Pengoptimuman waktu penyalutan membran PVC dalam pembuatan elektrode selektif ion nitrat

PENGOPTIMUMAN WAKTU PENYALUTAN MEMBRAN

PVC DALAM PEMBUATAN ELEKTRODE SELEKTIF ION

NITRAT

ANIKE ARLIANA SUJANA

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul “Pengoptimuman Waktu Penyalutan Membran PVC dalam Pembuatan Elektrode Selektif Ion Nitrat” adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.

Bogor, Maret 2015

Anike Arliana Sujana

ABSTRAK

ANIKE ARLIANA SUJANA. Pengoptimuman Waktu Penyalutan Membran PVC dalam Pembuatan Elektrode Selektif Ion Nitrat. Dibimbing oleh MOHAMAD RAFI dan ZULHAN ARIF.

Tingginya konsentrasi nitrat di lingkungan terutama dalam air dapat menyebabkan masalah kesehatan. Oleh karena itu, kadar nitrat harus dipantau secara berkala. Keberadaan nitrat dalam air dapat dideteksi oleh elektrode selektif ion (ESI) yang dibuat dengan penyalutan kawat elektrode dengan membran polimer. Tujuan penelitian ini adalah menentukan waktu optimum penyalutan membran dan kinerja ESI secara analitik. Komposisi membran yang digunakan pada penelitian ini ialah, 35% PVC, 61% pemlastis, dan 4% alikuot 336-nitrat dengan waktu penyalutan 10, 15, 20, 25, dan 30 detik. Berdasarkan hasil penelitian, waktu optimum penyalutan membran adalah 20 detik. ESI III menunjukkan faktor Nernst terbaik, yaitu 59.70 mV/dasawarsa. Konsentrasi nitrat yang menunjukkan respons Nernstian terbaik adalah dalam rentang 10-4–10-1 M. Waktu respons dari ESI nitrat yang telah dikembangkan adalah kurang dari 1 menit. Batas deteksi yang diperoleh sebesar 6.14  10-5 M. ESI nitrat yang dikembangkan tidak menunjukkan gangguan oleh ion NO2-, tetapi mengalami gangguan dengan keberadaan ion CH3COO-, ClO4-, H2PO4-, dan SO42-.

Kata kunci: elektrode selektif ion, membran PVC, nitrat

ABSTRACT

ANIKE ARLIANA SUJANA. Optimization of Coating Time on PVC Membrane in Preparation of Nitrate Ion Selective Electrode. Supervised by MOHAMAD RAFI and ZULHAN ARIF.

Highly concentration of nitrate in environment especially in water can cause health issue. Therefore, nitrate level should be monitored periodically. The presence of nitrate in the water could be detected by ion-selective electrode (ISE) made of coated a wire electrode using polymeric membrane. The objectives of this research are to determine the optimum time of membrane coating and analytical performance of the ISE. The membranes used in this study were composed of, 35% PVC, 61% plasticizer, and 4% aliquot of 336-nitrate with various coating time of 10, 15, 20, 25, and 30 seconds. Based on the results, the optimum time of membrane coating was 20 seconds. ISE III showed the best Nernst factor of 59.70 mV/decade. The best Nernstian response was in concentration range of 10-4–10-1 M. The response time of the developed nitrate ISE was less than 1 minute. The detection limit was found to be 6.14  10-5 M. The developed nitrate ISE did not show interference by NO2- ion, but encountered interference by the presence of CH3COO-, ClO4-, H2PO4-, and SO42- ions.

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains

pada

Departemen Kimia

PENGOPTIMUMAN WAKTU PENYALUTAN MEMBRAN

PVC DALAM PEMBUATAN ELEKTRODE SELEKTIF ION

NITRAT

ANIKE ARLIANA SUJANA

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini yang

berjudul “Pengoptimuman Waktu Penyalutan Membran PVC dalam Pembuatan Elektrode Selektif Ion Nitrat” sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Karya ilmiah ini disusun berdasarkan penelitian yang dilaksanakan pada bulan Juli 2014 hingga Januari 2015 di Laboratorium Kimia Analitik, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.

Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr. Mohamad Rafi dan Bapak Zulhan Arif, MSi selaku pembimbing yang telah banyak memberikan arahan, saran, dan motivasi. Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, dan adik atas segala doa dan kasih sayangnya. Tak lupa juga terima kasih kepada Hanhan Nur Handayani, Anindia Adhi Fathya, Pitria Apriliani, Jasika Gita Pramesti, Yuni Kartika, Kak Nuril, Kak Era, dan Kak Tria yang turut membantu dan memberikan semangat selama penelitian berlangsung. Ucapan terima kasih juga tak lupa penulis berikan kepada staf Kependidikan Laboratorium Kimia Analitik, yaitu Bapak Eman Suherman, Ibu Nunung, dan Bapak Dede. Semoga Allah SWT memberikan balasan atas segala amal yang diperbuat dan senantiasa menyertai hamba-Nya dengan kasih dan sayang-Nya.

Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, Maret 2015

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL vi

DAFTAR GAMBAR vi

DAFTAR LAMPIRAN vi

PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Tujuan Penelitian 2

Waktu dan Tempat Penelitian 2

METODE 2

Alat dan Bahan 2

Metode Penelitian 2

HASIL DAN PEMBAHASAN 4

Pembuatan Membran ESI-Nitrat 4

Uji Linearitas dan Faktor Nernst 7

Waktu Respon 9

Limit Deteksi 11

Koefisien Selektivitas 11

SIMPULAN DAN SARAN 13

Simpulan 13

Saran 13

DAFTAR PUSTAKA 13

LAMPIRAN 16

DAFTAR TABEL

1 Perbandingan nilai faktor Nernst pada ESI tanpa alikuot dan dengan

penambahan alikuot 8

2 Keterulangan faktor Nernst ESI nitrat dengan waktu penyalutan

optimum 9

3 Limit deteksi pada ESI nitrat 11

DAFTAR GAMBAR

1 Struktur alikuot 336-nitrat 5

2 ESI yang telah terlapisi membran 6

3 Interaksi molekul PVC dengan pemlastis DOP 6

4 Interaksi ionofor alikuot 336 dalam membran dengan larutan analat 6 5 Nilai Faktor Nernst ESI nitrat pada waktu penyalutan membran yang

berbeda 8

6 Hubungan waktu respon pengukuran potensial dengan konsentrasi

analat pada ESI II penyalutan optimum 10

7 Perbandingan koefisien selektifitas pada konsentrasi terbesar (10-1

M) ion pengganggu 12

DAFTAR LAMPIRAN

1 Diagram alir penelitian 16

2 Pengukuran faktor Nernst ESI pada setiap waktu penyalutan

membran 17

3 Perbandingan kurva pengukuran elektrode menggunakan konsentrasi

10-6–10-1 M dan 10-4–10-1 M 18

4 Pengukuran waktu respons ESI nitrat 19

5 Penentuan limit deteksi 19

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Nitrat dapat menyebabkan masalah kesehatan jika terdapat dalam konsentrasi tinggi di lingkungan, terutama dalam air. Nitrat dapat mengganggu kemampuan darah untuk membawa oksigen ke jaringan-jaringan vital pada tubuh bayi yang disebut dengan methemoglobinemia (Stewart 2014). Selain itu, adanya nitrat dalam konsentrasi tinggi dapat menyebabkan kanker lambung, ini dikarenakan adanya reduksi nitrit dalam sistem pencernaan. Nitrat dapat masuk ke dalam tubuh melalui air yang diminum. Batas maksimum jumlah nitrat dalam air minum yang ditetapkan oleh World Health Organization (WHO) adalah sebesar 50 mg/L, sedangkan nitrit sebesar 3 mg/L (Manea et al. 2010). Environmental Protection Agency (EPA) juga menetapkan batas maksimum nitrat pada air minum sebesar 10 mg/L (US EPA 2007). Pemantauan kadar nitrat dalam air perlu dilakukan secara berkala. Berdasarkan hal tersebut, diperlukan pengembangan metode untuk pengukuran nitrat secara cepat dan tepat.

Metode-metode yang telah dilakukan untuk mengukur konsentrasi nitrat dalam larutan, yaitu kolorimetri, spektrofotometri, kromatografi, dan elektrokimia. Salah satu metode elektrokimia yang dapat mendeteksi pada tingkat konsentrasi yang rendah, yaitu elektrode selektif ion (Isaac et al. 2006). Elektrode Selektif Ion (ESI) kawat terlapis telah banyak digunakan untuk aplikasi rutin karena memiliki sejumlah keunggulan dibandingkan dengan metode lain, seperti kecepatan dalam analisis, mudah untuk dibawa, tidak merusak sampel serta memiliki rentang pengukuran yang luas. Kinerja dari ESI juga selektif dan memiliki waktu respon yang singkat (Morigi et al. 2001).

Komponen utama untuk membuat sebuah ESI adalah membran yang sensitif dan selektif dalam merespon ion tertentu (Younes 2014). Komposisi membran dapat diselidiki dengan mengubah perbandingan polimer, pemlastis, dan ionofor atau pembawa ion (Meng-meng dan Hui-zhong 2012). Namun, bila jumlah pemlastis lebih sedikit menyebabkan ionofor lepas ke larutan analat sehingga proses pertukaran ion pada antarmuka membran terhambat (Kurniasih et al 2013). Agustiani (2007) telah membuat ESI nitrat tipe kawat terlapis menggunakan membran PVC dan ionofor alikuot 336 nitrat, dengan komposisi 35% PVC, 58% pemlastis, dan 7% alikuot 336-nitrat. Pada penelitian ini digunakan komposisi membran yang berbeda, dengan jumlah pemlastis yang lebih besar, yaitu 35% PVC, 61% pemlastis, dan 4% alikuot 336-nitrat.

2

kinerjanya, meliputi nilai faktor Nernst, trayek pengukuran, limit deteksi, waktu respons, dan uji ion pengganggu.

Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan menentukan waktu optimum penyalutan membran polivinil klorida dalam pembuatan elektrode selektif ion nitrat serta uji kinerjanya.

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Juli sampai Januari 2015 di Laboratorium Kimia Analitik, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor, Bogor.

METODE

Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan adalah pH meter, elektrode pembanding kalomel jenuh, tip mikropipet, peralatan gelas, neraca analitik, dan stopwatch. Bahan-bahan yang digunakan adalah kawat platina (Pt), kawat tembaga, polivinil klorida (PVC), pemlastis dioktil ftalat (DOP), alikuot 336, KNO3, K2SO4, KNO2, CH3COOK, KClO4, KH2PO4, KClO4, HNO3 pekat, AgNO3, tetrahidrofuran (THF), alkohol 96%, dan akuabides.

Metode Penelitian

Metode penelitian yang dilakukan mengikuti diagram alir (Lampiran 1) yang meliputi pembuatan larutan standar, pembuatan elektrode yang meliputi pembuatan badan, optimasi penyalutan membran, uji kinerja elektrode yang meliputi pengukuran faktor Nernst, limit deteksi, waktu respon, dan pengaruh ion pengganggu.

Pembuatan Larutan Standar KNO3

Larutan KNO3 yang digunakan sebagai standar memiliki konsentrasi 1 M. Larutan baku nitrat dibuat dari kristal KNO3 yang dikeringkan dengan oven pada suhu 105°C selama 2 jam. Padatan didinginkan pada eksikator selama 30 menit. Sebanyak 10.1 gram kristal tersebut dilarutkan dalam 100 mL akuabides. Larutan baku kemudian dilakukan pengenceran dari 10-1 sampai 10-6 M. Larutan standar dibuat baru setiap akan dilakukan pengukuran.

Pembuatan Elektrode

3

dan kawat tembaga ini sebelumnya dilakukan pengamplasan terlebih dulu sampai bersih. Kawat tersebut kemudian dimasukkan ke dalam tip mikropipet dengan ujung kawat Pt dibiarkan terbuka sepanjang 1 cm. Ujung tip mikropipet direkatkan dengan lem super dan dibiarkan mengering. Kawat platina bagian ujung dicuci dengan HNO3 pekat selama 5 menit untuk menghilangkan karat dan lemak. Selanjutnya dibilas dengan air akuabides lalu dengan alkohol 96% dan dikeringkan.

Pembuatan Larutan Alikuot 336 -Nitrat (Fardiyah 2003; Agustiani 2007) Sebanyak 15 mL alikuot 336 diekstraksi dengan 20 mL KNO3 1 M menggunakan corong pisah, dan dikocok selama 10 menit, kemudian didiamkan sampai terjadi pemisahan fase minyak dan air. Fase minyak diekstraksi kembali dengan KNO3 1 M sampai fase air tidak mengandung klorida, yang diuji dengan AgNO3 0.01 M. Fase minyak yang sudah bebas dari klorida merupakan larutan alikuot 336-nitrat.

Pembuatan Membran Elektrode

Komponen membran dibuat dengan komposisi 35% PVC, 61% pemlastis DOP, dan alikuot 336-nitrat sebanyak 4%. Komponen tersebut kemudian dilarutkan dalam 5 mL THF. Larutan membran kemudian diaduk dengan menggunakan pengaduk magnet selama 2 jam. Membran tanpa penambahan alikuot 336-nitrat juga dibuat sebagai pembanding. Membran ini hanya berisi 35% PVC dan 65% pemlastis DOP.

Penyalutan Membran pada Kawat ESI (modifikasi Agustiani 2007)

Kawat platina pada badan elektrode dibersihkan terlebih dahulu, kemudian dicelupkan ke dalam larutan membran yang telah dibuat. Pencelupan dilakukan sebanyak 3 kali dan setiap pencelupan dilakukan selama 10 detik. Waktu pencelupan kemudian divariasikan menjadi 10, 15, 20, 25, dan 30 detik. Masing-masing waktu pencelupan penyalutan membran dilakukan pada 3 buah badan elektrode sebagai ulangan.

Ketiga elektrode yang telah dilapisi membran kemudian dikeringkan pada suhu 40°C selama 24 jam. ESI tersebut kemudian diprekondisikan dalam larutan KNO3 0.1 M selama 12 jam, kemudian dikeringkan kembali pada suhu 40°C selama 24 jam. ESI yang akan digunakan harus diprekondisikan lagi dalam larutan KNO3 0.1 M selama 45 menit. ESI yang sudah terbentuk disimpan dalam desikator.

Karakterisasi Kinerja Elektrode Uji Linearitas dan Faktor Nernst

4

Waktu Respons

Waktu respons pada saat pengukuran larutan standar dicatat sampai potensial menunjukkan nilai yang konstan.

Limit Deteksi (Rundle 2000)

Limit deteksi ditentukan dengan membuat garis singgung pada fungsi garis linear dan garis melengkung pada grafik hubungan antara –log konsentrasi dan potensial. Titik potong kedua garis kemudian diekstrapolasikan ke sumbu x. Limit deteksi merupakan konsentrasi yang diperoleh dari ekstrapolasi.

Pengaruh Ion Pengganggu (Agustiani 2007)

Pengaruh ion pengganggu dilihat berdasarkan koefisien selektivitas. Selektivitas dari elektrode ditentukan dengan mengukur E ion utama [NO3-] 10-4 M dengan larutan yang mengandung ion pengganggu (SO42-) mulai dari

⁄ = Koefisien selektivitas

[ ] = Aktifitas ion utama

[ _{] = Aktifitas ion pengganggu}

m = Muatan ion pengganggu

s = Slope

Pengaruh ion pengganggu juga ditentukan selektivitasnya terhadap ion NO2-, H2PO4-, CH3COO-, dan terhadap ion ClO4-.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pembuatan Membran ESI-Nitrat

Pembuatan ESI-nitrat yang dilakukan pada penelitian ini menggunakan penyalutan membran pada kawat. Kawat yang digunakan adalah platina (Pt) karena bersifat inert, tahan terhadap pengaruh fisika dan kimia, dan merupakan penghantar listrik yang baik. Kawat Pt ini kemudian dilapisi dengan membran yang telah mengandung ionofor alikuot 336-nitrat.

5

Gambar 1 Struktur alikuot 336-nitrat

Membran yang digunakan dalam pembuatan ESI adalah membran polivinil klorida (PVC). Pemilihan membran PVC ini berdasarkan sifatnya yang tidak mudah rusak oleh kelembaban, berpori kecil (mikroporus), tidak terpengaruh pada korosi, memiliki stabilitas yang baik terhadap panas, bahan kimia, dan air. Namun, diperlukan penambahan pemlastis agar membran yang terbentuk menjadi lentur dan dapat melekat pada kawat.

Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Agustiani (2007) menggunakan komposisi 35% PVC, 58% DOP, dan alikuat 336-nitrat sebesar 7% dengan perolehan nilai faktor Nernst sebesar 44.60 mV/dasawarsa. Peningkatan kinerja ESI-nitrat yang dilakukan oleh Agustiani (2007) yaitu dengan penambahan polietilena glikol (PEG) sebesar 10%. Sedangkan pembuatan ESI nitrat pada penelitian ini menggunakan komposisi pemlastis yang lebih tinggi, yaitu 35% PVC, 61% pemlastis DOP, dan alikuat 336-nitrat sebesar 4%. Peningkatan komposisi pemlastis DOP pada penelitian ini bertujuan agar ionofor tidak mudah terlepas dari membran sehingga dapat memperbaiki kinerja ESI yang dapat dilihat dari nilai faktor Nernst.

Komposisi pemlastis dan polimer yang digunakan juga dapat menentukan kualitas dari membran yang terbentuk. Jumlah pemlastis DOP yang lebih sedikit akan menjadikan membran kurang hidrofobik dan menyebabkan bahan aktif lepas ke larutan analit sehingga proses pertukaran ion pada antarmuka membran terhambat, akibatnya dapat menurunkan respon potensial (Kurniasih 2013). Selain itu, menurut Meng-meng & Hui-zong (2012) kisaran linear, sensitivitas, dan selektivitas ESI tidak hanya tergantung pada sifat ionofor atau pembawa ion, tetapi juga pada komposisi membran dan zat aditif yang digunakan. Membran menjadi terlalu lunak ketika komposisi pemlastis lebih dari 70% (perbandingan massa). Ketika komposisi pemlastis lebih rendah dari 40% dan komposisi PVC lebih tinggi dari 50%, membran menjadi terlalu keras dan ionofor lebih mudah lepas.

6

Gambar 2 ESI yang telah terlapisi membran

Membran ESI yang terbentuk akan menunjukkan interaksi antar molekul penyusun komponennya, yaitu interaksi antar PVC, DOP, dan alikuot 336-nitrat. Molekul dari polimer PVC memiliki bagian polaritas yang positif dan negatif, begitu juga dengan molekul dari pemlastis yang memiliki bagian polar dan nonpolar. Molekul-molekul PVC dan pemlastis akan tertarik satu sama lain sehingga memiliki interaksi elektrostatik (Sevenster 2010). Hal ini ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3 Interaksi molekul PVC dengan pemlastis DOP (Sevenster 2010) Sedangkan, adanya ionofor alikuot 336-nitrat dalam membran sebagai senyawa aktif pada permukaan bertindak sebagai penukar ion dengan analat. Ionofor alikuot 336 ini juga memiliki bagian polaritas yang negatif dan positif sehingga akan tertarik pada molekul membran satu sama lain. Bagian kepala alikuot, yaitu gugus ammonium akan mengarah ke air pada antarmuka membran dan larutan, sedangkan bagian dari rantai alkil panjang akan mengarah menjauh dari antarmuka menuju ke dalam membran. Bagian kepala alikuot inilah yang kemudian akan berinteraksi dengan ion nitrat hingga terjadinya pertukaran ion

( ’Rourke et al 2011). Hal ini ditunjukkan pada Gambar 4.

7

Interaksi juga terjadi pada kawat Pt dengan membran yang telah terlapis. Kawat Pt berinteraksi dengan membran melalui hantaran listrik. Kawat Pt termasuk logam yang dapat bertindak sebagai penghantar listrik yang baik. Daya hantar listrik pada logam disebabkan karena adanya elektron valensi yang mudah bergerak. Elektron-elektron valensi pada logam tidak terikat erat sehingga bebas bergerak dalam medan listrik yang ditimbulkan sumber arus sehingga listrik dapat mengalir melalui logam. Aliran listrik yang terjadi merupakan aliran elektron. Aliran elektron inilah yang kemudian mengenai membran dan menyebabkan ion-ion dalam membran akan mengalami pergerakan, sehingga akan terjadinya pertukaran ion antara ion dalam membran dan ion dalam larutan analat. Kesetimbangan yang terjadi akibat pertukaran ion ini akan terbaca sebagai nilai potensial. Nilai potensial stabil yang terbaca inilah yang menjadi repon pengukuran pada ESI. ESI yang telah tersalut membran selanjutnya dilakukan karakterisasi kinerja elektrode untuk mengetahui waktu optimum penyalutan membran.

Uji Linearitas dan Faktor Nernst

Karakterisasi kinerja elektrode yang paling utama adalah dengan melihat kelinearitasan dan Faktor Nernst yang dihasilkan. Faktor Nernst ini dapat diketahui dari nilai kemiringan persamaan garis linear hubungan antara –log [NO3-] dengan potensial yang terukur. Rentang konsentrasi pengukuran yang digunakan yaitu 10-6–10-1 M. Nilai potensial yang terukur berbanding terbalik dengan nilai konsentrasi, semakin besar konsentrasinya maka semakin kecil nilai potensialnya. Data potensial masing-masing elektrode pada kisaran konsentrasi 10-6–10-1 M dapat dilihat pada Lampiran 2. Namun, didapatkan nilai potensial yang berbeda pada setiap keterulangannya. Hal ini disebabkan oleh keseragaman tebal membran, sifat fisik membran, keadaan permukaan platina, dan sifat antarmuka membran dengan kawat Pt (Buchari & Irdhawati 2002).

Persamaan garis linear yang diperoleh berdasarkan perhitungan dari persamaan Nernst (Lampiran 2). Sedangkan, Faktor Nernst adalah nilai 2.303 RT/nF pada persamaan Nernst, untuk ion bervalensi 1 mempunyai nilai 59.16 mV/dasawarsa dan 29.58 mV/dasawarsa ketika n=2 (Tutulea-Anastasiu et al.

8

Tabel 1 Perbandingan nilai faktor Nernst pada ESI tanpa alikuot dan dengan penambahan alikuot

Elektrode Tanpa alikuot Dengan alikuot

Faktor Nernst r2 Faktor Nernst r2

ESI I -15.7429 0.9618 40.2000 0.9521

ESI II -17.9143 0.9438 45.7714 0.9742

ESI III -16.2571 0.9449 49.0571 0.9701

Parameter lain yang mempengaruhi kinerja ESI adalah ketebalan membran. Adanya perbedaan ketebalan membran dapat disebabkan dari lamanya waktu penyalutan. Membran PVC sendiri bersifat nonkonduktif, sehingga pada batas ketebalan tertentu, elektrode dengan membran PVC memberikan respon yang relatif lama. ESI terlapis membran dengan penambahan alikuot 336-nitrat yang dibuat pada penelitian ini divariasikan berdasarkan waktu penyalutan membrannya, yaitu 10 detik, 15 detik, 20 detik, 25 detik, dan 30 detik.

Semakin lama waktu penyalutan maka akan semakin tebal membran yang terlapis pada kawat. Namun, berdasarkan hasil yang diperoleh, ketebalan membran tidak berbanding lurus dengan peningkatan faktor Nernst. Hasil pengukuran pada ESI dengan waktu penyalutan 10 dan 15 detik belum mendekati nilai faktor Nernst secara teoritis. Hal ini dikarenakan membran yang terbentuk masih tipis sehingga ionofor mudah terlepas pada saat pengukuran. Waktu penyalutan 20 detik menghasilkan faktor Nernst terbaik, yaitu 40.20–49.06 mV/dasawarsa. Pada waktu penyalutan 25 detik, faktor Nernst yang dihasilkan mulai menurun kembali dan pada 30 detik didapatkan faktor Nernst bernilai negatif. Perbandingan faktor Nernst yang dihasilkan dari setiap waktu penyalutan dengan 3 kali keterulangan dapat dilihat pada Gambar 5.

Hasil pengukuran pada waktu penyalutan di atas 20 detik mengalami penurunan faktor Nernst kembali. Semakin tebal membran, kerapatan ion dalam membran semakin besar, pori-pori semakin kecil, sehingga daya difusi ion juga semakin kecil (Fardiyah 2003). Hal inilah yang menyebabkan ionofor sulit

9

berinteraksi dengan ion nitrat dalam larutan. Berdasarkan hasil yang diperoleh, waktu penyalutan 20 detik merupakan waktu penyalutan optimum yang kemudian digunakan untuk karakterisasi selanjutnya.

ESI nitrat dengan waktu penyalutan optimum ini memiliki kelinearitasan dan sifat Nernstian yang baik pada pengukuran dengan rentang konsentrasi 10-4– 10-1 M jika dibandingkan dengan rentang konsentrasi 10-6–10-1 M (Lampiran 3). Kelinearitasan pada pengukuran dengan konsentrasi rendah mengalami penurunan. Hal ini dapat diakibatkan oleh adanya penurunan aktivitas ionik. Pada konsentrasi rendah, koefisien aktivitas ion semakin besar namun kekuatan ionnya berkurang sehingga larutan menjadi tidak stabil dan ditunjukkan dengan ketidaklinieran kurva.

Faktor Nernst diperoleh dari nilai slope persamaan garis linear. Hasil faktor Nersnt yang diperoleh pada waktu penyalutan 20 detik dengan rentang konsentrasi 10-4–10-1 M didapatkan hasil yang lebih baik, yaitu pada ESI III sebesar 59.70 mV/dasawarsa dengan r2 sebesar 0.9926. Hasil faktor Nernst pada penelitian ini juga lebih baik jika dibandingkan dengan hasil penelitian sebelumnya. Pada penelitian Agustiani (2007) diperoleh nilai faktor Nernst sebesar 44.60 mV/dasawarsa dan penambahan 10% PEG yang dilakukannya meningkatkan faktor Nernst menjadi sebesar 48.4 mV/dasawarsa. Namun, modifikasi komposisi membran dengan waktu penyalutan optimum yang digunakan pada penelitian ini menunjukkan hasil yang lebih baik dalam meningkatkan kinerja ESI nitrat walaupun tanpa penambahan PEG.

Hasil faktor Nernst dengan rentang konsentrasi 10-4–10-1 M tersebut kemudian diamati berdasarkan keterulangan ESI yang dibuat. Dari ketiga keterulangan elektrode, menunjukkan nilai yang berbeda-beda walaupun dibuat dengan perlakuan yang sama (Tabel 2). Nilai ketepatan faktor Nernst yang diperoleh cukup baik, yaitu masuk ke dalam rentang 80–110%. Menurut AOAC (2012), %SBR masih dikatakan baik jika nilainya ≤ 8% dengan penggunaan konsentrasi analat di bawah 10 mg/L. Penggunaan konsentrasi terkecil nitrat pada penelitian ini sendiri, yaitu 10-4 M yang setara dengan 6.2 mg/L. Berdasarkan hal tersebut, dapat disimpulkan bahwa perolehan %SBR sebesar 6.83% menyatakan keterulangan data pada penelitian ini masih cukup baik (Tabel 2).

10

Perbedaan nilai faktor Nernst dapat disebabkan oleh sifat fisik dan sifat kimia. Faktor yang dapat mempengaruhinya berasal dari fisik elektrode itu sendiri, hal ini dimungkinkan dari homogenitas ketebalan membran yang terbentuk. Nilai faktor Nernst yang berbeda dengan nilai teoritis disebabkan oleh sifat kepolaran membran PVC.

Waktu Respons

Waktu respons yang dipelajari pada penelitian ini, merupakan waktu yang dibutuhkan untuk mencapai kesetimbangan antara ion dalam membran dan analit yang ditunjukkan dengan adanya harga potensial yang konstan terhadap waktu (Rahmawati et al 2013). Hasil pengamatan waktu respon dapat dilihat pada Lampiran 4. Berdasarkan hasil yang diperoleh, ESI nitrat dapat mendeteksi dalam waktu kurang dari 1 menit. ESI nitrat dengan waktu penyalutan optimum pada rentang konsentrasi 10-4–10-1 M dapat mendeteksi pada 41–15 detik.

Secara keseluruhan, waktu respons yang dihasilkan lebih cepat seiring dengan meningkatnya konsentrasi (Lampiran 4). Waktu respons dipengaruhi oleh konsentrasi larutan analat. Ini disebabkan oleh semakin besarnya konsentrasi analat yang mengisi kapasitas tukar ion bahan aktif membran maka semakin cepat tercapainya kesetimbangan reaksi pertukaran ion antara analat dalam larutan dengan ion analat dalam membran (Rahmawati et al 2013).

Namun, tidak semua data yang diperoleh menunjukkan waktu respons yang cepat dengan meningkatnya konsentrasi, seperti ditunjukkan pada pengukuran ESI II dengan waktu penyalutan optimum (Gambar 6), konsentrasi 10-3 M lebih cepat merespon dibandingkan konsentrasi 10-2 dan 10-1 M. Hal ini dikarenakan terdapat faktor lainnya yang mempengaruhi waktu respon. Waktu respons elektrode tidak hanya dipengaruhi oleh struktur membran, sifat elektrode, dan konsentrasi larutan, tetapi juga oleh suhu dan laju pengujian ion pada permukaan elektrode (Meng-meng & Hui-zhong 2012).

Gambar 6 Hubungan waktu respons pengukuran potensial dengan konsentrasi analat pada ESI II penyalutan optimum

Waktu respons dipengaruhi juga oleh jumlah air dalam larutan. Jumlah air menyebabkan interaksi secara elektrostatik pada pertukaran ion menjadi spesifik sehingga dihasilkan respons. Pada larutan dengan konsentrasi rendah memiliki kandungan air yang banyak, adanya air yang memasuki membran menyebabkan

11

sulitnya pertukaran ion karena terhalang oleh air sehingga waktu respons membran terhadap nitrat menjadi lebih lama. Pengukuran potensial yang dilakukan yaitu dari konsentrasi yang rendah ke konsentrasi tinggi. Sementara itu, terlalu lamanya perendaman ESI dalam larutan akan menyebabkan penggembungan membran. Hal inilah yang menyebabkan waktu respons pada konsentrasi 10-2 M dan 10-1 M menjadi lebih lama karena pada konsentrasi 10-3 M dimungkinkan telah terjadi penggembungan membran sehingga kepekaan membran berkurang.

Limit Deteksi

ESI nitrat dengan waktu penyalutan optimum dikarakterisasi lebih lanjut kinerjanya dengan menentukan limit deteksi. Nilai limit deteksi mengindikasikan ESI nitrat yang dibuat tidak dapat digunakan pada konsentrasi yang lebih kecil dari limit deteksi karena pada konsentrasi tersebut tidak memenuhi kelinearitasan atau nilai r2 yang baik (Rahmat 2007). Limit deteksi dari ESI diperoleh dari perpotongan kurva yang memenuhi persamaan Nernst dan kurva yang tidak memenuhi persamaan Nernst (Lampiran 5).

Berdasarkan hasil penelitian (Tabel 3), hasil penentuan limit deteksi dari tiga keterulangan elektrode tidak jauh berbeda. Nilai limit deteksi yang terkecil didapatkan pada ESI III, hal ini dapat dipengaruhi oleh penyalutan membran pada pembuatan ESI III lebih homogen sehingga kerapatan ionnya semakin kecil dan dapat mendeteksi pada konsentrasi yang lebih rendah. Limit deteksi pada ESI nitrat III yang dibuat pada penelitian ini sebesar 6.14  10-5 M, sehingga ESI nitrat tidak dapat digunakan lagi untuk mengukur konsentrasi yang lebih rendah dari nilai tersebut.

Tabel 3 Limit deteksi pada ESI nitrat

Elektrode [NO3-] M kualitas suatu air minum karena batas maksimum jumlah nitrat dalam air minum yang telah ditetapkan oleh EPA yaitu sebesar 10 mg/L. Limit deteksi dari metode 9210A secara ESI nitrat yang telah ditentukan oleh EPA sendiri sebesar 5.0 mg/L (US EPA 2007). Namun, limit deteksi dari ESI ini lebih besar jika dibandingkan dengan metode lainnya. Berdasarkan metode US EPA 300.1 secara kromatografi ion, pengukuran nitrat memiliki limit deteksi 0.4 mg/L, sedangkan metode US EPA 353.2 secara kolorimetri memiliki limit deteksi pengukuran 0.05 mg/L (State

… 2 ). Hal tersebut menunjukkan bahwa ESI nitrat pada penelitian ini belum

12

Koefisien Selektivitas

Koefisien selektivitas pada metode potensiometri didefinisikan sebagai kemampuan elektrode selektif ion untuk membedakan ion utama dari ion lain yang berbeda dalam suatu larutan (Meng-meng & Hui-zhong 2012). Gangguan dari ion lain dapat mempengaruhi pembacaan potensial sehingga mengakibatkan

cross sensitivity dan dapat menurunkan aktivitas ion utama (Buchari & Irdhawati 2002). ESI yang telah dibuat perlu diketahui selektivitasnya agar aktivitas ion terbaca secara akurat.

Koefisien selektivitas dari ESI-nitrat dengan waktu penyalutan optimum ditentukan terhadap beberapa ion, diantaranya NO2-, CH3COO-, ClO4-, H2PO4-, dan SO42-. Pemilihan ion-ion ini berdasarkan kesamaan muatan dan keberadaannya dalam larutan nutrisi hidroponik (Agustiani 2007). Selain itu, ion-ion ini juga banyak terdapat dalam limbah air. Koefisien selektifitas yang dilakukan pada penelitian ini berdasarkan pengukuran metode tercampur. Metode ini dilakukan dengan mengukur potensial larutan yang berisi campuran ion utama dengan aktivitas tetap dan ion pengganggu dengan rentang konsentrasi. Konsentrasi ion utama yang digunakan yaitu 10-4 M dan ion pengganggu yaitu 10-4 M–10-1 M.

ESI dapat dinyatakan selektif terhadap ion target jika memiliki nilai koefisien selektifitas (KNO3-/X-) < 1, sedangkan jika nilai KNO3-/X- > 1 maka ESI lebih selektif terhadap ion pengganggu. Hasil koefisien selektivitas yang diperoleh pada penelitian ini (Lampiran 6), menunjukkan bahwa ESI nitrat hanya selektif dengan keberadaan NO2-. Sedangkan ion lainnya CH3COO-, ClO4-, H2PO4-, dan SO42- memilliki nilai KNO3-/X- lebih dari 1.

Berdasarkan data yang diperoleh (Lampiran 6), secara keseluruhan nilai KNO3-/X- semakin meningkat dengan meningkatnya konsentrasi ion pengganggu. Hal ini disebabkan oleh semakin besarnya aktivitas ion pengganggu yang menghalangi interaksi aktivitas ion utama dengan ionofor dalam membran. Koefisien selektifitas yang paling kecil ditunjukkan oleh ion NO2- ( nitrit) sebesar 0.7587 (Gambar 7). Ini berarti, adanya kemungkinan ESI mendeteksi keberadaan nitrit sebesar 0.7587 berbanding 1 terhadap nitrat, sehingga ion nitrit tersebut tidak akan banyak mempengaruhi kinerja ESI nitrat. Akan tetapi, kinerja ESI nitrat mengalami gangguan oleh ion CH3COO-, H2PO4-, SO42-, dan ClO4-. Hal ini ditunjukkan dengan nilai KNO3-/X- > 1 (Gambar 7).

13

Kinerja ESI mengalami gangguan terbesar oleh ion CH3COO-. Hal ini disebabkan oleh hidrolisis sebagian dari garam CH3COOK yang akan membentuk ion OH-. Ion OH- berkompetisi dengan ion nitrat untuk berdifusi pada membran sehingga selektivitas membran menjadi berkurang (Agustiani 2007). Namun, keberadaan ion CH3COO- sendiri jarang terdapat dalam air minum. Keberadaan ion CH3COO-, ClO4-, H2PO4-, dan SO42- secara bersama-sama lebih banyak terdapat dalam air limbah dan air tanah, sehinggga ESI nitrat yang dibuat pada penelitian ini tidak dapat digunakan lebih lanjut untuk pengujian dalam air limbah dan tanah. Sementara itu, kinerja ESI nitrat tidak akan terganggu dengan adanya ion nitrit. Nitrit yang ditemui dalam air minum dapat berasal dari bahan inhibitor korosi yang dipakai di pabrik yang mendapatkan air dari sistem distribusi (Herlambang & Marsidi 2003). Namun, kandungan nitrit dalam air sangat tidak stabil dikarenakan dengan adanya oksigen akan dengan cepat teroksidasi menjadi nitrat. Berdasarkan hal tersebut, ESI nitrat yang dibuat pada penelitian ini tidak dapat digunakan lebih lanjut untuk pengujian pada sampel yang mengandung ion campuran.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Waktu penyalutan membran yang optimum dalam pembuatan ESI-nitrat diperoleh selama 20 detik. Faktor Nernst terbaik diperoleh pada ESI III sebesar 59.70 mV/dasawarsa dengan rentang pengukuran larutan nitrat pada konsentrasi 10-4–10-1 M. Waktu respons yang diperoleh dari pengukuran, yaitu kurang dari 1 menit. Limit deteksi dari ESI nitrat optimum diperoleh sebesar 6.14  10-5 M. Kinerja ESI-nitrat tidak terganggu dengan ion NO2-, namun terganggu dengan kehadiran ion CH3COO-, ClO4-, H2PO4-, dan SO42-.

Saran

Pembuatan membran pada kawat perlu digunakan alat pencetak sehingga diperoleh membran yang permukaannya seragam. Perlu adanya pengoptimuman pada komposisi membran lainnya. Selain itu, perlu dipelajari kembali teknik penyalutan membran yang baik. Pengaruh pH juga perlu diperhatikan dalam pembuatan ESI agar tidak mengganggu selama pengukuran.

DAFTAR PUSTAKA

14

[AOAC] Association Official of Analytical Chemistry. 2012. Appendix F: Guidelines for Standard Method Performance Requirements. USA: AOAC International.

Buchari, Irdhawati. 2002. Pembuatan dan Pencirian ESI-NO3 Tipe Kawat Terlapis Membran PVC dengan Dopan Metil Trioktil Amonium Nitrat sebagai Ionofor. Prosiding seminar kimia bersama UKM ITB K-5, Universitas Kebangsaan Malaysia, Bangi, Selangor. hlm 159–168.

[CSRG] Chemical Sensors Research Group. 2005. Ion-selective electrodes [internet]. [diunduh 2015 Feb 18]. Tersedia pada: http://csrg.ch.pw.edu.pl/tutorials/ise/.

Fardiyah Q. 2003. Aplikasi elektroda ion selektif nitrat kawat terlapis untuk penentuan secara tak langsung gas NO [tesis]. Bandung (ID): Program Studi Kimia, Program Pasca Sarjana, ITB.

Herlambang A, Marsidi R. 2003. Proses denitrifikasi dengan sistem biofilter untuk pengolahan air limbah yang mengandung nitrat. J.Tek. Ling. 4(1): 46– 55.

Isaac A, Livingstone C, Wain AJ, Compton RG, Davis J. 2006. Electroanalytical methods for the determination of sulfite in food and beverages. Trends Anal. Chem. 25(6).

Kurniasih D, Atikah, Sulistyarti H. 2013. Karakterisasi electrode selektif ion (ESI) kromat tipe kawat terlapis berbasis kitosan. Sains Ter. Kim. 7(1): 10–18. Manea F, Remes A, Radovan C, Pode R, Picken S, Schoonman J. 2010.

Simultaneous electrochemical determination of nitrate and nitrite in aqueous solution using Ag-doped zeolite-expanded graphite-epoxy electrode. Talanta. 83: 66–71.

Meng-meng H, Hui-zhong Y. 2012. Development of a poly (vinyl chloride)-based nitrate ion-selective electrode. Chem. Res. Chinese Universities. 28(6): 957– 962.

Morigi M, Scavetta E, Berrettoni M, Giorgetti M, Tonelli D. 2001. Sulfate-selective electrodes based on hydrotalcite. Anal. Chim. Acta. 439:265–272. Ningsih N. 2008. Pembuatan dan pencirian elektrode selektif ion barium tipe

kawat terlapis menggunakan barium-rose Bengal [skripsi]. Bogor (ID): FMIPA-IPB.

’Rourke, Duffy N, De Marco R, Potter I. 2 . Electrochemical impedance

spectroscopy a simple method for the characterization of polymer inclusion membranes containing aliquat 336. 1: 132–148. doi: 10.3390/membranes1020132.

Rahmat AN. 2007. Pembuatan dan pencirian elektrode selektif ion H2PO4- dan penerapannya pada tanaman hidroponik [skripsi]. Bogor (ID): FMIPA-IPB. Rahmawati AF, Atikah, Fardiyah Q. 2013. Pembuatan dan karakterisasi sensor

potensiometri rhodamin B berbasis kitosan dengan plasticizer dioktil sebakat (DOS). Kim. Stud. J. 1(1): 78–84.

Rundle CC. 2000. Beginners Guide to Ion Selective Electrode Measurement. [internet]. [diunduh 2013 Des 15]. Tersedia pada: http://www.nico2000.net/index.html.

15

State Water Resources Control Board, Division of Water Quality, GAMA Program [CA]. 2010. Groundwater information sheet: Nitrate [internet]. [diunduh 2015 Jan 31]. Tersedia pada: www.waterboards.ca.gov

Stewart S. 2014. Nitrate in Drinking Water [internet]. [diunduh 2014 Mar 7]. Tersedia pada: www.deq.state.or.us.

Tutulea-Anastasiu MD, Wilson D, Valle M, Schreiner CM, Cresteciu I. 2013. A solid-contact ion selective electrode for Copper (II) using a succinimide derivative as ionophore. Sensors. (13): 4367–4377.

[US EPA] United States Environmental Protection Agency. 2007. Test Methods for Evaluating Solid Waste, Physical/Chemical Methods, Method 9210A: Potentiometric Determination of Nitrate in Aqueous Samples with Ion-Selective Electrode – 9210A [internet]. [diunduh 2015 Mar 4]. Tersedia pada: http://www.epa.gov/solidwaste/hazard/testmethods/sw846/pdfs/9210a. Watoni AH. 2008. Elektrode kawat emas berlapis polimer konduktif polipirol untuk pengukuran beberapa surfaktan anionik secara potensiometri [tesis]. Bandung (ID): FMIPA-ITB.

16

LAMPIRAN

Lampiran 1 Diagram alir penelitian

Studi Literatur

Persiapan alat dan bahan

- Limit deteksi - Pengaruh ion asing Penyalutan membran elektrode Pembuatan badan

elektrode

Pembuatan alikuot dan membran elektrode

10 detik

15 detik

20 detik

25 detik

30 detik

Karakterisasi Kinerja Elektrode

ESI optimum

17 Lampiran 2 Pengukuran faktor Nernst ESI pada setiap waktu penyalutan

membran Waktu

18

Lampiran 3 Perbandingan kurva pengukuran elektrode menggunakan konsentrasi 10-6–10-1 M dan 10-4–10-1 M

Kurva hubungan –log [NO3-] terhadap potensial (mV) menggunakan konsentrasi 10-6–10-1 M (a) dengan konsentrasi 10-4–10-1 M (b) pada ESI I

Kurva hubungan –log [NO3-] terhadap potensial (mV) menggunakan konsentrasi 10-6–10-1 M (a) dengan konsentrasi 10-4–10-1 M (b) pada ESI II

19 Lampiran 4 Pengukuran waktu respons ESI nitrat

Waktu

penyalutan ESI Waktu respons (detik) pada konsentrasi (M) (detik) 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6

Lampiran 5 Penentuan limit deteksi

Kurva hubungan –log [NO3-] terhadap potensial ESI I Limit deteksi ESI I

20

Lanjutan Lampiran

Kurva hubungan –log [NO3-] terhadap potensial ESI II Limit deteksi ESI II

55.5000x + 714.5000 = 27.5000x + 829.1667 x = 4.0952

-log [NO3-] = 4.0952 [NO3-] = 8.03  10-5 M

Kurva hubungan –log [NO3-] terhadap potensial ESI III Limit deteksi ESI III

21 Lampiran 6 Koefisien selektifitas (KNO3-/X-) ESI nitrat terhadap beberapa anion

22

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Rangkasbitung pada tanggal 6 Mei 1990 sebagai putri pertama dari Bapak Ahyar Sujana dan Ibu Elin Rohmiati. Penulis lulus dari SMA Negeri 1 Rangkasbitung pada tahun 2008 dan pada tahun yang sama diterima di Program Keahlian Analisis Kimia Diploma Institut Pertanian Bogor (IPB). Penulis lulus dari Diploma IPB pada tahun 2011 dan melanjutkan pendidikan S1 melalui Program Alih Jenis Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam IPB pada tahun 2012.