C - 60
PENENTUAN LOGAM Zn PADA TANAMAN KANGKUNG SECARA VOLTAMETRI
SIKLIK MENGGUNAKAN ELEKTRODA PASTA KARBON TERMODIFIKASI
BENTONIT
MEASURING Zn METAL ON WATERSPINACH BY CYCLIC VOLTAMETRY USINGCARBON PASTE ELECTRODE MODIFIED BENTONITE
VenyWijayanti Candra*, Pirim Setiarso
Departemen of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Sciences State University ofSurabaya
Jl. Ketintang Surabaya (60231), Telp. 031-8298761 *Corresponding author, e-mail: [email protected]
Abstrak. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui komposisi elektroda pasta karbon termodifikasi
bentonit terbaik, mengetahui pH optimum analisis, dan mengetahui konsentrasi logam Zn pada tanaman kangkung dengan metode voltametri siklik. Komposisi elektroda pasta karbon yang dibuat adalah perbandingan karbon:paraffin:bentonit sebesar 3:5:2, 3:4:3, 3:3:4 dan 3:2:5 dengan variasi pH 3, 4, 5 dan 6. Hasil pengujian komposisi elektroda terbaik ditunjukkan oleh komposisi karbon:paraffin:bentonit teraktivasi dengan perbandingan 3:2:5. Arus puncak anodik yang dihasilkan sebesar 1,1989 x 10-4 A dan arus puncak katodik sebesar -1,2313 x 10-4 A. Hasil pengujian pH optimum untuk analisis Zn yang didapat dari pengujian adalah pH 5 dengan puncak anodik sebesar 8,3055 x 10-5 A. Komposisi elektroda terbaik dan pH optimum digunakan untuk penentuan konsentrasi Zn pada kangkung dengan metode voltametri siklik. Konsentrasi Zn pada tanaman kangkung yang diperoleh dengan metode voltametri siklik sebesar 11,407 ppm.
Kata kumci: voltametri, elektroda, bentonit
Abstract.This research aims to determine the best composition of carbon paste electrode modified
bentonite, knowing the optimum pH for Zn metal analysis, and determine the concentration of Zn metal in waterspinach with cyclic voltammetry. Composition of carbon paste electrode by mixing carbon:paraffin:bentonite with a ratio 3:5: 2, 3:4:3, 3:3:4 and 3:2:5 with variation of pH 3, 4, 5 and 6. The best electrode composition indicated by mixing carbon: paraffin: bentonite activated with a ratio of 3:2:5. Anodic peak currents generated at 1.1989 x 10-4 A and the cathodic peak current at -1.2313 x 10-4 A. The optimum pH obtained was pH 5 which shows the peak currents at 8,3055 x 10-5 A. The best electrode composition and the optimum pH used to measuring Zn consentration in waterspinach by cyclic voltametry. Zn concentrations in waterspinach were obtained by cyclic voltammetry method is 11.407 ppm.
Keyword: voltametry, electrode, bentonite
PENDAHULUAN
Logam berat sangat mudah masuk ke dalam tubuh manusia melalui rantai makanan. Logam berat yang masuk dalam tubuh manusia dapat menimbulkan dampak buruk. Kangkung merupakan salah satu perantara masuknya logam berat ke dalam tubuh manusia. Kangkung merupakan sayuran yang banyak dikonsumsi masyarakat sehingga diperlukan pengujian kandungan logam berat[1].
Logam Zn merupakan logam berat kategori toksik tinggi. Logam Zn tidak beracun dalam bentuk logam namun dalam keadaan ion dapat memiliki toksisitas tinggi[2]. Logam berat umunya dianalisis menggunakan instrumen spektrofotometri serapan atom (SSA). Metode SSA memiliki kesalahan sistematik sehingga hasil yang diperoleh dalam percobaan sering bervariasi [3].
Voltametri merupakan salah satu metode yang dapat digunakan untuk analisis logam berat. Voltametri merupakan metode
C - 61 elektroanalitik yang memiliki prinsip oksidasi-reduksi permukaan elektroda. Elektroda kerja yang umum digunakan adalah elektroda raksa. Raksa merupakan senyawa toksik sehingga diperlukan elektroda alternatif yang ramah lingkungan seperti elektroda pasta karbon [4].
Elektroda pasta karbon memiliki permukaan berpori sehingga dapat dimodifikasi permukaannya. Permukaan elektroda pasta karbon yang berpori memungkinkan adanya proses serah terima elektron. Bentonit dipilih sebagai salah satu modifier elektroda karena bentonit merupakan material yang memiliki struktur kristal berlapis dan berpori yang mempunyai lapisan silikat bermuatan negatif dalam lapisan interlayernya [5].
Salah satu faktor yang mempengaruhi pengujian voltametri adalah pH optimum. pH optimum merupakan salah satu indikator yang dapat mempengaruhi puncak voltamogram. Pada penelitian ini akan dilakukan analisis logam berat Zn pada tanaman kangkung dengan metode voltametri siklik dan EPK bentonit yang divalidasi dengan metode SSA. EPK bentonit yang digunakan dibuat dengan perbandingan karbon, parafin dan bentonit 3:5:2, 3:4:3, 3:3:4, dan 3:2:5. Perbandingan komposisi EPK bentonit tersebut dibuat berdasarkan teori kesetimbangan tiga fasa dengan mengontrol komposisi karbon [6].
METODE PENELITIAN Alat:
Penelitian ini menggunakan alat sebagai berikut: instrumen voltametri, instrumen SSA, instrumen FT-IR, pH meter, elektroda platina, elektroda Ag/AgCl, timbangan listrik, gelas ukur, gelas kimia, spatula, pipet tetes, pipet gondok, mortar dan alu, ayakan 100 mesh, penyaring vakum, oven, kaca arloji, penjepit buaya, kabel tembaga, sedotan, dan amplas. Bahan:
Penelitian ini menggunakan bahan sebagai berikut: kangkung, karbon aktif, bentonit, minyak paraffin, larutan HCl pekat, larutan HNO3 pekat, padatan KCl, akuademin, asam sitrat, natrium sirat, Zn(NO3)3.6H2O.
PROSEDUR PENELITIAN
Tahap Pembuatan Larutan Sampel
Sampel kangkung di tanur pada suhu 300°C selama 3 jam. Abu kangkung sebanyak 0,4 gram dimasukkan ke dalam gelas kimia, ditambah 2 mL HNO3 pekat, ditambahkan 5 mL HClO4 pekat, dipanaskan diatas pelat pemanas pada suhu 250°C sampai terlarut sempurna. Kemudian ditambahkan 0,4 mL H2O2 30% dan dipanaskan sampai diperoleh endapan putih. Endapan putih yang dihasilkan dilarutkan dalam air demineralisasi sehingga diperoleh larutan sebanyak 10 mL.
Tahap Pembuatan Larutan Standar Zn
Sebanyak 0,4547 gram
Zn(NO3)2.6H2O dimasukkan labu ukur 100 mL kemudian dilarutkan dengan HNO3 1M sampai tanda batas. Larutan induk Zn kemudian diencerkan dalam konsentrasi 5, 10, 20, 40 dan 80 ppm.
Tahap Aktivasi Bentonit
Sebanyak 25 gram bentonit didispersikan dalam 250 ml HCl 5 N, kemudian diaduk selama 2 jam dan dipanaskan pada suhu ±70°C. Selanjutnya bentonit disaring dan dicuci dengan akuademin panas hingga pH air pencuci > 3. Bentonit kemudian dikeringkan dalam oven dengan suhu 100°C sampai beratnya kostan. Setelah kering bentonit dihaluskan dan diayak hingga lolos 100 mesh [7].
Tahap Pembuatan EPK Bentonit
Komposisi karbon, parffin dan bentonit dengan perbandingan komposisi 3:5:2, 3:4:3, 3:3:4, dan 3:2:5 masing-masing dimasukkan ke dalam kaca arloji. Campuran komposisi elektroda tersebut kemudian dimasukkan ke dalam badan elektroda secara manual dan ditekan.
Tahap Penentuan Komposisi EPK Terbaik EPK bentonit komposisi 3:5:2, 3:4:3, 3:3:4 dan 3:2:5 dimasukkan ke dalam sel voltametri yang berisi 10 mL larutan Zn(II) 5 ppm dan 10 mL larutan KCl 500 ppm dan ditambah 5 ml larutan buffer sitrat pH 5, kemudian pengukuran dilakukan pada potensial -1.5 V sampai 1.5 V.
Tahap Penentuan pH Optimum
Komposisi EPK Bentonit terbaik dimasukkan ke dalam sel voltametri yang
C - 62 berisi 10 mL larutan Zn(II) 5 ppm dan 10 mL larutan KCl 500 ppm dan ditambah 5 mL larutan buffer sitrat pH 3, 4, 5 dan 6, kemudian pengukuran dilakukan pada potensial -1.5 V sampai 1.5 V
Tahap Penentuan Kadar Zn dengan Voltametri
Komposisi EPK bentonit terbaik dimasukkan ke dalam sel voltametri yang berisi 10 mL larutan sampel dan 10 mL larutan KCl 0,1 M dan ditambah 5 mL larutan buffer sitrat optimum, kemudian pengukuran dilakukan pada potensial -1.5 V sampai 1.5 V. HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil penelitian yang dibahas meliputi pembuatan EPK bentonit, komposisi EPK bentonit terbaik, pH optimum, kadar Zn secara voltametri..
Pembuatan EPK Bentonit
Penggunaan bentonit sebagai modifier EPK pada penelitian ini terlebih dulu di aktivasi dengan HCl 5N. Aktivasi bentonit dilakukan bertujuan untuk memperluas permukaan pori pada bentonit karena menguapnya kandungan air yang menutupi pori bentonit sehingga menjadi terbuka. Semakin luas permukaan pori bentonit dapat meningkatkat sensitifitas elektroda kerja yang dikasilkan pada saat dilakukan pengukuran.untuk memastikan proses aktivasi bentonit dilakukan pengujian menggunakan insrumen FT-IR. Spektra FT-IR yang didapatkan ditunjukkan oleh gambar 1 berikut:
Intrepetasi spektra bentonit non aktivasi dan bentonit aktivasi ditampilkan oleh tabel 1 berikut:
Tabel 1. Intrepetasi Spektra Bentonit No. Panjang Gelombang Gugus Fungsional 1. Non Aktivasi : 3435.84 cm-1 Aktivasi : 3426.50 cm-1 Vibrasi ulur OH dan Si-OH dan H2O 2. Non Aktivasi : 2925.98 cm-1 Regang C-H 3. Non Aktivasi : 2307.25 cm-1 Regang C=C, C=N 4. Non Aktivasi : 1638.34 cm-1 Aktivasi : 1639.30 cm-1 Montmorilonit 5. Non Aktivasi : 1464.34 cm-1 Tekuk C-H 6. Non Aktivasi : 1039.28 cm-1 Aktivasi : 1081.00 cm-1 Regangan asimetris Si-O-Si 7. Non Aktivasi : 790.03 cm-1 Aktivasi : 797.93 cm-1 Karakteristik SiO2
Hilangnya pengotor organik menunjukkan proses aktivasi bentonit sudah berhasil karena mineral khas montmorilonit tetap dipertahankan pada bentonit aktivasi yaitu terlihat pada puncak 1639.60 cm-1 dari sebelum aktivasi yaitu 1638.34 cm-1.
Penentuan Komposisi EPK Terbaik
Penentuan komposisi elektroda pasta karbon termodifikasi bentonit terbaik dilakukan dengan pengujian secara voltametri siklik. Pengujian dilakukan menggunakan larutan analit yang terdiri dari 10 mL larutan Zn(II) 5 ppm dalam 5 mL buffer sitrat pH 5 dan 10 mL larutan KCl dengan konsentrasi 100 kali lebih besar dari larutan sampel yaitu larutan KCl 500 ppm. Gambar 2 menujukkan voltamogram hasil pengujian komposisi EPK terbaik.
Gambar 1. Spektra FT-IR Bentonit non Aktivasi (A) dan Aktivasi (B)
A
C - 63 Gambar 2. Voltamogram dan Tafel Plot EPK
Bentonit non Aktivasi
Berdasarkan voltamogam dalam gambar 2 terlihat komposisi EPK 3:2:5 menghasilkan puncak tertinggi. Selanjutnya dilakukan pengujian EPK bentonit aktivasi dengan voltamogram hasil pengujian ditunjukkan oleh gambar 3 berikut:
Gambar 3. Voltamogram dan Tafel Plot Bentonit Aktivasi
Berdasarkan voltamogram pda gambar 3 terlihat komposisi 3:2:5 memiliki puncak tertinggi. Kemudian komposisi 3:2:5 EPK bentonit non aktivasi dibandingkan dengan komposisi 3:2:5 EPK bentonit aktivasi seperti ditunjukkan oleh gambar 4.
Gambar 4. Perbandingan Voltamogram dan Tafel Plot EPK Bentonit
Pada perbandingan komposisi dalam voltamogram yang ditunjukkan gambar 4 terlihat EPK bentonit non aktivasi memiliki arus lebih tinggi dibandingkan EPK bentonit aktivasi. Namun terlihat puncak EPK bentonit aktivasi lebih jelas sehingga EPK bentonit aktivasi komposisi 3:2:5 merupakan komposisi EPK terbaik karena dapat digunakan untuk proses analisis.
Penentuan pH Optimum
Penentuan pH optimum dilakukan dengan pengujian EPK bentonit komposisi
terbaik yaitu komposisi
karbon:paraffin:bentonit teraktivasi dengan perbandingan 3:2:5. Pengujian dilakukan dalam larutan analit berisi 10 mL larutan Zn 5 ppm, 10 mL larutan KCl 500 ppm dan 5 mL larutan pH variasi 3, 4, 5 dan 6. Pengujian dilakukan pada potensial -1,5 V sampai 1,5 V dengan waktu deposisi 10 detik dan sweep rate 0,05. Voltamogram hasil pengujian pH optimum dapat dilihat pada gambar 5 berikut:
Gambar 5. Voltamogram dan Tafel Plot Penentuan pH Optimum
C - 64 Berdasakan voltamogram pada gambar 5 dapat dilihat bahwa puncak oksidasi tertinggi ditunjukkan oleh variasi pH 5 sehingga pH 5 merupakan pH optimum analisis Zn dengan metode voltametri siklik. Penentuan Kadar Zn pada Sampel
Sebelum melakukan pengujian kadar Zn pasa sampel kangkung dilakukan pengujian larutan standar yaitu larutan Zn(II) konsentrasi 5, 10, 20, 40 dan 80 ppm. Pengujian dilakukan menggunakan EPK bentonit komposisi terbaik yaitu variasi 3:2:5 pada potensial -1,5 V sampai 1,5 V dengan waktu deposisi 10 detik dan sweep rate 0,05. Pengukuran dilakukan pada larutan berisi 10 mL larutan standar konsentrasi 5, 10, 20, 40 dan 80 ppm, 5 mL larutan pH optimum yaitu pH 5 dan 10 mL larutan KCl 500, 1000, 2000, 4000 dan 8000 ppm. Hasil pengujian larutan standar Zn ditunjukkan voltamogram pada gambar 6.
Gambar 6. Voltamogram dan Tafel Plot Pengujian Standar Zn
Berdasarkan voltamogram tersebut diperoleh data Ipc dalam tabel 2 berikut. Tabel 2. Data Voltamogram Pengujian Standar
Konsentrasi standar (ppm) Ipc (A) 5 -0,00083574 10 -0,00098314 20 -0,00116 40 -0,00134 80 -0,001521
Dari data tersebut dapat dibuat kurva hubungan konsentrasi dan Ipc yang ditunjukkan pada gambar 7.
Gambar 7. Kurva Hubungan Ipc dan Konsentrasi Standar Zn
Berdasarkan kurva dalam gambar 7 diperoleh persamaan garis yang menunjukkan hubungan antara konsentrasi standar Zn dengan puncak reduksi atau Ipc yaitu y = -0,00064976 – 0,000172738x dengan nilai R2 = -0,999259. Nilai R tersebut menunjukkan tingkat keakuratan sebesar 99,92% dan tingkat kesalahan sebesar 0,08%. Selanjutnya dilakukan pengujian sampel dengan voltamogram yang ditampilkan dalam gambar 8.
Gambar 8. Voltamogram dan Tafel Plot Pengujian Sampel
Berdasarkan data Ipc dari sampel kangkung diperoleh konsentrasi Zn pada kangkung dengan memasukkan nilai Ipc setiap sampel ke dalam persamaan y = -0,00064976 – 0,000172738x yang diperoleh dari kurva standar. Dari perhitungan tersebut kemudian diperoleh konsentrasi rata-rata Zn sebesar 11,407 ppm.
C - 65 SIMPULAN
Berdasarkan penelitian yang sudah dilakukan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:
1. Komposisi elektroda pasta karbon termodifikasi bentonit terbaik diperoleh perbandingan karbon:paraffin:bentonit aktivasi sebesar 3:2:5.
2. pH optimum proses analisis Zn dengan metode voltametri adalah pH 5.
3. Konsentrasi Zn pada tanaman kangkung yang diperoleh secara voltametri siklik sebesar 11,407 ppm.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Mulyani, Sri. Triani, I. G. A. Lani, dan E. N., Arief Sujana. 2012. Identifikasi Cemaran Logam Pb dan Cd pada Kangkung yang Ditanam di Daerah Kota Denpasar. Jurnal Bumi Lestari, Vol. 12(2): hal. 345-349.
[2] Pranikasari, Melia. 2013. Kandungan Logam Berat Seng (Zn) dan Besi (Fe) dalam Kangkung Air (Ipomoea aquatic Forsk) yang Hidup di Perairan Sungai Kaligarangkota Semarang Bulan Mei 2013. Skripsi tidak diterbitkan. Semarang: Ikip PGRI Semarang
[3]Saryati, Rukihati, Sutisna, Wahyudianingsih dan Sumardjo. 2004. Penentuan Cu, Cd, Pb dan Zn dalam Bahan Biologi dengan Metode Voltametri. Indonesian Journal of Materials Science, Vol. 5(2): hal. 41-45. [4]Rohmaniyah, Anisatur. 2014. Penggunaan
Bentonit Sebagai Modifier Elektroda Pasta Karbon Untuk Analisis Pb2+ Pada Daging Kupang Putih (Corbula Faba hinds) Secara Diferensial Pulsa Voltametri. UNESA Journal of Chemisty, Vol.3(1): hal. 8-14.
[5] Suliana, Ayu. 2014. Pembuatan Elektroda Pasta Karbon Termodifikasi Bentonit Untuk Analisis Kadmium (II) dengan Ion Pengganggu Aluminium (III) dan Tembaga (II) Secara Voltametri. UNESA Journal of Chemisty, Vol.3(1): hal 26-36. [6] Sulfani, Achmad. 2014. Modifikasi
Elektroda Pasta Karbon Termodifikasi Kitosan untuk Analisis Ion Cd2+ dengan Ion Pengganggu Mn2+ dan Ni2+ Secara Cyclic Stripping Voltametry. Skripsi tidak
diterbitkan. Surabaya: Universitas Negeri Surabaya
[7] Tanjaya, Ailen. Sudono. Indraswati, Nani dan Ismadji, Suryadi. 2006. Aktivasi Bentonit Alam Pacitan Sebagai Bahan Penjerap Pada Proses Pemurnian Minyak Sawit. Jurnal Teknik Kimia Indonesia. Vol. 5(2): hal. 429-434.
