61832866 tesis resin pengkhelat amberlite

56
RESIN PENGKHELAT AMBERLITE XAD-16- 1,5-DIFENIL KARBAZIDA UNTUK PRAKONSENTRASI DAN ANALISIS SELEKTIF KROMIUM(VI) TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh MEYLIANA WULANDARI NIM : 20508001 PROGRAM STUDI KIMIA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2010

Upload: igede-sadiamba-p

Post on 26-Dec-2015

60 views

Category:

Documents


2 download

DESCRIPTION

tesis resin pengkelat

TRANSCRIPT

Page 1: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

RESIN PENGKHELAT AMBERLITE XAD-16-

1,5-DIFENIL KARBAZIDA UNTUK PRAKONSENTRASI

DAN ANALISIS SELEKTIF KROMIUM(VI)

TESIS

Karya tulis sebagai salah satu syarat

untuk memperoleh gelar Magister dari

Institut Teknologi Bandung

Oleh

MEYLIANA WULANDARI

NIM : 20508001

PROGRAM STUDI KIMIA

INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2010

Page 2: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

ABSTRAK

RESIN PENGKHELAT AMBERLITE XAD-16-

1,5-DIFENIL KARBAZIDA UNTUK PRAKONSENTRASI

DAN ANALISIS SELEKTIF KROMIUM(VI)

Oleh

Meyliana Wulandari

NIM : 20508001

(Program Studi Kimia )

Resin pengkhelat Amberlite XAD-16-1,5-Difenil karbazida telah disintesis dan dikarakterisasi. Prakonsentrasi dan analisis selektif kromium(VI) dilakukan melalui pembentukan kompleks dalam larutan asam sulfat 0,05 M. Ion Cr(VI) yang teretensi dalam minikolom selanjutnya dielusi dengan asam nitrat 5 M dan dideteksi dengan Atomic Absorption Spectrometry. Pengaruh konsentrasi H2SO4, waktu kontak, kapasitas retensi, dan konsentrasi eluen telah dipelajari. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kapasitas retensi Amberlite XAD-16-DPC dengan metode batch dan metode kolom berturut-turut sebesar 2,24 mg Cr / g XAD dan 24,71 µg Cr / g XAD sedangkan waktu penjenuhan kolom selama 16,5 detik. Nilai presisi untuk metode ini dinyatakan sebagai koefisien variansi adalah 3,68% pada level kepercayaan 95%. Nilai limit deteksi diperoleh sebesar 69 ppb. Daerah linier dapat diperoleh antara 100 ppb sampai 900 ppb dengan koefisien korelasi 0,985. Akurasi dari metode yang dikembangkan ini cukup baik, yang ditunjukkan oleh nilai % recovery 100%. Kinerja Flow Injection Analysis (FIA) ditunjukkan oleh nilai faktor pengayaan (Enrichment Factor) diperoleh sebesar 2 kali, efisiensi konsentrasi (Concentration Efficiency) sebesar 0,5 / menit, indeks konsumtif (Consumptive Index) yaitu 6,5 mL. Berdasarkan kinerja analitik dan kinerja FIA yang diperoleh menunjukkan bahwa metode ini dapat digunakan untuk analisa selektif Cr(VI) pada tingkat konsentrasi µg / L (ppb).

Kata Kunci : Resin Pengkelat, Amberlite XAD-16, 1,5-Difenil karbazida, Cr(VI)

Page 3: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

ABSTRACT

CHELATING RESIN AMBERLITE XAD-16-

1,5-DIPHENYLCARBAZIDE FOR PRECONCENTRATION

AND SELECTIVE ANALYSIS OF CHROMIUM(VI)

Oleh

Meyliana Wulandari

NIM : 20508001

(Chemistry Department)

A chelating resin Amberlite XAD-16-1,5-Diphenyl carbazide has been synthesized and characterized. Preconcentrated and selective analysis of chromium(VI) by forming complex at H2SO4 0,05 M. The Cr(VI) ion was retained on XAD-16-DPC mini-column and can be eluted quantitatively with HNO3 5 M and determined by Atomic Absorption Spectrometry. The effect of H2SO4 concentration, contact time, retention capacity, eluent concentration were investigated. The research shows that retention capacity of Amberlite XAD-16-DPC is 2.24 mg Cr / g XAD and 24.71 µg Cr / g XAD for batch and column method, respectively with time saturated of minicolumn was 16.5 second. The precision for this method expressed as coefficient variation is 3.68 % at a 95% confidence level. The limit of detection obtained was 69 ppb. The linier range can be attained between 100 ppb until 900 ppb with a correlation coefficient is 0.985. This method has a good accuracy according to % recovery 100%. The Flow Injection Analysis performance can be showed by enrichment factor, concentration efficiency, and consumptive index obtained was 2, 0.5 / minutes, and 6.5 mL, respectively. The study of analytical and Flow Injection Analysis performance showed that this method can be used to selective analysis Chromium(VI) on a µg / L (ppb) level.

Key Words : Chelating resin, Amberlite XAD-16, 1,5-Diphenylcarbazide, Cr(VI)

Page 4: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

RESIN PENGKHELAT AMBERLITE XAD-16-

1,5-DIFENIL KARBAZIDA UNTUK PRAKONSENTRASI

DAN ANALISIS SELEKTIF KROMIUM(VI)

Oleh

Meyliana Wulandari

20508001

(Program Studi Kimia)

Institut Teknologi Bandung

Menyetujui

Pembimbing

Tanggal ...........................

Dr. Muhammad Bachri Amran, DEA

NIP. 131690332

Page 5: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS

Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut

Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta

ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut

Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi

pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus

disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.

Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin

Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung.

Page 6: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

Lebih baik kamu memutuskan untuk ……

Tidak terlalu mendongak ke atas.

Karena banyak orang yang jauh lebih hebat daripada kamu.

Membandingkan kemampuanmu dengan mereka hanya akan

Membuatmu minder dan tidak melakukan apa-apa !

Jangan terlalu merunduk ke bawah

Melihat orang-orang yang jauh lebih terbatas darimu dapat membuatmu iba, prihatin/sebaliknya, sombong.

Janganlah sombong, karena itu adalah awal dari kehancuran

Jangan terlalu menoleh ke kiri dan ke kanan

Melihat reaksi orang lain ataupun mendengarkan komentar negatif

Hanya akan membuatmu salah tingkah !

Tak lagi menoleh ke belakang.

Kepahitan masa lalu akan menarik dan membelenggumu dengan kuat.

Membuatmu sulit untuk mengarahkan pandangan pada tujuanmu.

Tak memandang terlalu jauh.

Jangan terlalu terfokus pada kesuksesan masa depan dan mengorbankan masa kini.

Sebagai gantinya, memegang impianmu,

Berusaha semampumu, Tekun berdoa,

Peduli pada orang lain, dan Menikmati hidup.

(Kristine Batasina G)

Ku persembahkan karya ini sebagai ungkapan rasa terima kasih

Atas kasih sayang dan curahan doa yang tidak terkira

Bapak, Ibu, dan Alvin tercinta

Serta mereka yang telah menjadi bagian terbaik dalam hidupku

Page 7: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

UCAPAN TERIMA KASIH

Segala puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia

dan kasih sayang-Nya sehingga dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan

tesis ini.

Penelitian yang telah dilakukan ini tidak lepas dari bimbingan, arahan, nasehat,

dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis ingin menyampaikan rasa

terima kasih yang setulusnya dan penghargaan yang sebesar-besarnya kepada

Bapak Dr. Muhammad Bachri Amran, DEA sebagai pembimbing tugas akhir,

yang telah dengan sabar dan penuh kerelaan mencurahkan segala ilmu, perhatian,

dan bimbingan kepada penulis dalam pelaksanaan penelitian dan penulisan tesis.

Dalam penyelesaian tesis ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai

pihak. Untuk itu rasa terima kasih yang sebesar-besarnya penulis sampaikan juga

kepada :

1. Bapak dan Ibu tercinta atas semua doa, cinta, dan kasih sayang yang tidak

terkira. Terima kasih atas semua pengorbanan yang telah Bapak dan Ibu

lakukan. Rasa terima kasih tidak akan pernah dapat membalas semuanya dulu,

sekarang, ataupun nanti. Penulis hanya bisa berusaha untuk membahagiakan

dan membalas semua doa dan pengorbanan Bapak dan Ibu karena hanya Allah

SWT yang mampu membalas semua kebaikan itu,

2. Alvin, adik tercinta yang selalu bisa menjadi saudara dan teman tempat

berbagi dan tertawa,

3. Enjik, Emak Kar, Gladis, dan seluruh keluarga besar terima kasih atas

bantuan, doa dan dukungannya,

4. Para dosen di program studi Kimia terima kasih atas ilmu yang telah diberikan

selama dua tahun ini. Semoga ilmu tersebut dapat saya amalkan,

5. Staf non-akademik Program studi Kimia yang telah banyak membantu

penulis, diantaranya B. Tini, P. Wandi, P. Handi, dll,

Page 8: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

6. Teman-teman Magister Kimia ITB 2008 khususnya Mba‘ Lina, Mas Santo,

Michael, Vera, Mba‘ Khusna, Afu, Eva, Tina, Mas Budi. Terima kasih untuk

semua bantuan dan kebersamaannya,

7. Keluarga besar Kimia Analitik, angkatan’06 (Lia, Dita, Mirna, Hera, Eci,

Mela, Sendy, Ratu, Vonny, Sam, Herina), Ria, Yudis‘04, Pak Deden (S3),

Han, Oki‘05, dan semuanya yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu,

8. Keluarga besar Laboratorium Kimia Analitik P. Lanang, P. Dede, P. Kawi, P.

Adjat, P. Encu atas bantuan dalam peminjaman dan penggunaan alat selama

penelitian, P. Mudi di bengkel gelas BSC A atas pembuatan minikolomnya,

9. Seluruh petugas gudang bahan P. Yayat, B. Mimin, dll,

10. Keluarga besar LKFM program Doktor P. Bampito, P. Siang, P. Dani, dan

P.Igun terima kasih atas bantuan dan motivasinya,

11. Program studi Kimia ITB atas sarana dan prasarana yang disediakan selama

penulis menjalani pendidikan S2,

12. ITB atas beasiswa voucher yang diberikan selama 1 tahun.

Dan kepada semua sahabat, teman, saudara, dan pihak-pihak yang telah

membantu penulis yang tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih atas

segala bantuannya.

Semoga Allah SWT membalas kebaikan semua pihak yang telah membantu

penulis menyelesaikan tesis ini. Saran dan kritik dari semua pihak sangat

diharapkan demi kesempurnaan tesis ini. Penulis berharap semoga tesis ini dapat

bermanfaat bagi para pembaca.

Bandung, Juni 2010

Penulis

Page 9: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

DAFTAR ISI

ABSTRAK ...................................................................................................................... ii

ABSTRACT ................................................................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................................ iv

PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS ............................................................................ v

UCAPAN TERIMA KASIH .......................................................................................... vi

DAFTAR ISI .................................................................................................................. ix

DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................... xiii

DAFTAR TABEL........................................................................................................... xiv

DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG ................................................................. xv

Bab I Pendahuluan ....................................................................................................... 1

I.1 Latar Belakang Penelitian .................................................................................. 1

I.2 Tujuan Penelitian ............................................................................................... 3

I.3 Ruang Lingkup Penelitian ................................................................................. 3

Bab II Tinjauan Pustaka ................................................................................................ 4

II.1 Kromium ............................................................................................................ 4

II.2 Toksisitas Kromium ........................................................................................... 6

II.3 Kompleks Cr(VI)-DPC ...................................................................................... 6

II.4 Metode Analisis Instrumen untuk Kromium ..................................................... 7

II.4.1 Analisis dengan Kolorimetri .............................................................................. 7

II.4.2 Analisis dengan Ekstraksi .................................................................................. 8

II.4.3 Analisis dengan AAS ......................................................................................... 9

II.4.4 Analisis dengan Teknik Tandem ....................................................................... 9

II.5 Resin Amberlite XAD ....................................................................................... 10

II.6 Teknik Pemisahan dan Prakonsentrasi dengan XAD ........................................ 12

II.7 Flow Injection Analysis (FIA) ........................................................................... 13

II.8 Evaluasi Kinerja FIA ......................................................................................... 16

II.8.1 Faktor Pengayaan ............................................................................................... 16

II.8.2 Efisiensi Konsentrasi ......................................................................................... 16

II.8.3 Faktor Indeks Konsumtif ................................................................................... 17

Bab III Metodologi Penelitian ........................................................................................ 18

III.1 Tempat dan Waktu Penelitian ............................................................................ 18

III.2 Alat dan Bahan .................................................................................................. 18

Page 10: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

III.3 Diagram Alir Penelitian ..................................................................................... 19

III.4 Prosedur Penelitian ............................................................................................ 20

III.4.1 Pembuatan Larutan ............................................................................................ 20

III.4.2 Sintesis Resin Pengkhelat .................................................................................. 20

III.4.3 Karakterisasi Resin Pengkhelat ......................................................................... 22

III.5 Analisis Pengaruh Spesi Cr(III) terhadap Analisis Cr(VI)-DPC ....................... 22

III.6 Optimasi Kondisi Pengukuran ........................................................................... 22

III.6.1 Pembuatan Kurva Kalibrasi Larutan Cr(VI) Metode Batch .............................. 22

III.6.2 Pengaruh [H2SO4] pada Pengompleksan terhadap % Retensi Cr(VI) ............... 22

III.6.3 Pengaruh Waktu Kontak terhadap % Retensi Cr(VI) Metode Batch ................. 23

III.6.4 Pengaruh Konsentrasi Cr(VI) terhadap Kapasitas Retensi Metode Batch ......... 23

III.6.5 Penentuan Kapasitas Retensi XAD-DPC terhadap Cr(VI) secara Alir .............. 24

III.7 Prakonsentrasi dengan FIA-AAS ....................................................................... 24

III.7.1 Pembuatan Minikolom ....................................................................................... 24

III.7.2 Penentuan Konsentrasi Eluen ............................................................................ 25

III.8 Kinerja Analitik ................................................................................................. 25

III.8.1 Kebolehulangan Sinyal (Repeatability) ............................................................. 25

III.8.2 Limit Deteksi Pengukuran ................................................................................. 25

III.8.3 Penentuan Linieritas .......................................................................................... 25

III.9 Kinerja FIA ........................................................................................................ 26

III.9.1 Faktor Pengayaan (Enrichment Factor/EF) ....................................................... 26

III.9.2 Efisiensi Konsentrasi (Concentration Efficiency/CE) ....................................... 26

III.9.3 Faktor Indeks Konsumtif (Consumptive Index/CI) ............................................ 26

Bab IV Hasil dan Pembahasan ........................................................................................ 27

IV.1 Sintesis dan Karakterisasi Resin Pengkhelat Amberlite XAD-16-DPC ............ 27

IV.1.1 Nitrasi Amberlite XAD-16 ................................................................................ 27

IV.1.2 Reduksi Nitrobenzen.......................................................................................... 28

IV.1.3 Azotisasi Benzilamina ....................................................................................... 28

IV.1.4 Reaksi Kopling Garam Arenediazonium ........................................................... 30

IV.2 Pengaruh Spesi Cr(III) terhadap Retensi Cr(VI)-DPC ...................................... 33

IV.3 Optimasi Pengukuran dengan Metode Batch ..................................................... 33

IV.3.1 Pengaruh Konsentrasi H2SO4 terhadap Retensi Cr(VI) ..................................... 33

IV.3.2 Pngaruh Waktu Kontak terhadap Retensi Cr(VI) .............................................. 34

IV.3.3 Pengukuran Kapasitas Retensi Metode Batch ................................................... 35

IV.4 Prakonsentrasi Berbasis FIA .............................................................................. 36

IV.4.1 PengukuranKapasitas Retensi Dinamik ............................................................. 36

Page 11: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

IV.4.2 Evaluasi Konsentrasi Eluen ............................................................................... 37

IV.5 Kinerja Analitik ................................................................................................. 38

IV.5.1 Presisi ................................................................................................................. 38

IV.5.2 Limit Deteksi ..................................................................................................... 39

IV.5.3 Penentuan Linieritas .......................................................................................... 39

IV.5.4 Pengaruh Matriks dan Perolehan Kambali (% Recovery) .................................. 40

IV.6 Kinerja FIA ........................................................................................................ 41

IV.6.1 Faktor Pengayaan ............................................................................................... 41

IV.6.2 Efisiensi Konsentrasi ......................................................................................... 41

IV.6.3 Indeks Konsumtif ............................................................................................... 41

BabV Kesimpulan dan Saran ....................................................................................... 42

V.1 Kesimpulan ........................................................................................................ 42

V.2 Saran .................................................................................................................. 42

DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................... 43

Page 12: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran A Spektrum infra Merah ................................................................................ 45

A.1 Spektrum Infra Merah Senyawa PSDVB-NO2 .............................................. 45

A.2 Spektrum infra Merah PSDVB-NH2 .............................................................. 46

A.3 Spektrum Senyawa PSDVB-DPC .................................................................. 47

A.4 spektrum Senyawa DPC Murni ...................................................................... 48

Lampiran B Pengaruh Serapan Cr(III) terhadap Cr(VI) Metode Batch......................... 49

Lampiran C Kurva Larutan standar Cr(VI) dengan Metode Batch ............................... 50

Lampiran D Perhitungan Pengaruh Konsentrasi H2SO4 terhadap Retensi Cr(VI) ......... 51

Lampiran E Perhitungan Pengaruh Waktu Kontak terhadap Retensi Cr(VI) ................ 52

Lampiran F Perhitungan Kapasitas Retensi Resin XAD-DPC terhadap Cr(VI) ........... 53

Lampiran G Perhitungan Kapasitas Retensi Resin XAD-DPC Metode Kolom ............ 54

Lampiran H Perhitungan Kebolehulangan dan Limit Deteksi ....................................... 55

Lampiran I Perhitungan Konsentrasi Sampel dan % Recovery .................................... 57

Page 13: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

DAFTAR GAMBAR

Gambar II.1 Struktur kompleks Cr(VI)-DPC berdasar teori model molekul ............ 7

Gambar II.2 Hasil Difraksi Sinar-X kompleks Cr(VI)-DPC ..................................... 8

Gambar II.3 Struktur DPC dan 1,5-difenil karbazon ................................................ 8

Gambar II.4 Struktur Molekul Poli(stirendivinilbenzen) .......................................... 11

Gambar III.1 Diagram Alir Penelitian ........................................................................ 20

Gambar III.2 Set Alat Refluks .................................................................................... 21

Gambar III.3 Rangkaian Minikolom Berbasis FIA .................................................... 25

Gambar IV.1 Struktur Resin Amberlite XAD-16-DPC .............................................. 30

Gambar IV.2 Tahapan Reaksi Sintesis Amberlite XAD-16-DPC .............................. 31

Gambar IV.3 Spektrum IR PSDVB-NO2, PSDVB-NH2, PSDVB-DPC, DPC ........... 32

Gambar IV.4 Kapasitas Retensi Kompleks Cr(VI)-DPC pada Variasi [H2SO4] ........ 33

Gambar IV.5 Kapasitas Retensi Kompleks pada Variasi Waktu Kontak ................... 34

Gambar IV.6 Kapasitas Retensi Resin XAD-DPC Metode Batch.............................. 35

Gambar IV.7 Kapasitas Retensi Resin XAD-DPC Metode Kolom ............................ 36

Gambar IV.8 Hubungan Konsentrasi Eluen dan Tinggi Sinyal .................................. 37

Gambar IV.9 Presisi Sinyal Cr(VI) ............................................................................. 38

Gambar IV.10 Kurva Kalibrasi Larutan Cr(VI) ........................................................... 39

Gambar A.1 Spektrum Infra Merah Senyawa PSDVB-NO2 ..................................... 45

Gambar A.2 Spektrum Infra Merah Senyawa PSDVB-NH2 ..................................... 46

Gambar A.3 Spektrum Infra Merah Senyawa PSDVB-DPC .................................... 47

Gambar A.4 Spektrum Senyawa DPC Murni ............................................................ 48

Gambar C.1 Kurva Kalibrasi Larutan Cr(VI) Metode FIA ....................................... 50

Page 14: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

DAFTAR TABEL

Tabel II.1 Sifat Fisik Kromium .................................................................................... 4

Tabel II.2 Sifat Khas Resin Amberlite XAD ............................................................... 10

Tabel IV.1 Tabel Pengukuran Sampel dan % Recovery ................................................ 40

Tabel A.1 Spektrum Infra Merah PSDVB-NO2 ........................................................... 45

Tabel A.2 Spektrum Infra Merah PSDVB-NH2 ........................................................... 46

Tabel A.3 Spektrum Infra Merah PSDVB-DPC .......................................................... 47

Tabel A.4 Spektrum Infra Merah DPC Murni ............................................................. 48

Tabel B.1 Pengaruh Serapan Cr(III) terhadap Cr(VI) dengan Metode Batch .............. 49

Tabel C.1 Korelasi Konsentrasi Larutan Standar Cr(VI) terhadap Absorban .............. 50

Tabel D.1 Pengaruh Konsentrasi H2SO4 terhadap Retensi ion Logam Cr(VI) ............ 51

Tabel E.1 Pengaruh Waktu Kontak terhadap Retensi ion Logam Cr(VI) ................... 52

Tabel F.1 Kapasitas Retensi Resin Amberlite XAD-16-DPC ..................................... 53

Tabel G.1 Laju Alir Rata-rata Cr(VI) ........................................................................... 54

Tabel H.1 Tinggi Puncak kebolehulangan Larutan Cr(VI) 500 ppb ............................ 55

Tabel H.2 Profil Tinggi Puncak Blanko ....................................................................... 56

Tabel I.1 Tinggi Puncak Larutan Cr(VI) .................................................................... 57

Page 15: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG

Singkatan Nama Pemakaian

dan Simbol pertama kali

pada halaman

USEPA United States Environmental Protection Agency 1

WHO World Health Organization 2

AAS Atomic Absorption Spectrometry 2

ICP-AES Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission 2

Spectrometry

FIA Flow Injection Analysis 2

PSDVB Poly(Stiren divinyl) benzene 2

DPC 1,5-Diphenyl carbazide 3

SPE Solid Phase Extraction 7

CV-AAS Cold Vapour-Atomic Absorption Spectrometry 7

DIBK Diisobutyl ketone 8

FAAS Flame Atomic Absorption Spectrometry 9

ETAAS Electrothermal Atomic Absorption Spectrometry 9

RP-HPLC Reverse Phase-High Performance Liquid

Chromatography 9

PAA-E Polyacrylic ester 11

ICP-MS Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry 13

PTFE Poly Tetra Fluoro Ethylene 14

EF Enrichment Factor 16

CE Concentration Efficiency 16

CI Consumtive Index 17

FT-IR Fourier Transform-Infra Red 19

Page 16: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

Bab I

Pendahuluan

I.1 Latar Belakang Penelitian

Seringkali ion logam masuk ke aliran air karena air buangan dari berbagai proses

industri. Beberapa ion logam beracun bagi manusia sehingga pengeluarannya

harus dimonitor secara hati-hati. Contohnya logam berat yang dapat menyebabkan

beberapa resiko diantaranya efek karsinogenik bagi kesehatan manusia, ancaman

lingkungan, dan kepunahan spesies. Studi telah menunjukkan bahwa penyebab

kanker antara lain disebabkan karena logam tertentu yang sangat berbahaya yang

dapat meningkatkan interaksinya dengan logam lain, di mana proses ini sangat

tergantung pada bentuk kimia suatu logam. Sekarang ini peningkatan kesadaran

akan bahaya logam berat berdasarkan bentuk kimianya cenderung mendorong

perkembangan analisis yang lebih selektif dan spesiasi logam.(1)

Spesiasi dibutuhkan karena masing-masing spesi anorganik dari unsur khusus

memiliki sifat toksikologikal yang sangat berbeda. Ada perbedaan spesi unsur

tertentu dalam transport unsur dalam lingkungan dan dalam rantai makanan.

Mengetahui bentuk kimia unsur di lingkungan, agrikultural, dan sampel lain

menjadi lebih penting daripada mengetahui kandungan total unsur.(2) Contohnya

logam kromium, logam ini banyak digunakan di beberapa industri seperti

elektroplating, penyamakan kulit, cat, knalpot kendaraan bermotor, dan tekstil.

Dengan semua proses yang terjadi di industri, produk limbah pasti tak terelakkan.

Limbah-limbah tersebut menyebabkan terjadinya pencemaran lingkungan yang

dapat membahayakan kesehatan. Kromium di alam terdapat dalam bentuk Cr(III)

dan Cr(VI).(3)

Senyawa Cr(III) merupakan makronutrien esensial yang dibutuhkan oleh manusia

untuk mempertahankan metabolisme glukosa, lipid, dan protein.(4) Sedangkan

Cr(VI) menyebabkan kanker dan sangat toksik karena potensial oksidasinya yang

tinggi dan ukurannya yang kecil.(3) Dilaporkan bahwa Cr(VI) dapat merusak paru,

liver, dan ginjal.(5) The United States Environmental Protection Agency (USEPA)

memberlakukan ambang batas 0,1 mg/L total krom dalam air minum. Di Jepang

Page 17: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

konsentrasi yang dapat ditolerir dalam air limbah 0,5 mg/L untuk krom total dan

0,05 mg/L untuk Cr(VI). Menurut WHO ambang batas Cr(VI) 0,05 mg/L terlalu

tinggi dibandingkan dengan resiko kanker yang ditimbulkan. Akibatnya,

perkembangan metode sensitif seperti metode spesiasi ion kromium di lingkungan

menjadi sangat penting.(1)

Metode konvensional untuk analisa kromium secara kuantiatif meliputi ekstraksi

pelarut dan penukar ion. Metode tersebut memerlukan waktu lama dan adanya

manipulasi sampel bisa mengakibatkan rusaknya kromium sebelum dilakukan

analisis(6). Beberapa teknik analisis instrumen telah digunakan untuk determinasi

kromium meliputi spektrofotometri uv-vis(2), AAS(7), dan ICP-AES.(8) Karena

konsentrasi Cr(VI) dalam sampel air biasanya dalam µg/L dan kandungan

matriksnya tinggi, maka metode analisis instrumen perlu digabungkan dengan

metode prakonsentrasi secara konvensional untuk memperbaiki limit deteksinya.

Penggunaan resin pengkhelat untuk prakonsentrasi sekarang lebih ditingkatkan

karena bisa dihubungkan dengan Flow Injection Analiysis (FIA) yang

terotomatisasi.(9) Keuntungannya bisa meminimalkan waktu preparasi, lebih

sederhana serta volume sampel dan reagen yang digunakan lebih sedikit.(10) Resin

pengkhelat dapat diperoleh dengan menyisipkan gugus ligan pada saat sintesisnya

atau memasukkan resin dengan larutan ligan atau kompleks logam. Berbagai

material pendukung telah digunakan untuk berikatan dengan pengkhelat, seperti

kopolimer stiren divinilbenzen (PSDVB), selulosa, dan silika gel.(11)

Resin Amberlit XAD-16 (PSDVB) dipilih sebagai material pengisi minikolom

dalam penelitian ini karena kestabilannya dalam larutan asam dan basa,

mempunyai daerah permukaan yang cukup luas, cocok digunakan sebagai pengisi

kolom dengan eluen asam kuat tanpa terjadi degradasi atau kehilangan

performanya.(3) Ligan pengkhelat dalam penelitian ini diikatkan secara kovalen

dengan kopolimer sehingga lebih tahan terhadap pengaruh luar dibandingkan

dengan cara imobilisasi dengan impregnasi biasa. Untuk memperoleh ikatan

kovalen antara resin dan ligan, resin Amberlite XAD-16 (PSDVB) dimodifikasi

dengan ligan melalui gugus fungsi penghubung seperti –N=N- yang dihasilkan

dari produk diazotisasi polimer.(10)

Page 18: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

1,5-Difenilkarbazida (DPC) diketahui sebagai reagen selektif dan sensitif untuk

penentuan Cr(VI) secara spektrofotometri. Penentuannya berdasarkan oksidasi

DPC dalam larutan asam dan pembentukan kompleks Cr(VI)-difenilkarbazida

yang berwarna dengan absorpsi maksimum pada 540 nm. Dalam metode

spektrofotometri tersebut, beberapa ion lain seperti Fe(III), V(V), Hg(II), Mo(VI),

Cu(II), membentuk kompleks dengan DPC dan akan mengganggu pengukuran

Cr(VI) jika ada dalam konsentrasi tinggi. Dengan kata lain, aplikasi

spktrofotometri terbatas karena sensitivitasnya lebih rendah dibandingkan dengan

menggunakan Atomic Absorption Spectrometry (AAS).(5) Oleh karena itu, dalam

penelitian ini dikembangkan metode prakonsentrasi Cr(VI) dengan resin

pengkhelat Amberlite XAD-16-DPC dan dideteksi dengan FIA-AAS. Variabel

yang dipelajari seperti pengaruh konsentrasi asam sulfat pada pengompleksan,

waktu kontak, kapasitas retensi, dan konsentrasi eluen.

I.2 Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan dan mengevaluasi teknik

prakonsentrasi dan analisis selektif kromium(VI) berbasis Flow Injection Analysis

menggunakan resin pengkhelat Amberlite XAD-16-DPC. Metode ini diharapkan

memiliki akurasi, presisi, dan limit deteksi, serta kinerja FIA yang baik sehingga

dapat dipergunakan untuk analisis renik selektif kromium yang terdapat di

lingkungan perairan.

I.3 Ruang Lingkup penelitian

Penelitian ini akan mengkaji mengenai sintesis resin pengkhelat Amberlite XAD-

16-DPC. Hasil sintesis yang diperoleh dianalisis menggunakan metode

spektrofotometri infra merah dan dikarakterisasi sifat retensinya terhadap ion

logam Cr(VI). Proses prakonsentrasi dilakukan dan dioptimasi dengan FIA.

Kinerja analitik serta kinerja FIA dievaluasi untuk memberikan penilaian terhadap

metode analisis yang dikembangkan.

Page 19: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

Bab II

Tinjauan Pustaka

II.1 Kromium(12)

Kromium adalah sebuah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang

Cr dan nomor atom 24. Logam ini berwarna kelabu kebiruan, berkilau, logam

keras bertitik leleh tinggi, tidak berbau, tidak berasa, dan dapat ditempa. Nama

unsurnya berasal dari bahasa Latin “Chroma” yang artinya “warna” karena

kebanyakan unsurnya berwarna. Unsur ini ditemukan oleh Louis Nicholas

Vaquelin pada mineral crocate (PbCrO4) pada tahun 1797. Crocate banyak

digunakan sebagai pigmen, setelah penemuan tersebut, ditemukanlah bijih kromit

(FeCr2O4) yang diketahui juga mengandung krom. Kromium adalah unsur yang

kelimpahannya di alam menempati urutan ke-21 di bumi.

Tabel II.1 Sifat Fisik Kromium

Kromium

Simbol

Nomor Atom

Deret kimia

Massa atom

Konfigurasi electron

Ciri Fisik

Fase

Massa jenis (suhu kamar)

Titik lebur

Titik didih

Kalor peleburan

Kalor penguapan

Ciri-ciri Atom

Struktur Kristal

Cr

24

Logam transisi

51,996

[Ar] 3d5 4s1

Padat

7,15 g/cm3

2180 K(1907 °C, 3465 °F)

2944 K(2671 °C, 4840 °F)

21,0 kJ/mol

339,5 kJ/mol

Body centered cubic

Page 20: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

Bilangan oksidasi

Elektronegativitas

3,6

1,66 (skala Pauling)

Kromium merupakan logam tahan korosi (tahan karat) dan dapat dipoles menjadi

mengkilat. Dengan sifat ini, kromium banyak digunakan sebagai pelapis pada

ornamen-ornamen bangunan, komponen kendaraan, seperti knalpot pada sepeda

motor, maupun sebagai pelapis perhiasan seperti emas, emas yang dilapisi oleh

kromium ini lebih dikenal dengan sebutan emas putih. Perpaduan Kromium

dengan besi dan nikel menghasilkan baja tahan karat. Kromium trivalen (Cr(III),

atau Cr3+) diperlukan dalam jumlah kecil dalam metabolisme gula pada manusia.

Kekurangan kromium trivalen dapat menyebabkan penyakit yang disebut penyakit

kekurangan kromium (chromium deficiency).

Bilangan oksidasi +3 merupakan bilangan oksidasi yang paling stabil dari

kromium sehingga banyak diketahui senyawaan Cr(III). Cr(III) dapat diperoleh

dengan melarutkan kromium dalam asam seperti HCl atau H2SO4. Kromium

cenderung membentuk senyawa kompleks misalnya kompleks dengan molekul air

(hidrat) yang membentuk senyawa oktahedral. Cr(III) klorida hidrat

[CrCl2(H2O)4]Cl berwarna hijau gelap, [CrCl(H2O)5Cl]2 berwarna hijau pucat, dan

[Cr(H2O)6]Cl3 berwarna violet. Jika CrCl3 dilarutkan dalam air sehingga terjadi

perubahan warna dari hijau menjadi violet. Perubahan warna ini disebabkan oleh

substitusi klorida dengan molekul air. Cr(III) hidroksida menunjukkan reaksi

amfoter dan larut dalam larutan asam menghasilkan [Cr(H2O)6]3+ sedangkan

dalam larutan basa membentuk [Cr(OH)6]3+ dan [Cr(OH)5(H2O)]2-. Jika Cr(III)

hidroksida dipanaskan maka akan berubah menjadi Cr(III) oksida (Cr2O3) yang

stabil.

Bilangan oksidasi stabil yang kedua yaitu +6 contohnya kromat, yang diproduksi

besar-besaran dengan mengoksidasi kromit dengan kalsium atau natrium

karbonat. Reaksi kesetimbangan reaksi kromat dan dikromat : 2 CrO42- + 2 H3O

+

→ Cr2O72- + 2 H2O. Kromat dan dikromat merupakan reagen pengoksidasi yang

Page 21: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

kuat pada pH rendah. Cr(VI) dalam larutan ada sebagai hidrokromat (HCrO4-),

kromat (CrO42-) dan dikromat (Cr2O7

2-).

II.2 Toksisitas Kromium(13)

Cr(III) merupakan tingkat oksidasi paling stabil untuk Cr, reaksinya lambat secara

kinetik, tetapi Cr(III) bukan pengoksidasi kuat. Cr(VI) bukan merupakan tingkat

oksidasi yang stabil bila dibandingkan dengan Cr(III). Cr(VI) merupakan agen

pengoksidasi paling kuat (reaksinya lebih cepat dibanding Cr(III) dan lebih

mudah membentuk kompleks). Namun hal ini bukan merupakan penyebab Cr(VI)

menjadi toksik. Salah satu produk reduksi Cr(VI) adalah Cr(V) yang berbahaya.

Cr(V) diketahui karsinogenik dan akan menetap di beberapa jaringan tubuh untuk

membentuk sel kanker. Di Rusia telah dilaporkan bahwa Cr(VI) merupakan faktor

penyebab penuaan dini.

Dalam tubuh, asiditas dan reaksi enzimatik pada Cr(VI) akan mempromosikan

pembentukan Cr(V). Namun karena ukurannya secara normal sangat besar untuk

diserap jaringan, Cr(V) akan lewat begitu saja dari jaringan. Tempat dimana

Cr(V) biasanya disimpan yaitu dalam kapiler ginjal, usus, dan paru-paru. Selama

perjalanan, Cr(VI) akan mengoksidasi apapun yang bisa dioksidasi dan

mengakibatkan terbentuknya Cr(III) yang aman dan Cr(V) yang berbahaya.

II.3 Kompleks Cr(VI)-DPC

Spesi Cr(VI) mempunyai kemampuan besar membentuk kompleks berwarna

dengan ligan-ligan termasuk 1,5-Diphenyl carbazide (DPC). DPC membentuk

kompleks dengan Cr(VI) pada pH rendah dan pengurangan pH ini biasanya

menggunakan asam sulfat atau asam fosfat. Reaksi Cr(VI)-DPC umumnya

terbebas dari interferen.(14) DPC tidak akan membentuk kompleks dengan Cr(III)

untuk membentuk warna karena stabilitas ion Cr(III) dan keinertannya. Hal ini

berarti tingkat oksidasi akhir kompleks Cr haruslah Cr(VI). Melalui model

molekuler pada Gambar II.1 bahwa ion Cr(VI) membentuk kompleks oktahedral

dengan DPC. Dapat dilihat bahwa 3 molekul DPC dapat berikatan dengan atom

pusat Cr membentuk kompleks yang sangat stabil.(13)

Page 22: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

Cr

N

N

N

N

HN C

O

HNCNHN

NH NHNHNC

O

O

Gambar II.1 Struktur kompleks Cr(VI)-DPC berdasarkan teori model molekul

Sedangkan pada Gambar II.2 terjadi “sandwich” antara cincin yang terdelokalisasi

pada cincin benzen primer dengan Cr.(13)

Gambar II.2 Hasil Difraksi Sinar-X Struktur kompleks Cr(VI)-DPC

II.4 Metode Analisis Instrumen untuk Kromium

Banyak metode telah dikembangkan untuk prakonsentrasi dan analisis spesiasi

kromium menggunakan instrumen, sedikit diantaranya : kolorimetri dideteksi

menggunakan spektrometri uv-vis, Solid Phase Extraction (SPE) dan CV-AAS.

Prakonsentrasi dengan resin pengkhelat lalu dideteksi dengan ICP-AES (teknik

tandem). Sampai saat ini pengembangan metoda penentuan kromium masih terus

dilakukan terutama penggunaan resin pengkhelat untuk prakonsentrasi Cr(VI).

II.4.1 Analisis dengan Kolorimetri(15)

Spesi Cr(VI) dapat membentuk kompleks berwarna dengan ligan 1,5-Difenil

karbazida (DPC). Reaksi antara Cr(VI) dengan DPC berlangsung cepat dan

Page 23: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

spesifik. Reaksi ini telah digunakan secara luas untuk penentuan kromium dengan

metode kolorimetri. Senyawa kompleks berwarna violet yang terbentuk menyerap

pada panjang gelombang ~540 nm. Reaksi pembentukan kompleks Cr-DPC ini

melibatkan reduksi kromat oleh DPC menjadi Cr(III) dan oksidasi DPC menjadi

1,5-difenil karbazon. Struktur DPC dan 1,5-difenil karbazon dapat dilihat pada

Gambar II.3. Reaksi yang terjadi dapat dituliskan sebagai berikut :

[ ] O8H LH )Cr(III)(HL 8H L3H CrO 2 22242

4 +↔++ ++− ….......

2.1

H4L menunjukkan DPC sedangkan H2L menunjukkan 1,5-difenil karbazon.

NH NH

O

NH NH

N N

O

NH NH

DPC 1,5-difenil karbazon

Gambar II.3 Struktur DPC dan 1,5-difenil karbazone

II.4.2 Analisis dengan Ekstraksi

II.4.2.1 Ekstraksi Sederhana

Yoshiro Honna(16) mengekstraksi Cr(III) dan Cr(VI) ke dalam amonium pirolidin

ditiokarbamat (APDC) dengan sistem ekstraksi diisobutilketon (DIBK). Spesiasi

sederhana dilakukan berdasar perbedaan kecepatan reaksi antara Cr(III) dan

Cr(VI). Ekstraksi I, Cr(VI) diekstraksi menuju fasa DIBK, Cr(III) yang masih

tertinggal dalam sampel dilakukan ekstraksi bagian kedua dengan DIBK yang

baru. Deteksi yang digunakan adalah AAS. Cara ini kurang efektif karena

membutuhkan reagen dan sampel yang banyak serta menghabiskan banyak waktu.

II.4.2.2 SPE

Teknik ekstraksi pelarut merupakan cara yang banyak dilakukan dalam analisis

logam dalam jumlah renik. Pada ekstraksi pelarut fasa padat ini digunakan

ekstraktor berupa fasa padat yang direaksikan dengan larutan pengkhelat. Larutan

pengkhelat yang digunakan adalah DPC diimobilisasikan ke dalam minikolom C-

18, metode dikerjakan dengan sistem flow injection. Hasilnya kompleks Cr(VI)-

DPC dideteksi dengan ICP-AES.(17)

Page 24: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

Pada prinsipnya teknik pembentukan kompleks khelat yang melibatkan teknik

ekstraksi pelarut, yaitu dengan cara mengontakkan larutan fasa air yang

mengandung analit dengan fasa organik berwujud padat yang mengandung reagen

pengkhelat. Reagen yang digunakan berupa senyawa pengkhelat yang akan

membentuk kompleks koordinasi dengan ion kromium sehingga terbentuk

senyawa kompleks khelat yang berwarna.

II.4.3 Analisis dengan AAS

Untuk mendapat prakonsentrasi dan pemisahan yang akurat, reliabel dan sensitif

dibutuhkan determinasi langsung dengan AAS. FAAS sudah banyak digunakan

secara rutin di laboratorium karena biayanya yang terjangkau dan operasinya

lebih mudah dibanding ETAAS. Metode lain seperti ICP-MS memang ideal dan

cocok untuk determinasi kromium namun biaya analisis instrumennya tinggi.(18)

Spesiasi kromium dan dideterminasi dengan FAAS telah dilakukan oleh

Tunceli.(7) Cr(VI) dipisahkan dari Cr(III) dan diprakonsentrasi sebagai kompleks

Cr(VI)-DPC dialirkan ke dalam kolom yang telah terisi dengan Amberlite XAD-

16. Kompleks Cr(VI) yang teretensi dielusi dengan H2SO4 dalam metanol.

II.4.4 Analisis dengan Teknik Tandem

Teknik yang banyak dikembangkan untuk meningkatkan selektifitas, sensitivitas

dan limit deteksi dalam analisis suatu sampel dalam jumlah renik dan dalam

matriks yang kompleks adalah teknik tandem. Teknik tandem merupakan suatu

metoda yang menggabungkan dua atau lebih instrumen analisis. Teknik tandem

ini biasanya digunakan untuk spesiasi karena teknik ini pada prinsipnya salah satu

instrumen berfungsi sebagai preparasi sampel seperti pemisahan atau spesiasi dan

yang lain sebagai pendeteksi. Teknik tandem untuk analisis kromium dalam

jumlah renik telah banyak dikembangkan antara lain ICP-AES(8), RP-HPLC-

AAS.(19)

HPLC merupakan salah satu metode kromatografi yang melibatkan

pendisribusian komponen-komponen yang akan dipisahkan pada 2 fasa yang tidak

saling bercampur, yaitu fasa diam dan fasa gerak. Pemisahan terjadi karena

adanya perbedaan kecepatan migrasi dari masing-masing komponen pada fasa

Page 25: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

diam. HPLC yang banyak dikembangkan adalah HPLC fasa terbalik, yaitu

memakai fasa diam nonpolar dan fasa gerak polar. Spesiasi kromium dengan RP-

HPLC-AAS yang telah dilakukan menggunakan minikolom C-18 dengan panjang

25 cm pada suhu 40ºC 2,5 mL/menit.

II.5 Resin Amberlite XAD(20)

Kelompok resin Amberlite XAD dibagi menjadi dua kelompok, resin polistiren

divinilbenzen (PSDVB) ditunjukkan pada Gambar II.4, dan resin polyacrylic Acid

Ester (PAA-E). Resin Amberlite XAD lebih stabil dalam larutan asam atau basa

dan pelarut organik dibandingkan dengan silika-C18 dan silika gel. Resin

Amberlite XAD telah banyak digunakan sebagai adsorben material organik dan

kompleks logam organik karena struktur makro-porinya. Beberapa sifat resin

Amberlite XAD diberikan dalam Tabel II.2.

Tabel II.2 Sifat Khas Resin Amberlite XAD

Daerah permukaan spesifik (m2/g)

Diameter pori (Å)

Volume pori (mL/g

%)

Momen dipol (D)

Polistiren divinilbenzen

Amberlite XAD-1

Amberlite XAD-2

Amberlite XAD-3

Amberlite XAD-4

Amberlite XAD-5

Amberlite XAD-16

Amberlite XAD-1180

Ester asam poliakrilat

Amberlite XAD-6

Amberlite XAD-7

Amberlite XAD-8

Amberlite XAD-9

Amberlite XAD-1

100

330

526

750

415

825

650

663

450

140

70

170

200

90

44

50

68

100

140

498

80

250

370

350

35,2

42

38,7

51

43,4

60

65

49,3

55

52

0,3

0,3

1,8

1,8

Page 26: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

Resin XAD-1, 2, 3, 4, 5, 16, 1180 merupakan kopolimer PSDVB yang

mempunyai permukaan hidrofobik yang nonpolar. Kopolimer PSDVB tidak

mudah mengabsorb air karena sifat hidrofobiknya. Resin tersebut mempunyai

gugus aromatik dan tidak memiliki kemampuan pertukaran ion.

Resin Amberlite XAD-6, 7, 8, 9, 11 merupakan polimer PAA-E yang mempunyai

permukaan hidrofilik dan sedikit polar. Resin ini lebih mudah menyerap air, non-

aromatik dan memiliki kemampuan pertukaran ion yang rendah.

Perbedaan komposisi kimia resin PSDVB dan resin PAA-E mempengaruhi

efisiensi elusi masing-masing resin. Afinitas resin XAD Amberlite untuk

mengabsorp senyawa berhubungan dengan daerah permukaan spesifik, polaritas,

dan volume spesifik pori. Umumnya resin yang mempunyai daerah permukaan

besar yang lebih dipilih (khususnya XAD-4 dan XAD-16) dengan struktur yang

sama. Oleh karena itu dalam penelitian ini digunakan resin Amberlite XAD-16.

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

CH2

Gambar II.4 Struktur Molekul Poli(stirendivinilbenzen)

Penggunaan resin Amberlite XAD dengan daerah permukaan yang besar dan

struktur makropori cocok untuk prakonsentrasi, pemisahan kromatografi dari

beberapa senyawa karena lebih mudah dielusi dan bebas dari resiko kontaminasi.

Lagipula resin XAD mempunyai kemampuan adsorpsi yang lebih besar dan lebih

mudah elusinya daripada silika gel dan alumina.

Page 27: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

II.6 Teknik Pemisahan dan Prakonsentrasi dengan XAD(20)

Metode prakonsentrasi logam berat tingkat renik dalam beberapa media dibagi

menjadi 3 tipe : imobilisasi, impregnasi, dan adsorpsi kompleks logam.

a. Imobilisasi

Resin Amberlite XAD yang terimobilisasi secara kimia dengan ligan organik

telah digunakan untuk prakonsentrasi ion logam. Ligan yang terimobilisasi

dalam resin dipreparasi dengan beberapa kombinasi gugus fungsi. Namun

prosedur sintesisnya rumit, dan ada beberapa keterbatasan gugus fungsi yang

bisa diimobilisasi. Imobilisasi pada resin Amberlite XAD telah digunakan

untuk preparasi resin pengkhelat yang baru.

b. Impregnasi (Penyerapan dalam Pori)

Impregnasi resin Amberlite XAD dengan larutan ligan juga telah banyak

digunakan dalam prakonsentrasi ion logam tingkat renik. Beberapa metode

impregnasi reagen yang tidak larut air kepada resin Amberlite XAD telah

diaplikasikan seperti melewatkan larutan reagen disepanjang kolom yang

terisi dengan resin, mengocok adsorben dalam larutan reagen dan

menguapkan pelarut setelahnya; resin yang terimpregnasi disimpan dalam

kondisi yang cocok sampai dilakukannya prakonsentrasi.

Dalam preparasi impregnasi ligan ke adsorben, beberapa sifat yang

dibutuhkan untuk ligan : harus cukup stabil, kelarutan dalam larutan harus

cukup rendah, harus teradsorbsi sangat kuat menuju substrat, dan dipilih ligan

yang mampu membentuk kompleks dengan beberapa logam sebisa mungkin

sama dengan pH larutan sampel. Dalam prosedur imobilisasi dan impregnasi,

logam biasanya dielusi dari kolom dengan memutuskannya dari agen

pengompleks dengan beberapa konsentrasi dari asam mineral.

c. Adsorpsi kompleks logam

Karena sifat fisika dan kemampuan adsorpsi resin Amberlite XAD terhadap

kompleks logam sehingga banyak digunakan dalam pengayaan logam tingkat

renik. Penggunaan kelompok resin pada kompleks logam cenderung

Page 28: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

meningkat. Pada prosedur ini, ion logam renik dirubah menjadi sebuah khelat

logam atau kompleks anorganik dalam larutan, kompleks logam diadsorbsi

pada resin Amberlite XAD dengan filtrasi vakum. Senyawa logam yang

teradsorb didesorbsi oleh eluen yang cocok dengan sedikit volume.

Konsentrasi logam yang dikeluarkan dari kolom dideteksi dengan AAS,

spektrofotometri, ICP-MS, dll.

II.7 Flow Injection Analysis (FIA)(21)

Flow Injection Analysis dapat didefinisikan sebagai metode analitik yang

didasarkan pada penginjeksian sejumlah sampel dalam bentuk larutan ke dalam

suatu aliran yang tidak bersegmen. Sampel yang diinjeksikan berbentuk zona,

aliran tersebut menuju suatu detektor atau sensor untuk direkam dalam bentuk

parameter seperti absorbansi, potensial elektroda, atau parameter fisik lainnya

sebagai sinyal analitik yang kontinyu.

Tiga prinsip dasar FIA adalah kombinasi antara injeksi sampel, kontrol dispersi,

dan tetapan waktu. Hal yang membuat teknis FIA ini diterima adalah : prinsip

dasarnya yang mudah dimengerti dan diimplementasikan, instrumennya dapat

dibuat dari komponen yang sederhana dan murah, menyediakan prosedur analisis

kimia basah yang terotomasi. FIA adalah teknik yang ideal untuk otomasi analisis

sampel dalam bentuk larutan.

Prakonsentrasi dengan FIA memiliki keunggulan dibandingkan dengan proses

prakonsentrasi biasa. FIA dapat memperkecil dan mengeliminasi kesalahan

operator karena sistem ini menggunakan saluran dan reaktor yang tertutup. Proses

prakonsentrasi yang berlangsung dalam reaktor menghindarkan proses dari

kesalahan analitis yang mungkin terjadi akibat proses pergantian alat,

kontaminasi, atau perubahan jumlah analit. Selain itu pengukuran dengan FIA

memerlukan jumlah reagen dan analit yang lebih sedikit dan waktu analisis yang

singkat sehingga lebih ekonomis. Secara sederhana terdapat empat tahapan sistem

kinerja FIA. Keempat tahap tersebut meliputi injeksi, dispersi, deteksi, elusi atau

pembilasan.

Carrier merupakan larutan pembawa yang juga digunakan sebagai blanko.

Carrier menjadi pembawa semua jenis reagen atau analit yang akan direaksikan

Page 29: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

di reaktor. Oleh karena itu larutan pembawa ini harus dapat bercampur baik

dengan semua reagen yang dipergunakan dan tidak memberikan sinyal pada

detektor. Carrier juga dapat berfungsi menjaga kondisi resin yang terdapat dalam

minikolom sehingga tetap dalam kondisi optimumnya. Larutan pembawa ini terus

menerus dialirkan dengan laju alir konstan menuju detektor oleh pompa peristaltik

yang dapat diatur laju alirnya. Input reagen atau sampel ke dalam rangkaian alat

dapat dilakukan dengan cara menggantikan carrier dengan larutan tersebut pada

jalur yang sama. Pengaturan volume input reagen atau sampel dalam sistem FIA

dapat dipermudah dengan katup putar sistem yang berbasis volume, volume

reagen yang dimasukkan pada tiap-tiap pengukuran sama.

Instrumenasi yang umum digunakan :

a. Pompa Peristaltik

Alat ini berfungsi sebagai pendorong cairan baik sampel, reagen, maupun

carrier dalam sistem FIA. Pompa peristaltik dapat diatur sedemikian rupa

sehingga mempunyai kecepatan aliran tertentu yang stabil.

b. Selang Kapiler

Jenis pipa yang paling banyak digunakan sebagai selang kapiler pada sistem

FIA adalah jenis Poly(Tetra Fluoro Ethylene) / PTFE. Pipa ini mempunyai

diameter 0,35-1,0 mm. Dinding pipa diharapkan tidak lebih tipis dari 0,5 mm

untuk memastikan kecukupan dalam kekuatan mekaniknya.

Penggunaan selang kapiler sebagai tabung aliran atau conduit pada sistem FIA

sangat penting untuk mempertahankan kondisi aliran laminar dari cairan yang

dialirkan. Dengan demikian aliran turbuler yang dapat mengakibatkan laju

alur dari reagen yang tidak sama di setiap titik (aliran fluida yang terpisah

dengan ruang kosong) dapat dihindari.

Panjang selang kapiler untuk FIA perlu menjadi salah satu faktor teknis yang

perlu diperhatikan. Selang yang panjang akan memperlama waktu kontak

antar reagen dan mengakibatkan proses pengenceran analit pada tahap

dispersi. Adanya pengenceran akan memperkecil perolehan sinyal pada

detektor.

c. Katup Putar Multi Jalur

Page 30: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

Sistem katup digunakan untuk memasukkan sampel maupun reagen dengan

volume tertentu sesuai yang dibutuhkan secara periodik ke dalam aliran

carrier. Sistem katup ini digunakan untuk menjaga adanya faktor pengganggu

dalam sistem zona sampel seperti pulsa udara yang kadang-kadang dapat

memberikan sinyal pada detektor. Selain itu sistem katup ini juga berfungsi

untuk menyeragamkan proses input sehingga dapat mengeliminasi kesalahan

akibat ketidakseragaman proses input.

d. Reaktor

Pada metode prakonsentrasi ini digunakan minikolom yang diisi Amberlite

XAD-16-DPC sebagai reaktor. Reaktor atau kolom sebagai tempat terjadinya

interaksi antara reagen dan terjadinya proses prakonsentrasi.

Berdasarkan proses yang terjadi dalam reaktor, teknik FIA untuk

prakonsentrasi dan pemisahan dapat dikelompokkan menjadi kategori

ekstraksi cair-cair, ekstraksi gas-cair, sorpsi, presipitasi, dan dialisis. Untuk

tujuan prakonsentrasi, dapat digunakan kolom sorpsi, presipitasi, ekstraksi

cair-cair, dan sebagainya. FIA juga dapat dilakukan untuk pengukuran

langsung analit (auto sampling) atau juga kondisi suatu reaksi melalui

pengukuran parameter fisik yang berubah selama reaksi berlangsung.

e. Detektor

Detektor berfungsi untuk menerjemahkan perubahan parameter fisik yang

diukur dari analit sebagai puncak transien. Jenis detektor yang dipilih

disesuaikan dengan karakteristik analit. Pengukuran analit logam

menggunakan detektor FAAS, AES, ICP-AES, dan sebagainya. Detektor

dapat pula dikombinasikan dengan rekorder sehingga sinyal yang dihasilkan

instrumen dapat direkam baik secara analog maupun digital. Tinggi dan luas

puncak yang terekam sebanding dengan konsentrasi. Dengan demikian

informasi yang diperoleh dapat digunakan untuk menghitung konsentrasi,

senyawa yang ditentukan dengan membandingkannya dengan kurva kalibrasi.

Pengukuran analit yang memiliki serapan di daerah sinar tampak atau uv dapat

mempergunakan detektor berupa spektrofotometer uv-vis. Instrumen lain

dapat digunakan sebagai detektor disesuaikan dengan kebutuhan, ketersediaan

alat dan tujuan analisis.

Page 31: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

II.8 Evaluasi Kinerja FIA(21)

II.8.1 Faktor Pengayaan (Enrichment Faktor)

Faktor pengayaan merupakan perbandingan antara konsentrasi sampel setelah

tahap prakonsentrasi (Ce) terhadap konsentrasi sampel sebelum prakonsentrasi

(Cs), dapat dinyatakan menjadi :

Cs

Ce EF= ……….

2.2

Pada dasarnya EF (Enrichment Faktor) adalah suatu bentuk pendekatan. Hal ini

dikarenakan dalam aplikasinya, konsentrasi analit dalam konsentrat (Ce) tidak

dapat diketahui secara pasti. Pendekatan EF selanjutnya didefinisikan sebagai

perbandingan antara kemiringan kurva kalibrasi sebelum dan sesudah

prakonsentrasi. Nilai EF dianggap mendekati nilai sesungguhnya jika kondisi

analitik meliputi karakteristik respon detektor tidak mengalami perubahan pada

dua kalibrasi tersebut.

Untuk memperoleh sensitivitas yang tinggi, sistem prakonsentrasi dalam FIA

selalu dibuat pada puncak maksimum seperti dengan mengevaluasi tinggi puncak.

Nilai EF secara sederhana ditentukan dengan membandingkan tinggi puncak

sebelum dan sesudah prakonsentrasi.

II.8.2 Efisiensi Konsentrasi (EC)

Satu alasan utama implementasi sistem prakonsentrasi FIA adalah efisiensinya

yang tinggi dibanding dengan metode batch. Meskipun EF sangat diperlukan

untuk evaluasi sistem prakonsentrasi FIA, ketika digunakan tidak memberi

informasi yang cukup memadai terhadap efisiensinya. EF yang tinggi tidak

identik dengan efisiensi tinggi karena mungkin dicapai dengan waktu

prakonsentrasi yang lama, beberapa jam, bahkan hari dan membutuhkan banyak

sampel. Selain EF yang tinggi, waktu dan jumlah analit yang diperlukan pada

tahap prakonsentrasi juga mempengaruhi efisiensi pengukuran.

Page 32: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

Efisiensi konsentrasi didefinisikan sebagai hasil kali antara faktor EF dan

frekuensi sampling dari analisa per menit. CE (Concentration Efficiency)

diekspresikan sebagai menit-1:

60

f EF CE ×= ……….

2.3

dengan f sebagai frekuensi sampling per jam.

Nilai CE menunjukkkan faktor pengayaan analit yang dicapai oleh sistem

permenitnya. Dengan mengabaikan prinsip pemisahan, konsep efisiensi

konsentrasi dapat diperluas untuk semua sistem prakonsentrasi sehingga

memungkinkan penggunaan nilai CE untuk membandingkan efisiensi prosedur

prakonsentrasi yang menggunakan prinsip pemisahan yang berbeda.

II.8.3 Faktor Indeks Konsumtif

Indeks konsumtif mencerminkan aspek lain dari efisiensi sistem prakonsentrasi,

antara lain efisiensi penggunaan, diartikan sebagai volume sampel dalam mililiter

yang diperlukan untuk mencapai tiap unit EF.

EF

Vs CI = ……….

2.4

dengan Vs adalah volume sampel yang diperlukan untuk mencapai nilai EF. CI

(Consumptive Index) biasanya digunakan untuk sampel dengan volume yang

terbatas atau jika sampel berjumlah banyak.

Page 33: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

Bab III

Metodologi Penelitian

III.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Kelompok Keahlian Kimia Analitik,

Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut

Teknologi Bandung, dimulai dari bulan Agustus 2009 - Mei 2010.

III.2 Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan antara lain : Waterbath (Buchi 480 made in

Switzerland), labu alas bulat, kondensor, pemanas listrik (Thermolyne MirakTM),

labu leher tiga, pengaduk magnet (Magnetic Stirrer), pendingin liebigh, oil bath,

statif, klem refluks, termometer, termocouple, Spektrofotometer Infra Merah

Transformasi Fourier (IR Prestige-21 Fourier Transform Infrared

Spectrophotometer Shimadzu) untuk pengujian karakteristik resin yang disintesis,

pH meter (Hanna®), alat sentrifugasi (Fiser Scientific Company® Model 370),

Pompa peristaltik (Ismatec), kolom PTFE diameter 2 mm, panjang 5 cm, pipa

Tygon® diameter 0,07-0,10 cm untuk saluran sampel pereaksi lainnya, Atomic

Absorption Spectrophotometer (AAS Double Beam GBC®-902) untuk analisis

kadar Cr(VI) dalam analit, Perangkat lunak Power Chrom (AD Instrument®) yang

terintegrasi dalam AAS untuk pencatat data secara digital, alat gelas standar yang

biasa dipakai di laboratorium analitik.

Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini memiliki tingkat kemurnian

pro analisis (p.a) dan terdiri dari :

K2Cr2O7(s), CrCl3.6H2O(s), etanol, aseton(aq), HNO3 pekat, H2SO4 pekat, HCl

pekat, SnCl2(aq), NaNO2(s), NaOH(aq), Amberlite XAD-16(s), 1,5-Difenil karbazida

(DPC)(s), KI(s), amilum(s).

III.3 Diagram Alir Penelitian

Pembuatan larutan

Sintesis PSDVB terazotisasi

Persiapan alat dan bahan

Page 34: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

Gambar III.1 Diagram alir Penelitian

III.4 Prosedur Penelitian

III.4.1 Pembuatan Larutan

III.4.1.1 Pembuatan Larutan induk Cr(VI) 1000 ppm

Ditimbang 0,7067 g K2Cr2O7 lalu dilarutkan dengan aquabidest dan diencerkan

hingga volume larutan 250 mL.

PSDVB

PSDVB-NO2 FT-IR

PSDVB-NH2 FT-IR

PSDVB-terazotisasi

FT-IR

Evaluasi : 1. Konsentrasi H2SO4

2. Waktu Kontak

3. Kapasitas Retensi

4. Konsentrasi Eluen

FIA-AAS

Evaluasi : 1. Kebolehulangan

2. Limit Deteksi

3. Linieritas

4. % Recovery

Kinerja FIA

Analisis Data

Page 35: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

III.4.1.2 Pembuatan Larutan induk Cr(III) 1000 ppm

Ditimbang 1,2813 g CrCl3.6H2O lalu dilarutkan dengan aquabidest dan

diencerkan hingga volume larutan 250 mL.

III.4.1.3 Pembuatan Larutan Induk DPC 1%

Ditimbang 0,250 g DPC lalu dilarutkan dengan aseton sehingga volume larutan

25 mL. Larutan disimpan dalam botol gelap dan didinginkan dalam lemari

pendingin, dan larutan dibuang ketika warnanya hilang.

III.4.2 Sintesis Resin Pengkhelat

III.4.2.1 Pencucian Resin Amberlite XAD-16

10 g Resin Amberlite XAD-16 yang berwarna putih kekuningan dicuci terlebih

dahulu menggunakan aquabidest, HCl 1 M, aquabidest, NaOH 1 M, aquabidest,

dan dikeringkan dengan etanol. Tujuan pencucian untuk menghilangkan pengotor

yang terdapat dalam resin tersebut sehingga dihasilkan warna resin yang putih

bersih.

III.4.2.2 Nitrasi Resin Amberlite XAD-16

10 g resin Amberlite XAD-16 atau PSDVB dimasukkan ke dalam labu alas bulat

dan ditambahkan 20 mL HNO3 pekat dan tetes demi tetes H2SO4 pekat sebanyak

50 mL. Larutan tersebut direfluks dalam water bath selama 1 jam pada suhu 60ºC

yang dihubungkan dengan kondensor. Setelah refluks selesai, dihasilkan resin

ternitrasi (PSDVB-NO2) berwarna coklat muda dengan bau asam yang sangat

menyengat. Untuk menghilangkan bau asam dilakukan pencucian dengan

aquabidest sampai netral.

III.4.2.3 Reduksi (PSDVB-NO2)

Resin PSDVB-NO2 ditambahkan 40 g SnCl2, 45 mL HCl pekat, dan 60 mL

etanol. Campuran tersebut direfluks (Gambar III.2) selama 12 jam pada suhu 60-

90ºC dalam oil bath. Digunakannya minyak karena sifat minyak yang lebih stabil

secara termal daripada sifat air yang mudah menguap jika dipakai untuk

pemanasan dalam waktu yang lama. Setelah itu dilakukan pencucian dengan HCl

Page 36: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

: C2H5OH (1:1), aquabidest, NaOH 2 M, aquabidest untuk mendapat resin yang

tereduksi (PSDVB-NH2) yang berwarna coklat kehitaman.

Gambar III.2 Set Alat Refluks

III.4.2.4 Azotisasi PSDVB-NH2

Resin PSDVB-NH2 tersebut kemudian direndam dalam 50 mL larutan HCl 2M

selama 30 menit. Kemudian resin disaring dengan aquabidest untuk

menghilangkan sisa HCl. Resin yang telah disaring kemudian dimasukkan ke

dalam aquabidest dingin. Suhu larutan dijaga agar tidak lebih dari 4ºC. Kemudian

ditambahkan HCl 1 M sebanyak 50 mL dan ditambahkan larutan NaNO2 1 M

sedikit demi sedikit sampai mencapai volume 100 mL dan menghasilkan warna

hitam, dilakukan penyaringan resin dengan cepat.(10) Resin yang telah diazotisasi

direndam dengan DPC 1% selama 24 jam.

III.4.3 Karakterisasi Resin Pengkhelat

Karakterisasi dilakukan dengan pengujian kristal dengan menggunakan

spektrofotometri infra merah. Struktur kimia yang dievaluasi meliputi struktur

PSDVB-NO2, PSDVB-NH2, dan PSDVB-terazotisasi-DPC. PSDVB yang

terazotisasi tidak dilakukan pengujian dengan FT-IR karena molekulnya tidak

stabil.

III.5 Analisis Pengaruh Spesi Cr(III) terhadap Analisis Cr(VI)-DPC

Metode Batch

Page 37: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

Larutan Cr(VI) dan Cr(III) 5 ppm dibuat pada pH 1 (sebanyak 2,5 mL Cr(VI) 100

ppm ditambah dengan sedikit H2SO4 6 M lalu diencerkan dengan aquades sampai

tanda batas labu takar 50 mL dan menunjukkan pH 1) kemudian diukur

serapannya dengan AAS. Resin XAD-DPC yang telah ditimbang sebanyak 0,5 g

tersebut masing-masing dicelupkan dan diaduk dalam larutan Cr(VI) dan Cr(III)

sebanyak 15 mL dan dibiarkan terjadi penyerapan oleh resin selama 30 menit.

Sisa larutan yang telah terserap resin juga diukur dengan AAS, yang sebelumnya

telah disentrifuge untuk memisahkan larutan dari resin.

III.6 Optimasi Kondisi Pengukuran

III.6.1 Pembuatan Kurva Kalibrasi Larutan Cr(VI) Metode Batch

Ke dalam 7 buah labu takar 25 mL masing-masing dibuat larutan standar Cr(VI)

dengan konsentrasi 1, 2, 4, 6, 8, 10, 20. Sebanyak 0,25; 0,5; 1; 1,5; 2; 2,5; 5 mL

larutan Cr(VI) 100 ppm masing-masing ditambahkan H2SO4 1,25 mL (untuk

kondisi pH 1) dan diencerkan dengan aquades sampai tanda batas. Sederet larutan

standar tersebut kemudian diukur dengan AAS.

III.6.2 Pengaruh [H2SO4] pada Pengompleksan terhadap % Retensi Cr(VI)

Metode Batch

Larutan standar Cr(VI) 20 ppm dibuat dengan memipet Cr(VI) 100 ppm sebanyak

5 mL masing-masing ke dalam 5 buah labu takar 25 mL dan ditambahkan H2SO4

1M sebanyak 0,125; 0,25; 0,75; 1,25; 2,5 mL dan diencerkan sampai tanda batas

dengan aquades. Diperoleh larutan standar Cr(VI) 20 ppm dengan variasi

konsentrasi H2SO4 berurutan 0,005; 0,01; 0,03; 0,05; 0,1 M. Masing-masing

larutan standar dipipet 10 mL ke dalam gelas kimia 25 mL yang telah berisi 0,5 g

resin Amberlite XAD-16-DPC sambil diaduk selama beberapa waktu dan

dibiarkan selama 60 menit. Setelah 60 menit akan diperoleh warna larutan yang

semula agak kekuningan menjadi jernih yang menandakan terjadinya penyerapan

Cr oleh resin Amberlite XAD-16-DPC. Serapannya diukur dengan AAS pada

panjang gelombang 357,9 nm. Kondisi optimum ditandai dengan mg Cr / g resin

paling besar.

III.6.3 Pengaruh Waktu Kontak Resin terhadap % Retensi Cr(VI) Metode

Batch

Page 38: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

Larutan standar Cr(VI) 20 ppm dibuat dengan memipet Cr(VI) 100 ppm sebanyak

5 mL masing-masing ke dalam 5 buah labu takar 25 mL dan ditambahkan 1 M

H2SO4 1,25 mL (volume yang dibutuhkan agar konsentrasi H2SO4 optimum yaitu

0,05 M) dan diencerkan sampai tanda batas dengan aquades. Masing-masing

larutan standar dipipet 10 mL ke dalam gelas kimia 25 mL yang telah berisi 0,5 g

resin Amberlite XAD16-DPC sambil diaduk. Variasi waktu perendaman

digunakan 15; 30; 60; 90; 120 menit. Absorban sisa larutan Cr yang telah terserap

ke resin Amberlite XAD-16-DPC diukur dengan AAS pada panjang gelombang

357,9 nm. Kondisi optimum ditandai dengan mg Cr / g resin paling besar.

III.6.4 Pengaruh Konsentrasi Cr(VI) terhadap Kapasitas Retensi Metode

Batch

Dibuat Larutan standar Cr(VI) 30; 40; 50; 60; 100; 200; 300 ppm dengan

penambahan sejumlah H2SO4 1 M sehingga konsentrasi larutan standar 0,05 M

dalam 7 buah labu takar 25 mL. Masing-masing dipipet 10 mL ke dalam gelas

kimia 25 ml yang telah berisi 0,5 g resin Amberlite XAD-16-DPC sambil diaduk

dan dibiarkan selama 60 menit (waktu kontak optimum). Absorban awal dan

absorban sisa larutan Cr yang telah terserap ke resin Amberlite XAD-16-DPC

diukur dengan AAS pada panjang gelombang 357,9 nm. Kondisi optimum

ditandai oleh titik potong kurva konsentrasi Cr(VI) sebagai absis dan kapasitas

resin mg/g sebagai ordinat.

III.6.5 Penentuan Kapasitas Retensi Amberlite XAD-16-DPC terhadap

Cr(VI) secara Alir

Dibuat Larutan standar Cr(VI) 10 ppm dengan penambahan sejumlah H2SO4

sehingga konsentrasi larutan H2SO4 0,05 M dalam labu takar 25 mL. Larutan

tersebut dialirkan ke dalam minikolom yang berisi resin dengan laju alir 2 mL /

menit sampai timbul puncak pada sinyal detektor (minikolom Amberlite XAD-

16-DPC tidak mampu lagi meretensi Cr(VI). Waktu yang dibutuhkan agar puncak

bisa muncul diukur dan dikonversikan terhadap laju alir sehingga diperoleh

kapasitas retensi Amberlite XAD-16-DPC terhadap Cr(VI).

III.7 Prakonsentrasi dengan FIA-AAS

III.7.1 Pembuatan Minikolom

Page 39: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

0,2 g Resin Amberlite XAD-16-DPC dimasukkan ke dalam kolom (diameter 2

mm, panjang 5 cm) yang kedua ujungnya telah disumbat menggunakan glass

wool. Kolom yang berisi Amberlite XAD-16-DPC tersebut kemudian dilakukan

swelling menggunakan carrier (H2SO4 0,05 M) selama 30 menit. Metode analisis

Cr(VI) ini menggunakan teknik prakonsentrasi dengan deteksi AAS. Pompa katup

injeksi 8 jalur-minikolom dan AAS dihubungkan secara langsung dengan

menggunakan selang berdiameter dalam 0,5 mm. Rangkaian minikolom berbasis

FIA ditunjukkan pada Gambar III.3. H2SO4 0,05 M berfungsi sebagai carrier

dengan eluen asam nitrat, dan sampel larutan Cr(VI).

Gambar III.3 Rangkaian Minikolom Berbasis FIA

III.7.2 Penentuan Konsentrasi Eluen

Larutan Cr(VI) 100 ppb dialirkan ke dalam kolom berisi Amberlite XAD-16-DPC

yang terhubung dengan AAS dengan laju alir 2 mL/menit. Larutan Cr(VI) yang

teretensi dalam kolom dielusi dengan eluen HNO3 dengan variasi konsentrasi 1;

2; 3; 4; 5 M. Dari data tinggi sinyal yang diperoleh kemudian ditentukan

konsentrasi eluen untuk mengelusi dengan baik Cr(VI).

III.8 Kinerja Analitik

III.8.1 Kebolehulangan Sinyal (Repeatability)

Larutan Cr(VI) 500 ppb diukur berulang-ulang dengan kondisi pengukuran yang

sama dan diukur tinggi sinyalnya. Kebolehulangan sinyal ditunjukkan dengan %

koefisien variansi.

III.8.2 Limit Deteksi Pengukuran

Limit deteksi ditentukan dengan pengukuran harga serapan terkecil yang masih

dapat dibedakan dari sinyal yang diberikan oleh blanko. Limit deteksi dinyatakan

sebagai perbandingan sinyal standar (S) 500 µg/L (ppb) terhadap sinyal blanko.

Page 40: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

III.8.3 Penentuan Linieritas

Linieritas ditentukan dengan membuat kurva kalibrasi. Dibuat larutan standar

Cr(VI) pada beberapa konsentrasi, dari 100-900 ppb (µgL-1) dialirkan ke dalam

kolom Amberlite XAD-16-DPC. Serapannya diukur pada konstruksi FIA-AAS

dengan laju alir 1,5 mL/menit.

- Penentuan kadar ion Cr(VI) dalam Sampel

Larutan sampel air sebanyak 1 mL dipompakan dengan laju alir 1,5 mL/menit ke

dalam kolom yang terhubung dengan AAS. Ion Cr(VI) yang teretensi pada kolom

dielusi menggunakan 1 mL asam nitrat 5 M.

- % Recovery

Sebanyak 0,5 mL larutan standar Cr(VI) 5 ppm dimasukkan dalam labu takar 25

mL kemudian diencerkan dengan sampel air sampai tanda batas. Larutan ini

dialirkan ke dalam kolom sebanyak 1 mL. Ion Cr(VI) yang teretensi pada kolom

dielusi menggunakan 1 mL asam nitrat 5 M dengan laju alir yang sama.

III.9 Kinerja Flow Injection Analysis

III.9.1 Faktor Pengayaan (Enrichment Factor/EF)

Slope kurva kalibrasi Cr(VI) setelah prakonsentrasi dengan FIA dibandingkan

terhadap slope kurva kalibrasi Cr(VI) dengan pengukuran langsung pada detektor

AAS.

III.9.2 Efisiensi Konsentrasi (Concentration Efficiency/CE)

CE dinyatakan permenit, yaitu perbandingan EF larutan Cr(VI) setelah

prakonsentrasi dengan frekuensi analisis tiap menit.

III.9.3 Faktor Indeks Konsumtif (Consumptive Index/CI)

Merupakan jumlah volume reagen yang diperlukan dalam satu kali sekuensi

analisis.

Page 41: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

Bab IV

Hasil dan Pembahasan

IV.1 Sintesis dan Karakterisasi Resin Pengkhelat Amberlite XAD-16-DPC

IV.1.1 Nitrasi Amberlite XAD-16

Benzen bereaksi dengan asam nitrat pekat menghasilkan nitrobenzen yang

berwarna coklat muda secara lambat. Reaksi tersebut lebih cepat jika

dilaksanakan dengan memanaskan benzen dengan campuran asam nitrat pekat

dan asam sulfat pekat.

600CNO2

+ HNO3 + H2SO4 + H3O+ + HSO4

-

Nitrobenzen

………..4.1

Asam sulfat pekat menaikkan laju reaksi dengan meningkatkan jumlah elektrofil

yaitu ion nitronium (NO2+), mekanisme reaksinya sebagai berikut(22) :

a. Asam nitrat menerima proton dari asam kuat yaitu asam sulfat

HO3SO H H O NO-

OH O

HN

O-

O+ HSO4

-....+

++

….…..4.2

b. Asam nitrat terdisosiasi membentuk ion nitronium

H O+

H

N+

O-

O

N+

0

O

+ H2O..

………..4.3

Page 42: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

c. Ion nitronium adalah elektrofilik dalam nitrasi, bereaksi dengan benzen

membentuk resonansi stabilisasi ion arenium

N+

0

O HNO2

HNO2

HNO2

lambat

+

+

ion arenium

+

………..4.4

d. Ion arenium kemudian mentransfer proton menuju basa dan menjadi

nitrobenzen

HNO2

H

O H NO2O+H HH

+

+:

….…..4.5

IV.1.2 Reduksi Nitrobenzen

Proses reduksi nitrobenzen menghasilkan benzilamina yang berwarna coklat tua

dilakukan dengan bantuan garam logam SnCl2 dalam HCl, karena nitrobenzen

sukar larut dalam HCl sehingga ditambahkan etanol dan dilakukanlah proses

refluks. Refluks adalah suatu teknik yang meliputi kondensasi uap dan

mengembalikannya ke dalam sistem dimana uap tersebut dihasilkan. Tujuan dari

refluks untuk mensuplai energi dalam menjalankan reaksi selama periode waktu

yang lama. Reaksi yang terjadi sebagai berikut(22) :

NO2 SnCl2HCl

NH2

Benzilamina

………..4.6

IV.1.3 Azotisasi Benzilamina

Arilamina primer bereaksi dengan asam nitrit disebut reaksi diazotisasi

menghasilkan garam arenediazonium berwarna hitam dan bersifat tidak stabil.

Garam arenediazonium lebih stabil daripada garam diazonium alifatik karena

tidak bisa terurai jika temperatur reaksi campuran dijaga tetap di bawah 5ºC.

Diazotisasi benzilamina menggunakan NaNO2 dan HCl, reaksinya adalah(22) :

Page 43: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

+ NaNO2 + 2HClNH2 N N:

+Cl- + NaCl + 2H2O

………..4.7

Diazotisasi amina primer terjadi dalam beberapa langkah. Dengan kehadiran HCl

sebagai asam kuat menyebabkan asam nitrit terurai menjadi ion +NO. Ion ini

bereaksi dengan nitrogen amina untuk membentuk ion N-nitrosoamonium berupa

intermediet yang tidak stabil. Intermediet kemudian kehilangan proton

membentuk N-nitrosoamin yang bertautomerisasi dengan diazohidroksida dalam

reaksi yang sama dengan tautomerisasi keto-enol. Dengan kehadiran asam,

diazohidroksida kehilangan air membentuk ion diazonium.

Asam nitrit merupakan asam lemah yang tidak stabil sehingga dipreparasi secara

langsung dengan mereaksikan NaNO2 dengan asam kuat seperti HCl.

NaNO2 + HCl HONO + NaCl

………..4.8

H2O+ NO 2H2O + :N+=OHONO + H3O

++ H2O

…..4.9

+ :N+=O

NH2N+H

HN O -H+ N

HN O

Benzilamina ion N-nitrosoamonium N-nitrosoamin ………..4.10

NH

N O -H+

+H+

N N O-+H+

-H+

N N OH

N-nitrosoamin diazohidroksida

………..4.11

Page 44: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

N N OH +H+

-H+

N N OH2N+ N:

N N:++ H2O

ion arenediazonium

Ion diazonium ….4.12

IV.1.4 Reaksi Kopling Garam Arenediazonium

Ion arenediazonium merupakan elektrofilik lemah yang bisa bereaksi dengan

senyawa aromatik yang reaktif menghasilkan senyawa azo. Substitusi aromatik

elektrofilik disebut reaksi kopling azo. Reaksi ion arenediazonium dari Amberlite

XAD-16 (PSDVB) dengan 1,5-Difenil karbazida menghasilkan resin pengkelat

yang berwarna coklat kemerahan. Dapat dilihat struktur resin Amberlite XAD-16-

DPC pada Gambar IV.1.

N N:+

+

NHNH

O

NHNH

NH NH

O

NHNH

NN

Gambar IV.1 Struktur Resin Amberlite XAD-16-DPC

Tahapan reaksi nitrasi, reduksi, diazotisasi, dan kopling dengan ligan dapat dilihat

pada Gambar IV.2 :

Page 45: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

CH CH2

HNO3 SnCl2 NaNO2

CH CH2

NH2

CH CH2

NO2

CH CH2

N2+Cl-

HCl HClH2SO4

PSDVB

NHNH

O

NHNH

N

NH

N

NHNH

ONH

CH CH2

+

Gambar IV.2 Tahapan Reaksi Sintesis Amberlite XAD-16-DPC

Karakterisasi resin hasil sintesis dilakukan tahap demi tahap menggunakan

spektroskopi Infra Merah. Hubungan antara bilangan gelombang dengan %T ada

pada lampiran A. Berdasarkan spektrum IR senyawa PSDVB-NO2 yang

diperoleh dari hasil nitrasi (Gambar IV.3a) menunjukkan pita serapan tajam pada

1527,62 cm-1 dan 1348,24 cm-1. Kedua pita serapan tersebut merupakan pita

serapan dari gugus nitro.

Pita serapan akan hilang setelah dilakukan reduksi dengan SnCl2 dalam HCl yang

mereduksi gugus -NO2 dari benzen menjadi -NH2. Spektrum PSDVB-NH2

menunjukkan pita serapan sedikit tajam pada bilangan gelombang 1608,63 cm-1

yang merupakan karakteristik gugus NH2 pada benzilamina. Data tersebut

didukung dengan pita serapan pada bilangan gelombang 1276,88 cm-1 yang

merupakan karakteristik ikatan C-N pada benzilamina (Gambar IV.3b). Hasil ini

mengindikasikan resin PSDVB-NO2 telah berhasil direduksi menjadi PSDVB-

NH2 disertai dengan perubahan warna resin dari coklat muda menjadi coklat tua.

Page 46: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

Gambar IV.3 Spektrum Infra Merah PSDVB-NO2 (a), PSDVB-NH2 (b), Amberlite XAD-16-DPC (c), DPC Murni (d)

Resin yang telah direduksi tersebut supaya dapat berikatan secara kovalen dengan

ligan 1,5-difenilkarbazida harus diazotisasi dahulu menghasilkan senyawa azo.

Senyawa azo tidak stabil pada suhu di atas 4ºC sehingga hasil sintesis

senyawanya tidak dikarakterisasi dengan FT-IR. Setelah garam diazonium

terbentuk, ke dalam resin ditambahkan ligan DPC dan direndam. Hasil FT-IR

Amberlite XAD-16-DPC (Gambar IV.3c) antara lain menunjukkan pita serapan

1712,79 cm-1, 1521,84 cm-1, 1442,75 cm-1 berturut-turut menggambarkan

spektrum ikatan C=O, CNH, dan NH.

Data pita serapan memperlihatkan bahwa ligan DPC telah berhasil diikatkan

secara kovalen dengan resin Amberlite XAD-16 melalui gugus perantara azo. Pita

serapan kuat DPC murni (Gambar IV.3d) pada 1670,35 dan 1600,92 cm-1

menunjukkan C=O, 1492,90 cm-1 menunjukkan CNH yang didukung oleh pita

serapan 1539, 20 cm-1. Buktinya pita serapan DPC yang telah terikat secara

kovalen dengan resin Amberlite XAD-16, sama seperti pada pita DPC murni yaitu

menunjukkan adanya ikatan C=O dan CNH.

Page 47: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

IV.2 Pengaruh Spesi Cr(III) terhadap Retensi Cr(VI)-DPC

Analisis dilakukan dengan metode batch untuk mengetahui pengaruh Cr(III)

terhadap retensi Cr(VI)-DPC. Data lampiran B menunjukkan Cr(III) sangat

sedikit yang berhasil teretensi oleh resin XAD-DPC yaitu 0,0046 mg tiap 1 g resin

sedangkan Cr(VI) lebih banyak teretensi yaitu 0,0414 mg tiap 1 g resin. Hal ini

berarti hanya spesi Cr(VI) yang teretensi dalam resin XAD-DPC sedangkan spesi

Cr(III) tidak teretensi dan langsung menuju detektor. Sehingga keberadaan spesi

Cr(III) tidak mengganggu retensi Cr(VI) pada resin Amberlite XAD-16-DPC.

IV.3 Optimasi Pengukuran dengan Metode Batch

IV.3.1 Pengaruh Konsentrasi H2SO4 terhadap Retensi Cr(VI)

Studi literatur pada metode kolorimetri menunjukkan bahwa pembentukan

kompleks DPC dengan kromium terjadi pada range pH 2 ± 0,5.(23) Berdasarkan

hal tersebut pengaruh konsentrasi H2SO4 dipelajari untuk mendapatkan kondisi

optimum retensi Amberlite XAD-16-DPC terhadap Cr(VI). Konsentrasi H2SO4

yang digunakan dalam penelitian ini dari 0,005-0,1 (pH sekitar 2-0,7).

Gambar IV.4 Profil Kapasitas Retensi XAD-DPC-Cr(VI) pada Variasi [H2SO4]

Dari hasil analisis (lampiran D) serapan optimum kompleks Cr(VI)-DPC terjadi

pada konsentrasi H2SO4 0,05 M yaitu pH sekitar 1. Grafik hubungan konsentrasi

H2SO4 dan kapasitas retensi (mg/g) pada reaksi pembentukan kompleks Cr(VI)-

DPC dapat dilihat pada Gambar IV.4. Dapat diamati bahwa pada konsentrasi

H2SO4 dari rendah ke tinggi, mg / g retensinya meningkat dan mg / g retensi

Page 48: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

mulai menurun pada konsentrasi 0,1 M. Semakin tinggi konsentrasi H2SO4

(semakin rendah pH) maka pembentukan kompleks yang terjadi lebih besar serta

adanya penurunan pada konsentrasi H2SO4 0,1 M (pH sekitar 0,7). Konsentrasi

H2SO4 optimum selanjutnya akan digunakan sebagai larutan carrier.

Pengaruh konsentrasi H2SO4 terhadap kesetimbangan Cr(VI) mengikuti reaksi :

OH OCr 2H CrO 2 2-2

72-2

4 +→+ +

………..4.13

Pada konsentrasi H+ tinggi (pH relatif asam), Cr(VI) lebih banyak yang berbentuk

Cr2O72-. Dengan semakin berkurangnya H+, Cr(VI) lebih berbentuk CrO4

2-.

IV.3.2 Pengaruh Waktu Kontak terhadap Retensi Cr(VI)

Pengaruh waktu kontak terhadap pembentukan kompleks Cr(VI)-DPC telah

dipelajari. Hal ini bertujuan untuk mengetahui seberapa lama waktu yang

dibutuhkan oleh ion Cr(VI) agar dapat teretensi dengan baik dalam resin

pengkhelat.

Gambar IV.5 Profil Kapasitas Retensi Cr(VI)-DPC pada Variasi Waktu Kontak

Berdasarkan lampiran E dan Gambar IV.5 waktu kontak yang digunakan mulai

dari 15 menit sampai 120 menit. mg Cr(VI) / g resin Amberlite XAD-16-DPC

meningkat mulai dari waktu kontak 15 sampai 60 menit dan turun secara

mendatar untuk waktu kontak 90 dan 120 menit. Adanya kenaikan mg Cr(VI)

terhadap resin dikarenakan resin Amberlite XAD-16-DPC masih bisa meretensi

sejumlah Cr(VI). Penurunan mg / g retensi Cr(VI)-DPC dan mencapai kondisi

konstan dikarenakan resin sudah jenuh oleh sejumlah Cr(VI) dan tidak mampu

lagi meretensi Cr(VI).

Page 49: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

IV.3.3 Pengukuran Kapasitas Retensi Metode Batch

Kapasitas retensi resin Amberlite XAD-16-DPC adalah ukuran kemampuan resin

tersebut untuk meretensi Cr(VI). Semakin banyak jumlah Cr(VI) yang diserap,

semakin besar kapasitas retensinya. Analisis kapasitas retensi selain dapat

dilakukan dengan metode kolom juga dapat dilakukan dengan metode batch. Pada

metode batch dilakukan variasi konsentrasi larutan standar Cr(VI) 30 ppm sampai

300 ppm (Gambar IV.6).

Gambar IV.6 Kapasitas Retensi Resin Amberlite XAD-16-DPC Metode Batch

Dari hasil analisis secara metode batch diperoleh kapasitas optimum retensi resin

Amberlite XAD-16 terhadap Cr(VI) terjadi pada konsentrasi 159 ppm besarnya

sekitar 2,24 mg Cr /g XAD (lampiran F). Data tersebut memberikan informasi

bahwa setiap 1 g resin dapat meretensi 2,24 mg Cr(VI). Sebelum mencapai

konsentrasi 159 ppm resin masih dapat meretensi Cr(VI) sehingga kapasitas

retensinya akan terus mengalami peningkatan. Konsentrasi yang lebih besar dari

159 ppm tidak menunjukkan peningkatan tajam artinya Cr(VI) sudah tidak

mampu lagi diretensi oleh resin.

IV.4 Prakonsentrasi Berbasis FIA

IV.4.1 Pengukuran Kapasitas Retensi Dinamik

Prakonsentrasi adalah suatu metode untuk menaikkan konsentrasi suatu analit

tanpa adanya penambahan standar. Melalui metode ini, analit yaitu Cr(VI) dengan

konsentrasi rendah (ppb) masih dapat dideteksi. Caranya melalui retensi Cr(VI)

secara kontinyu pada suatu materi pendukung Amberlite XAD-16-DPC yang

Page 50: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

dimasukkan dalam mini kolom pada suatu sistem alir. Untuk memperoleh data

konsentrasi sampel, sebelumnya dilakukan pengukuran kapasitas dinamik dan

evaluasi konsentrasi eluen.

Pengukuran kapasitas retensi dinamik pada metode kolom digunakan larutan

Cr(VI) sebesar 10 ppm. Kapasitas retensi dilakukan dengan cara menghitung

break point kolom. Dari Gambar IV.7 dapat dilihat dari detik ke-0 sampai kira-

kira ke-16 menunjukkan sinyal yang konstan, sinyal ini berasal dari sinyal

carrier.

Gambar IV.7 Kapasitas Retensi Resin Amberlite XAD-16-DPC Metode Kolom

Garis lurus tersebut menandakan bahwa resin masih bisa meretensi atau menahan

Cr(VI). Setelah detik ke-16 terjadi peningkatan sinyal yang mengindikasikan

sinyal Cr(VI) yang berhasil dielusi yang artinya kolom tidak mampu lagi

meretensi Cr(VI). Titik inilah yang disebut break point. Pengujian menghasilkan

break point kolom terjadi setelah kolom dialiri Cr(VI) selama 16,5 detik. Setelah

dilakukan konversi terhadap laju alir, konsentrasi larutan standar dan berat resin

pada kolom diperoleh kapasitas retensi kolom 24,71 µg Cr /g XAD (lampiran G).

Bila kapasitas retensi Cr(VI) antara metode batch dan metode kolom

dibandingkan maka diperoleh kapasitas retensi Cr(VI) dengan metode kolom

lebih kecil. Hal ini didasarkan pada zona konsentrasi yang sama pada tiap

pengukuran dan tidak menunggu hingga reaksi selesai. Lain halnya dengan

metode batch yang didasarkan pada rentang waktu yang disesuaikan sehingga

didapat retensi yang berlangsung secara optimum.

IV.4.2 Evaluasi Konsentrasi Eluen

Page 51: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

Teknik FIA menggunakan katup putar 8 jalur memudahkan pengaturan

volume sampel dan eluen yang tepat dan sama serta aliran carrier yang kontinyu.

Eluen sangat penting perannya dalam metode kolom karena harus mampu

mengelusi secara kuantitatif ion Cr(VI) yang teretensi pada resin Amberlite XAD-

16-DPC sehingga bisa dideteksi oleh detektor. Selain itu, mini kolom perlu

diregenerasi agar bisa digunakan kembali. Efektivitas elusi ditentukan oleh jenis

dan konsentrasi eluen.

Gambar IV.8 Hubungan Konsentrasi Eluen dan Tinggi Sinyal

Pengelusian Cr(VI) dilakukan dengan HNO3 karena didasarkan pada sifat logam

Cr yang mudah larut dalam HNO3. Ion hidrogen dari HNO3 akan mengganggu

senyawa khelat yang terbentuk antara resin Amberlite XAD-16-DPC dengan

Cr(VI). Konsentrasi eluen perlu dioptimasi untuk mengetahui kondisi pengelusian

Cr(VI) yang tidak merusak ikatan Amberlite XAD-16-DPC dalam kolom.

Berdasarkan profil sinyal yang diperoleh (Gambar IV.8) dapat dilihat pada

konsentrasi HNO3 1-3 M tidak menunjukkan perbedaan signifikan dan terjadi

kenaikan tinggi sinyal pada konsentrasi HNO3 4 dan 5 M. Semakin tinggi

konsentrasi eluen semakin tinggi puncak, artinya semakin banyak Cr(VI) yang

terelusi. HNO3 1-3 M tidak digunakan karena diduga masih ada ion logam Cr(VI)

yang belum terelusi sempurna, sedangkan HNO3 di atas 5 M juga tidak digunakan

karena karena konsentrasi asam yang terlalu tinggi akan mempersulit proses

regenerasi kolom sehingga proses regenerasi untuk mengembalikan keadaan

kolom pada pH optimumnya akan berlangsung lama dan juga dapat menurunkan

kinerja dari FIA. Jadi dalam penelitian ini digunakan HNO3 5 M sebagai eluen ion

Cr(VI) dari kolom Amberlite XAD-16-DPC.

Page 52: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

IV.5 Kinerja Analitik

IV.5.1 Presisi

Presisi menggambarkan kebolehulangan dari pengukuran, yaitu kedekatan

antara nilai data yang satu dengan data yang lain yang diperoleh dengan

menggunakan larutan, peralatan, metode, waktu dan analis yang sama.

Berdasarkan perhitungan pada lampiran H, nilai standar deviasi 0,1685. Makin

kecil nilai standar deviasi, semakin bagus kebolehulangan pengukuran. Biasanya

presisi dinyatakan sebagai persen Relative Standard Deviation (RSD) atau

Coefficient of Variation (CV). Koefisien variansi (% KV) pada metode ini diperoleh

sebesar 3,68% untuk konsentrasi Cr(VI) 500 ppb. Suatu metode dikatakan

mempunyai presisi yang baik jika nilai koefisien variansinya lebih kecil dari 5%.

Hasil yang diperoleh menunjukkan kebolehulangan yang baik terlihat dari nilai

%KV yang kurang dari 5%. Gambar IV.9 menunjukkan kebolehulangan sinyal

pengukuran.

Gambar IV.9 Presisi Sinyal Cr(VI)

IV.5.2 Limit Deteksi

Limit deteksi menyatakan konsentrasi atau massa minimum terkecil yang masih

dapat terdeteksi oleh suatu metode analisis dengan tingkat kepercayaan yang

tinggi. Dengan mengetahui limit deteksi dapat diperkirakan jumlah konsentrasi

sampel minimum yang dibutuhkan dalam suatu proses analisis serta pencarian

metode baru atau pengembangan metode lama dengan cara membandingkan

limit deteksi dengan metode sebelumnya. Berdasarkan perhitungan lampiran H,

limit deteksi untuk metode prakonsentrasi ion Cr(VI) dengan FIA-AAS yang

diperoleh adalah 69 ppb untuk volume larutan standar Cr(VI) 1 mL.

Page 53: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

IV.5.3 Penentuan Linieritas

Linieritas adalah kemampuan metode untuk menunjukkan bahwa nilai hasil uji

langsung atau setelah diolah secara matematika, sebanding dengan konsentrasi

analit pada batas rentang konsentrasi tertentu. Biasanya linieritas dievaluasi secara

grafik/evaluasi matematika yaitu plot antara tinggi sinyal/luas puncak analit

(sumbu y) sebagai fungsi dari konsentrasi analit (sumbu x) yang biasa disebut

kurva kalibrasi. Berdasarkan kurva kalibrasi diperoleh persamaan garis y = ax+b,

dimana a adalah kemiringan kurva, b adalah intersep atau perpotongan terhadap

sumbu y.

Gambar IV.10 Kurva Kalibrasi Larutan Cr(VI)

Kurva kalibrasi pada penelitian ini dibuat dengan memvariasikan konsentrasi

larutan standar Cr(VI) dari 100 sampai 900 ppb sehingga diperoleh persamaan

garis y = 0,047 x – 0,705 dengan koefisien korelasi R2= 0,985 (Gambar IV.10).

Dari grafik ini, R2 menunjukkan daerah kerja yang cukup linier dan rentang

konsentrasi tersebut dapat digunakan sebagai daerah kerja pengukuran.

Selanjutnya persamaan regresi ini digunakan untuk mengukur konsentrasi sampel.

Sampel yang digunakan berasal dari saluran pembuangan air limbah PT. Pindad.

Konsentrasi Cr(VI) dalam sampel air yang diperoleh sebesar 85 ppb. Berdasakan

WHO, kandungan maksimum Cr(VI) yang ditolerir sebesar 0,05 ppm. Karena

Cr(VI) pada air saluran pembuangan PT. Pindad yang diperoleh dengan metode

prakonsentrasi dan analisis selektif dengan FIA-AAS memberikan hasil yang

melebihi standar yang ditetapkan WHO, maka telah terjadi pencemaran air dari

saluran pembuangan PT. Pindad. Sumber pencemaran ini kemungkinan berasal

dari limbah proses elektroplating di PT. Pindad.

Page 54: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

IV.5.4 Perolehan Kembali (% Recovery)

Perolehan kembali (% recovery) menunjukkan tingkat keakurasian dari metode

yang digunakan. Perolehan kembali dilakukan dengan membandingkan nilai

konsentrasi analit yang terukur dengan konsentrasi analit yang terhitung, yaitu

melakukan analisis spike sampel (sampel buatan) yang telah diketahui

konsentrasinya. Nilai % recovery yang baik adalah berkisar 100 ± 5%. Dari

perhitungan yang tertera pada lampiran I dan Tabel IV.1 diperoleh % recovery

sebesar 100%. Hasil tersebut menunjukkan bahwa metode yang dilakukan

memiliki tingkat akurasi yang baik.

Tabel IV.1 Tabel Pengukuran Sampel dan % Recovery

Sampel Air Limbah PT. Pindad Spike Terukur Spike Terhitung % Recovery

85 ppb 0,18 µg/L 0,18 µg/L 100%

IV.6 Kinerja FIA

IV.6.1 Faktor Pengayaan (Enrichment Factor)

Faktor Pengayaan (EF) menyatakan peningkatan sensitivitas metode

prakonsentrasi FIA-AAS dibandingkan dengan metode pengukuran tanpa

prakonsentrasi. Faktor pengayaan dapat dihitung dengan membandingkan slope

kurva kalibrasi pengukuran Cr(VI) secara langsung (lampiran C) dan kurva

kalibrasi Cr(VI) melalui metode prakonsentrasi (Gambar IV.10). Diperoleh nilai

slope 0,0234 Absorban / ppm untuk Cr(VI) tanpa prakonsentrasi dan 0,047

Absorban / ppm dengan metode prakonsentrasi, sehingga nilai EF sebesar 2 untuk

volume larutan standar Cr(VI) 1 mL. Oleh karena itu, metode prakonsentrasi

Page 55: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

Cr(VI) 2 kali lebih sensitif jika dibandingkan dengan metode analisis tanpa

prakonsentrasi. Metode prakonsentrasi dengan FIA diharapkan mempunyai nilai

EF sebesar mungkin. Peningkatan nilai EF bisa diperoleh dengan menaikkan

volume larutan standar Cr(VI) yang digunakan dalam FIA.

IV.6.2 Efisiensi Konsentrasi (Concentration Efficiency)

Efisiensi Konsentrasi (CE) menyatakan rentang waktu yang diperlukan untuk satu

kali analisis hingga dihasilkan sinyal. Pada metode ini diperoleh 15 sinyal tiap 60

menit sehingga diperoleh nilai CE sebesar 0,5 / menit. Artinya setiap menit

dihasilkan efisiensi konsentrasi sebesar 0,5. Frekuensi pengukuran 15 kali per jam

menunjukkan bahwa waktu analisis metode yang dikembangkan ini cukup cepat

sehingga layak digunakan untuk analisa rutin dengan jumlah sampel yang banyak.

IV.6.3 Indeks Konsumtif (Consumptive Index)

Indeks Konsumtif (CI) menyatakan efisiensi sampel yang terkait dengan volume

carrier dan eluen yang digunakan. Prakonsentrasi dengan FIA diharapkan

mempunyai nilai CI sekecil mungkin agar tercapai efisiensi pereaksi. Satu kali

sekuensi analisis terdiri dari carrier-sampel-carrier-eluen-carrier diperoleh nilai

CI 6,5 mL. Hal ini berarti untuk satu kali sekuensi analisis yang menghasilkan

satu sinyal diperlukan 6,5 mL pereaksi jika volume sampel yang digunakan 1 mL.

Page 56: 61832866 Tesis Resin Pengkhelat Amberlite

Bab V

Kesimpulan dan Saran

V.1 Kesimpulan

Penelitian ini telah berhasil mensintesis resin pengkhelat Amberlite XAD-16-1,5-

Difenil karbazida. Resin pengkhelat Amberlite XAD-16-DPC dikarakterisasi

sifat-sifat retensinya terhadap ion logam Cr(VI). Resin pengkhelat ini memiliki

kapasitas retensi sebesar 2,24 mg Cr(VI) / g resin dalam larutan asam sulfat 0,05

M dan waktu kontak minimal 60 menit. Dilihat dari sifat retensinya, resin

Amberlite XAD-16-DPC ini dapat digunakan sebagai material pengisi minikolom

dalam prakonsentrasi dan analisis ion logam Cr(VI) yang berbasis FIA. Resin

Amberlite XAD-16-DPC dalam kolom memiliki kapasitas retensi sebesar 24,71

µg Cr(VI) / g resin dan menggunakan eluen 1 mL asam nitrat 5 M.

Kinerja analitik dari metode yang dikembangkan ini cukup baik dengan

didapatkannya nilai presisi yang dinyatakan sebagai persen koefisien variansi

(%KV) sebesar 3,68% untuk konsentrasi 500 ppb dan juga memiliki nilai limit

deteksi sebesar 69 ppb dengan kelinieran pada rentang konsentrasi 100-900 ppb

(R2= 0,985). Aplikasi metode ini pada sampel air memberikan nilai kandungan

ion logam Cr(VI) sebesar 85 ppb dengan % perolehan kembali sebesar 100%.

Kinerja FIA menghasilkan nilai pemekatan konsentrasi (EF) 2 kali, nilai CE 0,5 /

menit, dan CI 6,5 mL. Berdasarkan kinerja analitik dan kinerja FIA, metode

prakonsentrasi dan analisis selektif ini dapat digunakan untuk menentukan

kandungan ion Cr(VI) dalam sampel air limbah dengan kadar renik (ppb).