OPTIMASI PEMBUATAN ELEKTRODA KERJA PLATINA TERMODIFIKASI FILM POLIPIROL-ASAM GLUTAMAT (PPy-Asg) SECARAVOLTAMMETRI SIKLIK

OPTIMASI PEMBUATAN ELEKTRODA

KERJA PLATINA TERMODIFIKASI FILM

POLIPIROL-ASAM GLUTAMAT (PPy-Asg)

SECARAVOLTAMMETRI SIKLIK

Anceu Murniati A Adi PurnomoB

A_{Jurusan Kimia Fakultas MIPA-UNJANI Jl.Terusan Sudirman PO.BOX 148 Cimahi} B_{Jurusan Fisika Fakultas MIPA-UNJANI Jl.Terusan Sudirman PO.BOX 148 Cimahi}

Email : an_murniati@yahoo.co.id

Abstrak

Optimasi kondisi elektropolimerisasi film polipirol-asam glutamate (PPy-Asg) yaitu 0,05 M ; 0,01 M dan KClO4 0,1 M sebagai elektrolit

pendukung. Voltamogram PPy-Asg sebanyak 10 siklus pada potensial 0-1000 mV dan laju selusur 100 mV/detik. Hasil rekaman FTIR film PPy-Asg memberikan pola spektrum khas, yang ditandai pergeseran polimerisasi dengan vibrasi melemah (pergeseran puncak N-H amina dari 3407 cm-1 menjadi 3398 cm-1 dan gugus fungsi O-H karboksilat (3123 cm-1) yang memungkinkan adanya interaksi dari asam glutamat yang teramobilkan dalam jaringan PPy Kata kunci : elekroda, film PPy-Asg. elektropolimerisasi, voltamogram,

Abstract

Optimation condition electropolymerization of Polypirrole-glutamic acid (PPy-Asg) between

0.05 M; 0.01 M and 0.1 M of KClO4 as

supporting electrolyte. The potential scan was 0 to 1000 mV and scan rate was carried out at 100 mV/s for 10 cycles. FTIR spectrum of PPy-Asg was sharper top and the happening of friction of polymerize is marked with weaken vibration ( friction of top N-H amine out of 3407 cm-1 becomes 3398 cm-1, the spectrum of PPg-Asg is marked by functional group O-H ( 3123 cm-1) what enables existence imobilized glutamic acid in PPy network.

Keywords: electrode, PPy-Asg film. electropolymerization, voltamogram,

PENDAHULUAN

Saat ini, polipirol (PPy) merupakan salah satu polimer konduktif yang paling menjanjikan. Karena itu, PPy dapat memiliki penerapan yang luas dalam berbagai bidang, seperti sensor.

Penelitian PPy untuk keperluan

biosensor adalah penelitian Elkinci et

al. (2007) dan Kiralp et al. (2003). Film

PPy diperoleh dengan cara

elektropolimerisasi secara Voltammetri siklik (CV) yaitu dengan mendepositkan monomernya dalam larutan elektrolit pada permukaan elektroda pada potensial anodik (oksidasi). Elektron pada konduksi polimer mampu merubah

keadaan konduktif selama proses

reduksi ataupun oksidasi. Dengan

terbentuknya muatan positif pada PPy maka anion tertentu dapat disisipkan

dengan memanfaatkan antaraksi

perbedaan muatan untuk mendapatkan PPy termodifikasi (Wang, 2000).

NH NH NH NH N H n polipirol pirol elektroda e- e-+

▸ Baca selengkapnya: elektroda yang terdapat pada sel aki

2 Gambar 1. Pertumbuhan film PPy (Cheung

et.al, 1990)

Menurut Wang (2000), PPy yang bermuatan positif dapat bergabung secara reversibel dengan spesi anionik pada suatu larutan melalui proses

oksidasi dan reduksi :

e A P A P     _

dengan P adalah polipirol (PPy) dan A

-sebagai dopan anion untuk menetralkan

muatan. Adanya antaraksi perbedaan

muatan dari polipirol melalui

penyisipan anion dapat menghasilkan polipirol yang termodifikasi. Dalam keadaan oksidasi, sistem konjugasi elektron memperlihatkan pelepasan elektron mendorong ke arah polimer konduktif. Muatan positif itu diimbangi

oleh counter ion X-. Dalam keadaan

reduksi, elektron bertambah, dan

menghilangnya muatan positip dari rantai polimer. Secara serempak,

counter ion itu dipindahkan dari polimer untuk menetralkan muatan. Pada polimerisasi secara elektrokimia, monomer dilarutkan dalam pelarut yang sesuai yang berisi larutan garam sebagai elektrolit pendukung. Monomer tersebut dioksidasi pada permukaan

elektroda pada potensial anodik

(oksidasi). Pada oksidasi awal,

monomer membentuk radikal kation lalu bereaksi dengan monomer lain dalam larutan membentuk oligomer dan

pertumbuhan rantai selanjutnya

terbentuk polimer. Perpanjangan

polimer terkonyugasi yang dihasilkan mengakibatkan terjadinya penurunan potensial oksidasi dibandingkan dengan oksidasi monomer.

elektroda polimer larutan

PPyo

X

-elektroda polimer larutan

PPyo

X

-elektroda polimer larutan

PPyo

X

-elektroda polimer larutan

PPyo X -e -e -tahap-1 tahap-2 tahap-3 tahap-1

Gambar 2 Transfer anion selama proses redoks pada pertumbuhan polimer PPy Elektroda termodifikasi polimer telah

dipertunjukkan sebagai sensor

potentiometrik untuk menentukan

berbagai ion ataupun molekul serta

aplikasi biologi (Alumaa et a., 2000)

Miller,et al (Cheung et.al., 1990) telah

meneliti bahwa asam glutamat dan dopamin dapat dijerap dan dilepaskan dari membran film polipirol dengan potensial yang terkontrol.

Asam glutamat dengan rumus molekul

C5H9NO4 merupakan suatu asam amino

yang dibutuhkan tubuh kita. Gugus R pada asam glutamat bermuatan negatif

dan mempunyai tambahan gugus

karboksil. Sifat gugus R pada asam

glutamat menentukan polaritasnya.

Asam glutamat dapat diproduksi dari senyawa lain , yaitu hidrolisis dari glutamin dengan enzim GLS dan GLS-2 (Lehninger, 1995 )

glutamin + H2O → asam glutamat + NH3

Asam glutamat yang merupakan suatu asam amino, apabila larut dalam air akan membentuk zwitter ion (ion amfoter dan memiliki titik isoelektrik sebesar 3,22.

Purwanto (2004) telah mempelajari pelapisan PPy pada elektroda emas. Amobilisasi suatu asam amino pada fim PPy pada elektroda platina (Suratman (2003); dan Widya (2005), sedangkan penelitian tentang amobilisasi film PPy-Asg pada elektroda kawat terlapis

3 platina (Pt) telah dilakukan (Murniati,

et.al, 2007). Optimasi kondisi

elektropolimerisasi diperoleh dari

variasi dua elektroda Pt pada kondisi komposisi berbeda dari larutan pirol dan

KClO4 sebagai elektrolit pendukung.

Uji kinerja elektroda tersebut dengan parameter faktor nerst dan batas deteksi. Dari kajian penelitian sebelumnya

tentang kondisi optimasi

elektropolimerisasi film PPy-Asg

penelitian sebelumnya, maka pada

penelitian ini dilakukan kondisi

optimasi parameter elektrometri dari

elektroda kerja kawat platina

termodifikasi film polipirol-asam

glutamat (PPy-Asg). Hasil rekaman FTIR memberikan informasi bahwa kehadiran ionofor asam glutamat dapat diamobilisasi dalam jaringan film PPy.

METODOLOGI 1.Bahan Kimia

Bahan-bahan kimia yang digunakan berkualitas pro analisis sebagian besar

produk Merck. Sebagai monomer

digunakan pirol 98 % (Sigma-Aldrich) digunakan sebagai bahan pembuatan polipirol, asam glutamat merupakan

ionofor. Sebagai elektrolit pendukung

digunakan KClO4. Digunakan juga

larutan glutamin, glisin, leusin yang

dipelajari pengaruhnya sebagai ion pengganggu. Semua senyawa tersebut dilarutkan dengan pelarut akuabides.

2. Peralatan

a. Peralatan elektroda kerja

Digunakan kawat platina dengan

diameter 0,5 mm dan panjangnya sekitar 3 cm. Untuk melengkapi panjang dari elektroda kerja tersebut digunakan batang tembaga dengan diameter 0,6 mm dengan panjang 7 cm. Elektroda yang telah dipatri tersebut dimasukkan

ke dalam badan elektroda lalu

direkatkan dengan parafilm untuk memperkuat elektroda dengan badan elektroda.

b. Peralatan pengukuran

Peralatan gelas yang biasa digunakan di

laboratorium kimia. Untuk

mempercepat pelarutan reagen dan sampel digunakan pengaduk magnetik dan batang magnetik, sedangkan untuk pengukuran pH digunakan pHmeter.

Peralatan untuk elektropolimerisasi

PPy-Asg yaitu seperangkat sel

elektrolisis terdiri dari elektroda kerja Pt, elektroda pembanding Ag/AgCl dan elektroda pembantu dari kawat Pt

3. Pembuatan larutan

Dibuat larutan untuk keperluan

elektropolimerisasi pirol yaitu pirol 0,05 M, asam glutamat 0,01M dan kalium perklorat 0,1 M. Untuk keperluan pengukuran koefisien selektivitas dibuat beberapa larutan berikut: asam glutamat 0,25 M, glutamin 0,25 M larutan glisin 0,25 M; dan larutan leusin 0,25 M.

4. Pelapisan film PPy-Asg pada elektroda kerja Pt

Pelapisan elektroda kerja Pt dilakukan dalam sel elektrolisis yang terdiri dari elektroda kerja platina, elektroda pembantu dan elektroda pembanding Ag/AgCl. Sel elektrokimia tersebut

dihubungkan dengan potensiostat.

Pemindaian potensial dilakukan secara voltametri siklik.(Gambar.3).

Gambar 3. Sel elektropolimerisasi pirol secara voltametri siklik

4

5. Optimasi elektropolimerisasi pirol

(Murniati, et al, 2007)

Optimasi elektropolimerisasi PPy-Asg meliputi pemilihan daerah potensial kerja, jumlah siklus, laju selusur dan

komposisi larutan elektropolimerisasi.

Optimasi pengukuran diperoleh pada jendela potensial 0-1000 mVdan laju selusur 100 mV/s sebanyak 10 siklus. Sedangkan untuk komposisi larutan elektropolimerisasi pirol terdiri dari Py-Asg 0,05 M dan 0,1 M dengan larutan KClO4 0,1 M.

6.Karakterisasi film dengan FTIR

Sejumlah pirol, polipirol dan PPy-Asg dilakukan uji FTIR untuk memperoleh informasi gugus fungsi dari masing-masing struktur tersebut.

7.Karakterisasi elektroda kerja

terlapis polipirol-asam glutamat

Karakterisasi dilakukan secara

potensiometrik yaitu pengukuran

potensial yang meliputi penentuan trayek pengukuran, faktor nernst, waktu respon, umur elektroda, dan selektivitas.

HASIL PEMBAHASAN

1.Hasil pelapisan film PPy-Asg

Optimasi kondisi eletropolimerisasi

PPy-Asg Optimasi pengukuran

diperoleh pada jendela potensial 0-1000 mVdan laju selusur 100 mV/s sebanyak 10 siklus. Sedangkan untuk komposisi larutan elektropolimerisasi pirol terdiri dari Py-Asg 0,05 M dan 0,1 M dengan larutan KClO4 0,1 M.seperti pada Gambar . 6 berikut : -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 -0.0002 0.0000 0.0002 0.0004 0.0006 0.0008 i (A) E (V vs Ag/AgCl) 0,927; 4,9x10-4 0,129; -9,739x10-5 a PPy 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 -0.002 -0.001 0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 i (A ) E (V, Vs Ag/AgCl) b PPy 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 -0.002 0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 i (A) E (V, vs Ag/AgCl) PPy PPy-Asg c

Gambar 4. (a).PPy satu siklus, (b)PPy 10 siklus dan (c). PPy-Asg 10 siklus

2.Hasil rekaman FTIR

Dihasilkan rekaman puncak-puncak

serapan yang khas spektrum FTIR dari senyawa polipirol dan polipirol-asam glutamat (PPy-Asg):

5 Gambar 5. Spektrum IR PPy, dan PPy-ASg. Spektrum IR polipirol (Gambar.5b) terdapat puncak yang lebih tajam dan terjadinya pergeseran puncak, karena

terbentuk polimerisasi (molekul

bertambah besar) sehingga vibrasi melemah, misalnya N-H amina pada

puncak 3407 cm-1 untuk pirol dan

terjadi pergeseran menjadi 3398 cm-1

untuk polipirol (Tabel 2)

Tabel 2. Hasil analisis FTIR polipirol

Puncak serapan (cm-1) Gugus fungsi Bentuk pita 3398 N-H, amina kuat, melebar 3134 C-H lingkar aromatik sedang,tajam 2920 C-H alkana sedang, tajam 1541 C=C cincin aromatik sedang, tajam 1400 C-N amina sedang, tajam 905  C=C  alkena sedang, tajam

Struktur popirol-asam glutamat (PPy-Asg) ditandai gugus fungsi O-H

karboksilat pada puncak 3123 cm-1,

yaitu puncak melebar sampai sekitar

2000 cm-1, sebelumnya terdapat pada

2000 – 3500 cm-1.. Ini menunjukkan

asam glutamat yang teramobilkan dalam jaringan PPy.

Tabel 3. Hasil analisis FTIR polipirol-asam glutamat

Puncak serapan

(cm-1)

Gugus fungsi Bentuk pita

3123 O-H dan C-H kuat, melebar 1541 C=C cincin

aromatik

sedang,tajam 1400-1464 C-H alkana sedang, tajam 1288-1089 C-O asam

karboksilat

kuat, tajam 1137-1287 C-N amina sedang, tajam

905  C=C  alkena sedang, tajam

KESIMPULAN

1. Optimasi elektropolimerisasi

film PPy-Asg dicapai pada komposisi pirol 0,05 M ; 0,01 M

dan KClO4 0,1 M sebagai

elektrolit pendukung. Pelapisan

film PPy-Asg dipelajari

derdasarkan voltammogram

siklik sebanyak 10 siklus pada potensial 0-1000 mV dan laju selusur 100 mV/detik.

2. Hasil rekaman FTIR film

PPy-Asg memberikan pola spektrum

khas, ditandai pergeseran

bilangan gelombang dengan

vibrasi melemah (puncak N-H

amina dari 3407 cm-1 menjadi

3398 cm-1 dan gugus fungsi O-H

karboksilat 3123 cm-1) yang

memungkinkan adanya interaksi

dari asam glutamat yang

teramobilkan dalam jaringan polipirol.

6

UCAPAN TERIMAKASIH

1. Terimakasih kepada Prof. Dr Buchari atas saran-saran inovatif yang berkaitan dengan pengembangan penelitian ini. 2. Terimakasih kepada Ketua Kelompok Keahlian Kimia (KK) Analitik ITB atas

dukungan fasilitas laboratorium

Penelitian Kimia Analitik dan

Laboratorium Instrumentasi Kimia

Analitik.

DAFTAR PUSTAKA

Alumaa, A., Hallik, A., Macorg, U., Sammelsel, V dan J,Tamm (2000):

Electrochimica Acta , 49, 1767-1774.

Cheung, K.M., Bloor,D. dan

Steven.G.C (1990): The influence of unusual counterions on the

electrochemistry and physical

properties of polypyrrole, Journal of

Material Science, 25, 3814 ̶ 3847.

Ekinci,O., Boyukbayram., A.E.,

Kiralp,S., Toppare,L. dan Yagci, Y

(2007): Characterization and

potential applications of

immobilized glucose oxidase and

polyphenol oxidase, Journal of

Macromolecular Science, Part A:

Pure and Applied Chemistry, 44,

801–808.

Ernayati,W (2005): Pembuatan

Elektroda Tipe Kawat Terlapis

Film Polipirol-Lisin dan

Penggunannya sebagai sensor

Potensiometrik Lisin, Tesis,

Departemen Kimia, ITB, Bandung.

Kiralp,S., Toppare,L dan Yagci,Y

(2003): Immobilization of

polyphenol oxidase in conducting

copolymers and determination of phenolic compounds in wines with

enzyme electrodes, International

Journal of Biological

Macromolecules,33, 37–41.

Lehninger, 1995, Dasar-dasar

Biokimia, Jilid I, Penterjemah Maggy Thenawidjaja, Erlangga, Jakarta.

Murniati,A and Buchari (2007):

Polypyrrolle glutamic acid coated

wire electrode, Proceeding in

ICCS, Yogyakarta: ANL/27-4.

Purwanto, E (2004): Elektropolimerisasi

Pirol dan Penggunannya Dalam Studi Penghantaran Antibiotik

melaui membran, Tesis,

Departemen Kimia, ITB, Bandung.

Suratman, A(2003): Pengaruh Asam

Amino Pada Proses

Elektropolimerisasi Pirol, Tesis, Departemen Kimia, ITB, Bandung.

Wang, J. (2000): Analytical

Electrochemistry, second edition, John Willey and sons, New York.