i

ABSTRAK

ELEKTRODA BERMEMBRAN SELEKTIF ION Nd(III) DENGAN

SENYAWA TURUNAN PIRAZOLON SEBAGAI IONOFOR

Oleh

Husain Sosidi

NIM: 30512021

Program Studi Doktor Kimia

Dalam penelitian ini telah berhasil disintesis dan dikarakterisasi tiga senyawa turunan

pirazolon yang terdiri dari 1-fenil-3-metil-4-benzoil pirazolon-5 (HPMBP), 4-

adipoilbis(1-fenil-3-metilpirazolon-5) (H2AdBP) dan 4-sebakoilbis(1-fenil-3-

metilpirazolon-5) (H2SbBP). Rendemen yang dicapai dalam sintesis ketiga senyawa

turunan pirazolon tersebut masing-masing 56,27%, 71,00% dan 44,18%. Ketiga

senyawa turunan pirazolon hasil sintesis memiliki titik leleh masing-masing 92,0–

940C bagi HPMBP, 191,0–194,0

0C bagi H2AdBP dan 134–137,0

0C bagi H2SbBP.

Karakterisasi menggunakan spektroskopi infra merah, spektroskopi resonansi magnet

inti proton dan karbon serta spektroskopi massa memastikan bahwa ketiga senyawa

hasil sintesis memiliki struktur HPMBP, H2AdBP dan H2SbBP. Ketiga senyawa

tersebut digunakan sebagai ionofor pada elektroda bermembran bagi analisis ion Nd3+

secara potensiometri.

Metode analisis ion Nd3+

yang telah banyak dikembangkan adalah metode

spektroskopi seperti inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS),

inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry(ICP-AES), X-ray

fluorescence spectrometry (XRF), metode ultraviolet-visible (UV-Vis) dan

spektrofotometri serapan atom (SSA). Namun metode tersebut memerlukan peralatan

modern dengan biaya yang besar serta tidak praktis dilakukan di lapangan.

Potensiometrik yang menggunakan elektroda selektif ion (ESI) merupakan metode

alternatif bagi penentuan Nd3+

dalam larutan dan perlu dikaji kelayakannya. Metode

potensiometrik yang menggunakan ESI ini menjanjikan karena sederhana, mudah

digunakan dan memiliki sensitivitas dan selektivitas yang relative tinggi. pada

penelitian ini ESI dibuat dengan menggunakan membran PTFE terimpregnasi ionofor

HPMBP, H2AdBP dan H2SbBP sebagai pendukung.

Penelitian ini bertujuan untuk membuat ESI-Nd menggunakan ketiga turunan

pirazolon hasil sintesis sebagai ionofor yang memiliki respon Nernstian. Parameter

yang dikaji dalam pembuatan ESI-Nd ini adalah pengaruh keasaman larutan (pH),

konsentrasi buffer ionic strength adjuster (ISA) dan komposisi larutan dalam

elektroda. Sedangkan parameter kinerja ESI-Nd yang ditentukan adalah linieritas

pengukuran, waktu respon, batas deteksi, selektivitas dan usia pemakaian elektroda.

ii

Hal pertama yang dilakukan adalah mensintesis tiga jenis ionofor turunan pirazolon

kemudian mengkarakterisasi menggunakan alat penentuan titik lebur, analisis

spektrometri infra merah (FTIR), spektrometri proton (1HNMR), spektrometri karbon

13 (13

CNMR) dan spektrometri massa (MS).

Pembuatan elektroda dimulai dengan merendam membran PTFE dalam ionofor yang

telah dilarutkan dalam kloroform dengan konsentrasi 1.5%b/v selama 24 jam

(impregnasi). Selanjutnya membran yang telah kering ditempelkan pada ujung badan

elektroda tipe tabung dari Teflon. Elektroda diisi dengan campuran KCl dan Nd3+

sebagai larutan dalam dan selanjutnya elektroda direndam dalam larutan Nd3+

10-3

M

selama sekitar 2 jam.

Pengaruh pH terhadap kinerja elektroda dipelajari dengan memvariasi pH larutan Nd3+

dari 1 sampai 10. Pengaruh konsentrasi buffer dikaji dengan memvariasi konsentrasi

ISA KCl dan ISA KNO3 antara 10-1

sampai 10-4

M serta komposisi larutan dalam

elektroda antara KCl dan Nd3+

. Pengaruh pH pada potensial elektroda yang baik

diperoleh pada pH 4, dimana sensitifitas elektroda cenderung meningkat pada pH 1

sampai 4 dan konstan pada pH 4 sampai 6. Pada pH > 6 larutan mulai keruh akibat

adanya ion Nd3+

yang mengendap menjadi Nd(OH)3 sehingga yang digunakan adalah

larutan yang menggunakan pH < 6. Penggunaan ISA memberikan nilai sensitivitas

yang baik pada konsentrasi KCl 10-2

M. sedangkan komposisi larutan dalam

menunjukkan kinerja yang baik pada perbandingan KCl : Nd3+

= 3:1.

Setelah kajian secara seksama dilakukan terhadap kinerja elektroda diperoleh rentang

pengukuran sekitar 10-5

M dengan batas deteksi untuk elektroda HPMBP-Nd adalah

1,02 x 10-4

M dengan sensitivitas 39,9±1,3 mV/dekade dengan waktu respon 22 detik,

elektroda H2AdBP-Nd memiliki batas deteksi 1,91 x 10-5

M dengan sensitivitas

20,6±1,08 mV/dekade dengan waktu respon 23 detik, sedangkan untuk elektroda

H2SbBP-Nd dengan batas deteksi 2,88 x 10-5

M, sensitivitas 16,35±2,01mV/dekade

dan waktu respon 22 detik.

Selektivitas elektroda dilakukan menggunakan metode larutan terpisah (SPM)

terhadap ion La3+

, Ce3+

dan Th4+

sebagai pengganggu. Hasil penentuan

elektroda diperoleh bahwa elektroda ESI-Nd tidak selektif terhadap ion La3+

dan ion

Ce3+

karena memiliki sifat yang sama dengan nilai sedangkan terhadap ion

Th4+

yang berbeda sifanya elektroda bersifat selektif dengan nilai

Penggunaan elektroda ESI-Nd yang telah dibuat untuk digunakan pada analisis sampel

nyata (monazite) diperoleh data hasil analisis ion Nd3+

pada masing-masing elektroda

adalah HPMBP-Nd 1,0 x 10-2

M, elektroda H2AdBP-Nd 9,79 x 10-2

M dan elektroda

H2SbBP-Nd diperoleh 9,62 x 10-2

M.

Kata kunci: elektroda selektif ion, neodimium, senyawa turunan pirazolon

iii

ABSTRACT

ION SELECTIVE MEMBRANE ELECTRODE Nd(III) WITH

PYRAZOLON DERIVATIVES COMPOUNDS AS IONOFOR

By

Husain Sosidi

NIM: 30512021

(Doktoral Program of Chemistry)

This study have been successfully synthesized and characterized by three pyrazolone

derivative compounds comprising 1-phenyl-3-methyl-4-benzoyl pyrazolone-5

(HPMBP), 4-adipocybide (1-phenyl-3-methylpyrazolone-5) (H2AdBP) and 4-

sebakoilbis (1-phenyl-3-methylpirazolone-5) (H2SbBP). The yields achieved in the

synthesis of the three pyrazolone derivatives were 56.27%, 71.00% and 44.18%,

respectively. The three compounds of pyrazolone derived derivatives have melting

points of 92.0-940C for HPMBP, 191,0-194,0

0C for H2AdBP and 134-137,0

0C for

H2SbBP. Characterization using infrared spectroscopy, proton and carbon core

magnetic resonance spectroscopy and mass spectroscopy ensured that the three

synthesized compounds had HPMBP, H2AdBP and H2SbBP structures. These three

compounds are used as ionophores in the membrane electrodes for potentiometric

analysis of Nd3+

ions.

Neodymium ion analysis methods that have been developed are spectroscopic methods

such as inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS), inductively coupled

plasma-atomic emission spectrometry (ICP-AES), X-ray fluorescence spectrometry

(XRF), ultraviolet-visible method (UV-Vis) and atomic absorption spectrophotometry

(AAS). However, such methods require modern equipment at great cost and are not

practical in the field.

Potentiometric using ion selective electrode (ESI) is an alternative method for

determining Nd3+

in solution and needs to be assessed feasibility. The potentiometric

method using ESI is promising because it is simple, easy to use and has a relatively

high sensitivity and selectivity. in this study ESI was made by using impregnated

polytetrafluoroethylene (PTFE) membrane ionophore HPMBP, H2AdBP and H2SbBP

as support.

This study aims to make ESI-Nd using the three synthesized pyrazolone derivatives as

ionophores which have a Nernstian response. The parameters studied in the

manufacture of ESI-Nd are ionic strength adjuster (ISA) and the composition of the

solution in the electrode. While the specified ESI-Nd performance parameters are

measurement linearity, response time, detection limit, selectivity and electrode usage

life.

iv

The first thing to do is synthesize three types of ionophores of pyrazolone derivatives

then characterize using the melting point determination, infrared spectrometry

analysis (FTIR), proton spectrometry (1H NMR), (

13C NMR) and mass spectrometry

(MS).

The electrode preparation begins by immersing the PTFE membrane in ionophores

dissolved in chloroform with a concentration of 1.5% w/v for 24 hours (impregnation).

The dry membrane is then attached to the end of the tubular electrode body of Teflon.

The electrode is filled with a mixture of KCl and Nd3+

as the inner solution and

subsequently the electrode is immersed in a solution of Nd3+

10-3

M for about 2 hours.

The effect of pH on the performance of the electrode was studied by varying the pH of

the Nd3 + solution from 1 to 10. The effect of buffer concentration was assessed by

varying the concentration of ISA KCl and ISA KNO3 between 10-1

and 10-4

M and the

composition of the solution in the electrode between KCl and Nd3+

. The effect of pH on

a good electrode potential is obtained at pH 4, where the electrode sensitivity tends to

increase at pH 1 to 4 and is constant at pH 4 to 6. At pH > 6 the solution starts to

cloud due to the presence of Nd3+

ions deposited into Nd(OH)3, so that used is a

solution that uses pH < 6. The use of ISA gives a good sensitivity value at KCl

concentration of 10-2

M. while the composition of the solution in showing a good

performance on the ratio of KCl : Nd3+

( 3: 1).

After a thorough study of the electrode performance, obtained a measurement range of

about 10-5

M with detection limit for HPMBP-Nd electrode is 1.02 x 10-4

M with

sensitivity of 39.9±1.3 mV/decade with 22 seconds response time, electrode H2AdBP-

Nd has a detection limit of 1.91 x 10-5

M with a sensitivity of 20.6±1.08 mV/decade

with a response time of 23 seconds, while for H2SbBP-Nd electrode with detection

limit of 2.88 x 10-5

M, sensitivity 16,35±2.01mV/decade and 22 seconds response time.

The electrode selectivity was performed using a separate solution (SPM) method

against La3+

, Ce3+

and Th4+

ions as a disturbance. The result of the determination of

electrode pots is obtained that the ESI-Nd electrode is not selective against La3+

ions and Ce3+

ions because they have properties equal to

= 1, while against

different Th4+

ions electrode is selective with value

<1.

The use of ESI-Nd electrode, that has been made for use in the analysis of real

samples (monazite), obtained data analysis of Nd3+

ions on each electrode is HPMBP-

Nd 1.0 x 10-2

M, H2AdBP-Nd electrode 9,79 x 10-2

M and H2SbBP-Nd electrode were

obtained 9.62 x 10-2

M.

Keywords: ion selective electrode, neodymium, pyrazolone derrivative compound