KAJIAN MEKANISME TRANSPORT ION PADA MEMBRAN TELUR AYAM RAS MELALUI PENGUKURAN LISTRIK WENNY MAULINA

(1)

WENNY MAULINA

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(2)

ABSTRAK

Wenny Maulina. Kajian Mekanisme Transport Ion pada Membran Telur Ayam Ras melalui Pengukuran Listrik. Dibimbing oleh Jajang Juansah, M.Si dan Dr. Kiagus Dahlan.

Telah dilakukan penelitian untuk mengetahui mekanisme transport ion yang melewati membran telur ayam berdasarkan pengukuran sifat kelistrikan membran dengan meninjau pengaruh dari konsentrasi, valensi ion, suhu dan frekuensi. Sifat kelistrikan dapat dilihat dengan melakukan pengukuran tegangan, konduktansi, dan karakteristik 1-V. Pengukuran dilakukan dengan menggunakan dua metode yaitu tanpa pemberian sumber arus eksternal dan dengan pemberian sumber arus eksternal. Pengukuran tanpa pemberian sumber arus eksternal digunakan untuk menentukan nilai tegangan membran pasif. Sedangkan, pengukuran dengan pemberian sumber arus eksternal digunakan untuk menentukan nilai konduktansi listrik dan karakteristik I-V membran. Penentuan tegangan, konduktansi dan karakteristik I-V membran dilakukan dengan cara

meletakkan membran di dalam chamber yang diisi larutan elektrolit NaCl, MgCl2 dan AlCl3.

Variasi konsentrasi, valensi ion, suhu dan frekuensi mempengaruhi nilai tegangan, konduktansi dan karakteristik I-V membran. Semakin besar konsentrasi dan suhu larutan eksternal maka tegangan, konduktansi dan kemiringan I-V membran meningkat. Ditinjau dari valensi ionnya maka

tegangan dan konduktansi listrik membran terbesar ditunjukkan oleh larutan AlCl3. Konduktansi

listrik membran akan meningkat dengan meningkatnya frekuensi larutan eksternal. Karakteristik I-V membran telur mendekati sifat ohmik. Pengaruh variasi suhu pada larutan NaCl konsentrasi

0,1 mM dan 10 mM serta larutan MgCl2 dan AlCl3 konsentrasi 0,1 mM tidak memberikan

kontribusi yang signifikan terhadap aliran arus. Pengaruh variasi suhu terhadap kemiringan kurva

I-V terlihat pada konsentrasi NaCl 100 mM, sedangkan MgCl2 dan AlCl3 pada konsentrasi 10 mM

dan 100 mM.

(3)

WENNY MAULINA

Skripsi

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains

Pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Institut Pertanian Bogor

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

(4)

Judul

: Kajian Mekanisme Transport Ion pada Membran Telur

Ayam Ras melalui Pengukuran Listrik

Nama Mahasiswa

: Wenny Maulina

NRP

: G74051640

Menyetujui

Pembimbing I,

Pembimbing II,

(Jajang Juansah, M.Si)

(Dr. Kiagus Dahlan)

NIP. 19771020 200501 1 002

NIP. 19600507 198703 1 003

Mengetahui:

Ketua Departemen Fisika,

(Dr. Ir. Irzaman, M.Si)

NIP. 19630708 199512 1 001

(5)

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 4 November 1987 dari Bapak Sriyanto dan Ibu Primertiningsih, SE. Penulis merupakan putri kedua dari tiga bersaudara.

Penulis mengikuti pendidikan di TK Budaya I, Srengseng Sawah Jakarta Selatan tahun 1993. Pendidikan Dasar di SDN 06 Pagi, Srengseng Sawah Jakarta Selatan dan lulus pada tahun 1999. Pendidikan Tingkat Menengah dapat diselesaikan penulis pada tahun 2002 di SLTP 211, Srengseng Sawah Jakarta Selatan. Pendidikan Tingkat Atas dapat diselesaikan penulis pada tahun 2005 di SMAN 38, Lenteng Agung Jakarta Selatan dan pada tahun yang sama penulis diterima di Institut Pertanian Bogor, Program Studi Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam melalui jalur USMI.

Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum mata kuliah Fisika Dasar untuk mahasiswa TPB pada tahun ajaran 2007/2008, 2008/2009 dan 2009/2010. Asisten praktikum mata kuliah Fisika Dasar untuk mahasiswa BUD pada tahun ajaran 2008/2009. Asisten praktikum mata kuliah Fisika Dasar untuk mahasiswa Ekstensi Gizi pada tahun ajaran 2008/2009 dan 2009/2010. Selain itu, penulis juga pernah menjadi asisten praktikum mata kuliah Biofisika Umum tahun ajaran 2009/2010.

(6)

KATA PENGANTAR

Alhamdulillahirrabbil’alamin

Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala izin, rahmat, kekuatan dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Kajian Mekanisme Transport Ion pada Membran Telur Ayam Ras melalui Pengukuran Listrik” sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) pada Departemen Fisika.

Penulis memahami bahwa skripsi ini jauh dari sempurna, namun penulis harap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi perkembangan ilmu pengetahuan. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak Jajang Juansah, M.Si dan Bapak Dr. Kiagus Dahlan, selaku Dosen pembimbing yang telah membimbing, mengarahkan dan senantiasa memberikan motivasi sehingga tersusunnya skripsi ini.

2. Bapak Dr. Agus Kartono dan Bapak Dr. Irmansyah selaku Dosen penguji atas saran dan kritiknya demi sempurnanya skripsi ini.

3. My family (bapak, ibu, mba lia dan sendy), terima kasih atas segala limpahan kasih sayang dan do’a yang senantiasa diberikan.

4. Staf dan laboran Departemen Fisika IPB (Pak Firman, Pak yani, pak toni dan Pak Parman) atas semua bantuan dan kerjasamanya.

5. Teman-teman fisika 42 (gita, ais, nani, nita, neneng, mena, amel, eka, dewi, lili, jessi, linda, fais, obie, astri, azam, azki, rizal, deni, hartip, ario, fahmi, pipit, gres, agung, roni, andre, mitha, hasan, aji, andri, cucu, dian, niken, ahmad, mahe, radot, dahrul), terima kasih untuk segala bantuan, semangat dan kebersamaan yang indah selama ini.

6. Guritno gustian untuk cinta, do’a dan semangatnya.

7. Mba tia, mba fifi, mba ulil, ka heri, ka mamat, tyas, rosyid, lea, dida, ridwan dan nadi untuk segala bantuannya.

8. Teman-teman nabila anggrek (mba farida, ka tila, eni, dila, lola, ana, nia) untuk kebersamaannya.

9. Teman-teman asrama (handi, argi, septi) untuk kebersamaannya. 10. Perpustakaan LSI dan Perpustakaan FMIPA.

11. Serta semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

Penulis menyadari akan keterbatasan yang dimiliki. Oleh karena itu, segala kritik dan saran sangat dibutuhkan untuk mencapai hasil yang lebih baik.

Bogor, Juni 2010

(7)

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

LEMBAR PENGESAHAN ... ii

RIWAYAT HIDUP ... iii

KATA PENGANTAR ... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... vi

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR LAMPIRAN ... viii

PENDAHULUAN Latar Belakang ... 1 Tujuan Penelitian ... 1 Manfaat Penelitian ... 1 Hipotesis ... 1 TINJAUAN PUSTAKA 1. Membran telur ... 1 1.1 Karakteristik Membran ... 1

1.2 Struktur dan Kompisisi Telur ... 2

2. Larutan Elektrolit ... 3

3. Pemodelan Membran ... 4

4. Karakteristik Kelistrikan Membran ... 4

4.1 Konduktansi Membran ... 4

4.2 Arus dan Tegangan Membran ... 6

BAHAN DAN METODE Tempat dan Waktu Penelitian ... 6

Alat dan Bahan ... 7

Metode Penelitian ... 7

1. Persiapan Eksperimen ... 7

2. Eksperimen ... 7

3. Analisa Data ... 8

HASIL DAN PEMBAHASAN 1. Hasil Perlakuan Pasif untuk Tegangan Membran ... 9

1.1 Tinjauan Perlakuan Variasi Konsentrasi ... 9

1.2 Tinjauan Perlakuan Variasi Suhu ... 9

1.3 Tinjauan Valensi Ion ... 10

2. Konduktansi Listrik Membran ... 10

2.3 Tinjauan Valensi Ion ... 11

2.4 Tinjauan Pengaruh Frekuensi Arus Eksternal ... 12

3. Karakteristik Arus-Tegangan Membran ... 12

3.3 Tinjauan Model Membran dari Rangkaian RC ... 13

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan ... 14

Saran ... 14

DAFTAR PUSTAKA ... 15

(8)

DAFTAR TABEL

1. Komposisi Tiga Komponen Pokok Telur ... 3 2. Perbandingan Sifat-Sifat Larutan Elektrolit dan Larutan Non Elektrolit ... 3

(9)

DAFTAR GAMBAR

1. Membran lipid berdasarkan Model Mosaik Fluida ... 2

2. Struktur Telur ... 3

3. Bahan Dielektrik dengan Sumber Tegangan AC serta Rangkaian Ekivalennya ... 4

4. Model Elektronika Membran ... 4

5. Konduktansi dan Kapasitansi Membran dalam Larutan Eksternal ... 5

6. Rangkaian dalam Sistem Membran dan Elektrolit, skinlayer dan sublayer Tersusun kombinasi C dan G ... 6

7. Chamber Membran ... 7

8. Tanpa Pemberian Sumber Arus Eksternal, (a). Pengukuran Tegangan Membran, (b). Skema Pengukuran Tegangan... 8

9. Pengukuran Konduktansi Membran ... 8

10. Dengan Pemberian Sumber Arus Eksternal, (a). Pengukuran I-V Membran, (b). Skema Pengukuran I-V ... 8

11. Hubungan Tegangan Membran pada Berbagai Konsentrasi Larutan NaCl, MgCl2 dan AlCl3 pada Suhu Ruang ... 9

12. Hubungan Tegangan Membran terhadap Variasi Suhu pada Konsentrasi 100 mM Larutan NaCl, MgCl2 dan AlCl3... 9

13. Hubungan Tegangan Membran terhadap Valensi Ion Na+, Mg2+ dan Al3+ ... 10

14. Hubungan Konduktansi Membran pada Berbagai Konsentrasi Larutan NaCl, MgCl2 dan AlCl3 pada Suhu Ruang ... 10

15.1 Hubungan lnG terhadap 1/T pada Larutan NaCl untuk 6 Macam Konsentrasi dalam Range suhu (30-90) 0C ... 11

15.2 Hubungan lnG terhadap 1/T untuk Konsentrasi 50 mM Larutan NaCl, MgCl2 dan AlCl3 ... 11

16. Hubungan Konduktansi Membran terhadap Valensi Ion Na+, Mg2+ dan Al3+ ... 11

17. Hubungan Konduktansi Membran terhadap Variasi Frekuensi pada Konsentrasi 100 mM Larutan NaCl, MgCl2 dan AlCl3 ... 12

18. Hubungan Karakteristik I-V Membran terhadap Konsentrasi Larutan (a) NaCl, (b) MgCl2 dan (c) AlCl3 pada Suhu Ruang ... 12

19. Hubungan Karakteristik I-V Membran terhadap Variasi Suhu pada Larutan NaCl (a) 0,1 mM, (b) 10 mM dan (c) 100 mM ... 13

20. Hubungan Karakteristik I-V Membran terhadap Variasi Suhu pada Larutan MgCl2 (a) 0,1 mM, (b) 10 mM dan (c) 100 mM ... 13

21. Hubungan Karakteristik I-V Membran terhadap Variasi Suhu pada Larutan AlCl3 (a) 0,1 mM, (b) 10 mM dan (c) 100 mM ... 14

(10)

DAFTAR LAMPIRAN

1. Diagram Alir Penelitian ... 18

2. Tegangan pada Perlakuan Variasi Konsentrasi ... 19

3. Tegangan terhadap Valensi Ion ... 19

4. Tegangan pada Perlakuan Variasi Suhu ... 20

5. Konduktansi pada Perlakuan Variasi Konsentrasi ... 21

6. Konduktansi terhadap Valensi Ion ... 21

7. Konduktansi pada Perlakuan Variasi Frekuensi ... 22

8. Konduktansi pada Perlakuan Variasi Suhu ... 23

9. lnG terhadap 1/T ... 26

10. Persamaan Garis dari Grafik lnG dan 1/T... 27

11. Alat-Alat Penelitian ... 28

12. Tinjauan Perlakuan Variasi Suhu pada Tegangan Membran ... 29

13. Tinjauan Perlakuan Valensi Ion pada Tegangan Membran ... 29

14. Tinjauan Perlakuan Variasi Suhu pada Konduktansi Membran ... 30

15. Tinjauan Perlakuan Valensi Ion pada Konduktansi Membran ... 30

16. Tinjauan Pengaruh Frekuensi Arus Eksternal pada Konduktansi Listrik Membran ... 31

17. Tinjauan Pengaruh Variasi Suhu pada Karakteristik I-V Membran pada Larutan NaCl ... 32

18. Tinjauan Pengaruh Variasi Suhu pada Karakteristik I-V Membran pada Larutan MgCl2 ... 33

19. Tinjauan Pengaruh Variasi Suhu pada Karakteristik I-V Membran pada Larutan AlCl3... 34

(11)

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Perkembangan teknologi membran saat ini telah meluas pada berbagai kalangan, baik kalangan akademis maupun industri. Salah satu aplikasi teknologi membran adalah teknologi pemisahan zat-zat kimia yang sangat penting dalam kehidupan. Teknologi

membran memiliki banyak keunggulan

dibandingkan proses-proses pemisahan

lainnya, antara lain dalam hal energi,

sederhana, dan ramah lingkungan.

Keberhasilan proses pemisahan dengan

membran tergantung pada kualitas membran tersebut. Beberapa parameter yang penting dalam menentukan kualitas suatu membran diantaranya yaitu mempunyai permeabilitas yang tinggi, selektifitas yang tinggi, stabil pada temperatur yang tinggi, kestabilan mekanik dan tahan terhadap zat kimia yang

akan dipisahkan [1]. Membran dapat

bertindak sebagai filter yang sangat spesifik

dimana hanya molekul-molekul dengan

ukuran tertentu saja yang dapat melewati membran, sedangkan molekul lainnya akan tertahan di permukaan membran. Oleh karena itu, teknologi membran merupakan pilihan yang tepat untuk keperluan penyaringan, pemisahan, dan pemurnian zat-zat yang peka terhadap senyawa kimia dan lingkungan [2]. Walaupun demikian, membran mempunyai keterbatasan seperti terjadinya fenomena polarisasi konsentrasi, fouling (penyumbatan), terbatasnya volume air terolah yang dihasilkan dan juga keterbatasan umur membran [3].

Membran merupakan suatu lapisan yang

memisahkan dua fasa dan mengatur

perpindahan massa dari kedua fasa yang

dipisahkan. Karakteristik fasa tersebut

diantaranya perbedaan konsentrasi, tekanan, suhu, komposisi larutan dan viskositas [4]. Membran terdiri dari dua jenis yaitu membran alami (membran biologi) dan membran buatan (membran sintetik). Membran alami adalah membran dalam proses-proses kehidupan makhluk hidup dan biasanya terdapat dalam

sel makhluk hidup. Komponen utama

membran alami adalah lipid dan protein. Membran sintetik adalah membran yang terbuat dari berbagai bahan sesuai kebutuhan dan biasanya berbentuk padat atau cair [5]. Membran telur adalah salah satu contoh dari membran alami. Membran telur terletak pada bagian dalam telur yaitu selaput yang melapisi antara cangkang dan putih telur.

Efektivitas kerja suatu membran dapat ditentukan melalui karakteristik membran

yang digunakan. Karakterisasi membran yang

banyak dilakukan adalah karakterisasi

membran secara fisika yang ditinjau dari sifat listrik, termal dan mekanik. Sifat kelistrikan membran dipengaruhi oleh aliran elektron dan ion yang melintasi membran. Aliran ion-ion ini dapat menentukan aliran arus dalam membran dan proses transport lainnya.

Berdasarkan karakteristik Arus-Tegangan

dapat ditentukan ohmik atau tidaknya suatu membran di dalam larutan elektrolit, daya tahan listrik dan konduktansinya. Informasi dari sifat kelistrikan membran tersebut sangat berguna untuk mengetahui kualitas membran. Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui mekanisme transport ion yang melewati membran telur ayam berdasarkan pengukuran sifat kelistrikan dan mempelajari pengaruh konsentrasi, valensi ion, suhu dan frekuensi terhadap sifat listriknya.

Manfaat Penelitian

Penelitian ini diharapkan dapat

memberikan informasi mengenai karakteristik dan mekanisme transport ion pada membran telur ayam, sehingga diperoleh masukan yang penting untuk kemajuan dalam bidang teknologi membran

Hipotesis

1. Konsentrasi ion larutan eksternal

berbanding lurus dengan tegangan,

konduktansi dan gradien kurva Arus-Tegangan membran.

2. Valensi ion larutan eksternal mempengaruhi tegangan dan konduktansi listrik membran. 3. Semakin tinggi suhu larutan eksternal, maka

semakin tinggi tegangan, konduktansi dan gradien kurva Arus-Tegangan membran. 4. Semakin besar frekuensi maka semakin

besar konduktansi listrik membran.

TINJAUAN PUSTAKA

1. Membran Telur

1.1. Karakteristik Membran

Membran biologi digambarkan sebagai dua dimensi fluida yang terdiri dari dua “lembaran” berisi sebagian besar molekul lipid. Model Mosaik Fluida menggambarkan membran lipid terbaik. Dalam model ini, permukaan terluar terdiri dari ikatan ionik dan polar yang berinteraksi dengan larutan air, sedangkan bagian dalam membran terdiri dari rantai hidrokarbon lipid (Gambar 1) [6].

(12)

Gambar 1. Membran lipid berdasarkan Model Mosaik Fluida

Secara umum membran dapat didefinisikan sebagai suatu lapisan tipis semipermeable di antara dua fasa yang berbeda. Fasa pertama disebut feed atau larutan pengumpan dan fasa kedua disebut permeate atau hasil pemisahan. Fungsi utama dari membran ialah sebagai

lapisan semipermeable yang dapat

melewatkan dan menahan komponen tertentu dalam suatu campuran [7]. Membran yang dipergunakan harus bersifat inert terhadap larutan uji, selektif terhadap ion tertentu, memiliki kepekaan yang baik, memenuhi harga faktor Nernst dan dapat dicetak sesuai dengan ukuran yang diinginkan [8].

Kemampuan pemisahan yang dimiliki membran untuk melewatkan suatu komponen atau molekul dipengaruhi oleh tekanan, potensial listrik dan sifat intrinsik membran.

Berdasarkan prinsip struktur dan

pemisahannya, membran dibagi menjadi tiga tipe yaitu membran porous (mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi), membran nonporous (separasi gas, pervaporasi, dialisis) dan membran carrier [9]. Klasifikasi pori menurut IUPAC dapat dikelompokkan menjadi macropores

(>50nm), mesopores (2-50nm), dan

micropores (<2nm) [10].

Membran dibedakan menjadi dua bagian berdasarkan morfologi dan ukuran porinya yaitu [11]:

1. Membran Simetrik

Membran ini memiliki struktur pori yang relatif sama dan homogen dengan ketebalan antara 10-200 μm.

2. Membran Asimetrik

Membran ini memiliki ukuran dan kerapatan yang tidak sama. Membran jenis ini memiliki dua lapisan yaitu lapisan kulit yang tipis dan rapat dengan ketebalan 20,5 μm serta lapisan pendukung yang berpori dengan ketebalan 50-200 μm. Membran berdasarkan sifat listriknya dibedakan menjadi dua, yaitu [12]:

1. Membran Netral

Membran netral adalah membran yang tidak memiliki muatan tetap. Membran ini

terdiri dari polimer yang tidak mengikat ion-ion sebagai ion tetap dan dapat bersifat selektif terhadap larutan-larutan kimiawi. Selektifitas membran netral ditentukan oleh unsur-unsur penyusun (monomer), ikatan kimia, ukuran pori-pori, daya tahan terhadap tekanan dan suhu, resistivitas, konduktansi serta karakteristik kelistrikan lainnya.

2. Membran Bermuatan Tetap

Membran bermuatan tetap terbentuk karena molekul-molekul ionik menempel pada lattice membran secara kimiawi. Ion-ion tidak bisa berpindah dan membentuk lapisan tipis bermuatan pada membran. membran ini dapat dilalui oleh ion-ion tertentu. Membran ini dibagi menjadi tiga jenis, yaitu:

a. Membran Penukar Anion (MPA) adalah membran bermuatan tetap yang hanya dapat dilewati oleh anion. b. Membran Penukar Kation (MPK)

adalah membran bermuatan tetap yang hanya dapat dilewati oleh kation. c. Double Fixed Charge Membrane

adalah gabungan dari MPA dan MPK. 1.2. Struktur dan Komposisi Telur

Telur terdiri dari kulit telur, selaput, lendir putih (albumen) dan kuning telur. Struktur kulit telur keras tetapi porus dan terbentuk

dari garam-garam anorganik terutama

Kalsium Karbonat (CaCO3). Kulit telur terdiri

dari sekitar 94-97% CaCO3 dan 3% lainnya

adalah bahan organik dan pigmen telur [13]. Dalam kulit telur tedapat 8000 struktur mikroskopik pori. Keporusan kulit telur

memungkinkan embrio untuk bernafas

sehingga daya tahan terhadap masuknya berbagai kuman cukup besar. Oleh karena itu, kulit telur harus dijaga agar tetap kering. Permukaan telur mempunyai selaput tipis yang disebut kutikula. Bagian dalam kulit telur diselaputi dua helai membran yang melekat pada kulit telur dan albumen. Pada saat isi telur mengkerut yang disebabkan oleh

pendinginan dan penguapan, lembaran

membran memisahkan diri satu dari yang lain dan membentuk rongga udara. Rongga ini biasanya terbentuk pada bagian telur yang besar. Putih telur bagian luar dan dalam tipis dan berupa cairan Putih telur memiliki viskositas tinggi (kental) dan kokoh berbentuk kantung albumen serta mengandung zat-zat yang bersifat antimikrobial dan pH yang

alkalis [http://www.disnaksumbar. com].

Seperti pada Gambar 2 [http://www.bio

(13)

Gambar 2. Struktur Telur

struktur telur dapat dibagi menjadi 9 bagian yaitu:

1. Kulit telur dengan permukaan yang agak berbintik-bintik.

2. Membran kulit luar dan dalam yang tipis, berpisah pada ujung yang tumpul dan membentuk ruang udara.

3. Putih telur bagian luar yang tipis dan berupa cairan.

4. Putih telur yang kental dan kokoh berbentuk kantung albumen.

5. Putih telur bagian dalam yang tipis dan berupa cairan.

6. Struktur keruh berserat yang terlihat pada kedua ujung kuning telur disebut sebagai khalaza yang berfungsi memantapkan posisi kuning telur.

7. Lapisan tipis yang mengelilingi kuning telur disebut membran fitelin.

8. Benih atau bastodisc yang terlihat sebagai bintik kecil pada permukaan kuning telur. Pada telur yang terbuahi, benih ini berkembang menjadi anak ayam.

9. Kuning telur yang terbagi menjadi kuning telur berwarna putih dari benih ke pusat kuning telur dan kuning telur yang berlapis yang merupakan bagian terbesar. Tabel 1. Komposisi Tiga Komponen Pokok

Telur (%) [http://www.animalcorner.

co.uk/.../chicken_eggs.html]

Bahan penyusun

Kulit Albumin Kuning telur

Bahan organik 95,1 - - Protein 3,3 12,0 17,0 Glukosa - 0,4 0,2 Lemak - 0,3 32,2 Garam - 0,3 0,3 Air 1,6 87,0 48,5 2. Larutan Elektrolit

Larutan adalah campuran yang bersifat homogen atau sama. Berdasarkan daya hantar listriknya, larutan terbagi menjadi dua (Tabel 2), yaitu:

1. Larutan elektrolit adalah larutan yang dapat menghantarkan arus listrik, terdiri dari:

a. Elektrolit Kuat

Larutan elektrolit kuat adalah larutan yang mempunyai daya hantar listrik yang kuat, karena zat terlarutnya di dalam pelarut (umumnya air) seluruhnya berubah menjadi ion-ion (α = 1). Contoh elektrolit kuat adalah

asam-asam kuat (HCl, H2SO4, dll),

basa-basa kuat (NaOH, KOH, dll) dan garam-garam yang mudah larut, seperti NaCl, KCl, dan lain-lain.

b. Elektrolit Lemah

Larutan elektrolit lemah adalah larutan yang daya hantar listriknya lemah dengan derajat ionisasi sebesar α < 1. Yang tergolong elektrolit lemah adalah asam-asam lemah seperti: AgCl, CaCrO4, dan lain-lain

2. Larutan non elektrolit adalah larutan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik, karena zat terlarutnya didalam pelarut tidak dapat menghasilkan ion-ion (tidak mengion). Contoh larutan non elektrolit adalah larutan gula, sukrosa, alkohol, dan lain-lain [14].

Tabel 2. Perbandingan Sifat-Sifat Larutan

Elektrolit dan Larutan Non

Elektrolit Larutan Elektrolit Larutan Non Elektrolit 1. 2. 3. 4. Dapat menghantarkan listrik. Terjadi proses ionisasi (terurai menjadi ion-ion). Lampu dapat menyala terang atau redup dan ada gelembung gas. Contoh: NaCl, H2SO4, MgCl2, CH3COOH 1. 2. 3. 4. Tidak dapat menghantarkan listrik.

Tidak terjadi proses ionisasi.

Lampu tidak menyala dan tidak ada gelembung gas.

Contoh: C12H22O11,

CO(NH2)2, etanol,

(14)

Larutan elektrolit dapat bersumber dari senyawa ion (senyawa yang mempunyai ikatan ion) atau senyawa kovalen polar (senyawa yang mempunyai ikatan kovalen polar). Larutan elektrolit mengandung

atom-atom bermuatan listrik (ion-ion) yang

bergerak bebas, hingga mampu untuk

menghantarkan arus listrik melalui larutan. Pada tahun 1887, Svante Arrhenius mengusulkan sebuah teori ionisasi untuk menjelaskan sifat-sifat larutan elektrolit. Pokok-pokok teori Arrhenius adalah sebagai berikut [2]:

1. Molekul elektrolit pada larutan dengan pelarut air akan berdissosiasi menjadi dua partikel atau lebih yang disebut ion. 2. Ion-ion bermuatan listrik (positif atau

negatif) dan muatan-muatan inilah yang dapat menyebabkan arus listrik dapat mengaliri larutan.

Sifat suatu larutan ditentukan oleh konsentrasi. Konsentrasi adalah jumlah zat terlarut dalam satuan pelarut atau larutan. Konsentrasi larutan dapat dinyatakan dalam persen, molar, molal, fraksi mol, persen mol, dan ppm. Konsentrasi molar atau molaritas (M) menyatakan banyaknya partikel zat terlarut dalam 1 liter larutan, yaitu [15]:

tan 1literlaru terlarut zat mol M (1) 3. Pemodelan Membran

Secara elektronik bahan dielektrik pada plat paralel bisa dianalisis dengan rangkaian

paralel antara resistor dan kapasitor.

Hubungan perubahan nilai kapasitansi sebesar 0

C C

C 

 terkait dengan perubahan muatan

q

 dapat diilustrasikan dalam aliran arus

maupun dalam bentuk impedansinya:

 

CV j dt dV C dt q d i V q C            (2)

Gambar 3. Bahan Dielektrik dengan Sumber Tegangan AC serta Rangkaian Ekivalennya [16]

Hasil pengukuran kapasitansi bisa diubah ke dalam besaran listrik lainnya seperti tegangan atau arus. Perubahan arus total pada rangkaian adalah penjumlahan arus pada kapasitor dan resistor (Gambar 3), sehingga:

V R C j i R V CV j i i i _s       _ _          1   (3)

Nilai arusnya menjadi:

V R C j I V R C j C j i I I       _        _ _      1 1 0 0    (4)

Atau dalam impedansinya menjadi: 1 1        _    R C j I V Y i Z  (5)

Membran netral dapat dimodelkan sebagai rangkaian elektronik antara R dan C yang tersusun paralel seperti pada Gambar 4 [5]. Dari pemodelan membran maka dapat ditentukan konduktansi dan kapasitansinya sebagai berikut: m m i C G Z    1 (6)

Gambar 4. Model Elektronika Membran 4. Karakteristik Kelistrikan Membran 4.1. Konduktansi Membran

Salah satu sifat listrik yang dimiliki membran adalah konduktivitas. Sifat ini muncul karena adanya interaksi antara ion dengan membran. Besarnya konduktansi

membran dapat diperoleh dengan

menggunakan pendekatan persamaan sebagai berikut: p G n G (7) dengan, G= konduktansi

Gp= konduktansi tiap pori

n

= jumlah pori membran [7]

NilaiGpditentukan oleh beberapa faktor

diantaranya geometri pori, konsentrasi pori dan mobilitas ionnya. Dengan asumsi bahwa ion di dalam suatu medium dielektrik akan mengalami interaksi elektrostatik dengan membran, maka ion tersebut memiliki energi

(15)

diri sebesar U. Energi ini merupakan integral dari medan listrik permukaan membran. Maka besarnya energi diri (U) untuk suatu ion dalam medium terbatas dengan konstanta dielektrik yang bervalensi z dan berjarak a adalah :

a q z U    ₀ 2 2 8  (8) dengan:

z = bilangan valensi ion ε = konstanta dielektrik q = muatan ion

α = tergantung konstanta geometri dan dielektrik (pendekatan 0,2)

ε0 = konstanta resapan

εm = konstanta dielektrik membran

b = jari-jari pori

Nilai U sangat tergantung pada ε. Nilai ε membran berkisar dari 3-4 dan ε larutan 78,5 [17].

Untuk melewati pori membran akibat adanya interaksi dengan ε membran, energi bebas (∆U) bergantung dari seberapa dekat ion pada membran, maka dapat dituliskan energi bebasnya sebagai berikut:

b q z U m     0 2 2 4   (9)

Secara umum konduktansi membran

merupakan fungsi suhu, yang merupakan fungsi eksponensial dan terkait dengan perubahan energi diri ionnya [4]. Konduktansi membran tersebut dapat dituliskan sebagai berikut :



dU_kT



G

G ₀exp

(10)

Berdasarkan Gambar 3, membran yang tersusun seri oleh dua lapisan berbeda (skinlayer dan sublayer) memiliki kapasitansi

(Cm) dan konduktansi (Gm) sebagai berikut:

 













2 2 1 2 2 2 1 1 2 2 2 2 1 2 1 2 1 2 C C G G C G C G C C C C Cm           (11)

 

















2 2 1 2 2 2 1 1 2 2 2 2 1 2 2 1 2 1 C C G G G C G C G G G G G_m           (12) dengan:

C1 = kapasitansi skin layer

C2 = kapasitansi sub layer

G1 = konduktansi skin layer

G2 = konduktansi sub layer

ω = frekuensi angular

Pada frekuensi sangat rendah (ω ~ 0), kapasitansi membran adalah sebesar:

m C (ω ~ 0) =





2 2 1 1 2 2 2 2 1 G G C G C G   (13)

Kapasitansi membran akan menurun

dengan peningkatan nilai frekuensi menuju nilai minimum yang setara dengan kapasitansi

dua kapasitor yang dihubungkan secara seri, yaitu: m C (ω ~ ∞) = 2 1 2 1 C C C C  (14)

Sebaliknya, pada frekuensi rendah (ω ~ 0) konduktansi membran akan memiliki nilai minimum setara dengan dua konduktor yang dihubungkan secara seri:

m G (ω ~ 0) = 2 1 2 1 G G G G  (15)

Nilai konduktansi ini akan naik dengan peningkatan nilai frekuensi menuju nilai maksimum (pada frekuensi sangat tinggi) sebesar : m G (ω ~ ∞) =





2 2 1 1 2 1 2 2 1 C C G C G C   (16)

Spektra konduktansi dan kapasitansi

membran dalam larutan eksternal seperti terlihat pada Gambar 5. Solusi total kapasitansi dan konduktansi dari rangkaian seri untuk membran ditambah elektrolit (Gambar 6) adalah [18]:

 





2 2 2 2 m e m e m C G G G C C      (17)

 









2 2 2 2 2 m e m e m e m e m C G G G C G G G G G         (18)

Konduktansi merupakan ukuran terpenting yang menggambarkan kemampuan suatu

bahan untuk membawa arus listrik.

Konduktansi (G) adalah kebalikan dari resistansi (R), yang dihubungkan oleh [19]:

R

G1 (19)

Gambar 5. Konduktansi dan Kapasitansi

Membran dalam Larutan

Eksternal Cm

Gm

f f

(16)

Gambar 6. Rangkaian dalam Sistem Membran

dan Elektrolit, skinlayer dan

sublayer Tersusun Kombinasi C dan G

dengan I V

R , dimana R adalah resistansi

(ohm), V adalah tegangan membran (Volt) dan I adalah arus yang diberikan (Ampere). Satuan internasional untuk konduktansi adalah

ohm

1 atau Siemen (S).

Bila suatu larutan elektrolit dialiri arus maka akan terjadi proses transport ion. Transport ini dipengaruhi oleh resistansi dan konduktansi larutan elektrolit. Konduktansi larutan elektrolit didefinisikan sebagai suatu ukuran kemampuan larutan untuk membawa arus listrik. Konduktansi larutan dipengaruhi oleh konsentrasi atau jumlah ion, mobilitas ion, ion valensi, transport ion, aktivitas ion dan suhu. Ion-ion dalam larutan akan mengalir dan menembus membran dengan aktivitas

berbeda-beda. Semakin besar nilai

konduktansi listrik berarti kemampuan dalam

menghantarkan listrik semakin besar.

Umumnya semakin tinggi konsentrasi atau

semakin banyak jumlah ion, maka

konduktansi listrik akan semakin tinggi. Hubungan ini terus berlaku hingga larutan menjadi jenuh dan mobilitas menurun. Suhu yang tinggi mengakibatkan viskositas air menjadi turun dan ion-ion dalam air bergerak cepat [20]. Energi yang dibutuhkan agar elektron valensi masuk ke elektron bebas juga semakin besar sehingga mempengaruhi nilai konduktansi listrik yang juga semakin meningkat.

4.2. Arus dan Tegangan Membran

Rapat arus dari ion pembawa yang bergerak di dalam larutan yang menembus membran diberikan oleh persamaan berikut:

dx d Pq dx dP kT J_p  _p  _p  ₍₂₀₎ dx d Nq dx dN kT J_n _n  _n  (21)

N, P adalah konsentrasi ion pembawa muatan negatif dan positif. T adalah suhu, J

adalah rapat arus, p,n masing-masing

merupakan mobilitas ion positif dan negatif,

 adalah beda potensial (beda tegangan), k

adalah konstanta Boltzman. Persamaan diatas menunjukkan bahwa arus dipengaruhi oleh besarnya beda tegangan dan beda konsentrasi muatan pembawa. Semakin besar beda konsentrasi muatan pembawa dan beda tegangan maka semakin besar pula arus yang mengalir pada membran. Bila konsentrasi muatan pembawa dibiarkan konstan maka dapat dibuat hubungan beda tegangan dan arus. Dengan memplotkan beda tegangan membran dan arus maka akan didapat karakteristik Arus-Tegangan dari membran

beserta persamaannya. Pada keadaan

setimbang dan arus yang mengalir kecil sekali, maka konsentrasi pembawa muatan mengikuti persamaan distribusi Maxwell-Boltzman, yaitu: ) exp( ) exp( kT o i kT o i i i q N N q P P      (22) Untuk membran yang hanya dapat dilalui oleh satu jenis ion saja dan tidak ada sumber arus, maka beda tegangan diberikan oleh persamaan Nernst berikut:

                



i II i i I i i j i a j i a F RT ln  (23)

dengan

a

_iadalah aktivitas ion, i _j



 _adalah

nisbah permeabilitas ion i terhadap ion j yang harganya tidak gayut larutan. Jika larutannya hanya terdiri atas satu jenis anion atau kation saja, maka beda tegangan ditulis sebagai berikut:                       II I II I i C C F RT C C F RT ln ln  (24)

dengan C menyatakan konsentrasi ion, indeks I dan II menyatakan larutan, sedangkan + dan - menyatakan jenis muatan ion. Dengan memodifikasi konsentrasi larutan maka akan didapat variasi beda tegangan pada membran. Dari persamaan (24) beda tegangan hanya dapat dihubungkan secara linier dengan konsentrasi [21].

BAHAN DAN METODE Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di laboratorium

Biofisika Departemen Fisika Fakultas

(17)

Institut Pertanian Bogor mulai bulan Juni 2009 sampai bulan Maret 2010.

Alat dan Bahan

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah membran telur, larutan

elektrolit (NaCl, MgCl2, dan AlCl3) dan

aquades.

Peralatan yang digunakan adalah chamber membran, multimeter digital, neraca analitik, I-V meter, LCR Hitester 3522-50, elektroda platina, hotplate, gelas ukur, pipet dan pengaduk.

Metode Penelitian

Penelitian ini menggunakan dua metode, yaitu tanpa pemberian sumber arus eksternal dan dengan pemberian sumber arus eksternal. Pengukuran tanpa pemberian sumber arus eksternal digunakan untuk menentukan nilai

tegangan membran pasif. Sedangkan

pengukuran dengan pemberian sumber arus

eksternal digunakan untuk menentukan

konduktansi dan karakteristik kurva Arus-Tegangan (I-V) membran.

1. Persiapan Eksperimen

Persiapan eksperimen yang dilakukan antara lain persiapan alat, bahan dan perancangan sistem.

1. Persiapan Peralatan a. Elektroda

Elektroda yang digunakan dalam penelitian ini adalah platina. b. Chamber

Chamber dibuat seperti pada

Gambar 7 dengan rancangan alat yang memungkinkan pengukuran tegangan, konduktansi dan Arus-Tegangan (I-V) yang terdiri dari dua pasang elektroda. Satu pasang elektroda diletakkan di dalam chamber dan satu pasang yang lain

diletakkan di luar chamber.

Membran diletakkan pada bagian tengah antara chamber luar dan dalam.

Gambar 7. Chamber Membran

2. Persiapan Bahan

a. Pelepasan membran dari cangkang telur.

Agar membran lebih mudah

dilepaskan dari cangkangnya, maka cangkang telur direndam dalam air ±5menit. Setelah membran didapat, bilas dengan aquadest agar kotoran yang menempel pada membran hilang. Kemudian letakkan dalam wadah dan tunggu hingga membran kering.

b. Pembuatan larutan elektrolit

Jenis larutan elektrolit yang

digunakan yaitu NaCl, MgCl2, dan

AlCl3 padat. Masing-masing larutan

elektrolit yang digunakan

divariasikan konsentrasinya sebesar 0,1 mM, 0,2 mM, 1 mM, 10 mM, 50 mM dan 100 mM. Larutan

dibuat melalui metode

pengenceran. Mula-mula NaCl,

MgCl2 dan AlCl3 padat ditimbang

menggunakan neraca analitik dan dilarutkan dengan aquades dalam gelas ukur 500 ml lalu diaduk agar semua bahan larut.

2. Eksperimen

a. Pengukuran Tegangan

Peralatan utama sistem ini adalah multimeter digital. Chamber terdiri dari tempat membran dan dua pasang elektroda pada bagian dalam dan luar (Gambar 8). Dua ujung elektroda dihubungkan ke multimeter digital

untuk mengukur tegangan yang

melintasi membran. Pengukuran

tegangan membran ini digunakan pada

larutan NaCl, MgCl2 dan AlCl3

terhadap variasi konsentrasi (0,1 mM, 0,2 mM, 1 mM, 10 mM, 50 mM dan

100 mM) dan variasi suhu (300C

sampai 900C tiap kenaikan 100C).

b. Pengukuran Konduktansi

Peralatan untuk pengukuran

konduktansi adalah LCR meter

Hitester 5322-50. Dua ujung elektroda dihubungkan ke LCR meter untuk

mengukur konduktansi membran

(Gambar 9). Pengukuran konduktansi membran ini digunakan pada larutan

NaCl, MgCl2 dan AlCl3 terhadap

variasi konsentrasi (0,1 mM, 0,2 mM, 1 mM, 10 mM, 50 mM dan 100 mM), variasi frekuensi (1 Hz, 100 Hz, 4 KHz, 8 KHz dan 16 KHz) dan variasi

suhu (300C sampai 900C tiap kenaikan

(18)

(a)

(b)

Gambar 8. Tanpa Pemberian Sumber Arus

Eksternal, (a). Pengukuran

Tegangan Membran, (b). Skema Pengukuran Tegangan

Gambar 9. Pengukuran Konduktansi

Membran

c. Pengukuran Karaktersitik

Arus-Tegangan (I-V)

Peralatan pengukuran ini adalah I-V meter dengan software Keithley 2400. I-V meter Keithley 2400 digunakan untuk memberikan tegangan konstan DC yang melewati membran dan mengukur hubungan nilai arus [22]. Dua ujung elektroda dihubungkan ke

alat I-V meter untuk mengukur karakteristik Arus-Tegangan membran

(Gambar 10). Pengukuran

Arus-Tegangan membran digunakan pada

larutan NaCl, MgCl2 dan AlCl3

terhadap variasi konsentrasi (0,1 mM, 0,2 mM, 1 mM, 10 mM, 50 mM dan

100 mM) dan variasi suhu (300C

sampai 900C tiap kenaikan 100C).

3. Analisa Data

Analisa data yang dilakukan adalah menggambarkan hubungan konsentrasi, suhu, dan frekuensi dari larutan NaCl,

MgCl2 dan AlCl3 terhadap tegangan,

konduktansi dan karakteristik

Arus-Tegangan membran.

(a)

(b)

Gambar 10. Dengan Pemberian Sumber Arus Eksternal, (a). Pengukuran I-V

Membran, (b). Skema Pengukuran I-V

V

．

-

A

．

+

membr

an

elektroda

V

membr

an

elektroda

(19)

HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Hasil Perlakuan Pasif untuk Tegangan Membran

1.1 Tinjauan Perlakuan Variasi

Konsentrasi

Gambar 11 memperlihatkan grafik

tegangan membran telur terhadap variasi konsentrasi larutan eksternal untuk larutan

NaCl, MgCl2 dan AlCl3. Pengaruh

penambahan konsentrasi larutan eksternal

memperlihatkan meningkatnya tegangan

membran. Semakin besar konsentrasi larutan eksternal maka tegangan membran juga

semakin meningkat. Variasi konsentrasi

larutan eksternal menentukan jumlah ion

dalam larutan tersebut, semakin besar

konsentrasinya maka semakin banyak

kuantitas ion yang ada dalam larutan tersebut. Konsentrasi larutan mempengaruhi mobilitas ion dan secara tidak langsung memberikan efek pada pengukuran tegangan membran.

Berdasarkan persamaan (23) dan (24), beda tegangan dipengaruhi oleh besarnya konsentrasi ion. Tiap-tiap ion memiliki kemampuan yang berbeda untuk dapat menembus pori-pori membran. Penambahan

konsentrasi larutan menyebabkan beda

tegangan membran meningkat. Berdasarkan hasil penelitian didapatkan bahwa untuk

larutan NaCl, MgCl2 dan AlCl3, besarnya

tegangan membran dipengaruhi oleh besarnya konsentrasi larutan. Hal ini terlihat dari grafik tegangan yang meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi larutan eksternal. Hasil pengukuran tegangan pada berbagai konsentrasi larutan ini secara tidak langsung dapat menunjukkan fenomena transport ion yang melewati membran. Dalam kasus ini fenomena transport ion yang melewati

membran dipengaruhi oleh besarnya

konsentrasi ion pembawa dalam larutan 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,1 1 10 100 Konsentrasi (m M) T e g a n g a n ( V o lt ) NaCl MgCl2 AlCl3

Gambar 11. Hubungan Tegangan Membran

pada Berbagai Konsentrasi

Larutan NaCl, MgCl2 dan AlCl3

pada Suhu Ruang

elektrolit. Semakin besar konsentrasi larutan eksternal membran maka transport ion yang

terjadi juga semakin meningkat.

Meningkatnya transport ion yang melewati

membran menyebabkan meningkatnya

tegangan membran yang terukur.

1.2 Tinjauan Perlakuan Variasi Suhu

Hubungan tegangan terhadap variasi suhu

untuk masing-masing larutan NaCl, MgCl2

dan AlCl3 secara umum meningkat seiring

dengan meningkatnya suhu larutan.

Gambar 12 menunjukkan grafik tegangan terhadap suhu larutan. Pada semua suhu,

tegangan membran untuk lautan AlCl3 lebih

besar dibandingkan MgCl2 dan NaCl.

Mekanisme transport ion melalui pori

membran adalah model yang tepat untuk analisa pengaruh suhu terhadap perubahan

pori-pori dan energi barier membran.

Besarnya pori-pori dan energi barier

membran menunjukkan karakteristik dari membran yang digunakan.

Peningkatan suhu larutan eksternal

menyebabkan semakin banyaknya ion-ion dan elektron yang bergerak cepat melewati pori membran. Pergerakan ion-ion ini disebabkan karena adanya energi kinetik dari ion-ion dalam larutan tersebut, sehingga semakin

banyak arus yang mengalir melewati

membran. Adanya arus yang mengalir melewati membran mengakibatkan tegangan membran yang terukur juga meningkat. Peningkatan suhu juga mengakibatkan ukuran pori membran berubah, sehingga ion-ion dan elektron lebih mudah melewati membran, yang selanjutnya akan berpengaruh terhadap hasil tegangan yang diukur.

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 30 40 50 60 70 80 90 Suhu (0_C) T e g a n g a n ( V o lt ) NaCl MgCl2 AlCl3

Gambar 12. Hubungan Tegangan Membran terhadap Variasi Suhu pada Konsentrasi 100 mM Larutan

(20)

0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 1 2 3 Valensi Ion T e g a n g a n ( V o lt ) 0,1 mM 10 mM 100 mM

Gambar 13. Hubungan Tegangan Membran

terhadap Valensi Ion Na+, Mg2+

dan Al3+

1.3 Tinjauan Valensi Ion

Jenis valensi ion ditentukan oleh jenis larutan elektrolit eksternal. Variasi valensi ion yang digunakan pada penelitian ini adalah Na+Cl-, Mg2+Cl- dan Al3+Cl- yang merupakan larutan elektrolit kuat dan mewakili valensi 1, 2 dan 3. Pemberian variasi valensi ion ternyata berpengaruh terhadap pengukuran tegangan membran. Gambar 13 menunjukkan hubungan tegangan terhadap variasi valensi ion. Berdasarkan grafik tersebut terlihat bahwa semakin besar valensi ion larutan eksternal akan meningkatkan nilai tegangan membran yang terukur. Hal ini disebabkan karena semakin besar ukuran jari-jari ion maka semakin jauh jaraknya dari inti ke elektron terluar yang akan menghasilkan

potensial ionisasi rendah. Rendahnya

potensial ionisasi menyebabkan kemampuan ion untuk melewati membran semakin kecil. Fenomena transport ion berdasarkan valensi ion ditunjukkan dari hasil pengukuran tegangan yang semakin meningkat dengan semakin besarnya valensi ion larutan. Hal ini menunjukkan bahwa semakin kecil ukuran jari-jari ion maka kemampuan ion tersebut melewati membran lebih mudah.

2. Konduktansi Membran

Konsentrasi

Seperti halnya pada pengukuran tegangan membran, pengukuran konduktansi membran

meningkat dengan semakin besarnya

konsentrasi larutan eksternal. Variasi

konsentrasi larutan elektrolit eksternal

menentukan jumlah ion dalam larutan

tersebut. Semakin besar konsentrasinya maka semakin banyak jumlah kuantitas ion dalam larutan. Konsentrasi larutan mempengaruhi mobilitas ion dan secara tidak langsung mempengaruhi karakteristik konduktansi

0,0 3,5 7,0 10,5 14,0 17,5 21,0 24,5 28,0 31,5 35,0 0,1 1 10 100 Konsentrasi (m M) K o n d u kt an si ( μ s) NaCl MgCl2 AlCl3

Gambar 14. Hubungan Konduktansi

Membran pada Berbagai

Konsentrasi Larutan NaCl,

MgCl2 dan AlCl3 pada Suhu

Ruang

membran yang digunakan. Konduktansi

merupakan salah satu sifat listrik yang menunjukkan tingkat aliran ion yang melintasi membran.

Berdasarkan Gambar 14 terlihat bahwa Konduktansi membran meningkat dengan meningkatnya konsentrasi larutan eksternal. Besarnya konduktansi membran pada larutan AlCl3 lebih besar daripada MgCl2 dan NaCl.

Hal ini menunjukkan bahwa adanya faktor valensi yang berpengaruh terhadap nilai konduktansi membran yang terukur. Nilai konduktansi membran yang semakin besar menunjukkan bahwa ion yang mampu melewati membran semakin banyak, namun juga menyatakan bahwa jumlah ion yang terhalang oleh membran semakin banyak pula. Gambar 14 memperlihatkan hasil pengukuran

konduktansi AlCl3 tidak berbeda jauh dengan

MgCl2. Hal ini menandakan bahwa ion Al3+

yang ukuran jari-jari ionnya lebih kecil dari

Na+ dan Mg2+ telah terhalang untuk melewati

membran.

2.2 Tinjauan Perlakuan Variasi Suhu Hubungan konduktansi membran terhadap suhu ditunjukkan dalam bentuk grafik plot lnG terhadap 1/T yang cenderung linier dengan kemiringan negatif (Gambar 15.1). Gambar 15.1 yang cenderung linier dengan kemiringan negatif menunjukkan adanya korelasi antara nilai konduktansi terhadap suhu dan kemungkinan besar berpengaruh terhadap mekanisme transport ion yang melewati membran. Berdasarkan Gambar 15.2 terlihat bahwa kemiringan grafik lnG terhadap 1/T untuk larutan NaCl relatif lebih

linier dibandingkan larutan MgCl2 dan AlCl3.

Semakin tinggi suhu maka aliran ion-ion semakin cepat. Nilai konduktansi membran merupakan fungsi eksponensial dari suhu

(21)

-15,5 -14,0 -12,5 -11,0 -9,5 -8,0 0,0027 0,0028 0,0029 0,0030 0,0031 0,0032 0,0033 1/T (K-1₎ ln G 0,1 mM 0,2 mM 1 mM 10 mM 50 mM 100 mM Linear (0,1 mM) Linear (0,2 mM) Linear (1 mM) Linear (10 mM) Linear (50 mM) Linear (100 mM)

Gambar 15.1 Hubungan lnG terhadap 1/T pada Larutan NaCl untuk 6 Macam Konsentrasi dalam

Range suhu (30-90) 0C -15,5 -14,0 -12,5 -11,0 -9,5 -8,0 0,0027 0,0028 0,0029 0,0030 0,0031 0,0032 0,0033 1/T (K-1₎ ln G NaCl MgCl2 AlCl3 Linear (NaCl) Linear (MgCl2) Linear (AlCl3)

Gambar 15.2 Hubungan lnG terhadap 1/T untuk Konsentrasi 50 mM

Larutan NaCl, MgCl2 dan

AlCl3

sehingga peningkatan suhu secara tidak

langsung mempengaruhi karakteristik

membran yang digunakan, dimana pada penelitian ini digunakan membran telur.

Fenomena transport ion yang melewati membran dapat dianalisa dari pengukuran konduktansi pada variasi suhu larutan, dimana

kemiringan grafik lnG terhadap 1/T

merupakan besarnya energi barier membran yang selanjutnya dapat menentukan ukuran

pori-pori membran yang menunjukkan

karakteristik membran. Namun pada

penelitian ini hanya dikaji fenomena transport membran dari pengaruh suhu terhadap nilai konduktansi membran.

Peningkatan nilai konduktansi karena penambahan suhu dapat disebabkan beberapa faktor, antara lain fenomena larutan. Saat suhu dinaikkan maka akan ada tambahan energi kinetik dari panas yang diberikan. Hal ini akan mengakibatkan ion-ion dan elektron

mudah bergerak sehingga energinya

bertambah besar. Dengan semakin banyaknya ion-ion yang bergerak maka semakin banyak arus yang dibawa, akibatnya aliran arus yang melewati membran akan meningkat yang

diikuti dengan meningkatnya nilai

konduktansi.

Ditinjau dari segi pori membran,

kemampuan membran untuk mempertahankan

bentuk pori-porinya semakin berkurang

seiring dengan peningkatan suhu. Sehingga arus yang dibawa ion-ion semakin mudah untuk melewati membran. Besarnya aliran arus akan meningkatkan nilai konduktansi membran.

2.3 Tinjauan Valensi Ion

Pada suhu ruang, konduktansi membran

untuk larutan AlCl3 lebih besar daripada

MgCl2 dan NaCl. Berdasarkan Gambar 16,

larutan AlCl3 memiliki konduktansi yang

lebih besar daripada MgCl2 dan NaCl karena

muatan ion negatif yang dilepaskan AlCl3

lebih banyak. Dalam satu proses disosiasi

AlCl3 melepaskan tiga buah ion Cl

sedangkan

MgCl2 melepaskan dua buah ion Cl

dan NaCl melepaskan satu buah ion Cl-. Adapun reaksi dissosiasinya sebagai berikut:

AlCl3 Al 3+

+ 3 Cl- MgCl2 Mg2+ + 2 Cl- (25)

NaCl Na+ + Cl- Semakin besar suatu larutan melepaskan elektron berarti semakin banyak energi yang dibebaskan ion untuk dapat melewati

membran. Elektron yang dilepaskan

mempermudah aliran arus yang melewati membran. Semakin besarnya energi yang dihasilkan maka arus yang muncul juga semakin besar. Besarnya arus menyebabkan semakin besarnya nilai konduktansi membran yang diukur.

Membran terhadap Valensi Ion Na+, Mg2+ dan Al3+ 0 4 8 12 16 20 24 28 32 1 2 3 Valensi Ion K on du k ta ns i (μs ) 0,1 mM 10 mM 100 mM

(22)

0 12 24 36 48 60 72 84 1 10 100 1000 10000 100000 Frekuensi (Hz) K o n d u kt an si ( μ s) NaCl MgCl2 AlCl3

Membran terhadap Variasi

Frekuensi pada Konsentrasi 100

mM Larutan NaCl, MgCl2 dan

AlCl3

. 2.4 Tinjauan Pengaruh Frekuensi Arus Eksternal

Frekuensi yang digunakan pada penelitian ini termasuk kedalam frekuensi audiosonik.

Penggunaan frekuensi audiosonik

dimaksudkan agar gangguan dari gelombang suara dapat diketahui. Selain itu pada daerah frekuensi ini alat ukur yang digunakan masih bekerja dengan baik.

Gambar 17 menunjukkan adanya

pemberian frekuensi menyebabkan pergerakan ion-ion di dalam larutan semakin cepat.

Semakin cepatnya pergerakan ion

menghasilkan semakin cepatnya aliran arus yang melewati membran. Hal inilah yang menyebabkan semakin meningkatnya nilai

konduktansi membran seiring dengan

meningkatnya frekuensi yang diberikan. Sehingga pemberian sumber frekuensi juga berpengaruh pada meningkatnya mekanisme transport ion yang melintasi membran

3. Karakteristik Arus-Tegangan Membran

Konsentrasi

Gambar 18 menunjukkan grafik I-V terhadap konsentrasi larutan elektrolit NaCl,

MgCl2 dan AlCl3. Dari gambar dibawah ini

terlihat bahwa I-V membran telur mendekati linier. I-V membran meningkat dengan

semakin besarnya konsentrasi larutan

eksternal. Ini menandakan bahwa grafik tersebut bersifat ohmik. Kemiringan grafik I-V dapat menyatakan nilai konduktansi. Dengan

demikian semakin meningkatnya I-V

membran juga menyebabkan konduktansi meningkat terhadap konsentrasi larutan. Hal ini dapat dikorelasikan dengan pengukuran konduktansi langsung menggunakan LCR meter yang telah dibahas diatas. Berdasarkan hasil pengukuran konduktansi dengan LCR meter menyatakan bahwa konduktansi

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 -1 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Tegangan (Volt) Arus (μA) 0,1 mM 0,2 mM 1 mM 10 mM 50 mM 100 mM (a) -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 -1 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Tegangan (Volt) Arus (μA) 0,1 mM 0,2 mM 1 mM 10 mM 50 mM 100 mM (b) -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 -1 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Tegangan (Volt) Arus (μA) 0,1 mM 0,2 mM 1 mM 10 mM 50 mM 100 mM (c)

Gambar 18. Hubungan Karakteristik I-V Membran terhadap Konsentrasi

Larutan (a) NaCl, (b) MgCl2 dan

(c) AlCl3 pada Suhu Ruang

meningkat dengan semakin besarnya

konsentrasi larutan eksternal. Hal ini juga sesuai dari hasil kemiringan grafik I-V yang juga menyatakan nilai konduktansi meningkat dengan meningkatnya konsentrasi larutan. 3.2 Tinjauan Perlakuan Variasi Suhu

Secara umum karakteristik I-V membran telur pada berbagai variasi suhu untuk larutan

NaCl, MgCl2 dan AlCl3 mendekati linier.

Adanya perubahan suhu larutan

mengakibatkan kemiringan grafik I-V

bergeser searah dengan kenaikan suhu. Dari Gambar 19, terlihat bahwa pengaruh suhu pada konsentrasi NaCl 0,1 mM dan 10 mM tidak memberikan kontribusi yang signifikan terhadap aliran arus. Pengaruh pemberian

(23)

-600 -400 -200 0 200 400 600 -1 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Tegangan (Volt) Arus (μA)

suhu 30 suhu 40 suhu 50 suhu 60 suhu 70 suhu 80 suhu 90

(a) -600 -400 -200 0 200 400 600 -1 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Tegangan (Volt) Arus (μA)

(b) -600 -400 -200 0 200 400 600 -1 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Tegangan (Volt) Arus (μA)

(c)

Gambar 19. Hubungan Karakteristik I-V

Membran terhadap Variasi Suhu pada Larutan NaCl (a) 0,1 mM, (b) 10 mM dan (c) 100 mM suhu baru terlihat pada konsentrasi 100 mM. Dimana terlihat bahwa semakin tinggi suhu maka kemiringan grafik I-V juga meningkat.

Untuk larutan MgCl2 dan AgCl3 terlihat

bahwa pengaruh suhu terhadap kenaikan

kemiringan grafik I-V terlihat pada

konsentrasi 10 mM dan 100 mM (Gambar 20 dan Gambar 21). Kemiringan grafik I-V juga

menandakan nilai konduktansi. Dengan

demikian, peningkatan suhu menyebabkan naiknya kemiringan grafik I-V yang juga berarti kenaikan nilai konduktansi. Korelasi

kemiringan grafik I-V dengan nilai

konduktansi yang diukur menggunakan LCR

meter pada variasi suhu mengalami

kemiripan. Fenomena transport keduanya menunjukkan bahwa kenaikan suhu larutan

(a) -150 -100 -50 0 50 100 150 -1 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Tegangan (Volt) Arus (μA)

(b) -150 -100 -50 0 50 100 150 -1 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Tegangan (Volt) Arus (μA)

(c)

Membran terhadap Variasi Suhu

pada Larutan MgCl2 (a) 0,1 mM,

(b) 10 mM dan (c) 100 mM menyebabkan kemampuan larutan untuk berdisosiasi semakin besar, sehingga semakin banyak ion-ion dan elektron yang dilepas. Semakin banyaknya ion-ion yang terlepas maka semakin banyak arus yang dibawanya.

Akibatnya aliran arus yang melewati

membran meningkat. Aliran arus

mempengaruhi besar nilai konduktansi

membran, sehingga konduktansi membran juga meningkat.

3.3 Tinjauan Model Membran dari

Rangkaian RC

Membran telur dapat dimodelkan sebagai rangkaian elektronik antara resistor dan

kapasitor (RC) yang tersusun paralel.

Berdasarkan pengukuran karakteristik I-V pada rangkaian RC menunjukkan bahwa

(24)

-1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 -1 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Tegangan (Volt) Arus (μA)

(a) -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 -1 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Tegangan (Volt) Arus (μA)

(b) -1000 -800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800 1000 -1 -0,9 -0,8 -0,7 -0,6 -0,5 -0,4 -0,3 -0,2 -0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 Tegangan (Volt) Arus (μA)

(c)

Membran terhadap Variasi Suhu pada Larutan AlCl3 (a) 0,1 mM,

(b) 10 mM dan (c) 100 mM adanya korelasi yang sama dengan hasil pengukuran Karakteristik I-V membran telur.

Gambar 22 memperlihatkan bahwa

Kemiringan I-V dari rangkaian RC yang

terukur mendekati linier. Dari hasil

pengukuran tersebut maka membran telur yang digunakan dapat dimodelkan seperti rangkaian RC yang tersusun paralel.

Membran sel dapat ditunjukkan sebagai

sebuah resistor, sedangkan pemukaan

membran dengan cairan intraselular dan ekstraselular berperan seperti sebuah kapasitor yang terpisah sejauh 5 nm [23]. Dari hasil pemodelan membran dengan menggunakan rangkaian RC memberikan kontribusi yang nyata tentang mekanisme transport ion yang mungkin untuk melewati membran telur. Pemodelan membran tersebut dapat

(R 4000 ohm) (C 20 pF) (R 1000000 ohm) (C 4700 mikroF)

Gambar 22. Karakteristik I-V Rangkaian RC yang Tersusun Paralel

menentukan nilai dari resistansi dan

konduktansi membran yang digunakan. Nilai resistansi dan konduktansi yang diperoleh

nantinya dapat menunjukkan fenomena

transport ion yang melewati membran telur.

KESIMPULAN DAN SARAN

Kesimpulan

Mekanisme transport ion yang melewati

membran telur dapat dikaji melalui

pengukuran tegangan, konduktansi dan

karakteristik Arus-Tegangan. Pengaruh

konsentrasi, suhu, frekuensi dan valensi ion ternyata mempengaruhi mekanisme transport yag terjadi. Semakin tinggi konsentrasi larutan elektrolit maka semakin besar tegangan dan konduktansi listrik membran telur. Semakin tinggi suhu maka semakin besar tegangan dan konduktansi listrik membran telur dalam larutan elektrolit. Semakin besar frekuensi maka semakin besar konduktansi listrik membran telur. Karakteristik Arus-Tegangan

membran telur mendekati sifat ohmik.

Konsentrasi dan suhu berpengaruh pada karakteristik Arus-Tegangan membran telur dalam larutan elektrolit. Semakin tinggi konsentrasi dan suhu larutan elektrolit maka

gradien Arus-Tegangan membran telur

meningkat. Membran telur yang digunakan

dapat dimodelkan sebagai rangkaian

elektronik antara resistor dan kapasitor (RC) yang tersusun paralel.

Saran

Penelitian selanjutnya diharapkan dapat memperbaiki kinerja alat yang digunakan. Perbaikan pada chamber membran agar posisi

elektroda lebih stabil sehingga hasil

pengukuran lebih akurat. Penggunaan larutan analis agar hasil pengukuran akurat. Penelitian lebih lanjut dapat dilakukan untuk mengetahui ukuran pori-pori membran dan muatan

(25)

membran untuk melihat mekanisme transport ion yang melewati membran.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Piluharto, B. 2003. Kajian Sifat Fisik

Film Tipis Nata de Coco sebagai Membran Ultrafiltrasi. Jurnal Ilmu Dasar. Vol. 4(1): 52-57

[2] Syam, R. S. 2006. Kajian Pengaruh

Konsentrasi Larutan dan Valensi Ion terhadap Energi Aktivasi Ion Ketika Melalui Membran Selulosa Asetat [Skripsi]. Bogor : Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor

[3] Notodarmojo, S dan A. Deniva. 2004.

Penurunan Zat Organik dan Kekeruhan

Menggunakan Teknologi Membran

Ultrafiltrasi dengan Sistem Aliran Dead-End. Jurnal Sains dan Teknologi. ITB-Bandung. Vol.36(1): 63-82

[4] Azizah, F. 2008. Kajian Sifat Listrik

Membran Selulosa Asetat yang

Direndam dalam Larutan Asam

Klorida dan Kalium Hidroksida

[Skripsi]. Bogor : Jurusan Fisika

[5] Juansah, J. 2000. Karakteristik

Arus-Tegangan Membran Polisulfon Dalam Larutan Elektrolit pada Berbagai Frekuensi, Konsentrasi dan Suhu [Skripsi]. Bogor : Jurusan Fisika

[6] Scarlata, S. 2004. Membrane Protein

Structure. Biophysics Textbook Online (BTOL). Chapter 1 Section 2: 1-23

[7] Huriawati, F. 2006. Kajian Filtrasi Sari

Buah Nenas dengan Menggunakan Membran Selulosa Asetat [Skripsi]. Bogor : Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor

[8] Gea, S., Andriyani dan S Lenny. 2005.

Pembuatan Elektroda Selektif-Ion Cu (II) dari Kitosan- Polietilen Oksida.

Program Studi Kimia, Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara

[9] Timoti H. 2005. Aplikasi Teknologi

Membran Pada Pembuatan Virgin

Coconut Oil (VCO). PT. Nawapanca Adhi Cipta

[10] Oren, Y, R Rubinstein, et al. 2002.

Modified Heterogeneous

Anion-Exchange Membranes for Desalination of Brackish and Recycled Water. Environmental Engineering Science. Vol. 19(6): 512-529

[11] Maryati, R. A. 2003. Pengaruh Protein terhadap Konduktansi Listrik Membran Filtrasi pada Berbagai Suhu [Skripsi]. Bogor : Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor

[12] Rakhmanudin, M. 2005. Karakteristik Kelistrikan Membran Selulosa Asetat dalam Berbagai Tingkat Keasaman Larutan. [Skripsi]. Bogor : Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor

[13] Prabakaran, K., A. Balamurugan dan S.

Rajeswari. 2005. Development of

Calsium Phosphate Based Apatite from Hen’s Eggshell. Bull, Mater, Sci. Vol. 28(2): 115-119

[14] Muttaqin. 2005. Kajian Konduktansi

Membran Selulosa Asetat pada

Perendaman Ekstrak Buah Semangka. [Skripsi]. Bogor : Jurusan Fisika

[15] Setiawati, T. 2004. Diktat Kimia Dasar I. Bogor : Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor.

[16] Juansah, J dan Irmansyah. 2007. Kajian Sifat Dielektrik Buah Semangka dengan Pemanfaatan Sinyal Listrik Frekuensi Rendah. Jurnal Sains MIPA. Vol.13(3): 159-164

[17] Yustina, N. 2001. Pengaruh

Konsentrasi dan Valensi Ion Larutan

Elektrolit Eksternal Terhadap

Konduktansi Membran Millipore pada Berbagai Suhu [Skripsi]. Bogor : Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor

[18] Rahmat, M. 2000. Penentuan

Impedansi Membran pada Berbagai Konsentrasi Larutan Eksternal dengan

Metode Spektroskopi Impedansi

(26)

[19] Wijayanti, D.L.C. 2009. Sintesis dan Kajian Sifat Listrik Membran Kitosan dengan Variasi Konsentrasi Kitosan [Skripsi]. Bogor : Jurusan Fisika

[20] Susilawati, E. N. 2006. Kajian Sifat Listrik dan Fisik Berbagai Jenis Buah

Jeruk pada Tingkat Ketuaannya.

[21] Juansah, J., k. Dahlan, M.

Rahmanuddin dan Irmansyah. 2006.

Kajian Membran Selulosa Asetat

(SAM) sebagai Sensor Keasaman dari Ekstrak Buah-buahan. Jurnal Biofisika. Vol. 2(1): 23-34

[22] Ghosh, D., S. Manna, S. De, R. Basu,

and P. Nandy. 2003. Electrical

Properties of Lipid Membrane-Role of Bathing Solution. Internet Electronic Journal of Molecular Design. Vol. 2: 0-6

[23] Bier, M. 2006. How to Evaluate the Electrical Noise in a Cell Membrane?. Acta Physica Polonica B. Vol. 37(5): 1409-1424

(27)

(28)