1. Pendahuluan
Metoda analisis renik spesi ion yang sederhana, cepat, dan murah merupakan daya tarik khusus
dalam bidang kimia analitik. Pembuatan dan penggunaan mikro elektroda selektif ion (ESI) sebagai
suatu sensor potensiometri lebih disukai karena memiliki kelebihan anatara lain: sederhana, cepat, responnya cepat, murah, rentang konsentrasi pengukurannta luas serta mudah dibuat dan prosedurnya
analisisnya mudah sehingga cocok untuk analisis rutin. Dari segi instrumentasi memungkinkan dibuat
bentuk miniatur dan dapat digunakan dalam pengukuran sampel dalam analisis alir (Wang,2002).
Karakter yang dimiliki oleh ESI menyebabkan tersedianya ESI berbagai kation maupun anion sejak
beberapa dekade yang lalu (Buhlmann et,al., 2001).
Senyawa sulfida banyak dimanfaatkan dalam bidang industri, misalnya: kertas, bahan makanan
dan minuman, serta dimanfatkan dalam bidang fotografi sehingga keberadaan senyawa sulfida
ditemukan dalam air buangan industri, danau dan sungai (Rohmatin, 2006). Kandungan sulfida yang
berlebihan dalam lingkungan (air, tanah, udara) dapat mengganggu kesehatan seperti pernapasan (H2S)
dan iritasi pada kulit (Twonshend, 1995). Selain itu juga mengakibatkan bau busuk pada air. Peraturan
Menteri Kesehatan (Permenkes) No 416/Menkes/PER/IX/1990 menyatakan bahwa batas maksimum
sulfida yang diizinkan hanya 0,05 mg/liter. Oleh karena itu, perlu dilakukan monitoring terhadap
sulfida menggunakan metoda yang sensitif, akurat, teliti, cepat, sederhana dan murah untuk analisis
lapang. Kebutuhan ini dapat dipenuhi dengan menggunakan elektroda selektif ion sulfida. ESI banyak
digunakan dalam analisis kimia karena memiliki selektifitas, sensitifitas, keakuratan dan ketepatan yang
relatif tinggi serta limit deteksinya cukup rendah (Mahajan, et al, 2002).
BSS_367_2_2 - 6
Eftekhari (2001) telah melakukan penelitian dengan membuat mikro ESI sulfida tipe kawat
terlapis berbahan aktif Ag2S yang berukuran kecil memiliki rentang pengukuran panjang, tetapi metode
yang digunakan cukup rumit karena pembentukan membran dilakukan melalui sulfidasi kawat Ag
menggunakan uap sulfur dengan pengaliran gas nitrogen. Oleh karena itu, pada penelitian ini dibuat
mikro ESI sulfida tipe kawat terlapis dengan metode yang lebih sederhana dengan memodifikasi
pembuatan ESI sulfida tipe kawat terlapis yang lebih sederhana dibandingkan sebelumnya. ESI dibuat
dari kawat Ag yang dilapisi oleh membran Ag2S yang dibuat secara elektrolisis kawat Ag dalam
larutan (NH4)2S2O8 sehingga terbentuk lapisan Ag2S pada permukaan kawat Ag. Membran Ag2S
memiliki kelarutan yang rendah dan mempunyai ion–ion pengganggu yang sedikit (CN- dan Hg2+)
(Twonshend, 1995). Pada penelitian ini juga ditambahkan suatu garam yang berfungsi sebagai
penyangga kekuatan ion dan sebagai anti oksidan untuk mencegah oksidasi sulfida, yakni larutan
Sulphide Anti-Oxidant Buffer (SAOB).
Kualitas dari suatu ESI dapat dikarakterisasi oleh sifat Nernstian yang ditentukan oleh
ketebalan membran, yang ditentukan oleh lama waktu perendaman membran (elektrolisis). Makin lama
elektrolisis, ketebalan membran akan makin meningkat. Elektrolisis terlalu lama dapat menyebabkan
lapisan elektroda yang terlalu tebal sehingga mengakibatkan penurunan kepekaan elektroda. Oleh
karena itu, pada penelitian ini dilakukan penentuan lama waktu elektrolisis optimum untuk pembuatan
membran. Selain itu, pada penelitian ini juga dilakukan penentuan lama waktu prakondisi optimum ESI
tipe kawat terlapis yang dihasilkan karena pengukuran ESI sulfida tipe kawat terlapis mempunyai harga
Eo berubah – ubah (Rundle, 2000).
Untuk menentukan keoptimuman kinerja dari ESI, maka dilakukan penentuan karakteristik sifat
dasar ESI. ESI sulfida memiliki karakter optimum jika nilai faktor Nernstnya sesuai dengan nilai faktor
Nernst untuk ion divalen, yaitu 29,56 mV/dekade, kisaran konsentrasi linier panjang (1x10-6 - 1x10-
1M), limit deteksi rendah (1x10-6 M), waktu respon cepat (kurang dari 1 menit) dan usia pemakaian
cukup lama (6 bulan).
Sehingga dapat digunakan untuk analisis sulfida dalam air limbah secara
langsung.
2. Dasar Teori
Elektroda selektif ion (ESI) adalah sel paro elektrokimia yang berfungsi sebagai sensor terhadap
aktivitas ion – ion yang ada dalam larutan yang diukurnya dengan menggunakan membran sebagai
sensor ion. Respon potensial yang dihasilkan adalah reversibel terhadap perubahan aktivitas spesi ion
yang diukur (Brian, 1997).Membran adalah suatu lapisan yang memisahkan dua fasa dan mengatur
perpindahan massa dari kedua fasa yang dipisahkan. Ion yang ditranspor adalah ion-ion tertentu,
sehingga dapat mengadakan pertukaran secara selektif, sedangkan ion-ion lain tidak dapat
(Laksminarayanaiah, 1976). Sekematis ESI sulfida tipe kawat terlapis yang dibuat ddapat digambarkan
seperti pada Gambar 1 (IUPAC, 1997):
EEl(ekst) EM EEl (int)
Gambar 1 Skema sel ESI sulfida tipe kawat terlapis
Pada antarmuka larutan-membran bahan aktif membran Ag2S mengalami dissosiasi menjadi
ion-ion bebas (Ag+ dan S2-) menyebabkan permukaan membran Ag2S bermuatan positif, sehingga ion
sulfida dari larutan bermigrasi menuju permukaan membran. Ion-ion sulfida tersebut saling
menggantikan posisinya untuk berikatan dengan gugus tetap membran (Ag+) menyebabkan gradien
konsentrasi ion sulfida(Laitenen dan Harris, 1975). Reaksi pertukaran ion sulfida larutan dengan ion
sulfida bebas pada sisi aktif membran akan berlangsung terus menerus hingga mencapai kesetimbangan
Elektroda
pembanding
luar
Larutan S2- Membran
Ag2S
Kawat Ag
ESI tipe kawat terlapis
elektrokimia. Kesetimbangan ini akan menghasilkan beda potensial pada antarmuka membran Ag2S–
larutan sulfida. Beda potensial yang timbul dapat dihubungkan dengan persamaan Nernst (1), sehingga
konsentrasi sulfida dalam larutan dapat diketahui (Bailey, 1976).
x
x
a
z
E E log
59,12 0 atau E E 0 29,56 log s 2 (1)
Reaksi pertukaran ion sulfida pada antarmuka membran Ag2S–larutan sulfida dinyatakan sebagai
berikut:
membran Ag2S Ag2S
antar muka 2 Ag+ + S2- Ag2S
S2- (larutan analit)
Gambar 2 Skema pertukaran ion pada antarmuka membran–larutan analit
Karena potensial antara elektroda pembanding luar - larutan analit = EEl(ekst) konstan, demikian pula
potensial membran- kawat Ag= EEl (int). Potensial ESI yang terukur adalah jumlah dari potensial yang
timbul pada antarmuka membran – larutan analit = EM yang ditunjukkan pada Gambar 1. Dari
persamaan (1) diperoleh nilai slope sebesar 29,56 mV/dekade yang merupakan nilai faktor Nernst untuk
ion divalen (S2-) pada suhu 298 K. Reaksi pertukaran ion dengan ion asing (X-) dalam larutan
dituliskan sebagai persamaan (2)
RR3N+
membran + Xair
RR3N-X membran (2)
Potensial yang terukur dinyatakan dengan persamaan Nicolsky sebagai persamaan (3)
E = Eo 2,303 RT/F log (ai + Ki,j (aj )n/z) (3)
Dengan ai = aktivitas (konsentrasi) ion utama ; aj = aktivitas ion asing ; Ki,j = koefisien selektivitas.
Sedangkan E,Eo serta 2,3RT./ nF seperti pada persamaan Nernst (1). Koefisien selektivitas berharga 0-
1, bila ion asing tidak mengganggu kinerja ESI dan bila Ki,j 1 maka ion asing mengganggu kinerja
ESI. Penentuan koefisien selektivitas ini dapat dilakukan menggunakan metode larutan terpisah dan
tercampur. Agar ESI layak digunakan sebagai elektroda indikator untuk pengukuran analisis, maka
harus memiliki karakteristik sifat dasar yang meliputi: faktor Nernst dan kisaran konsentrasi linier, limit
deteksi, waktu respon, dan usia pemakaian.
3. Metode Penelitian
3.1 Peralatan dan Bahan
Potensial diukur menggunakan pH/mV meter Fisher E 520 ion analyzer relatif terhadap
elektroda pembanding kalomel jenuh (EKJ) pada temperatur konstan (25±0.5oC), alat gelas
serta plastik yang lazim digunakan di laboratorium kimia.
3.2 Bahan Penelitian. Bahan-bahan yang diperlukan dalam penelitian ini adalah: NaOH (Merk), asam
askorbat (Merk), Na2EDTA (Fluka), Na2S (Merk), HNO3, (NH4)2S2O8 (Merk), kawat Ag (Aldrich;
panjang 3 cm; diameter 0,1 mm), kawat tembaga (panjang 10 cm; diameter 0,5 mm), kabel koaksial RG
58, akuadest dan akuabidest. Semua bahan tersebut mempunyai derajat kemurnian pro analisis (p.a).
3.3 Pembuatan larutan induk SAOB. Larutan induk SAOB disiapkan dengan menimbang 40 gram
NaOH, 17,411 gram asam askorbat dan 33,621 gram Na2EDTA, kemudian masing-masing dilarutkan
BSS_367_2_4 - 6
dengan akuades dalam beaker gelas. Setelah itu semua larutan dimasukkan dalam labu ukur 500 mL
dan diencerkan dengan akuades hingga tanda batas.
3.4 Pembuatan larutan SAOB 25%. Larutan SAOB 25% disiapkan dengan memipet larutan induk
SAOB sebanyak 125 mL, kemudian dimasukkan dalam labu ukur 500 mL dan diencerkan dengan
akuades hingga tanda batas.
3.5 Pembuatan larutan induk (Na2S)Larutan induk sulfida 0,1 M dibuat dari penimbangan padatan
Na2S seberat 7,0844 gram, dilarutkan dan diencerkan dengan larutan SAOB 25% sampai tanda batas
labu takar 100 mL. Larutan dengan konsentrasi 1.10-2-1.10-6M dibuat dari pengenceran larutan induk
menggunakan pelarut SAOB 25%.
3.5 Pembuatan badan ESI Sulfida. Pembuatan badan mikro ESI sulfida tipe kawat terlapis terdiri dari
polietilen, konduktor lektronik kawat Ag murni (diameter 0,1 mm, panjang 3 cm) disambungkan
dengan kawat Cu (diameter 0,5 mm, panjang 10 cm). Ujung kawat Ag sepanjang 1,5 cm dibiarkan
terbuka sedang bagian lainnya dibungkus dengan tip plastik. Ujung bagian atas kawat disambung
dengan kabel koaksial RG-58 sebagai penghubung ESI ke alat potensio/pH meter. Ujung bawahnya
diampelas dengan ampelas, lalu dilakukan perendaman dalam asam nitrat (HNO3) pekat 1:1 kurang
lebih 10 detik dan dibersihkan dengan akuabides (lihat gambar 3).
3.6 Pembuatan ESI sulfida tipe kawat terlapis. ESI sulfida tipe kawat terlapis dibuat dengan melapisi
kawat Ag dengan larutan membran (NH4)2S2O8 0,1 M. yang dibuat dari penimbangan padatan
(NH4)2S2O8 1,141 gram, dilarutkan dengan akuades dalam labu takar 50 mL. Larutan membran ini
digunakan untuk merendam kawat Ag sampai terbentuk lapisan Ag2S secara elektrolisis dengan variasi
15, 30 dan 60 menit. Selanjutnya membran dikeringkan di udara terbuka selama 30 menit dan
diprakondisi dalam larutan Na2S 0,1 M selama 12 jam agar ion S2- menempel secara menetap pada
komponen membran. Potensial larutan ditentukan dengan menggunakan Elektroda kalomel sebagai
pembanding.Konstruksi ESI sulfida tipe kawat terlapis yang terdiri dari: badan elektroda, membran dari
bahan aktif Ag2S serta kabel koaksial RG-58 sebagai penghubung ESI ke alat potensiometer yang
ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3 Konstruksi badan ESI sulfida tipe kawat terlapis
3.5 Karakterisasi Sifat Dasar ESI
Agar ESI layak digunakan sebagai elektroda indikator untuk pengukuran analisis, maka harus
memiliki karakteristik sifat dasar yang meliputi: faktor Nernst dan kisaran konsentrasi linier, limit
deteksi, waktu respon, dan usia pemakaian.
4. Hasil dan Pembahasan
dihubungkan ke kabel alat
potensiometer
plastik
Kawat Ag yang
terlapisi membran
Kawat Cu
Pembuatan ESI sulfida tipe kawat terlapis menghasilkan konstruksi seperti pada Gambar 3,
menunjukkan elektroda sulfida yang dibuat berukuran kecil, konstruksi sederhana dan kuat . Hasil
karakterisasi sifat dasr ESI sulfida pada pengukuran potensial larutan Na2S pada rentang aktivitas 10-6
– 10-1 M terhadap elektroda pembanding kalomel jenuh menggunakan lima buah ESI sulfida tipe kawat
terlapis yang dibuat menghasilkan data seperti pada Tabel 1
Tabel 1 Karakterisasi ESI nitrat tipe kawat terlapis
No. Karakteristik ESI Harga
1. Sensitivitas (faktor Nernst) 29,4 0,53 mV / dekade konsentrasi,
menunjukkan reprodusibilitas yang baik
2. Rentang konsentrasi pengukuran 10-4 – 1 M
3. Waktu respon 45 detik
4. Batas deteksi 7, 76 x10-5 M (2,48 ppm)
5. Selektivitas Sulfida > kromat > karbonat > sulfat
6. Perubahan harga Eo pada minggu pertama 0,34 mV/hari,distabilkan oleh prakondisi
dalam larutan Na2S 0,1 M selama 12 jam
7. Penyimpangan baku pembuatan 0,5 (1,2 % SD)
8. Usia pemakaian 65 hari masih baik
9
10.
Stabilitas terhadap pH
Stabilitas terhadap temperatur
7-12
20-50oC
Hasil penentuan ion sulfida dalam air limbah buatan mengandung ion sulfida 10-4-10-1 M dengan ion
kromat,sulfat dan karbonat 10-2 M disajikan dalam Tabel 2 , sedangkan dalam air limbah riil disajikan
dalam Tabel 3
Tabel 2 Hasil Penentuan Kadar Sulfida dalam Air Limbah Buatan
[S2-] [S2-] dari 3 kali pengukuran
sebenarnya rata - rata ± SD
%
presisi
%
akurasi
%
kesalahan
1x10-4 atau 3,2 ppm 0,96x10-4 ±3,9x10-6 95,95 95,53 4,47
1x10-3 atau 32 ppm 0,85x10-3±3,9x10-5 95,36 93,00 7,00
1x10-2 atau 320 ppm 0,96x10-2±3,9x10-4 95,95 95,53 4,47
1x10-1 atau 3200 ppm 0,94x10-1±3,5x10-3 96,31 94,00 6,00
Tabel 3 Hasil Penentuan Kadar Sulfida dalam Air Limbah Riil secara Kurva Baku dan Adisi Standar
Metode
[S2-] dari 3 kali
pengukuran
rata-rata ± SD
%
akurasi
%
presisi
%
kesalahan
7,48 x 10-2 M 95,37
7,68 x 10-2 M
Kurva baku
8,18 x 10-2 M
7,78 x 10-2M ±
0,3606 atau
2489,6 ppm
96,57 3,43
7,94 x 10-2 M 95,53
8,35 x 10-2 M
Adisi standar
7,64 x 10-2 M
7,98 x 10-2M ±
0,3564 atau
2553,6 ppm
96,87 3,13
Harga pada Tabel 1 dan Lampiran 1 menunjukkan faktor Nernst ( lereng ) kurva E (mV) terhadap - log
aNO3- (M) rata-rata sebesar 29,4 ± 0,34 mV/dekade aktivitas nitrat, pada rentang aktivitas nitrat 10 – 4 –
1M yang merupakan trayek pengukuran ESI. Intersep kurva sebesar 289,0 ± 17,8 mV merupakan harga
potensial standar (Eo), simpangan baku dan kesalahan faktor Nernst masing-masing sebesar 0,5 mV dan
1,2 % menunjukkan bahwa ESI yang dibuat bersifat Nenstian dan pembuatan lima buah ESI nitrat tipe
kawat terlapis menunjukkan keterulang yang baik. Berdasarkan data Tabel 2 dan Tabel 3 dapat
dinyatakan bahwa ESI sulfida dapat digunakan untuk mengukur kadar sulfida dalam air limbah buatan
BSS_367_2_6 - 6
dan riil, baik menggunakan metode kurva baku maupun menggunakan metode adisi standar. Hasil
penentuan sulfida menggunakan metode kurva baku menghasilkan kesalahan < 5 %
5. Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan, dapat disimpulkan sebagai berikut:
1. Waktu optimal elektrolisis pembuatan membran ESI sulfida tipe kawat terlapis adalah 30 menit, dan
waktu prakondisi ESI dalam larutan Na2S adalah 12 jam.
2. ESI yang dibuat memiliki konstruksi sederhana, berukuran kecil dan memiliki karakterisasi sifat
dasar optilam untuk pengukuran analisis sulfida
3. ESI dapat digunakan dalam pengukuran sulfida buatan dan riil pada rentang konsentrasi 1x10-4-1x10-
1M (3,2 – 3200 ppm) memberikan kesalahan berturut-turut 4,47 – 7,00%, dan k ≤ 3,43
6. Saran
Penentuan kadar sulfida dalam air limbah riil menggunakan ESI sulfida tipe kawat terlapis perlu
dilakukan dalam air limbah yang lebih luas
Sumber:
atikadhikara@yahoo.com ; atikah_chem@brawijaya.ac.id
herminsulistyarti@yahoo.com
Langganan:
Posting Komentar (Atom)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar