fix makalah kimia analitik -pemicu 2
Post on 25-Oct-2015
78 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Makalah Kimia Analitik
Pemicu 2
Potensiometri dalam Pengukuran Konsentrasi
Logam
Kelompok 1
Anggoro Wiseso (NPM: 1206212514)
Etri Dian Kamila (NPM: 1206212533)
Nathania Karina Siagian (NPM: 1206262166)
Sharima Umaya (NPM: 1206212325)
Departemen Teknik Kimia
Fakultas Teknik
Universitas Indonesia
Depok
2013
Daftar Isi
Cover i
Daftar Isi ii
BAB I. Pendahuluan 1
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Problem Statement 2
BAB II. Isi 3
2.1 Mekanisme Masuknya Logam ke dalam Aliran Darah 3
2.2 Teori Potensiometri 4
2.2.1 Elektroda Acuan 5
2.2.2 Elektroda Indikator 6
2.2.3 Metode Analisis Potensiometri 8
2.3 Metode Potensiometri menggunakan ISE 11
2.3.1 Ion Selective Electrode (ISE) dengan Potensiometri Langsung 11
2.3.2 Ion Selective Electrode (ISE) dengan Penambahan Adisi 15
2.4 Kurva Kalibrasi pada ISE (Ion Selective Electrode) 17
2.4.1 Teori Dasar 17
2.4.2 Kurva Kalibrasi sebagai Ukuran Respons ISE 17
BAB III. Penutup 19
3.1 Kesimpulan 19
Daftar Pustaka 20
Daftar Gambar 21
ii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Perhiasan sebagai pemanis penampilan sangat digemari masyarakat,
khususnya para wanita. Sayangnya, para peneliti baru saja menemukan bahwa
perhiasan murah yang dijual secara bebas di masyarakat oleh merek-merek fashion
high street ternama mengandung kandungan zat logam berbahaya, seperti lead
(timah), cadmium, chromium, mercury, hingga arsenic. Zat-zat tersebut bersifat racun
bagi tubuh. Bahaya akan mucul ketika perhiasan-perhiasan tersebut masuk ke dalam
mulut karena terkadang secara tidak sadar kita memasukkannya ke dalam mulut.
Peristiwa ini terutama terjadi pada anak-anak yang sedang memainkan perhiasan dan
tidak sengaja menggigiti perhiasan tersebut. Tidak hanya melalui mulut saja,
sebagian logam dapat juga meracuni manusia melalui permukaan kulit, yaitu bagian
tubuh yang kita kenakan perhiasan.
Beberapa logam memang dibutuhkan oleh tubuh manusia dalam jumlah
tertentu. Namun, kandungan logam dalam tubuh tidak boleh melebihi batas minimum
yang telah ditentukan. Apabila kandungan suatu logam berlebihan dalam tubuh, maka
tubuh akan mengalami keracunan. Penelitian yang dilakukan menemukan bahwa
kandungan logam berbahaya pada perhiasan murah melebihi batas yang telah
ditentukan komisi perlindungan konsumen. Hal tersebut meningkatkan resiko
konsumen mengalami keracunan akibat logam tersebut. Berikut ini merupakan
pembahasan yang menguraikan alasan penggunaan perhiasan murah dapat berbahaya
ditinjau dari sisi bahan yang digunakan.
Sebagian besar logam yang berbahaya bagi tubuh termasuk ke dalam logam
berat. Logam berat merupakan istilah yang digunakan untuk unsur-unsur transisi
yang mempunyai massa jenis atom lebih besar dari 5 g/cm3. Merkuri (Hg), timbal
(Pb), kromium (Cr), kadmium (Cd) dan arsenik (As) adalah contoh dari logam berat.
Sebagian besar logam tersebut mudah ditempa, tahan terhadap korosi, dan warnanya
mengkilap. Sifat-sifat fisik logam berat tersebut yang membuat mereka digunakan
sebagai campuran logam untuk membuat perhiasan. Bila masuk ke dalam tubuh
dalam jumlah berlebihan akan terakumulasi secara terus-menerus dan dalam jangka
1
waktu lama mengakibatkan gangguan sistem syaraf, kelumpuhan, dan kematian dini
serta penurunan tingkat kecerdasan anak-anak. Maka dari itu, dibutuhkan suatu
metode untuk mengukur tingkat konsentrasi logam dalam tubuh manusia (darah)
demi kesehatan.
1.2 Problem Statement
Logam banyak digunakan oleh industri perhiasan, terutama logam-logam
yang berharga, seperti emas dan perak. Perhiasan yang terbuat dari logam-logam
berharga tersebut sangat mahal dan meningkat seiring tingkat karatnya. Masyarakat,
terutama wanita dan anak-anak perempuan, yang menyukai perhiasan kadang harus
berpikir dua kali untuk membeli perhiasan asli dari emas atau perak karena alasan
harga yang menjulang sehingga banyak dari mereka beralih ke perhiasan-perhiasan
murah yang sering dijual di jalanan. Namun, banyak perhiasan murah tersebut dibuat
dari campuran logam yang berbahaya, seperti kromium (Cr), cadmium (Cd), atau
timbal (Pb) yang kadarnya melebihi batas yang diperbolehkan oleh komisi
perlindungan konsumen.
Logam-logam berbahaya pada perhiasan murah itu pun dapat masuk ke dalam
tubuh dan aliran darah, apabila digunakan atau bahkan dimakan oleh anak-anak. Jika
masuk ke dalam tubuh dalam jumlah berlebihan, logam berbahaya tersebut akan
terakumulasi secara terus-menerus dan dalam jangka waktu lama dapat
mengakibatkan gangguan sistem syaraf, kelumpuhan, penurunan tingkat kecerdasan
bagi anak-anak, bahkan kematian.
Makalah ini akan membahas bagaimana logam tersebut masuk ke aliran darah
dan metode dalam mengukur tingkat suatu konsentrasi ion logam di dalam suatu
larutan, yang nantinya dapat diterapkan untuk mengukur kandungan logam di dalam
darah, yaitu metode potensiometri yang dibagi menjadi bermacam-macam teknik.
2
BAB II
ISI
2.1 Mekanisme Masuknya Logam ke dalam Aliran Darah
Sebagian besar logam yang berbahaya bagi tubuh termasuk ke dalam logam
berat. Logam berat merupakan istilah yang digunakan untuk unsur-unsur transisi yang
mempunyai massa jenis atom lebih besar dari 5 g/cm3. Merkuri (Hg), timbal (Pb),
kromium (Cr), kadmium (Cd) dan arsenik (As) adalah contoh dari logam berat.
Sebagian besar logam tersebut mudah ditempa, tahan terhadap korosi, warnanya
mengkilap, dan harganya cenderung murah. Sifat-sifat logam berat dan biaya yang
murah itulah penyebab mereka digunakan sebagai campuran logam untuk membuat
perhiasan. Bila masuk ke dalam tubuh dalam jumlah berlebihan akan terakumulasi
secara terus-menerus dan dalam jangka waktu lama mengakibatkan gangguan sistem
syaraf, kelumpuhan, penurunan tingkat kecerdasan pada anak, dan kematian dini.
Logam berat ini terletak di sudut kanan bawah pada sistem periodik unsur.
Logam berat adalah unsur-unsur kimia yang terletak di sudut kanan bawah sistem
periodik, mempunyai afinitas yang tinggi terhadap unsur S dan biasanya bernomor
atom 22 sampai 92 dari periode 4 sampai 7. Afinitasnya yang tinggi terhadap S
menyebabkan logam ini menyerang ikatan S dalam enzim tubuh, sehingga enzim
yang bersangkutan menjadi tidak aktif. Selain dengan S, logam berat juga bereaksi
dengan gugus karboksilat (-COOH) dan gugus amina (-NH2).
Gbr. 2.1a Tabel
Periodik Unsur
Sumber: http://www.bpc.edu/mathscience/chemistry/images/periodic_table_of_elements.jpgLogam berat dapat memasuki tubuh dan mengakibatkan kerusakan pada
berbagai jaringan tubuh melalui beberapa mekanisme. Mekanisme pertama adalah
3
berikatan dengan gugus sulfhidril, sehingga fungsi dan kerja enzim pada jaringan
tubuh akan terganggu. Mekanisme yang kedua adalah berikatan dengan enzim pada
siklus Krebs dalam sintesis protein, sehingga proses oksidasi fosforilasi tidak terjadi.
Mekanisme yang ketiga adalah dengan efek langsung pada jaringanyang terkena yang
menyebabkan kematian (nekrosis) pada lambung dan saluran pencernaan,
kerusakanpembuluh darah, perubahan degenerasi pada hati dan ginjal.
Logam berat dapat masuk ke dalam darah melalui permukaan kulit dan
mukosa, saluran pencernaan, dan saluran nafas. Logam berat merupakan benda asing
bagi tubuh, maka tidak ada mekanisme yang membatasinya memasuki tubuh
manusia. Oleh sebab itu, logam akan terakumulasi pada jaringan tubuh dan dapat
menimbulkan keracunan bagi manusia apabila melebihi batas toleransi. Logam yang
terakumulasi tersebut dapat diukur tingkat konsentrasinya dalam darah dengan
menerapkan salah satu metode elektrokimia, yaitu potensiometri.
2.2 Teori Potensiometri
Potensiometri adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari pengukuran
perubahan potensial dari elektroda untuk mengetahui konsentrasi suatu ion (ion
selective electrode), pH suatu larutan, dan menentukan titik akhir titrasi. Alat yang
digunakan dalam pengukuran tersebut adalah alat pengukur potensial seperti
voltmeter dan pH meter.
Elemen-elemen yang diperlukan dalam metode potensiometri adalah :
Elekroda acuan (reference electrode)
Elektroda indikator (indicator electrode)
Jembatan garam
Larutan yang dianalisis
Komponen-komponen tersebut disusun membentuk suatu sel potensiometri
seperti gambar berikut.
4
Gbr. 2.2a Sel Potensiometri
Dari gambar dapat dilihat bahwa sel potensiometri disusun dari dua setengah
sel yang dihubungkan dengan jembatan garam yang berfungsi penyeimbangkan
muatan larutan pada masing-masing setengah sel, selain itu juga berfungsi sebagai
penghubung antara dua setengah sel tersebut. Masing-masing setengah sel terdapat
elektroda yang tercelup dalam larutan elektrolit untuk ditentukan konsentrasinya oleh
potensial elektrodanya. Pemisahan elektrode ini diperlukan untuk mencegah
terjadinya reaksi redoks spontan dari laruan-larutan elektrolit yang digunakan dalam
sel potensiometri.
2.2.1 Elektroda Acuan
Elektroda acuan adalah elektroda yang potensial standarnya diketahui,
konstan, mengikuti persamaan Nernst. Persamaan Nerst adalah sebagai berikut:
Ecell = Eind – Eref + Ej
Persamaan Nernst: Eº = 0,0591/n log K
Keterangan:
Ecell : Potensial sel
Eind : Potensial elektroda indikator
Eref : Potensial elektroda acuan
Ej : Potensial sambungan cair (liquid junction potential)
Ada dua jenis pada elektroda acuan yaitu Elektroda Calomel dan Elektroda
Ag/AgCl:
1. Elektroda Calomel
5
Elektroda ini terbuat dari tabung gelas atau plastik dengan panjang ± 10cm dan
garis tengah 0,5-1 cm yang dicelupkan ke dalam air raksa yang kontak dengan
lapisan pasta Hg/HgCl2 yang terdapat pada tabung bagian dalam yang berisi
campuran Hg, Hg2Cl2 dan KCl jenuh dan dihubungkan dengan larutan KCl jenuh
melalui lubang kecil.
- Notasi : ║ Hg│Hg2Cl2 (jenuh), KCl (x M)║
- x = konsentrasi KCl.
- Konsentrasi KCl jenuh lebih mudah dibuat dan lebih sering digunakan, tetapi
mudah terpengaruh oleh suhu.
- Reaksi yang terjadi pada elektroda Calomel:
Hg2Cl2(s) +2e ↔ 2 Hg(l) + 2Cl-(aq)
2. Elektroda Perak (Ag/AgCl)
Elektroda pembanding yang mirip dengan elektroda calomel, terdiri dari suatu
elektroda perak yang dicelupkan kedalam larutan KCI yang dijenuhkan dengan
AgCI. Jika dibandingkan dengan elektroda kalomel, elektroda perak lebih unggul
dalam temperatur yang tinggi. Namun, elektroda perak/perak klorida mempunyai
kecenderungan untuk bereaksi dengan larutan membentuk kompleks perak yang
tidak larut yang memungkinkan menyumbat jembatan garam yang
menghubungkan larutan dan elektroda.
- Notasi :
║Ag│AgCl (jenuh), KCl(jenuh)║
- Reaksi Redoks:
Ag+ + e ↔ Ag
AgCl + e ↔ Ag + Cl-
- Logam perak sebagai elektroda yang dicelup dalam KCl jenuh dan pasta
AgCl. Potensialnya pada 25oC adalah 0,199 V.
2.2.2 Elektroda Indikator
Elektroda indikator dibagi menjadi tiga kategori, yaitu: elektroda logam,
elektroda inert, dan elektroda membran. Elektroda logam dapat dikelompokkan ke
dalam elektroda jenis pertama (first kind), elektroda jenis kedua (second kind),dan
elektroda jenis ketiga(third kind).
6
1. Elektroda Logam
a. Elektroda jenis pertama
Pada elektroda ini, ion analit berpartisipasi langsung dengan logamnya dalam
suatu reaksi paruh yang dapat balik. Beberapa logam seperti Ag, Hg, Cu dan Pb
dapat bertindak sebagai elektroda indikator bila bersentuhan dengan ion mereka.
Contoh:
Ag++ e ó Ag E0 = +0,80 V
Karena Ag merupakan padatan, maka aktivitasnya = 1
b. Elektroda jenis kedua
Ion-ion dalam larutan tidak bertukar elektron dengan elektroda logam secara
langsung, melainkan mengatur konsentrasi ion logam yang bertukar elektron
dengan permukaan logam. Elektroda ini bekerja sebagai elektroda referensi tetapi
memberikan respon ketika suatu elektroda indikator berubah nilai ax-nya
(misalnya KCl jenuh berarti x=Cl).
Misalnya pada elektroda perak-perak klorida. Kesetimbangan reaksi:
AgCl (s) + e ó Ag+ + Cl− Eo = + 0,22 V
c. Elektrode jenis ketiga
Elektroda jenis ini dipergunakan sebagai elektroda indikator dalam titrasi-
titrasi EDTA potensiometrik dari 29 ion logam. Elektrodanya sendiri berupa suatu
tetesan atau genangan kecil raksa dalam suatu cangkir pada bagian ujung tabung-J
dengan suatu kawat ke sirkuit luar. Contohnya, elektroda Hg dapatdigunakan
untuk menentukan konsentrasi Ca2+ , Zn2+ ,atau Cd2+ yang terdapat dalam
larutan.
2. Elektroda Inert
7
Elektroda inert merupakan elektroda yang tidak masuk ke dalam reaksi. Salah
satu contohnya adalah platina. Elektroda ini bekerja baik sebagai elektroda
indikator untuk pasangan redoks seperti: Fe3+ + e ↔ F2+
Fungsi logam Pt adalah untuk membangkitkan kecenderungan sistem tersebut
dalam mengambil atau melepaskan elektron, sedangkan logam itu tidak ikut
secara nyata dalam reaksi redoks.
3. Elektroda Membran
Pada elektroda membran, tidak ada elektron yang diberikan oleh atau kepada
membran tersebut. Sebagai gantinya, suatu membran membiarkan ion-ion jenis
tertentu menembusnya, namun melarang ion-ion lain sehingga elektroda ini sering
disebut sebagai elektroda ion selektif (ISE). Setiap ISE terdiri dari elektroda
referensi yang dicelupkan dalam larutan referensi yang terdapat materi tidak
reaktif seperti kaca atau plastik.
a. Elektroda Kaca
Elektroda kaca atau elektroda gelas adalah sensor potensiometrik yang terbuat
dari selaput kaca dengan komposisi tertentu. Gelas/kaca ini bertindak sebagai
suatu tempat pertukaran kation. Kelebihan dari elektroda kaca adalah larutan uji
tidak terkontaminasi, zat-zat yang tidak mudah teroksidasi & tereduksi tidak
berinteferensi. Elektroda ini bisa dibuat cukup kecil untuk disisipkan dalam
volume larutan yang sangat kecil dan tidak ada permukaan katalitis yang
kehilangan aktivitasnya oleh kontaminasi seperti platina pada elektroda hidrogen.
Sedangkan keterbatasan elektroda kaca adalah pada kondisi pH yang sangat
tinggi (misal NaOH 0,1M dengan pH = 13) berakibat spesifisitas untuk H+ hilang,
Ketergatungan tegangan pH berkurang , dan Potensial menjadi tergantung pada
aNa+
2.2.3 Metode Analisis Potensiometri
Ada 4 metode dalam analisis potensiometri, yaitu potensiometri langsung,
adisi standar, adisi sampel, dan titrasi potensiometri . Dalam kasus yang diberikan
pada pertanyaan nomor 2 dan 3, metode yang dapat digunakan adalah metode
potensiometri langsung.
Potensiometri langsung
8
Pengukuran potensiometri langsung memberikan metode cepat dan tepat untuk
menetapkan aktivitas dari anion dan kation yang berbeda-beda. Teknik ini hanya
memerlukan perbandingan dari potensial yang timbul dalam sel yang terdapat
elektroda indicator dalam larutan analit dengan potensial tersebut ketika dicelupkan
pada satu atau lebih larutan standard yang konsentrasi analitnya diketahui. Bila respon
dari elektroda adalah spesifik untuk analit, biasanya, tidak diperlukan tahap
pemisahan pendahuluan. Pengukuran potensial langsung juga diadaptasi untuk
aplikasi yang membutuhkan catatan dari analisis data secara terus-menerus dan
otomatis.
Persamaan untuk potensiometri langsung
Pada ketentuan disini, elektroda penunjuk selalu diperlakukan sebagai
elektroda tangan kanan, dan elektroda pembanding sebagai elektroda tangan kiri.
Untuk pengukuran potensial langsung, potensial pada sebuah sel dapat kemudian
dinyatakan dalam hubungan pada potensial yang timbul oleh elektroda penunjuk,
elektroda pembanding, dan potensial junction (1-1):
Ecell = E ind - E ref + Ej
telah dijelaskan tentang respone dari tipe dari bermacam-macam elektroda penunjuk
untuk aktivitas analit. Untuk kation Xn+ pada 25 C, respon dari elektroda merujuk⁰
pada bentuk Nernstian umum (1-2):
Eind= L−0,0592n
pX= L+ 0,0592n
log ax
Dimana L adalah konstanta dan ax adalah aktivitas dari kation. Untuk elektroda
penunjuk logam, L biasanya potensial elektroda standar ; untuk elektroda membrane,
L diasumsikan untuk beberapa konstanta.
Substitusi dari persamaan 1-2 ke 1-1 menghasilkan:
Istilah konstanta dalam kurung dapat dikombinasikan untuk memberikan konstanta
baru K.
(21-22)
9
Untuk anion An-. Tanda Persamaan 21-22 dapat dibalik:
(21-23)
Semua metode potensiometri langsung didasarkan pada persamaan 21-22 atau 21-23.
perbedaan tanda di kedua persamaan memiliki konsekuensi yang penting dalam cara
(21-24)
bahwa elektroda ion-selektif yang terhubung ke pH meter dan pIon meter.
Bila dua persamaan diselesaikan untuk Ecclh kita menemukan bahwa untuk kation:
dan untuk anion,
(21-25)
Persamaan 21-24 dan 21-25 dapat digunakan untuk output dari instrumen dengan
perubahan konsentrasi anion atau kation analit yaitu pA dan pX. Lalu dengan
menggunakan kurva kalibrasi, kita dapat mengetahui konsentrasi ion dengan
mengasumsikan bahwa konsentrasi ion dan aktivitas ion adalah sama besar.
Dengan metode ini kita dapat menganalisis zat krom/ion krom yang terdapat pada
sampel (perhiasan atau darah/serum) serta mengetahui konsentrasinya. Kelebihan
metode ini adalah kecepatan dan ketepatan yang baik serta alat yang cenderung
mudah didapatkan di laboratorium.
10
2.3 Metode Potensiometri menggunakan ISE (Ion Selective Electrode)
Pengukuran konsentrasi suatu ion dalam larutan memiliki beberapa metode
analisis, salah satunya adalah metode direct potentiometry (potensiometri langsung),
incremental addition (penambahan adisi) yang terdiri dari adisi standar dan adisi
sampel, yang keduanya menggunakan ISE (Ion Selective Electrode).
Sebelum mengenal metode-metode analisis tersebut, perlu diketahui beberapa
istilah yang digunakan dalam bagian sub bab metode pengukuran konsentrasi suatu
ion ini. Istilah-istilah adalah larutan standar dan larutan sampel. Larutan standar
merupakan larutan yang konsentrasi ion-ionnya telah diketahui, sedangkan larutan
sampel adalah larutan yang mengandung ion-ion yang tertentu yang belum diketahui
konsentrasinya.
2.3.1 Ion Selective Electrode (ISE) dengan Potensiometri Langsung
Metode ISE dengan potensiometri langsung adalah mencari konsentrasi suatu
ion melalui pengukuran perbedaan potensial dengan menempatkan ISE sebagai
elektrode indikator dan sebuah elektrode acuan (reference electrode; yang paling
banyak dan mudah digunakan adalah Ag/AgCl) dalam larutan. Potensial output yang
dihasilkan sesuai dengan jumlah atau konsentrasi ion yang hendak dicari dalam
larutan. ISE pada sel potensiometri dapat dilihat pada gambar berikut.
Gbr. 2.3a Potensiometri dengan Ion Selective Electrode
ISE Setup
Instrumen ISE memiliki ion selective electrode yang terbuat dari elektrode
gelas atau kaca dengan membran selektif di bagian bawahnya yang mampu ditembus
oleh ion yang akan diukur, tetapi tidak dapat dilalui oleh ion-ion lainnya. Di bagian
11
dalamnya, terdapat elektrode acuan internal yang terbuat dari kawat perak dibungkus
oleh padatan perak klorida (Ag/AgCl) yang dicelupkan pada elektrolit internal, yaitu
campuran kalium korida (KCl) dan perak klorida (AgCl). Elektrolit internal ini juga
mengandung ion yang akan diukur. Sedangkan elektrode acuan, juga mengandung
Ag/AgCl elektrode yang dicelupkan dalam elektrolit internal yang sama, namun tidak
mengandung ion yang akan diukur. Elektrode acuan ini juga tidak memiliki membran
selektif, tetapi digantikan oleh lubang berpori yang dilewati oleh aliran lambat
elektrolit internal sehingga membentuk liquid junction dengan larutan eksternal
(dalam gambar di atas yakni larutan sampel). Elektrode ISE dan elektrode acuan
dihubungkan dengan mili-voltmeter. Pengukuran dilakukan dengan mencelupkan
kedua elektrode pada larutan (baik sampel maupun standar).
Seperti namanya, ISE selektif terhadap satu ion, tetapi tidak secara spesifik.
Maksudnya ion lain yang ada dalam larutan sampel dapat juga direspon oleh ISE
walaupun ISE tidak didesain demikian. Ion yang hendak dicari disebut sebagai
determinan, sedangkan ion lain yang direspon oleh ISE disebut sebagai ion
pengganggu (interfering ion). Keselektifan ISE dalam merespon determinan
diekspresikan dalam koefisien selektivitas. Sebagai contoh:
KK+
/Na+ = 2,6 x 10-3
Dengan ion K+ sebagai ion determinan dan Na+ sebagai ion pengganggu.
Artinya kecenderungan elektrode dalam menyeleksi K+ dibanding Na+ adalah 1 : 2,6 x
10-3 atau 385 : 1, yaitu ISE tersebut lebih selektif 385 kali terhadap K+ dibanding Na+.
Bagaimana ISE bekerja
Ada setidaknya lebih dari satu jenis ion dalam suatu larutan. ISE mampu
mengukur konsentrasi ion tertentu tanpa terpengaruh ion yang lain dengan cara
mengaplikasikan membran selektif pada elektrodenya, yang mampu membuat ion
yang diinginkan untuk diukur dapat masuk dan keluar membran. Pada kesetimbangan,
perbedaan potensial terjadi antara kedua sisi membran (sisi dalam dan sisi luar) yang
diatur oleh larutan yang diuji (baik sampel maupun standar) dengan persamaan Nernst
EQ:
E=E0+ 2,030 RTnF
. logC
12
E = potensialE0 = konstanta karakteristik ISER = konstanta gas (8,314 J/K.mol)T = temperatur (K)n = muatan ion (co: K+ n=1)F = konstanta Faraday (96.500 coulomb/mol
Contoh aplikasi: pengukuran ion Kromium
Walaupun berbahaya, kromium (Cr) sering digunakan dalam pembuatan
perhiasan dan biasanya dijual murah. Perhiasan murah tersebut terkadang dibeli oleh
anak-anak yang suka iseng menggigit dan memakan barang-barang mainannya,
termasuk perhiasan tadi. Kromium dalam perhiasan pun masuk ke dalam darah.
Konsentrasi kromium dalam darah dapat diukur dengan metode ISE.
Berdasarkan persamaan Nernst EQ diatas, pada kasus ini n = 1 (dianggap 1), T
= 25oC, dan E0, R, F konstan sehingga dapat disederhanakan menjadi:
E=K+SlogC atau E=SlogC+K , dengan log C sebagai x dan E sebagai y
Lalu selanjutnya adalah menyiapkan larutan standar kromium dalam
setidaknya lima labu erlenmeyer dengan konsentrasi yang berbeda-beda (meningkat).
Kemudian ISE dicelupkan dan potensial elektrode masing-masing larutan dalam labu
diukur dan dibuat kurva kalibrasi. Setelah itu, dilanjutkan dengan membuat grafik E
(potensial) versus logC (konsentrasi).
Tabel 2.3a Hasil pengukuran data dari http://zimmer.csufresno.edu/~davidz/Chem102/FluorideISE/FluorideISE.html.
Gbr. 2.3b Grafik E vs logC berdasarkan data http://zimmer.csufresno.edu/
~davidz/Chem102/FluorideISE/FluorideISE.html.
13
Dari grafik pada Gambar 2, dapat diidentifikasi hubungan linier antara E
versus logC dengan kemiringan pada -59,4 mV, yang dekat sekali dengan nilai
teoritis, yakni -59,2 mV pada 25oC. Melalui grafik tersebut, bisa didapatkan
konsentrasi ion kromium pada larutan sampel dalam rentang 0,195 mg/L dan 200
mg/L dengan mengukur potensial dari larutan sampel.
Keterbatasan ISE
Walaupun memiliki keefektifan dalam hal biaya dan tekniknya mudah, ISE
memiliki beberapa kekurangan. Membran selektif ion pada ISE hanya ditembus oleh
ion yang hendak diukur sehingga potensial hanya diukur dari partikel ion tertentu.
Bagaimanapun, dalam aplikasinya tidak ada membran yang benar-benar 100% dilalui
oleh satu ion tertentu saja sehingga ada kasus di mana ada lebih dari satu jenis ion
yang melewati membran. Hasilnya, pengukuran potensial dikacaukan oleh beberapa
ion yang “tidak diinginkan”. Ketergantungan membran selektif ion tersebut
menyebabkan satu set ISE hanya bisa mengukur satu jenis ion saja dan ini terkadang
tidak efektif. Selain itu, masalah berikutnya adalah ISE mengukur aktivitas ion
(konsentrasi ion yang menempel dan melewati membran) saat kesetimbangan. Pada
larutan encer (konsentrasi rendah), hal ini tidak menjadi masalah sehingga aktivitas
ion dianggap sama dengan konsentrasi ion. Namun, pada larutan pekat (konsentrasi
tinggi) yang memiliki kekuatan ion tinggi, interaksi antar ion-ion dalam larutan
menurunkan mobilitas ion itu sendiri sehingga konsentrasi ion (yang hendak diukur)
pada membran lebih sedikit daripada yang ada dalam sebagian besar larutan. Hal ini
sering menjadi sumber ketidakakuratan metode ISE.
Ketidakefektifan ISE dalam hal kekuatan ion dapat diminimalisir untuk
meningkatkan akurasi perhitungan konsentrasi ion, yaitu dengan teknik ISAB (Ion
Selective Adjustment Buffer) dan TISAB (Total Ionic Adjustment Buffer; biasanya
untuk ion fluoride). ISAB ditambahkan ke dalam larutan sampel maupun larutan
standar untuk memastikan bahwa semua larutan memiliki kekuatan ion yang sama.
ISAB biasanya inert dan memiliki kekuatan ion yang tinggi sehingga ketika
ditambahkan pada kekuatan ion tinggi pada larutan sampel atau standar dapat
diabaikan setelah penambahan.
14
2.3.2 Ion Selective Electrode (ISE) dengan Penambahan Adisi
Larutan sampel terkadang memiliki matriks-matriks tertentu yang
mempengaruhi kurva kalibrasi, dinamakan sebagai “efek matriks”. Efek matriks
adalah kombinasi komponen matriks dalam sampel, selain pada analyte, yang
dianggap sebagai pengganggu dan dapat menurunkan tingkat akurasi sehingga efek
matriks perlu dihitung serta dipertimbangkan. Contohnya adalah kekuatan ion
berpengaruh pada aktivitas ion pada analyte.
Efek matriks dapat dihitung dengan memaksimalkan kurva kalibrasi pada ISE
potensiometri langsung, baik dengan ISAB maupun tanpa ISAB. Namun, ketika
dalam suatu larutan sampel terdapat matriks kompleks yang tidak diketahui, metode
ISE dengan penambahan adisi sangat diperlukan.
Pada prinsipnya, semua penambahan adisi memiliki dasar yang sama, yaitu
mengukur potensial pada volume sampel (25-100 ml; pada adisi standar) dan volume
standar (pada adisi sampel) dengan menambahkan sedikit-sedikit volume standar
(atau sampel; 1-10 ml) kemudian membaca ulang potensial setelah dicampurkan.
Adisi Standar (Standard Addition)
Pada adisi standar, potensial sampel diukur dan direkam menggunakan ISE.
Sampel kemudian dibagi-bagi dalam beberapa labu (Vflask) dengan volume yang sama
(Vu) menggunakan pipet. Kemudian, sedikit volume larutan standar (Vs) konsentrat
ditambahkan ke dalam labu-labu tersebut (kecuali labu pertama) dengan peningkatan
volume. Dengan menggunakan larutan standar konsentrat, volume standar yang
ditambahkan pada sampel tidak mengubah volume sampel secara signifikan namun
dapat memudahkan perhitungan. Kemudian, potensial elektrode dihitung kembali,
yang mana perbedaan potensial (∆E ditemukan).
Gbr. 2.3c Adisi Standar
15
Adisi Sampel (Sample Addition)
Semua teknik penambahan adisi memiliki prinsip yang sama, begitu juga
dengan adisi sampel. Perbedaannya dengan adisi standar adalah sedikit volume
sampel (Vu) yang ditambahkan ke dalam volume standar (Vs) yang dikonstankan.
Gbr. 2.3d Adisi Sampel
ISE dengan slope (S), konsentrasi C, dan volume total labu Vo,
E=K+SlogC1
C2
,
dimana C=C sV o+Cu V u
V o+V u , sehingga
C sV o+Cu V u
V o+V u
=10E−K
S
C sV o+Cu V u=( V o+V u ) 10E−K
S
Kemudian, bagi persamaan dengan adisi sampel dengan tanpa adisi sampel,
(V o+V u)10E 2−K
S
V o10E1−K
S
=C sV o+Cu V u
C sV o
(V o+V u)V o
10E2−E1
S =1+CuV u
C sV o
(V o+V u)10E2−E1
S =Vo+ 1C s V o
CuV u
16
dengan:Cu = konsentrasi sample yang tidak diketahuiCs = konsentrasi ion dalam larutan standarVu = volume larutan sampel yang digunakanVs = volume larutan standar yang digunakanE1 = potensial sel terukur tanpa ada larutan sampleE2 = potensial sel terukur setelah ada tambahan larutan sampleS = slope elektroda (yang diukur dengan menggunakan larutan standar)C1 dan C2 = aktivitas ion yang sama dengan konsentrasinya
17
2.4 Kurva Kalibrasi pada ISE (Ion Selective Electrode)
2.4.1 Teori Dasar
ISE yang ideal terdiri dari membrane tipis yang hanya dapat dilewati oleh ion
yang ditransportasikan. Transport ion dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah
melalui membrane mengakibatkan terjadinya perbedaan potensial.
Respons dari sebuah elektoda ion positif adalah fungsi dari aktivitas ionic
dalam larutan. Ketika aktivitas meningkat, potensial elektroda menjadi lebih positif
apabila elektroda mendeteksi kation, dan lebih negative apabila elektroda mendeteksi
anion. Ketika potensial elektroda diukur terhadap, sebagai contoh standard calomel
electode untuk referensi maka hubungannya dengan aktivitas ion dapat dinyatakan
secara logaritma.
Ketika spesi netral mengalami difusi dari wilayah aktivitas 1 (A1) ke aktivitas
2 (A2), akan ada perubahan energi bebas (turun). Untuk spesi yang bermuatan,
penurunan harus sama dengan kerja energy listrik ke lingkungan.
(untuk spesi positif)
(untuk spesi negatif)
sehingga E = RT/zF ln (A1/A2) = 0,005916/z ln (A1/A2) pada suhu 250 C
dimana, z adalah muatan dari spesi, termasuk tandanya.
2.4.2 Kurva Kalibrasi sebagai Ukuran Respons ISE
Kalibrasi dilakukan dengan cara memposisikan elektroda dalam serangkaian
konsentrasi larutan standar dan merencanakan grafik pembacaan mV versus log
aktivitas (ion), atau aktivitas yang sebenarnya pada logaritmik sumbu-x.
Kalibrasi yang dilakukan harus memberikan garis lurus seluruh rentang
konsentrasi linier. Namun, seperti disebutkan di atas, aktivitas tersebut sulit untuk
menentukan dalam larutan yang kompleks dan umumnya lebih berguna untuk memplot
konsentrasi unit sehingga pengaruh koefisien aktivitas variabel dalam larutan dengan
18
-RT ln (A1/A2) = -nFE
-RT ln (A1/A2) = -nF(-E)
kekuatan ion yang tinggi dapat diminimalkan dengan menambahkan Ionic Strength
Adjustment Buffer (ISAB) untuk semua standar dan sampel. Tidak lupa, harus diingat
apabila sampel yang akan diukur cenderung memiliki molaritas total kurang dari sekitar
0,01 M untuk ion monovalen (0.001 M untuk ion divalen), maka tidak diperlukan
menambahkan ISAB .
Gbr. 2.4a Grafik E vs Log aktivitas
Dengan menggunakan metode kalibrasi, kurva kalibrasi dapat dibentuk
sehingga elektroda ion selektif dapat diukur dan diplot sebagai sinyal (gaya
elektromotif) dan aktivitas dari analit. Tipikal kurva kalibrasi dapat dilihat pada
gambar diatas.
Untuk sepuluh kali perubahan dalam aktivitas ion, potensial elektroda (pada
25oC) berubah dengan 59,2 mV jika ion yang diukur adalah monovalen dan 29,6 mV
jika yang diukur adalah divalen. Akan tetapi dalam praktiknya sering diperoleh slope
(S) elektroda yang lebih kecil atau kurang dibandingkan dengan teori dan hal ini
menyebabkan kesalahan pengukuran jika kompensasi tidak dipenuhi.
19
BAB III
PENUTUP
3.1 Kesimpulan
1. Perhiasan murah memiliki potensi bahaya karena bahan yang digunakan adalah logam
berat, yang dapat masuk ke dalam tubuh manusia.
2. Dengan voltmeter/pHmeter, titrator, elektroda kalomel jenuh, dan elektroda indikator,
kita dapat menganalisis zat krom pada perhiasan maupun darah/serum dengan metode
potensiometri yang cepat dan tepat.
3. TISAB (Total Ionic Strength Adjustment Buffer) diperlukan ketika larutan memiliki
kekuatan ion yang tinggi (konsentrasi tinggi) untuk memperoleh hasil yang akurat.
4. Metode standard addition atau sample addition digunakan untuk menghitung efek
matriks yang kompleks yang terdapat di larutan sampel. Hal ini bertujuan untuk
memperoleh hasil yang akurat.
5. Kemiringan kurva kalibrasi merupakan ukuran respons elektroda ion selektif yang
digunakan.
20
Daftar Pustaka
ASI Engineers. 2013. “Standard Addition Method”.
http://www.asi-sensors.com/ASI/learning/standard_addition.pdf (diakses 2
Oktober 2013).
Atkins, P.W. 1994. "Physical Chemistry; 5th Edition". Oxford: Oxford University
Press.
Rundle, Chris C BSc, PhD. 2000. "A Beginners Guide to Ion-Selective Electrode
Measurements". http://www.nico2000.net/Book/Guide1.html (diakses 29
September 2013).
Sales, Alliance Technical Inc. 2012. "A Guide to Ion Selective Measurement".
http://www.alliancets.com/site/files/408/29497/109873/159913/Guide_to_Ion
_Selective_Measurement.pdf (diakses 30 September 2013)
Skoog, D.A., West, D.M., Holler, F.J. 1988. "Fundamentals of Analytical Chemistry;
5th Edition". New York: Sanders College Publishing.
Warsaw University of Technology Department of Analytical Chemistry. “Ion
Selective Electrodes”. http://csrg.ch.pw.edu.pl/tutorials/ise/ (diakses 4 Oktober
2013)
Zellmer, Dr. David. 1999. "The Fluoride Ion Selective Electrode Experiment Direct
Potentiometry and Standard Addition Methods."
http://zimmer.csufresno.edu/~davidz/Chem102/FluorideISE/FluorideISE.html
(diakses 2 Oktober 2013).
21
Daftar Gambar dan Tabel
Tabel 2.1a Tabel Periodik Unsur 3
Gbr. 2.2a Sel Potensiometri 5
Gbr. 2.3a Potensiometri dengan Ion Selective Electrode 11
Tabel 2.3a Hasil Pengukuran Data Krom 13
Gbr. 2.3b Grafik E vs LogC berdasarkan Data Pengukuran Krom 13
Gbr. 2.3c Adisi Standar 15
Gbr. 2.3d Adisi Sampel 16
Gbr. 2.4a Grafik E vs Log Aktivitas 18
22
top related