Timbangan Analitik (Analytical Balance)

Artikel

Timbangan Analitik (Analytical Balance)

Dasar Teori

Analytical Balance merupakan sebuah instrument atau alat laboratorium yang umum. Analytical Balance atau timbangan analitik merupakan alat yang masuk kedalam kategori general laboratory equipment bersama dengan beberapa alat lainnya seperti micropipet,Moisture Analyzer dan Laminar Air Flow. Pada dasarnya Analytical Balance adalah sebuah timbangan yang digunakan untuk mengukur masa suatu benda, sama seperti timbangan pada umumnya. Namun Analytical Balance memiliki kemampuan yang lebih spesifik dan dikhususkan untuk menimbang benda dengan berat yang sangat ringan. Sebut saja 0,1 mg seperti yang dijelaskan pada Wikipedia. Beberapa Analytical Balance yang beredar dipasaran memiliki tingkat akurasi 0,0003 gram.

Timbangan analitik sering ditemukan dan digunakan di laboratorium, dan orang yang menggunakannya disebut laboran. Selain laboran, Analytical Balance juga digunakan oleh peneliti, analis atau ahli laboratorium. Analytical Balance biasa digunakan untuk membuat komposisi sebuah zat baru dari beberapa zat yang telah ditentukan.

Secara umum, bersadarkan cara penggunaannyaAnalytical Balance dibagi menjadi 2 jenis, yakni :

Analog
Digital

Gambar 1.1 Analytical Balance Analog

Analytical Balance analog merupakan Analytical Balance yang proses pengoperasiannya masih manual, yakni dengan menggeser-geser slider(disebut juga anting). Pada timbangan analitik analog, untuk melihat masa sebuah zat kita perlu menggeser-geser slider. Anggap saja ada 3 buah lengan slider yang bisa digeser(ratusan, puluhan dan satuan), maka untuk menganalisa massa sebuah zat perlu menggeser ketiga slider tersebut hingga timbangan menjadi seimbang, barulah kita melihar berapa berat zat tersebut.

Gambar 1.2 Analytical Balance Digital

Berbeda dengan Analytical Balance analog, Analytical Balance digital menawarkan kemudahan dalam pengoperasian. Kita tinggal menempatkan zat yang akan diukur massanya pada wadah yang telah disediakan atau dikenal dengan istilah balance pan. Penggunaan timbangan analitik digital yang mudah menjadi pilihan bagi para laboran dan peneliti untuk bekerja dengan cepat dan praktis.

Setiap Analytical Balance memiliki tingkat akurasi yang berbeda, keakurasian dalam mengukur berat benda sering diistilahkan dengan kata “resolusi”. Seiring dengan waktu dan pemakaian yang terus menerus, penggunaan timbangan analitik akan mengurangi keakurasian dalam menimbang. Jika dirasa timbangan analitik sudah tidak presisi, maka timbangan analitik perlu di kalibrasi.

Bagian-bagian Alat

Gambar 1.3 Bagian-bagian Timbangan Analitik

Balance plate (wajan): Sampel bahan yang akan diukur massanya dimasukkan ke dalam neraca, yaitu sebuah panci. Gunakan sikat pembersih khusus atau kain mikrofiber bersih untuk membersihkan area ini.
Sensor Penimbangan: Sensor regangan resistansi dan sensor gaya elektromagnetik adalah dua jenis utama sensor berat yang digunakan dalam timbangan analitik dan presisi saat ini.
- Sensor regangan resistansi: Timbangan presisi dan timbangan analitik dengan hanya beberapa presisi sering kali memiliki sensor regangan resistansi. Cara kerjanya adalah ketika gaya luar bekerja pada pengukur regangan yang menempel di permukaan badan elastis sensor, badan elastis berubah bentuk dan nilai resistansi berubah. Untuk mendapatkan nilai bobot, Jembatan Batu mengubah sinyal resistansi menjadi sinyal tegangan. Sensor regangan resistensi memiliki desain yang sederhana, lebih murah, dan sangat stabil. Tetapi sisi negatifnya adalah ada batasan ketat tentang berapa banyak sampel yang dapat ditimbang. Jika berat sampel melebihi batas atas rentang timbangan, sensor dapat rusak.
- Sensor gaya elektromagnetik: Timbangan analitik sering memiliki sensor gaya elektromagnetik. Ide dasarnya adalah bahwa ketika gravitasi menarik panci penimbangan, tuas di bawah panci menggerakkan kumparan yang terhubung dengannya di medan magnet. Kumparan kemudian ditenagai untuk memotong medan magnet, yang menciptakan gaya elektromagnetik, yang kemudian diubah menjadi nilai bobot dengan mengubah arus. Sensor gaya elektromagnetik memiliki rentang akurasi yang luas yang dapat mengukur hingga 10-8 g.Bobot: membantu memastikan bahwa timbangan analitik akurat. Agar kalibrasi timbangan tetap akurat, bahan penyusun timbangan dibuat dengan timbangan yang tepat.
Water pass: Alat yang digunakan untuk mengetahui letak neraca. Pelat keseimbangan juga dapat dipindahkan dengan bantuan Waterpass.
Tombol power (tombol on/off): digunakan untuk menghidupkan atau mematikan neraca. Setelah menekan tombol power untuk menyalakan timbangan, biasanya didiamkan selama 10 sampai 15 menit sebelum digunakan untuk mendapatkan pembacaan yang lebih akurat.
Tombol ‘Re-zero’ atau ‘Tare’: digunakan untuk mengembalikan saldo ke titik netral (nol). Sebaiknya jangan terlalu sering menggunakan tombol ini agar timbangan tetap bisa mengukur benda dengan benar.
Tombol ‘Mode’: digunakan untuk mengatur sistem yang digunakan untuk mengukur. Anda dapat mengubah sistem konversi dengan menekan tombol “Mode”.
Indikator level- Ini memastikan levelnya rata.
Panel tampilan- Ini menunjukkan hal-hal seperti hasil, kesalahan, informasi tentang bagaimana suatu fungsi diatur, dan “fungsi sedang berlangsung.”
Pelindung draf– Ini dibangun ke dalam timbangan analitik untuk melindunginya dari hal-hal seperti aliran udara dan debu yang dapat membuat timbangan menjadi kurang akurat.
Kaki penyetelan ketinggian- Ini memungkinkan untuk mengembalikan keseimbangan ke titik awal. Kaki ini bisa digerakkan. Titik referensi ditentukan oleh gelembung leveling, waterpas, atau plumb bob.
- Prinsip Kerja Alat

Timbangan tidak secara langsung mengukur massa; mereka mengukur gaya (berat) yang bekerja ke bawah pada panci keseimbangan. Sebagian besar timbangan analitik adalah timbangan elektromagnetik, jadi ukur berat ini menggunakan elektromagnet. Gambar 2 menunjukkan motor servo elektromagnetik yang menghasilkan gaya penghitung berat massa yang diukur. Arus listrik yang diperlukan untuk menghasilkan gaya ini sebanding dengan berat sehingga dapat digunakan, dengan kalibrasi yang sesuai, untuk menghitung massa. Massa ini kemudian ditampilkan di layar. Untuk memberi sinyal ketika berat dan gaya elektromagnetik sama, banyak timbangan memiliki “detektor nol” yang menggunakan sumber cahaya dan detektor.

Penggunaan elektromagnetik berarti bahwa timbangan yang telah dimatikan (di dinding) tidak boleh langsung digunakan setelah dihidupkan kembali. Anda harus menunggu setidaknya tiga puluh menit agar medan elektromagnetik stabil (waktu dapat bervariasi tergantung pabrikan dan model). Ini juga berarti bahwa menempatkan bahan atau magnet apa pun di dekat timbangan dapat menyebabkan masalah pada timbangan.

Blok Diagram Alat

Gambar 1.3 Blok Diagram Alat

Pengoperasian Alat

Berikut ini adalah prosedur dasar penggunaan neraca analitik. Sebelum menggunakan timbangan, ada baiknya untuk memeriksa kalibrasi dengan timbangan cek (lihat di bawah).

Periksa keseimbangan dengan menggunakan indikator level (lihat Gambar 1). Jika gelembung tidak berada di tengah, sesuaikan levelnya, biasanya dengan memutar kaki, hingga gelembung berada di tengah lingkaran dalam.
Periksa apakah saldo aktif dan pintunya tertutup. Tekan tombol “Tare” dan tunggu 5-10 detik hingga simbol ‘*’ atau serupa muncul di sudut kiri atas/kanan layar, dan massa terbaca 0,0000 g.
Buka pintu dan tempatkan perahu timbang, kertas pemberat, atau wadah lain di tengah wadah timbangan (idealnya dengan pinset atau sejenisnya).
Tutup pintu dan tunggu pembacaan digital menjadi stabil (‘*’).
Jika Anda tidak ingin memasukkan massa wadah dalam pengukuran Anda, tekan “TARE” untuk mengatur ulang massa ke nol (lihat Langkah 2 di atas),
Keluarkan wadah dari neraca dan tambahkan zat yang akan ditimbang. Hindari menambahkan zat pada panci neraca karena dapat mengakibatkan kontaminasi pada neraca.
Kembalikan wadah untuk menyeimbangkan dan tunggu 5-10 detik (mungkin memakan waktu hingga satu menit) hingga pembacaan massal selesai
Jika pembacaan massal tidak stabil, hal itu mungkin disebabkan oleh listrik statis yang menumpuk atau masalah lain– lihat bagian pemecahan masalah
- Maintenance Alat

Untuk sebagian besar laboratorium, servis dan kalibrasi tahunan sudah cukup. Namun, laboratorium terakreditasi akan sering memeriksa kalibrasi tersebut setiap hari untuk memastikan tidak terjadi kesalahan.

Di antara kalibrasi, perawatan utama adalah menjaga keseimbangan tetap bersih. Bahan apa pun yang masuk ke dalam keseimbangan dapat menyebabkan masalah besar; terutama jika itu adalah bahan korosif. Bersihkan timbangan dengan membersihkan panggung dan area sekitarnya dengan kuas cat atau sejenisnya, lalu seka timbangan, panel kaca, dan counter top di sekitar timbangan dengan tisu bebas serat. Etanol terkadang juga dapat digunakan tergantung pada produsen dan modelnya – selalu periksa instruksi produsen.

Troubleshooting Alat

Akurasi dan presisi timbangan analitik harus dijaga dan diperiksa secara berkala. Ada banyak faktor yang mengatur apakah neraca analitik berfungsi dengan sendirinya:

Perbedaan percepatan gravitasi di seluruh dunia berarti bahwa kalibrasi timbangan mungkin memerlukan penyesuaian lokal.
Suhu: Neraca membutuhkan waktu untuk menyeimbangkan perubahan suhu laboratorium. Selain itu, benda panas atau dingin dapat menimbulkan arus konveksi di udara yang dapat menyebabkan variasi massa yang terukur. Karena alasan ini, penting untuk membiarkan keseimbangan dan benda-benda seimbang pada suhu yang sama.
Kelembaban: Benda atau bahan yang menyerap kelembapan dapat tampak bertambah berat. Ini mungkin menjadi masalah khusus untuk objek yang baru saja dikeluarkan dari desikator. Bahan lain dapat menguap atau menyublim selama pengukuran.
Aliran udara: Pergerakan udara di laboratorium melintasi panci akan menyebabkan variasi dalam pengukuran. Sebuah draft shield mengurangi ini tetapi akan membutuhkan waktu untuk udara di dalam draft shield untuk menstabilkan setelah pintu ditutup. Perubahan temperatur udara di dalam draft shield juga akan menyebabkan pergerakan udara. Perubahan ini dapat terjadi karena suhu massa, tangan, dll. Mengurangi kejadian aliran udara pada timbangan di laboratorium adalah kunci untuk mengurangi masalah ini dan memastikan semua benda yang masuk ke draft shield diseimbangkan dengan suhu sekitar – menggunakan pinset, bukan tangan hangat Anda, untuk memindahkan barang dapat membantu.
Listrik statis: Ini bisa menjadi salah satu penyebab frustrasi terbesar saat menggunakan timbangan. Jika massa yang Anda ukur naik atau turun dan tidak stabil, kemungkinan besar Anda mengalami masalah statis. Medan listrik statis mengganggu medan elektromagnetik keseimbangan. Untuk mencegahnya, Anda dapat menggunakan perangkat anti-statis yang akan “menembakkan” ion positif dan negatif pada kapal pemberat, bedak, dll. untuk menetralkan muatan statis. Sistem anti-statis yang baik sangat efektif dan dapat menghemat waktu berjam-jam dari rasa sakit dan frustrasi. Kapal timbang plastik anti-statis atau kapal timbang logam juga dapat membantu.
- Kalibrasi

Untuk membantu mendiagnosis masalah apa pun yang Anda alami dengan keseimbangan, timbangan cek adalah alat yang vital. Berat cek (atau berat kalibrasi) hanyalah sebuah benda yang telah disertifikasi memiliki massa tertentu. Mereka mudah digunakan tetapi harus ditangani dengan sangat hati-hati karena mahal dan sensitif terhadap sentuhan dan penanganan yang kasar sehingga hanya boleh ditangani dengan pinset dan tidak boleh dijatuhkan karena dapat mengubah massa.

Kelas E1 kelas akurasi tertinggi yang digunakan sebagai standar acuan laboratorium primer (1 kg adalah ±0,5 mg).
Kelas E2 Digunakan sebagai standar presisi tinggi untuk kalibrasi anak timbangan dan instrumen analitik presisi khusus seperti Timbangan Ultra Mikro, Mikro, Semi-Mikro, dan timbangan analitik. (1 kg adalah ±1,6 mg).
Kelas F1 Untuk kalibrasi beberapa timbangan analitik dan timbangan panci atas dengan akurasi tinggi. (1 kg adalah ±5 mg).
Kelas F2, M1, M2, dan M3 memiliki standar yang lebih rendah dan tidak cocok untuk neraca analitik.

Sumber :

The laboratory balance: a practical guide