112
Penentuan pH dan Temperatur Optimal terhadap Elektroda Selektif Ion (ESI) Merkuri Tipe Kawat Terlapis Bermembran Kitosan pada Sediaan Kosmetik
Atikah*, Ema Pristi*, Alvan Febrian*, Dian Novita W*
ABSTRAK
Penggunaan elektroda selektif ion (ESI) dalam analisis kimia sangat luas, salah satunya digunakan untuk pengujian anion maupun kation. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pH dan temperatur optimal ESI merkuri tipe kawat terlapis bermembran kitosan. ESI dibuat dari kawat platina (Pt) yang dilapisi membran yang terbuat dari campuran bahan aktif kitosan-Hg, berpendukung polimer polivinylchloride (PVC), dan pemlastis dioktilphtalat (DOP) dalam pelarut tetrahidrofuran (THF) dengan perbandingan 1:3 (b/v). Penentuan pengaruh pH dilakukan dengan mengukur larutan Hg2+ pada rentang konsentrasi 1x10-8–1x10-1 M pada pH 3-8 menggunakan
bufer fosfat. Pengukuran pengaruh temperatur dilakukan dengan mengukur larutan Hg2+ pada rentang
konsentrasi 1x10-8–1x10-1 M pada temperatur 20-50 oC. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ESI merkuri tipe
kawat terlapis berbasis kitosan memiliki pH optimal pada pH 6 dan memiliki temperatur optimal pada 20–30 oC.
Kata Kunci : Elektroda selektif ion (ESI) tipe kawat terlapis, Kitosan, Membran, Merkuri, Potensiometri.
Determination of Optimum Ph and Temperature of Coated Wire Mercury Ion Selective Electrode (CWE Mercury) Using Chitosan Membranes in Cosmetics
ABSTRACT
Ion selective electrode (ISE) is widely used in analytical chemistry which can use in anion and cation exami-nation. The aim of this study was to determine the optimum pH and temperature of coated wire mercury ion selective electrode (CWE mercury) using membranes made from chitosan as an active material, polyvinyl chloride (PVC) as supporting material mixture, and dioctylphthalate (DOP) with a ratio was dissolved in tetrahydrofuran (THF) solvent (1:3 w/v). In this study, the determination of the pH optimum was done by measuring the potential solution of mercury chloride in the concentration range 10-8-10-1 M at pH range 3-8, and the determination of temperature was done by measuring the potential solution of mercury chloride in the concentration range 10-8-10-1 M at 20-30 oC. The research results showed that CWE mercury based-chitosan membrane has pH optimum at
pH 6 and had optimum temperature at 20-30 oC.
Keywords : Coated wire ion selective electrode (CWE), Chitosan, Membrane, Mercury, Potentiometry.
113
PENDAHULUANKosmetik bermerkuri sebenarnya bukan hal baru. Beberapa waktu lalu, kosmetik ini telah ramai digunakan. Merkuri mampu menghambat produksi melanin. Akibat jumlah melanin kulit berkurang, maka kulit terlihat tampak lebih putih.1 Merkuri termasuk logam berat berbahaya, yang dalam konsentrasi kecilpun dapat bersifat racun. Ion merkuri akan berikatan dengan sulfhidril dari protein enzim dan protein seluler sehingga mengganggu fungsi enzim dan transport sel. Adanya hambatan dan paparan yang terus menerus oleh merkuri dapat menyebabkan kerusakan permanen pada otak, hati, dan ginjal.2
Pada penelitian ini, dilakukan pengembangan analisis merkuri pada sampel krim kosmetik menggunakan metode potensiometri. Potensiometri adalah salah satu metode analisis tertua yang masih digunakan secara luas. Penerapan potensiometri umumnya melibatkan penggunaan sel elektrokimia yang tersusun atas elektroda pembanding (refference electode), yaitu elektroda yang potensialnya tetap selama pengukuran dan elektroda indikator (indicator electrode), yaitu elektroda yang potensialnya tergantung pada aktivitas ion yang ditentukan.3 Elektoda indikator yang akan digunakan adalah elektroda yang selektif terhadap ion dimana elektroda inilah yang nantinya mengenali ion-ion merkuri. Keunggulan elektroda selektif ion antara lain adalah sederhana, selektif, cepat, murah dan bila telah dilakukan karakterisasi dapat digunakan untuk analisis tanpa melakukan pemisahan terlebih dahulu.4
Membran untuk melapisi elektroda selektif ion (ESI) yang akan digunakan adalah kitosan. Kitosan secara luas digunakan untuk menghilangkan ion logam berat. Penelitian tentang kitosan sebagai adsorben ion logam telah banyak dilakukan diantaranya untuk menghilangkan dan membentuk kompleks dengan ion Fe(II), Cu(II), Pb(II), Zn(II), Ni(II), Mn(II), dan Hg(II) untuk mengurangi pencemaran akibat limbah logam berat yang ada. Pemanfaatan lain dari kitosan di antaranya system penghantaran obat (drug delivery), rekayasa jaringan, dan pengawet makanan.5
Dalam pengujian ESI elektroda indikator harus memenuhi berbagai persyaratan, salah satunya respon harus sedekat mungkin dengan persamaan Nernst.6 Berbagai sumber menyebutkan bahwa faktor-faktor yang mempengaruhi persamaan Nernst adalah komposisi membran, koefisien selektivitas, pH, ion asing, waktu perendaman, waktu respon, temperatur, limit deteksi, rentang pengukuran, dan usia pakai. Pengukuran potensial menggunakan ESI merkuri memerlukan pH dan temperatur optimal. Menurut Wibratha (2007), untuk sensor kation, ion hidrogen dapat membentuk kompleks dengan bahan aktif sedangkan pada pH alkali konsentrasi ion hidroksida yang sangat tinggi dapat menjadi pengganggu bagi sensor anion. Oleh karena itu, perlu ditentukan kisaran pH optimal agar sensor dapat bekerja tanpa adanya gangguan ion hidrogen. Temperatur optimal juga perlu dipelajari, karena dengan perubahan 10 oC pada temperatur sampel dapat mengubah harga faktor Nernst 1 mV/dekade. Selain itu, dengan adanya panas dari temperatur yang ditingkatkan menyebabkan kondisi membran menjadi tidak stabil dan kaku karena terjadi penurunan secara irreversible ketebalan membran. Berdasarkan uraian di atas, maka pada penelitian ini perlu dipelajari pengaruh pH dan temperatur terhadap ESI merkuri sehingga dapat diaplikasikan dengan baik untuk penentuan kadar merkuri dalam sampel krim kosmetik.
BAHAN DAN METODE
Desain Penelitian
Pada penelitian ini, rancangan yang digunakan adalah eksperimental laboratorik berdasarkan pada potensiometri yang menggunakan ESI merkuri tipe kawat terlapis bermembran kitosan untuk menentukan pH dan temperatur optimal. pH yang digunakan adalah 3, 4, 5, 6, 7, dan 8 sedangkan temperatur yang digunakan 20, 30, 40, 50 (0C).
Pembuatan Larutan Induk Merkuri
114
HgCl.H2O dimasukkan ke dalam labu ukur 100,0 ml dan ditambahkan akuades sampai garis batas.Pembuatan Larutan Uji Merkuri 1x10-1 – 1x10-8 M.
Pembuatan larutan uji merkuri 1x10-1 – 1x10-8 M digunakan untuk mengukur harga potensial ESI merkuri tipe kawat terlapis. Larutan induk merkuri 0,25 M diambil sebanyak 40,0 ml, dimasukkan ke dalam labu ukur 100,0 ml dan ditambahkan akuades sampai garis tanda batas. Larutan dikocok sampai homogen, dan diperoleh larutan merkuri dengan konsentrasi 1x10-1 M. Larutan uji merkuri 1x10-2–1x10-8 M dibuat dengan pengenceran bertingkat dengan rumus M1 x V1 = M2 x V2.
Pembuatan Larutan Bufer Fosfat pH 3-8 Larutan bufer fosfat pH 3 – 8 dibuat untuk menjadikan larutan yang akan diuji agar mempunyai pH yang diinginkan. Larutan ini dibuat dengan menambahkan NaOH 0,1 M dengan volume tertentu ke dalam larutan H3PO4 0,1 M 50,0 ml sampai pH meter menunjukkan pH 3–8. Penambahan volume NaOH 0,1 M berbeda-beda tergantung kebutuhan.
Pembuatan Larutan Uji Merkuri 1x10-1 – 1x10-8 M pH 3-8
Larutan uji merkuri 1x10-1 – 1x10-8 M diambil sebanyak 5,0 mL dan dimasukkan ke dalam botol sampel. Kemudian larutan dikondisikan pada pH 3-8 dengan penambahan bufer yang sebelumnya telah dibuat sambil distirer agar homogen.
Pembuatan Membran Kitosan
Kitosan ditimbang sebanyak 1 g dan ditambahkan 40,0 ml asam asetat 3 % (v/v). Kemudian diaduk menggunakan stirer selama 24 jam. Lalu ditambahkan dengan NaOH 0,1 M hingga pH kitosan menjadi pH 5. Komposisi membran yang akan digunakan adalah kitosan : PVC : DOP dengan perbandingan 3 : 39 : 58. Pencampuran yang pertama dilakukan adalah antara kitosan dengan DOP serta ditambahkan PVC dan dilarutkan ke dalam 3,0 ml pelarut THF. Selanjutnya diaduk dengan stirer selama
3 jam sampai diperoleh larutan yang homogen dan tidak terdapat gelembung udara.
Pembuatan ESI Merkuri Tipe Kawat Terlapis Bermembran Kitosan
Campuran kitosan gel yang telah dibuat sebelumnya dilapiskan pada kawat platina. Kawat platina yang digunakan berukuran 5 cm dengan diameter 0,5 cm. Pertama-tama, ujung kawat dicuci bersih dari kotoran dan lemak menggunakan HNO3 pekat, akuades, dan alkohol sebanyak 3 kali. Lalu dikeringkan pada suhu ruang. Selanjutnya, campuran membran dilapiskan pada kawat platina dengan cara mencelupkan ujung kawat platina ± 1,5 cm ke dalam campuran membran hingga membran menempel pada kawat. Kemudian membran dikeringkan pada suhu ruang selama 30 menit dan dilanjutkan pemanasan pada suhu 50 oC dalam oven selama 12 jam. Setelah dingin, elektroda direndam larutan merkuri 0,25 M selama 40 menit lalu dibilas dengan akuades dan dikeringkan pada suhu ruang selama 10-60 menit.
Pengukuran pH Optimal pada ESI Merkuri Untuk mengetahui pH optimal ESI merkuri, dilakukan pengukuran larutan merkuri pada berbagai pH pada rentang 3-8 dengan konsentrasi merkuri 1x10-1 – 1x10-8 M. Besar penyimpangan dari harga faktor Nernst digunakan untuk menentukan pH optimal ESI merkuri berbasis kitosan.
Pengukuran Temperatur Optimal pada ESI Merkuri
Untuk mengetahui temperatur optimal ESI merkuri, dilakukan pengukuran larutan uji merkuri konsentrasi 1x10-1 – 1x10-8 M pada temperatur 20, 30, 40, 50 (oC). Besar penyimpangan dari harga faktor Nernst yang digunakan untuk menentukan temperatur optimal ESI merkuri berbasis kitosan.
HASIL
Respon terhadap pH 3-8
115
Tabel 1. Pengaruh pH terhadap responpoten-sial
pH Faktor Nernst(mV/dekade)
3 5,5 Nernstian 27,5 mV/dekade.
Respon terhadap Temperatur 20, 30, 40, dan 50 (OC).
Respon potensial yang dipengaruhi oleh temperatur dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2. Pengaruh temperatur
Temperatur (oC) Faktor Nernst (mV/dekade) temperatur optimal berada pada suhu 20 – 30 oC yang memiliki nilai Nernstian 25,5 dan 25,7 mV/dekade.
pH Optimal ESI Merkuri
Berdasarkan pengukuran potensial, dibuat grafik dengan sumbu y merupakan faktor Nernst (mV/dekade) dan sumbu x merupakan pH. Grafik ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Pengaruh pH 3-8
Temperatur Optimal ESI Merkuri
Berikut ini merupakan gambar grafik pengukuran potensial yang dipengaruhi oleh temperatur 20, 30, 40, dan 50 (oC) dengan sumbu y adalah faktor Nernst (mV/dekade), dan sumbu x adalah temperatur.
Gambar 2. Pengaruh temperatur 20-50 oC
PEMBAHASAN
pH Optimal ESI Merkuri
Dari Gambar 1 di atas, diketahui ada penyimpangan faktor Nernst dari nilai teoritis. Hal ini menunjukkan bahwa pH berpengaruh terhadap kinerja ESI merkuri berbasis kitosan. Nilai teoritis dari faktor Nernst dengan ion divalen adalah sebesar 29,5±5 mV/dekade konsentrasi. Sehingga batas minimal dari faktor Nernst adalah 24,5 mV/dekade dan batas maksimal dari faktor Nernstadalah 34,5 mV/dekade. Jadi apabila nilai potensial yang dihasilkan kurang atau melebihi dari batas minimal dan maksimal maka bisa dikatakan bersifat Nernstian. Pada pH asam (3-5) terjadi protonasi gugus NH2 menjadi –NH3+ sehingga ion H+ melimpah sebagai ion kontra dalam larutan dan dalam membran. Kondisi ini mempengaruhi proses pertukaran ion Hg2+ pada membran sebagai koion dan ion Hg2+ pada gugus aktif membran untuk melakukan pertukaran ion dengan ion Hg2+ pada analit. Menurunnya sifat selektivitas membran mempengaruhi proses pertukaran ion Hg2+ akibatnya respon potensial semakin turun, yang ditunjukkan oleh faktor Nernst yang rendah.
116
Pada pH ini, Hg2+ mulai membentuk [HgOH]+ sehingga dalam larutan terdapat ion Hg2+ juga ion OH-. Karena adanya OH-, kitosan membentuk gugus -NH2 sehingga ion Hg2+ yang berikatan pada gugus aktif membran akan semakin banyak, sehingga memungkinkan adanya ikatan kovalen koordinasi dengan Hg2+ dan kompetisi Hg2+ dengan H+ juga semakin berkurang. Hal ini mempengaruhi proses pertukaran ion Hg2+ dalam membran dan larutan sehingga kesetimbangan ion Hg2+ pada antarmuka membran-larutan semakin cepat tercapai dan respon potensial yang dihasilkan bersifat Nernstian. Pada pH basa (pH 7-8) konsentrasi ion OH- dalam larutan semakin tinggi. Selain itu, saat pH > 7 jumlah ion Hg2+ semakin berkurang sehingga proses pertukaran ion Hg2+ pada antarmuka membran larutan tidak sempurna yang mengakibatkan respon potensial tidak Nernstian ditunjukkan pada grafik yang semakin turun.Temperatur Optimal ESI Merkuri
Berdasarkan Gambar 2, temperatur optimal berada pada suhu 20–30 oC. Pada temperatur ini membran memberikan kinerja yang baik karena adanya penambahan energi kinetik, pertukaran ion semakin meningkat sehingga aktivitas ion Hg2+ dalam membran-larutan mencapai kesetimbangan. Semakin banyak jumlah ion Hg2+ antara permukaan membran dan ion Hg2+ dalam larutan analit maka semakin besar pula respon potensial terhadap ESI merkuri, sehingga harga Nernst yang dihasilkan bersifat Nernstian. Pada temperatur yang tinggi (> 40 oC) memberikan energi panas yang berlebih sehingga gerakan ion Hg2+ untuk berdifusi ke permukaan membran dan berikatan dengan gugus tetap membran semakin cepat, sehingga proses pertukaran ion menjadi kurang sempurna. Kurang sempurnanya pertukaran ion memberikan respon potensial yang rendah. Selain itu, temperatur yang semakin tinggi juga berpengaruh pada fleksibilitas membran. Kondisi membran jadi tidak stabil dan kaku karena terjadi penurunan ketebalan membran secara irreversible.7
KESIMPULAN
Penelitian ini menyimpulkan pH optimal ESI merkuri berada pada pH 6 dengan faktor Nernstian 27,5 mV/dekade. Temperatur optimal ESI merkuri berada pada suhu 20-30 oC dengan faktor Nernstian 25,5 dan 25,7 mV/dekade.
SARAN
Pada penelitian selanjutnya perlu dilakukan pengembangan untuk aplikasi sampel krim kosmetik. Selain itu, perlu dibuat cetakan agar membran yang dibuat memiliki ketebalan yang sama.
DAFTAR PUSTAKA
1. Deviana N. Pengetahuan, Sikap dan Tindakan Mahasiswa Mengenai Kosmetik Mengandung Merkuri (Hg) di Akademi Kebidanan Hafsyah Medan Tahun 2009. Medan: FKM Universitas Sumatera Utara. 2009.
2. Alfian Z. Merkuri: antara Manfaat dan Efek Penggunaannya Bagi Kesehatan Manusia dan Lingkungan. Medan: Universitas Sumatera Utara. 2006.
3. Putra PK. Validasi Metoda Penentuan Kadar Uranium dalam Bahan Bakar Uranium Oksida Menggunakan Metoda Davies-Gray Termodifikasi Secara Titrasi Potensiometri. Jakarta: BATAN. 2009. 4. Masykur A, Sayekti W, Hajar P.
Pembuatan dan Karakterisasi Elektroda Selektif Ion (ESI) Tembaga (II) dengan Pasta Karbon Berbahan Aktif CuS. Surakarta: FMIPA Universitas Sebelas Maret. 2004.
5. Sonia. Modifikasi Nano Partikel Perak dengan Kitosan Sebagai Pendeteksi Logam Berat. Depok: FMIPA Universitas Indonesia. 2012.
6. Gandjar IG, Rohman A. Kimia Farmasi Analisis. Yogyakarta: Pustaka Pelajar. 2009.
