakang koma. Cara kerja neraca analitik digital hanya dapat mengeluarkan label, ada juga yang hanya timbul ditampilkan dilayar LCD-nya. Karena mempunyai ketelitian yang sangat tinggi maka umumnya neraca analitik digital di lengkapi dengan penutup. Pada ketiga sisi penutupnya terbuat dari kaca. Sehingga lengan beban dapat dilihat dari luar. Pada bagian penutup di sisi kaca kanan dan kiri dapat di geser untuk pintu memasukkan dan mengeluarkan sampel yang akan di timbang (Khamidinal 2009). Berikut ini Gambar Neraca analitik digital.

Bagian-bagian Neraca Analitik Digital yaitu :

Ø Piringan timbangan, berfungsi sebagai alat yang digunakan untuk meletakkan sampel yang akan ditimbang. Piringan neraca analitik dapat dibersihkan dengan kuas yang terdapat pada setiap masing-masing alat atau dapat dibersihkan dengan menggunakan tissue.

Ø Anak timbangan, suatu bahan yang biasa digunakan dalam kalibrasi neraca analitik dengan bobot yang sudah diketahui.

Ø Waterpass, digunakan untuk mengetahui dan mengatur posisi piringan timbangan pada neraca analitik apakah sudah stabil atau belum.

Ø Tombol pengaturan, diantaranya adalah tombol re-zero, mode, dan on/off. Tombol re-zero berfungsi untuk mengatur neraca dalam keadaan nol. Jika tombol ini sering digunakan, akan dapat merusak alat neraca tersebut. Tombol re-zero akan mengatur neraca pada keadaan nol secara mendadak, sehingga neraca akan mudah rusak dan menghasilkan data yang tidak akurat.

• Tombol mode, berfungsi sebagai suatu sistem konversi satuan yang digunakan dalam penimbangan. Tombol ini akan memudahkan pengguna dalam perubahan satuan dalam penimbangan.

• Tombol on/off, berfungsi menyalakannya serta mematikan neraca. Dalam penggunaannya, neraca analitik biasanya didiamkan selama 10-15 menit agar neraca dapat bekerja secara maksimal dan menghasilkan data yang akurat.

Penggunaan neraca analitik terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan antara lain:

• Penyimpanan neraca dan kebersihan dalam penggunaannya.

• Kedudukan neraca harus diatur dengan sekrup dan posisi neraca harus horizontal dengan waterpass

• .Ketika digunakan terkadang neraca tergoncang dan posisi neraca tidak seperti keadaan semula.

• Pengecekan wajib dilakukan sebelum menggunakan necara analitik.

Hal-hal yang harus diperhatikan dalam penempatan neraca analitik, yaitu:

• Lokasi penempatan neraca analitik harus terletak pada ruangan yang terpisah dengan laboratorium agar tidak ada yang berlalu-lalang saat melakukan penimbangan yang dapat mengganggu saat penimbangan pada neraca analitik. Pintu ruangan masuk-keluar hanya terdapat satu pintu. Dan kemudian neraca ditempatkan dalam pojok ruangan yang merupakan bagian yang paling stabil.

• Meja neraca yang digunakan sebagai alas untuk penempatan neraca analitik harus menggunakan meja yang datar dan stabil. Selain itu, meja tersebut harus kokoh dan tahan terhadap goncangan.

• Udara yang terdapat di sekitar akan dapat mempengaruhi umur alat yang akan digunakan. Selain itu, udara juga dapat mempengaruhi bobot saat dilakukan penimbangan yang dapat menyebabkan terjadinya kesalahan saat pengukuran bobot suatu bahan yang akan ditimbang. Udara yag terlalu lembab dapat menimbulkan korosi pada neraca analitik. Neraca analitik tidak boleh kontak langsung dengan cahaya matahari karena dapat memperpendek umur alat, terjadi pemuaian terhadap alat tersebut, dan cahaya juga menghasilkan panas dan radiasi yang ditimbulkan dapat merusak alat sehingga harus ditempatkan pada jarak tertentu.

Kekurangan neraca analitik digital diantaranya adalah:

• Alat ini memiliki batas maksimal yaitu 1 mg atau misal maksimum 210 g, jika melewati batas tersebut maka ketelitian perhitungan akan berkurang.

• Tidak dapat menggunakan sumber tegangan listrik yang besar, sehingga harus menggunakan stavolt. Jika tidak, maka benang di bawah panakan putus.

• Harganya yang mahal.

 

Sedangkan kelebihan neraca analitik digital adalah:

• Memiliki tingkat ketelitian yang cukup tinggi dan dapat menimbang zat atau benda pada kisaran 100 gram sampai dengan± 0,0001 gram atau ± 0,1 mg.

• Penggunaannya tidak begitu rumit jika dibandingkan dengan timbangan manual, sehingga lebih efisien dalam hal waktu dan tenaga.

C. PERAWATAN DAN KALIBRASI NERACA ANALITIK

1) Perawatan Neraca

Perawatan neraca analitik harus dalam kondisi bersih agar dapat bekerja dengan baik. Kebersihan neraca harus dicek setiap akan digunakan. Bagian dalam neraca harus dibersihkan dengan menggunakan sikat halus/kuas, kain halus, atau tissu. Piringan di dalam neraca dapat diangkat agar pembersihan dapat dilakukan secara menyeluruh. Sesudah dibersihkan neraca dinyalakan (dihidupkan) dan setelah dipanaskan, neraca dicek kembali dengan menggunakan anak timbangan.

Perawatan neraca analitik bertujuan agar neraca tidak cepat rusak dan kondisinya stabil jika akan digunakan.

Hal-hal yang harus dilakukan dalam perawatan neraca analitik yaitu:

 Timbangan/neraca analitik harus dalam keadaan bersih.

 Penyimpanan data/berat dicatat pada lembar atau kartu kontrol dimana pada lembar tersebut tercantum pula berapa kali alat timbangan harus dicek.

Jika timbangan tidak dapat digunakan sama sekali maka dipanggil teknisi alat yang dapat menangani alat tersebut.

 Waterpass harus selalu dicek secara berkala.

 Sebelum neraca analitik digunakan, tunggu sampai 30 menit untuk mengatur temperatur.

 Timbangan harus terhindar dari gerakan angin sebelum menimbang.

 Pemakaian neraca analitik jangan sering me-re-zero karena akan mempecepat kerusakan.

2) Kalibrasi Neraca

Jika terdapat ketidaksesuaian untuk menggunakan neraca/timbangan, maka harus dikalibarsi ulang. Kalibrasi merupakan proses verifikasi bahwa suatu akurasi alat ukur sesuai dengan rancangannya. Kalibrasi biasa dilakukan dengan membandingkan suatu standar yang terhubung dengan standar nasional maupun internasional dan bahan-bahan acuan tersertifikasi. Sistem manajemen kualitas memerlukan sistem pengukuran yang efektif, termasuk di dalamnya kalibrasi formal, periodik dan terdokumentasi, untuk semua perangkat pengukuran memerlukan ISO 9000 dan ISO 17025 sebagai dasar sistem kalibrasi yang efektif (Harmita 2004).

a) Kalibrasi Neraca Analitik

Kalibrasi neraca analitik merupakan suatu syarat yang wajib agar neraca dapat berfungsi dengan baik dan menghasilkan data yang akurat. Neraca dikontrol dengan menggunakan suatu anak timbang yang sudah terpasang atau dengan anak timbangan eksternal dengan massa 10 gram dan 100 gram. Temperatur atau suhu harus disesuaikan agar kalibrasi dapat berjalan dengan baik. Penyimpangan berat dicatat dalam lembar kontrol yang di dalamnya tercantum berapa kali penimbangan dan penyimpangan yang dihasilkan. Neraca harus terhindar dari terpaan angin dan harus dilakuakan pengecekan secara berkala. Jika timbangan tidak dapat digunakan sama sekali, maka timbangan harus diperbaiki oleh suatu agen (supplier) (Harmita 2004).

Beberapa aturan umum harus diingat ketika menggunakan neraca analitik :

 Biarkan sampel hingga mencapai suhu kamar sebelum ditimbang. Sampel yang terlalu panas akan membuat arus konveksi dan berat sampel jelas akan salah.

 Bahan kimia harus ditempatkan dalam gelas ukur atau tabung reaksi serta cawan atau nampan yang dilapisi kertas untuk beban yang banyak. Beratnya kertas yang terbaik untuk jumlah kecil (biasanya < 1 gram ); berat nampan yang digunakan untuk jumlah yang lebih besar, cawan dan gelas ukur yang direkomendasikan. Jangan menempatkan bahan kimia langsung pada meja neraca.

 Neraca analitik harus tetap bersih setiap saat. Jika ada bahan yang tumpah di dalam ruang katagori berat, maka harus hati-hati membersihkan dengan sikat keseimbangan.

b) Teknik Kalibrasi Neraca Analitik

Pengontrolan Neraca

Timbangan/neraca dikontrol dengan menggunakan anak timbangan yang sudah terpasang atau dengan dua anak timbangan eksternal, misal 10 gram dan 100 gram.Timbangan/neraca digital, harus menunggu 30 menit untuk mengatur temperatur.Jika menggunakan timbangan yang sangat sensitif, hanya dapat bekerja pada batas temperatur yang ditetapkan.Timbangan harus terhindar dari gerakan(angin), sebelum menimbang angka “nol” harus dicek dan jika perlu lakukan koreksi.Penyimpangan berat dicatat pada lembar/kartu kontrol, dimana pada lembar tersebuttercantum pula berapa kali timbangan harus dicek. Jika timbangan tidak dapat digunakan sama sekali maka timbangan harus diperbaiki oleh suatu agen (supplier).

Penanganan Neraca

Kedudukan timbangan harus diatur dengan sekrup dan harus tepat horizontal dengan “Spirit level” (waterpass) sewaktu-waktu timbangan bergerak, oleh karena itu harus dicek lagi. Setiap orang yang menggunakan timbangan harus merawatnya, sehingga timbangan tetap bersih dan terawat dengan baik. Jika tidak, si pemakai harus melaporkan kepada manajer. Laboratorium timbangan harus dikunci jika anda meninggalkan ruang kerja.

Kebersihan Neraca

Kebersihan timbangan harus dicek setiap kali selesai digunakan, bagian dan menimbang harus dibersihkan dengan menggunakan sikat, kain halus atau kertas (tissue) dan membersihkan timbangan secara keseluruhan timbangan harus dimatikan, kemudian piringan (pan) timbangan dapat diangkat dan seluruh timbangan dapat dibersihkan dengan menggunakan pembersih seperti deterjen yang lunak, campurkan air dan etanol/alkohol. Sesudah dibersihkan timbangan dihidupkan, kemudian cek kembali dengan menggunakan anak timbangan.

c) Teknik Kalibrasi Neraca Teknis

Adapun teknik pengkalibrasian pada neraca teknis adalah dengan memutar tombol kalibrasi pada ujung neraca sehingga titik kesetimbangan lengan atau ujung lengan tepat pada garis kesetimbangan, namun sebelumnya pastikan semua anting pemberatnya terletak tepat pada angka nol di masing-masing lengan. Dalam mengukur massa benda dengan neraca teknis dua lengan atau tiga lengan sama.

Ada beberapa langkah di dalam melakukan pengukuran dengan menggunakan neraca teknis, antara lain:

 Melakukan kalibrasi terhadap neraca yang akan digunakan untuk menimbang, dengan cara memutar sekrup yang berada disamping atas piringan neraca ke kiri atau ke kanan posisi dua garis pada neraca sejajar;

 Meletakkan benda yang akan diukur massanya;

 Menggeser skalanya dimulai dari yang skala besar baru gunakan skala yang kecil. Jika panahnya sudah berada di titik setimbang 0; dan

 Jika dua garis sejajar sudah seimbang maka baru memulai membaca hasil pengukurannya.

D. Teknik Penggunaan Neraca

Penggunaan timbangan membutuhkan teknik tertentu. Tiap- tiap jenis timbangan memiliki perbedaan teknik penggunaan. Tingkat kesulitan dari penggunaan timbangan juga berbeda- beda karena ditentukan oleh fungsinya. Untuk itu perlu mengetahui teknik penggunaan timbangan agar hasil penghitungan massa yang dilakukan tepat dan sesuai dengan tujuan (Sutrisno 2012).

Alat ukur massa yang sering digunakan di laboratorium adalah neraca teknis untuk menimbang benda-benda yang tidak memerlukan ketelitian tinggi, serta neraca analitik untuk menimbang bahan- bahan dengan ketelitian yang tinggi seperti bahan untuk membuat larutan kimia (Atmojo 2011).

Alat penghitung satuan massa suatu benda dengan teknik digital memiliki tingkat ketelitian yang cukup tinggi. Prinsip kerjanya yaitu dengan penggunaan sumber tegangan listrik yaitu stavolt dan dilakukan peneraan terlebih dahulu sebelum digunakan, kemudian bahan diletakkan pada neraca lalu dilihat angka yang tertera pada layar, angka itu merupakan berat dari bahan yang ditimbang (Atmojo 2011).

1) Teknik Penggunaan Neraca Analitik

Pada neraca analitik terdapat skala minimum dan skala maksimum. Skala minimum pada neraca analitik adalah sebesar 0,1 mg dan skala maksimum misal sebesar 220 mg. Neraca analitik dapat dikalibrasi dengan menggunakan anak timbangan yang sudah diketahui bobot massanya dan dengan menekan tombol CAL untuk mengkalibrasi. Desimal yang baik pada neraca analitik adalah sebesar 4 digit. Beberapa hal yang perlu diperhatikan bekerja dengan neraca analitik adalah:

 Neraca analitik digital adalah neraca yang sangat peka, karena itu bekerja dengan neraca ini harus secara halus dan hati-hati.

 Sebelum mulai menimbang persiapkan semua alat bantu yang dibutuhkan dalam penimbangan.

Langkah kerja penimbangan meliputi:

 Persiapan pendahuluan alat-alat penimbangan yaitu siapkan alat seperti sendok/spatula dan zat yang akan ditimbang, kaca arloji atau botol timbang, dan kertas isap.

 Pemeriksaan pendahuluan terhadap neraca yang meliputi: periksa kebersihan neraca (terutama piring-piring neraca), kedataran dan kesetimbangan neraca.

 Penimbangan dapat dilakukan setelah diperoleh keadaan setimbang pada neraca dan timbangan pada posisi nol, demikian pula setelah penimbangan selesai posisi timbangan dikembalikan seperti semula.

Hal-hal yang harus diketahui dan harus dilakukan dalam mengoperasikan neraca digital sebelum hingga selesai melakukan penimbangan:

 Keadaan neraca harus siap pakai

 Neraca harus bersih (terutama piring-piring neraca)

 Anak timbangan dalam keadaan lengkap

 Persiapan pendahuluan terhadap alat bantu penimbangan

 Pemeriksaan kedataran neraca dan kesetimbangan neraca

 Pekerjaan penimbangan dan perhitungan hasil penimbangan

 Melaporkan hasil penimbangan

 Mengembalikan neraca pada keadaan semula.

Langkah kerja penimbangan dengan neraca analitik meliputi:

Persiapan alat bantu penimbangan. Untuk menimbang zat padat diperlukan:

 Kaca arloji yang kering dan bersih, digunakan untuk menampung kelebihan zat yang ditimbang, karena kelebihan zat tidak boleh dikembalikan ke botol zat. plastik)

 Sendok (biasanya sendok analit spatula dari stainless steel)

 Kertas isap untuk memegang tempat menimbang pada saat memasukan/mengeluarkan alat timbang (dan zat) ke atau dari dalam neraca.

 Botol timbang sebagai tempat zat yang akan ditimbang.

 Zat yang akan ditimbang dan setelah penimbangan selesai, botol zat harus dikembalikan ke tempatnya.

Pemeriksaan pendahuluan terhadap neraca adalah:

• Pemeriksaan kebersihan neraca terutama piring-piring neraca dapat dibersihkan menggunakan sapu-sapu yang tersedia di dekat neraca.

• Pemeriksaan kedataran neraca dilakukan dengan cara melihat water pass, dengan mengatur sekrup pada kaki neraca, sehingga gelembung air di water pass tepat berada di tengah.

• Pemeriksaan kesetimbangan neraca yang dilakukan dengan membiarkan dahulu pointer bergoyang ke kiri dan ke kanan beberapa kali. Jika goyangan maksimum ke kiri dan ke kanan kira-kira sama jauh maka neraca dalam keadaan setimbang.

Cara menggunakan neraca analitik

 Nolkan terlebih dulu neraca tersebut

 Letakkan zat yang akan ditimbang pada bagian timbangan

 Baca nilai yang tertera pada layar monitor neraca

 Setelah digunakan, nolkan kembali neraca tersebut

2) Validasi Alat Timbangan

Hasil pengukuran yang diberikan oleh beberapa alat timbangan sejenis tidak selalu menunjukkan hasil yang sama, meskipun alat tersebut mempunyai tipe yang sama. Perbedaan ini diperbesar lagi dengan adanya pengaruh lingkungan, operator, serta metode/teknik pengukuran. Padahal dalam menghasilkan hasil pengukuran tersebut sangat diharapkan bahwa setiap alat ukur yang digunakan dimanapun memberikan hasil ukur yang sama dalam kaitannya dengan keperluan keamanan, kesehatan, transaksi, dan keselamatan (Harmita 2004).

Agar setiap alat dapat memberikan hasil ukur dengan keabsahan yang sama, alat ukur tersebut perlu mempunyai ketelusuran kepada standar nasional atau standar internasional. Cara untuk memberikan jaminan bahwa alat yang digunakan mempunyai ketelusuran kepada standar nasional adalah dengan melakukan kalibrasi terhadap alat tersebut. Lebih dari itu untuk memelihara ketelusuran tersebut perlu dilakukan perawatan alat dalam selang kalibrasi tertentu.

Penerapan standar ISO/IEC 17025 : 2005, upaya untuk menyamakan persepsi bagi semua pihak terkait perlu dilaksanakan penelusuran pengukuran. Penelusuran pengukuran tidak hanya sekedar menjadi persyaratan administratif, melainkan telah menjadi kebutuhan teknis yang mendasar terutama dengan di wajibkan nya mencantumkan estimasi ketidakpastian dalam hasil uji (Harmita 2004).

Mengukur selalu menimbulkan ketidakpastian. Artinya, tidak ada jaminan bahwa pengukuran ulang akan memberikan hasil yang tepat sama. Ada tiga sumber utama yang menimbulkan ketidakpastian pengukuran, yaitu:

 Kesalahan pengukuran untuk kepentingan analisis dapat dikelompokkan menjadi 3 golongan, yaitu: kesalahan sistematis, kesalahan acak, dan kesalahan merambat.

 Ketepatan suatu hasil pengukuran, yaitu besar atau kecilnya penyimpangan yang diberikan oleh hasil pengukuran dibandingkan dengan nilai sebenarnya.

 Kecermatan, yaitu dapat dinyatakan oleh besar-kecilnya simpangan baku (s) yang dapat diperoleh dengan jalan melakukan analisis berulang-ulang.

Ketidakpastian Sistematik

Ketidakpastian sistematik bersumber dari alat ukur yang digunakan atau kondisi yang menyertai saat pengukuran. Bila sumber ketidakpastian adalah alat ukur, maka setiap alat ukur tersebut digunakan akan memproduksi ketidakpastian yang sama. Ada beberapa ketidakpastian yang termasuk dalam ketidakpastian sistematik antara lain:

 Ketidakpastian alat

Ketidakpastian ini muncul akibat kalibrasi skala penunjukan angka pada alat tidak tepat, sehingga pembacaan skala menjadi tidak sesuai dengan yang sebenarnya. Misalnya, kuat arus listrik yang melewati suatu beban sebenarnya 1,0 A, tetapi bila diukur menggunakan suatu Amperemeter tertentu selalu terbaca 1,2 A. Karena selalu ada penyimpangan yang sama, maka dikatakan bahwa Amperemeter itu memberikan ketidakpastian sistematik sebesar 0,2 A. Untuk mengatasi ketidakpastian tersebut, alat harus di kalibrasi setiap akan dipergunakan.

 Kesalahan nol

Ketidaktepatan penunjukan alat pada skala nol juga melahirkan ketidakpastian sistematik. Hal ini sering terjadi, tetapi juga sering terabaikan. Sebagian besar alat umumnya sudah dilengkapi dengan sekrup pengatur/pengenol. Bila sudah diatur maksimal tetap tidak tepat pada skala nol, maka untuk mengatasinya harus diperhitungkan selisih kesalahan tersebut setiap kali melakukan pembacaan skala.

 Waktu respon yang tidak tepat

Ketidakpastian pengukuran ini muncul akibat dari waktu pengukuran (pengambilan data) tidak bersamaan dengan saat munculnya data yang seharusnya diukur, sehingga data yang diperoleh bukan data yang sebenarnya. Misalnya, kita ingin mengukur periode getar suatu beban yang digantungkan pada pegas dengan menggunakan stop watch. Selang waktu yang diukur sering tidak tepat karena pengukur terlalu cepat atau terlambat menekan tombol stop watch saat kejadian berlangsung.

 Kondisi yang tidak sesuai

Ketidakpastian pengukuran ini muncul karena kondisi alat ukur dipengaruhi oleh kejadian yang hendak diukur. Misalkan mengukur panjang kawat baja pada suhu tinggi menggunakan mistar logam. Hasil yang diperoleh tentu bukan nilai yang sebenarnya karena panas mempengaruhi objek yang diukur maupun alat pengukurnya.

Ketidakpastian Random (Acak)

Ketidakpastian random umumnya bersumber dari gejala yang tidak mungkin dikendalikan secara pasti atau tidak dapat diatasi secara tuntas. Gejala tersebut umumnya merupakan perubahan yang sangat cepat dan acak hingga pengaturan atau pengkontrolannya di luar kemampuan kita. Misalnya:

• Fluktuasi pada besaran listrik. Tegangan listrik selalu mengalami fluktuasi (perubahan terus menerus secara cepat dan acak). Akibatnya kalau kita ukur, nilainya juga berfluktuasi. Demikian pula saat kita mengukur kuat arus listrik.
• Getaran landasan. Alat yang sangat peka (misalnya seismograf) akan melahirkan ketidakpastian karena gangguan getaran landasannya.
• Radiasi latar belakang. Radiasi kosmos dari angkasa dapat mempengaruhi hasil pengukuran alat pencacah, sehingga melahirkan ketidakpastian random.
• Gerak acak molekul udara. Molekul udara selalu bergerak secara acak (gerak Brown), sehingga berpeluang mengganggu alat ukur yang halus, misalnya mikro-galvanometer danmelahirkan ketidakpastian pengukuran.

Ketidakpastian Pengamatan

Ketidakpastian pengamatan merupakan ketidakpastian pengukuran yang bersumber dari kekurangterampilan manusia saat melakukan kegiatan pengukuran. Misalnya: metode pembacaan skala tidak tegak lurus (paralaks) seperti terlihat pada Gambar, salah dalam membaca skala, dan pengaturan atau pengesetan alat ukur yang kurang tepat.

 

Seiring kemajuan teknologi, alat ukur dirancang semakin canggih dan kompleks, sehingga banyak hal yang harus diatur sebelum alat tersebut digunakan. Bila yang mengoperasikan tidak terampil, semakin banyak yang harus diatur semakin besar kemungkinan untuk melakukan kesalahan sehingga memproduksi ketidakpastian yang besar pula. Besarnya ketidakpastian berpotensi menghasilkan produk yang tidak berkualitas, sehingga harus selalu diusahakan untuk memperkecil nilainya, di antaranya dengan kalibrasi, menghindari gangguan luar, dan hati-hati dalam melakukan pengukuran.

 

Metode Penimbangan

Metode penimbangan harus disesuaikan dengan karakteristik sampel yang akan ditimbang. Karakteristik sampel dalam penimbangan diantaranya :

·     Sampel padat (serbuk, higroskopis)

·   Sampel cair (air, minyak)

 

Jenis-jenis metode penimbangan antara lain sebagai berikut :

1.        Menimbang benda

Menimbang benda adalah menimbang sesuatu yang tidak memerlukan tempat dan biasanya tidak dipergunakan pada reaksi kimia, seperti menimbang cawan, gelas kimia, cawan penguapan, dan lain-lain.

 

2.        Menimbang zat padat

Menimbang zat padat adalah menimbang zat kimia yang dipergunakan untuk membuat larutan atau akan direaksikan. Untuk menimbang zat ini diperlukan tempat penimbangan yang dapat digunakan seperti botol timbang, gelas kimia, kaca arloji dan kertas timbang.

3.        Menimbang zat cair

Menimbang zat cair adalah penimbangan yang digunakan untuk menentukan volume suatu cairan dan atau berat jenis suatu zat cair. Untuk menimbang zat cair diperlukan tempat penimbangan yang dapat digunakan seperti piknometer.

4.        Menimbang zat dengan penimbangan selisih

Menimbang zat dengan penimbangan selisih dilakukan jika zat yang ditimbang dikhawatirkan akan menempel pada tempat menimbang dan sukar untuk dibilas. Penimbangan selisih biasanya berupa sampel minyak, Virgin Coconut Oil (VCO) dan lain-lain.

Pada penimbangan selisih akan diperoleh berat zat yang masuk ke dalam tempat yang diinginkan bukan pada tempat menimbang.

 

Menimbang selisih :

Cara menimbang untuk zat yang menempel pada wadah timbangan yang digunkan, jika zat ditimbang tersebut dipindahkan ke dalam wadah yang diinginkan sehingga pada penimbangan dilebihkan kira-kira berat zat yang menempel pada adah timbangan agar berat zat yang ditimbang sesuai dengan berat zat yang diinginkan.

Dalam penimbangan selisih, dapat menggunakan rumus :

Berat zat (g) = (berat wadah timbang + zat) – (berat wadah timbang + sisa zat

                        yang menempel)

Untuk memeriksa apakah masih ada zat yang menempel pada wadah timbang, dapat menggunkan rumus :

Berat zat yang menempel pada wadah timbang (g) =

                 (berat wadah timbang + zat sisa yang menempel) – (berat wadah timbang kosong)

                                                                                                        

5.        Menimbang zat padat berbentuk serbuk yang mudah terbang

Hendaknya menggunakan wadah berupa botol timbang yang dapat mengurangi kemungkinan serbuk dari zat tersebut terbang karena botol timbang dilengkapi dengan tutup botol timbang.

 

 

 

 

Tes Formatif

Jawablah pertanyaan di bawah ini dengan singkat dan jelas :

1.      Jelaskan mengapa neraca merupakan merupakan salah satu alat ukur?

2.      Jelaskan perbedaan prinsip kerja neraca mekanik (teknis) dan neraca analitik?

3.      Apa fungsi neraca analitik?

4.      Bagaimana cara membaca hasil ukur dengan neraca analitik yang sesuai dengan aturan yang berlaku?

5.      Jelaskan dengan singkat prosedur penggunaan neraca analitik?

6.      Jelaskan secara singkat teknik kalibrasi neraca?

7.      Bagaimana penanganan dan perawatan neraca yang baik?

8.      Jelaskan bagaimana prosedur validasi pada neraca analitik?

9.   Jelaskan dan berikan contoh jenis kesalahan yang sering terjadi pada proses penimbangan!