PENGARUH LAJU PAYAR DAN KONSENTRASI ANALAT
MENGGUNAKAN TEKNIK VOLTAMETRI SIKLIK
Listiana Cahya Lestari2*, Felina Kumala1, dan Zulhan Arif MSi1
1
Divisi Kimia Analitik, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor, Kampus IPB Dramaga Bogor 16680, Indonesia
2
Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor, Kampus IPB Dramaga Bogor 16680, Indonesia
*G44120093
Abstrak
Teknik voltametri siklik yang menggunakan kineja dari elektroda kerja pasta karbon (EPK) merupakan teknik voltametri yang mengukur arus selama
scanning potensial dari potensial awal ke potensial akhir dan kembali lagi kepotensial awal atau dapat dibalik kembali setelah reduksi berlangsung. Oleh karena itu arus katodik maupun anodik dapat diukur. Pengukuran jendela potensial dilakukan dengan mengukur kuat arus dan potensial pada range 0-1 V, sehingga nantinya akan digunakan dalam pengukuran selanjutnya. Percobaan voltametri siklik menggunakan EPK dilakukan terhadap analit K3Fe(CN)6 di
dalam larutan elektrolit KCl dengan pengaruh laju payar dan konsentrasi analit. Percobaan menunjukkan bahwa kecepatan payar yang paling baik digunakan pada pengukuran analat adalah 100 mV/s dan 200 mV/s dengan konsentrasi 0,08 M dan 0,1 M. semakin besar dari kecepatan payar yang digunakan resolusi dari puncak oksidasi maupun reduksi yang diberikan akan terlihat semakin jelas.
Pendahuluan
Gambar 1 Skema pembuatan elektrode pasta karbon (Fauziah 2011) Metode voltametri siklik digunakan dalam pengukuran yang menggunakan sel elektrokimia untuk mengetahui besar arus yang dihasilkan dari proses transfer elektron antara elektroda dan larutan kimia selama pemberian tegangan pada elektrodanya. Metode ini termasuk metode aktif karena pengukurannya berdasarkan potensial yang terkontrol. Dalam pengukuran voltametri siklik membutuhkan potensiostat dan tiga buah sel elektrode. Tiga buah sel elektrode tersebut terdiri atas sel elektrode pembanding Ag/AgCl, sel elektrode pendukung platina, dan sel elektrode kerja. Percobaan ini menggunakan elektrode kerja yang terbuat dari pasta karbon. (Tlacuatl et al. 2009). Proses pengukuran ini dilakukan secara otomatis yang dikontrol dengan program perangkat lunak yang telah dibuat. Perangkat lunak yang digunakan yaitu program P-chem. Pengukuran yang dihasilkan akan menunjukkan respon arus terhadap tegangan, yang disebut dengan kurva voltamogram siklik. Analisis secara kuantitatif dapat dilakukan dengan melihat kurva voltamogram yang dihasilkan (Puranto dan Imawan 2010).
Tujuan Percobaan
Mempelajari penggunaan teknik voltametri siklik untuk mengetahui perilaku redoks senyawa Fe(CN)64-/Fe(CN)63- serta mengukur kinerja elektrode
pasta karbon yang dibuat terhadap pengaruh kecepatan payar dan konsentrasi.
Metode Percobaan
Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan ialah potensiostat, neraca analitik, gelas piala, sudip, pinggan porselim, mortar, batang pengaduk, ampelas, perekat corong, pipet tetes, pipet mohr, bulb, pipet volumetrik, pipet mikro, gelas arloji, kertas minyak, kawat tembaga, gunting, tabung elektrode, elektrode pembanding Ag/AgCl, elektrode pembantu kawat platinum, dan galvanostat-potensiostat (E-Chem). Bahan yang digunakan adalah KCl, serbuk grafit, parafin cair, dan akuades.
Prosedur Percobaan
Pembuatan elektrode pasta karbon
Sebanyak 70 mg grafit dicampurkan dengan 30 mg parafin cair dalam gelas piala. Campuran disonikasi selama 30 menit lalu dipindahkan ke dalam mortar dan digerus hingga pasta homogen. Sebuah tabung kaca dengan diameter 2.5 mm digunakan sebagai badan elektroda ke sumber listrik. Sebelumnya kawat tembaga
ujung tabung kaca hingga penuh dan padat. Permukaan elektroda kemudian digosok dan diratakan dengan kertas minyak.
Penentuan jendela potensial
Larutan K4Fe(CN)6 atau K3Fe(CN)6 0.1 M di buat secara manual dalam KNO3 1
M dimasukkan ke dalam sel pengukuran . Elektrode kerja karbon dihubungkan ke penjepit buaya berwarna hijau, elektrode pembanding Ag/AgCl ke penjepit berwarna kuning, dan elektroda platina dihubungkan ke penjepit berwarna merah. Elektrode dicelupkan ke dalam larutan dalam sel pengukuran . Potensiostat dipastikan telah menyala dan program Echem dibuka dan dipilih teknik voltametri siklik. Teknik pengukuran diatur sehingga laju alir menjadi 100 mV/s, jendela potensial divariasikan dari 0 V hingga 1 V, 0 V hingga 1,5 V dan 0,5 V hingga 1.5 V dan pengukuran dilakukan 3 kali ulangan. Setelah range jendela arus disesuaikan dan kondisi real arus sebelum pengukuran diperiksa, dilakukan pengukuran dengan menekan tombol start.
Pengaruh kecepatan payar tehadap arus puncak
Teknik pengukuran diatur dan laju laju payar divariasiakan pada 50, 100, dan 200 mV/s pada jendela potensial yang telah ditentukan pada langkah sebelumnya. Pengukuran dilakukan sebanyak 3 kali.
Pengaruh konsentrasi terhadap arus puncak
Larutan analat 1 M diencerkan secara seri sehingga diperoleh konsentrasi 0,02; 0,04; 0,06; 0,08; dan 0,1 M menggunakan elektrolit KCl. Pengukuran dilakukan pada jendela potensial dan laju payar yang sesuai. Pengukuran dilakukan 3 kali ulangan.
Hasil dan Pembahasan
Elektroda kerja yang digunakan sangat berpengaruh dalam analisis dengan teknik voltametri siklik. Proses pembersihan elektrode harus selalu dilakukan sebab pada reaksi elektrokimia kinetikanya sangat dipengaruhi oleh mikrostruktur seperti kekerasan (roughness) dari permukaan elektrode. Kebersihan dan kehalusan permukaan elektrode akan menghasilkan elektrode yang reproducible
Pengujian awal terhadap EPK yang dibuat dilakukan untuk memperoleh kondisi pengukuran yang optimum sehingga meminimumkan galat yang bersumber pada metode analisis. Pengujian awal antara lain penentuan daerah pemayaran, pengukuran arus blangko (KCl 0.1 M), Penentuan komposisi elektrode yang optimum untuk pengukuran, dan pengukuran respons arus yang dihasilkan oleh analit. Daerah pemayaran idealnya berada pada daerah potensial redoks analit, tetapi tidak berada pada daerah potensial redoks elektrolit pendukung. Hal ini dimaksudkan agar arus puncak yang dihasilkan hanya berasal dari analit. Elektrolit pendukung digunakan untuk menurunkan efek migrasi sehingga meningkatkan arus difusi (Faraday) yang sebanding dengan konsentrasi analit (Wang 2000). Fauziah (2011) melaporkan bahwa analisis KI dalam elektrolit KCl 0.1 M menghasilkan respons yang baik pada daerah pemayaran 0.0–1.2 V. Pengukuran arus KCl 0.1 M pada daerah pemayaran 0.0–1.2 V dengan EPK.
Reversibilitas reaksi redoks yang terjadi pada analit diketahui dari selisih antara potensial puncak redoks. Berdasarkan persamaan energi bebas gibbs, jika beda potensial antara puncak anodik dan katodik lebih kecil atau sama dengan 59 mV, maka terjadi reaksi redoks yang reversibel (Scholz 2010). Oleh sebab itu, voltamogram yang disajikan berbentuk siklik yang menampakkan puncak oksidasi dan puncak reduksi. Reaksi redoks yang terjadi di dalam sel percobaan teknik voltametri siklik adalah
Oksidasi : Fe(CN)6 4-→ Fe(CN)63- + e
-Reduksi : Fe(CN)6 3- + e-→ Fe(CN)6
4-Pada saat potensial dipayar ke nilai yang lebih positif akan terjadi reaksi oksidasi pada permukaan elektroda dan akan terukur arus oksidasinya. Potensial yang terukur pada arus oksidasi maksimum disebut sebagai potensial puncak oksidasi. Seiring dengan nilai arus yang semakin menurun berkorelasi terhadap berkurangnya konsentrasi Fe(CN)64- di permukaan elektroda kerja. Selanjutnya
saat potensial dipayar ke arah yang lebih negatif akan terjadi reaksi reduksi pada permukaan elektroda dan diukur sebagai arus reduksi. Potensial saat terukurnya arus reduksi maksimum disebut potensial puncak reduksi. Arus puncak yang dihasilkan dipengaruhi pula oleh kecepatan payar. Semakin tinggi kecepatan payar, semakin tinggi intensitas arus puncak yang dihasilkan (Gambar 3). Hal ini diakibatkan oleh gradien konsentrasi dan fluks pada elektrode yang meningkat seiring meningkatnya kecepatan payar (Sari 2013). Berdasarkan persamaan Randles-Sevcik, jika intensitas arus puncak berbanding lurus dengan kecepatan payar, maka proses pada elektrode melibatkan difusi (Bard et al. 2010). Percobaan menunjukkan bahwa laju payar yang paling baik digunakan pada pengukuran analat adalah 100 mV/s dan 200 mV/s.
negatif. Pengukuran jendela potensial dilakukan dengan mengukur kuat arus dan potensial pada range 0-1V. Meningkatnya arus difusi (Faraday) yang sebanding dengan konsentrasi analit (Wang 2000). Percobaan menunjukkan bahwa konsentrasi analat yang paling baik digunakan adalah 0,08 M dan 0,10 M. Faktor kecepatan payar pada voltametri siklik berpengaruh dalam lama pengukuran. Kesalahan pada percobaan disebabkan oleh ketahanan (ruggedness) elektrode selama pengujian kurang baik, arus yang mengalir dari sumber arus tidak konstan. Akibat kesalahan ini bersar arus terbaca pada percobaan ini tidak konstan dan merusak hasil.
Simpulan
Kinerja elektrode pasta karbon dapat ditentukan dengan metode voltametri siklik, yaitu mengetahui reaksi oksidasi dan reduksi senyawa Fe(CN)64-/Fe(CN)6
3-dalam KNO3 Semakin tinggi kecepatan payar, semakin tinggi intensitas arus
puncak yang dihasilkan. Meningkatnya arus difusi (Faraday) yang sebanding dengan konsentrasi analit. Percobaan menunjukkan bahwa laju payar yang paling baik digunakan pada pengukuran analat adalah 100 mV/s dan 200 mV/s dengan konsentrasi 0,08 M dan 0,10 M.
Daftar Pustaka
Agustina RI. 2012. Pencirian elektrode pasta karbon termodifikasi zeolit besi sebagai media deteksi Kromium(IV) [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Bard AJ, Stratmann M, Unwin PR. 2010. Encyclopedia of Electroanalytical Techniques. New York (US): Marcell-Dekker.
Fauziah H. 2011. Penentuan Iodida menggunakan elektrode pasta karbon termodifikasi magnetit [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Harvey D. 2000. Modern Analytical Chemistry. New York (US): MC Graw Hill.
Puranto P dan Imawan C. 2010. Pengembangan instrumen pengkarakterisasi sensor elektrokimia menggunakan metode voltametri siklik. Jurnal Ilmu Pengetahuan dan Teknologi 28: 20-28.
Sari EO. 2013. Kinerja elektrode pasta karbon termodifikasi nanomagnetik pada teknik voltametri siklik [Skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Scholz F. 2010. Electroanalytical Methods Guide to Experiments and Applications 2ndEdition. Heidelberg (DE): Springer.
Tlacuatl GZ, Arellano JJC, Robbledo-Manso A. 2009. Electrochemical characterization of carbon paste electrodes modified with natural zeolite.
Wang J. 2000. Analitycal Electrochemistry 2nd Edition. New York (US): John Wiley and Sons, Inc.
