p-penentuan kalsium dan magnesium di dalam air secara potensiometri

PENENTUAN KALSIUM DAN MAGNESIUM DI DALAM AIR SECARA POTENSIOMETRI

Noor Yudhi

Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir ABSTRAK

PENENTUAN KALSIUM DAN MAGNESIUM DI DALAM AIR SECARA POTENSIOMETRI,Telah dilakukan analisis kalsium dan magnesium di dalam air dengan metoda titrasi potensiometri. Metoda untuk menentukan kandungan kalsium dan magnesium di dalam air ini sangat sederhana. Dalam percobaan digunakan kalsium standar, magnesium standar dan elektroda ion selektif kalsium digunakan untuk penunjuk penentuan secara kompleksometri dari ion kalsium dan magnesium dengan zat pengomplek. Titran Na-EDTA digunakan sebagai zat pengomplek membentuk Ca dan Mg-EDTA sehingga jumlah kandungan Ca dan Mg dapat ditentukan. Di dalam penelitian ini dilakukan analisis terhadap campuran kalsium dan magnesium standar untuk menentukan linieritas, batas deteksi terendah, presisi dan kesalahan analisis. Dilakukan pula penentuan kalsium dan magnesium di dalam air. Larutan standar yang digunakan berupa campuran kalsium standar 1000 ppm dan magnesium standar 500 ppm. Parameter percobaan yaitu variasi konsentrasi kalsium 2, 4, 5, 10 dan 20 ppm, dan variasi konsentrasi magnesium 1, 2, 2.5, 5 dan 10 ppm. Dari hasil percobaan diperoleh bahwa untuk penentuan kalsium jangkauan analisis berkisar dari 4 s/d 20 ppm, kesalahan analisis berkisar dari 1,75 s/d 2,91%, derajat linieritas sebesar 0,9998 dengan batas deteksi terendah sebesar 2 ppm. Untuk penentuan magnesium jangkauan analisis berkisar dari 2,5 s/d 10 ppm, kesalahan analisis berkisar dari 3,06 s/d 4,38%, derajat linieritas sebesar 0,9993 dengan batas deteksi terendah sebesar 1 ppm. Hasil analisis penentuan kalsium dan magnesium di dalam air di laboratorium Kendal Kualitas sebesar 11,46 dan 1,99 ppm. KATA KUNCI : Analisis air , kalsium dan magnesium (ppm), potensiometri. ABSTRACT

DETERMINATION OF CALCIUM AND MAGNESIUM IN WATER BY POTENSIOMETRY METHOD. The analysis of calcium and magnesium in water by potensiometry method has been performed. The method is quite simple to determine the calcium and magnesium content in water. In the experiment standard calcium, standard magnesium and the Ca-ion selective electrode are used to indicate the complexometric determination of calcium and magnesium ions with complexing agent (Na-EDTA). The titrant Na-EDTA is employed as a complexing agent to from a Ca and Mg –EDTA so the amount of Ca and Mg content can be determined. In this experiment, analysis on the mixture of calcium and magnesium standard is carried out to find out the linearity, lowest detection limit, precision and analysis error. Similar step is olso performed in the determination of calcium and magnesium in water. The standard solution used in a mixture of 1000 ppm standard calcium and 500 ppm stndard magnesium. The experiment parameters are variation of calcium

concentration at 2, 4, 5, 10 and 20 ppm, and variation of magnesium concentration at 1, 2, 2.5, 5 dan 10 ppm. From the experiment, the results show that for the determinaton of calcium the analysis range is from 4 to 20 ppm, the analysis error from 1.75 to 2.91%, the linearity degree 0.9998 with the lowest detection limit at 2 ppm. For the determination of magnesium, the analysis range is from 2.5 to 10 ppm, the analysis error from 3.06 to 4.38%, the linearity degree 0.9993 with the lowest detection limit at 1 ppm. The analysis results in the determination of calcium and magnesium in tap water in quality control laboratorium shows of 11.46 and 1.99 ppm respectively. KEY WORDS : Water analysis, calcium and magnesium content (ppm), potensiometri PENDAHULUAN Dalam usaha meningkatkan kualitas pelayanan analisis kimia di Laboratorium Uji Bahan PTBN, maka pelayanan analisis Uji Bahan perlu ditingkatkan diantaranya analisis kalsium dan magnesium. Analisis ini perlu dilakukan untuk menentukan kesadahan kalsium maupun kesadahan magnesium terutama untuk penyediaan air dibidang analisis/proses. Kesadahan yang terdapat di dalam air, ( baik itu air permukaan ataupun air tanah), biasanya akibat terlarutnya garam kalsium dan magnesium oleh air yang mengalir pada batuan /tanah. Biasanya batuan / tanah tersebut banyak mengandung mineral limestone, dolomite dan gypsum. Larutan tersebut dapat berupa garam CaSO4, CaCl2 dan MgSO4, MgCl2 yang disebut kesadahan tetap, ataupun dapat berupa Ca(HCO3)2 dan Mg(HCO3)2 yang disebut kesadahan sementara. (1) Kesadahn tetap/ sementara tidak diinginkan di dalam suatu proses industri baik itu sebagai bahan baku air pengisi ketel uap atau pun proses /industri kimia yang perlu kemurnian tinggi. Untuk penyediaan air pada laboratorium kimia yang bebas dari unsur kalsium, magnesium dan klorida cukup sulit. Unsur tersebut sulit dihilangkan, perlu suatu proses gabungan antara destilasi dan demineralisasi (penukar ion) untuk menghilangkannya, Sebagai contoh air kran yang ada dilaboratorium Kendali kualitas B3N konduktifitasnya berkisar 100-110 mikro siemen dan masih mengandung unsur Ca 10-12ppm, Mg 2-4pm dan Cl 10-15pm. Setelah melalui suatu proses destilasi konduktifitasnya masih berkisar 5-7 mikro siemen kadar Kalsium, Magnesium berkisar 1-2 ppm dan kadar Cl sebesar 2 ppm.(**) Padahal persaratan air di dalam laboratorium kimia konduktivitasnya lebih kecil 0,5 mikro siemen. Untuk memenuhi persaratan tersebut perlu didestilasi ulang ataupun melalui suatu proses demineralisasi (penukar ion). Oleh karena itu kualitas analisis kimia di B3N, terutama penentuan kalsium, magnesium dan klorida perlu ditingkatkan kemampuannya untuk menunjang kebutuhan air demineralisasi di laboratorium. Percobaan ini bertujuan melakukan analisis penentuan kalsium dan magnesium di dalam campuran larutan kalsium dan magnesium standar. Dari standarisasi diperoleh kurva linieritas, presisi dan akurasi pada setiap titik-titik konsentrasi pengukuran larutan standar. Berdasarkan pengukuran standar diatas dapat

ditentukan pula batas minimal konsentrasi kalsium dan magnesium yang dapat dianalisis di dalam air.

Metoda yang digunakan dalam analisis kalsium dan magnesium adalah mengacu pada prosedur ASTM E 372-84 dan Metrohm, Application Bulletin No.125/2e yaitu titrasi potensiometri. Dalam percobaan ini digunakan satu set alat Titroprocessor Metrohm yang dilengkapi dengan elektroda utama, ion selektif calsium 6.0504.100 dan elektroda pembanding Ag/AgCl 6.0733.100. (2) Bahan yang digunakan meliputi potasium hidroksida 4 M, larutan acetyl aceton 0,2 M dan larutan penyangga NH4Cl+NH4OH (pH 10) dan campuran larutan standar Ca 1000 ppm+Mg 500 ppm. (3) CARAKERJA Dibuat larutan titer, NaEDTA 0,01 M, larutan KOH 4 M, larutan penyangga pH10 (campuran 50 g NH4Cl dan 350 ml NH3 25% dalam I liter air suling), acetyl aceton 0,2 M, masing-masing dibuat 1 liter. Dibuat juga larutan standar campuran kalsium 1000 ppm dan magnesium 500 ppm sebanyak 200 ml.

Pada percobaan ini digunakan titer larutan Sodium EDTA 0.01 M dan larutan standar campuran kalsium dan magnesium. Larutan standar campuran merupakan campuran dari kalsium standar 1000 ppm (CaCO3) dan magnesium standar 500 ppm (MgO), disebut larutan induk.

Parameter percobaannya yaitu variasi konsentrasi larutan campuran standar calsium dan magnesium, tiap tiap parameter dilakukan pengulangan tujuh kali. Percobaan dilakukan dengan membuat larutan standar kalsium dengan konsentrasi 2, 4, 5, 10 dan 20 pmm dan larutan magnesium dengan konsentrasi 1, 2, 2.5, 5, dan 10 pmm, dengan cara dipipet larutan induk sebanyak 100, 200, 250, 500 dan 1000 mikro liter, dilarutkan dalam 50 ml air suling. Untuk penentuan kalsium ditambah 3 ml KOH 4 M, 3 ml acetyl aceton 0,2 M, sedangkan untuk magnesium ditambahkan 3 ml buffer pH 10. Masing-masing parameter dititrasi dengan larutan titer EDTA 0,01 M dengan pengulangan 7 kali. Titrasi dilakukan dengan menggunakan alat titroprocessor. Penentuan kalsium dan magnesium dihitung dengan rumus 1: (2)

Kadar Kalsium = EP1 x CO1 x CO2 x CO3 ppm COO Kadar Magnesium = (EP2-EP1) x CO1 x CO3 x CO4 ppm COO keterangan : EP1 = Vol. Awal NaEDTA 0,01 M, ml, pada titik equivalen awal EP2 = Vol. Ahir NaEDTA 0,01M, ml, pada titik equivalen ahir CO1 = 0,01, Molaritas NaEDTA CO2 = 40, Berat atom kalsium CO3 = 1000, konversi ke ppm. CO4 = 24, Berat atom magnesium.

Pengamatan diasumsikan pada tingkat kepercayaan 95%, dengan rumus perhitungan sebagai berikut : Hasil pengukuran analit = pengukuran rerata analit ± 2 Standar Deviasi. Kesalahan analisis = 2 standar Deviasi / pengukuran rerata analit x 100%. Presisi = Standar Deviasi / pengukuran rerata analit x 100%. Akurasi = pengukuran rerata analit / konsentrasi analit dalam standar x 100%. (4)

Dari hasil analisis ini dapat ditentukan limit deteksi terendah, kurva linieritas dan persamaan garisnya. HASIL DAN BAHASAN Hasil percobaan penentuan konsentrasi standar kalsium dan magnesium dapat dilihat pada Tabel-1 s/d Tabel-5 terlampir, dan hasil perhitungannya dirangkum dalam Tabel-6, Gambar-1 dan Gambar-2. Hasil analisis kalsium dan magnesium di dalam air dapat dilihat pada Tabel-7. Pada Tabel-6 merupakan rangkuman data yang diperoleh dari Tabel-1 s/d Tabel-5. Tabel-6 berisi kalsium standar yang dianalisis, kalsium hasil analisis, presisi, akurasi dan kesalahan analisis. Dari Tabel-6 ini dapat dibuat kurva linieritas, hubungan antara konsentrasi standar dengan konsentrasi hasil analisis dan kurva presisi, hubungan antara konsentrasi standar dengan presisi ( ketelitian analisis). Tabel-6. Data hasil analisis penentuan kalsium dan magnesium (rangkuman dari Tabel 1 s/d 5)

N0 Kalsium Standar, ppm

Kalsium Hsl.analisis, ppm

Presisi, %

Akurasi, %

Kesalahan Analysis,%

1. 20 20,108 0,962 100,54 1,92 2. 10 9,870 1,426 98,70 2,91 3. 5 5,024 1,128 100,48 2,25 4. 4 4,125 1,745 103,13 1,75 5. 2 1,967 3,975 98,35 7,93 N0 Mg.Standar,

ppm Mg.Hsl.analisis, ppm

Presisi, %

Akurasi, %

Kesalahan Analysis,%

1. 10 9,169 1,530 91,69 3,06 2. 5 4,847 1,974 96,94 3,94 3. 2,5 2,445 2,195 97,80 4,38 4. 2 1,931 3,040 96,55 6,06 5. 1 1,042 8,041 104,20 16,12

Tabel-6 merupakan data hasil penentuan standar kalsium dari konsentrasi 2 s/d 20 ppm dan standar magnesium dari konsentrasi 1 s/d 10 ppm. Dari tabel tersebut terbaca, kalsium hasil analisis, presisi, akurasi dan kesalahan analisis. Untuk kalsium

presisi berkisar 0,962 s/d 3,975% dengan kesalahan analisis berkisar 1,75% s/d 7,93%. Untuk magnesium presisi berkisar 1,53 s/d 8,041% dengan kesalahan analisis berkisar dari 3,06% s/d 16,12%. Pengamatan diasumsikan pada tingkat kepercayaan 95%, dengan kesalahan analysis maksimum sebesar 5%. Dari hasil kesalahan analisis yang diperoleh, tidak semua titik-titik pengamatan dalam setiap parameter konsentrasi memenuhi persaratan yang ditetapkan yaitu kesalahan analisisnya harus lebih kecil dari 5%. Hal ini dapat dikatakan bahwa jangkauan analysis kalsium berkisar 4 s/d 20 ppm dan magnesium berkisar 2,5 s/d 10 ppm Batas terendah untuk penentuan kalsium adalah 2 ppm, sedangkan batas terendah untuk penentuan magnesium adalah 1 ppm. Dari Tabel-6 terbaca bahwa makin kecil konsentrasi kalsium dan magnesium yang dianalisis semakin besar presisinya. Hal ini menandakan makin kecil konsentrasi yang dianalisis semakin besar penyimpangannya, ini ditandai semakin besar standar deviasi relative (presisinya), berarti bahwa ketelitian analisis makin berkurang. Dari tabel-6 diatas dapat dibuat kurva linieritas yaitu pada Gambar-1 dan kurva presisi (ketelitian) pada Gambar-2

y = 1.0031x - 0.0065R2 = 0.9998

y = 0.9057x + 0.1717R2 = 0.9993

0

5

10

15

20

25

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19

Calsium & magnesium standar,ppm

Ca

& M

g te

rana

lisis

,ppm

Gambar-1. Kurva linieritas analisis penentuan kalsium dan magnesium

Pada Gambar-1menunjukkan hasil percobaan titrasi potensiometri standar kalsium dan magnesium dengan variasi konsentrasi 2, 4, 5, 10, 20 dan 1, 2, 2.5, 5, 10 ppm menggunakan titer Na EDTA 0,1 N. Gambar tersebut merupakan dua buah kurva dari hasil analisis penentuan kalsium dan magnesium yang diperlihatkan dalam bentuk dua buah kurva garis lurus. Kurva tersebut merupakan hubungan antara konsentrasi kalsium dan magnesium standar dengan konsentrasi kalsium dan magnesium hasil analisis. Dari kurva tersebut diperoleh persamaan garis lurus, untuk kalsium dengan persamaan Y = 1,0031X - 0,006, derajat linieritas sebesar 0,9998. Untuk magnesium dengan persamaan Y = 0,9057X + 0,171, derajat linieritas sebesar

0,9993. Dari hasil data linieritas yang diperoleh, derajat linieritasnya kurang bagus, hal ini bisa disebabkan oleh beberapa faktor diantaranya : - Kesalahan terdapat pada saat preparasi zat kimia yang digunakan atau pada saat

preparasi sampelnya. - Kesalahan tetap yang terdapat pada setiap pipet eppendorfnya.

0123456789

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19

kons.standar calsium,ppm

pres

isi,

%

Gambar-2 Kurva pengaruh konsentrasi kalsium dan magnesium terhadap presisi

Gambar-2 merupakan kurva hubungan antara konsentrasi standar kalsium dan magnesium dengan standar deviasi relatif (ketelitian atau presisi), presisi = Standar Deviasi / konsentrasi rerata X 100%. Pada Tabel-6 terlihat bahwa makin kecil konsentrasi calsium dan magnesium yang dianalisis ketelitian makin rendah. Hal ini disebabkan makin kecil konsentrasi calsium kepekaan elektroda makin berkurang disamping itu standar deviasi setiap titik-titik pengamatan relatif tetap sedangkan kalsium dan magnesium yang dianalisis konsentrasinya makin kecil. Akibatnya presisi ( standar deviasi relatifnya ) makin besar dan ketelitian makin berkurang. Pada gambar 1 ketelitian (RSD) untuk kalsium berkisar 0,96 - 3,975%, untuk magnesium berkisar 1,53 – 8,04% dan batas terendah dapat ditunjukkan pada konsentrasi calsium 2 ppm dan magnesium 1 ppm. Pada gambar terlihat kurva mendatar mulai konsentrasi calsium 4 ppm s/d 20 ppm dan magnesium 2,5 s/d 10 ppm. Pada daerah konsentrasi ini analisis kalsium dan magnesium bisa dilakukan karena mempunyai ketelitian yang relatif stabil.. Penentuan calsium dan magnesium selain menggunakan standar dilakukan pula di dalam air secara langsung. Kadar kalsium dan magnesium dihitung menggunakan rumus 1 yang terdapat pada cara kerja. Data hasil analisis dan perhitungannya seperti terlihat pada Tabel-7 :

Tabel-7 Data hasil analisis penentuan kalsium dan magnesium di dalam air kran .

No. Vol.NaEDTA Awa, mll

Vol. NaEDTA Ahir, ml

Kadar Ca, ppm

Kadar Mg, ppm

1. 1,836 1,405 2. 1,827 1.465 11,46 1,99 3. 1,879 1,427 rerata 1,8473 1,432

Tabel-7 merupakan data hasil analisis dan perhitungan penentuan kalsium dan magnesium di dalam air, air tersebut diambil dari air kran yang ada dalam laboratorium kendali kualitas B3N (air dari puspiptek). Kadar yang diperoleh untuk kalsium sebesar 11,46 ppm dan untuk magnesium sebesar 1,99 ppm. KESIMPULAN

Analisis penentuan kalsium dan magnesium dengan metoda titrasi potensiometri yang mengacu pada prosedur ASTM E 372-84 dan Metrohm, Application Bulletin No. 125/2e dapat dilakukan secara mudah dan dengan ketelitian cukup baik. Dari percobaan analisis penentuan standar kalsium dan magnesium pada konsentrasi kalsium 2 s/d 20 ppm dan magnesium pada konsentrasi 1 s/d 10 ppm dapat diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

Untuk penentuan kalsium, konsentrasi kalsium terendah yang dapat dianalisis sebesar 2 ppm, dan jangkauan analisis yang memberikan hasil cukup baik berkisar dari 4 s/d 20 ppm dengan kesalahan analisis dari 1,75 s/d 2,91%. Dari kurva linieritas diperoleh persamaan garis Y = 1,0031 – 0,006 dengan derajat linieritas sebesar 0,9998.

Untuk penentuan Magnesium, konsentrasi magnesium terendah yang dapat dianalisis sebesar 1 ppm, dan jangkauan analisis yang memberikan hasil cukup baik berkisar dari 2,5 s/d 10 ppm dengan kesalahan analisis dari 3,06 s/d 4,38%. Dari kurva linieritas diperoleh persamaan garis Y = 0,9057 + 0,1717 dengan derajat linieritas sebesar 0,9993.

Hasil analisis penentuan kalsium dan magnesium di dalam air kran laboratorium KK-B3N sebesar 11,46 ppm dan 1,99 ppm. DAFTAR PUSTAKA 1. Vogel. A.I. “A Text Book of Quantitative Inorganic Analisis”, p.392-393.

London,1951. 2. Metrohm, Application Bulletin No. 125 / 2e.

3. ASTM STANDARD, Designation E 372-84, “ Standard Test Methods for Chemical Analisis of Magnesium ferro silicon “, American Standard Institute, (1993), p51-53.

4. Kantasubrata J, “Validasi Metode”, Pusat Penelitian Kimia-LIPI. (**) Hasil analisis lab.Kendali Kualitas - Bidang Bahan Bakar Nuklir

LAMPIRAN

Tabel-1. Data hasil penentuan Ca dan Mg pada konsentrasi 20 dan 10 ppm

No. Vol. titran Awal, ml

Vol. Titran Ahir, ml

Kadar Ca, ppm

Kadar Mg, ppm

1. 2,550 4,422 20,400 8,986 2. 2,532 4,433 20,256 9,125 3. 2,467 4,417 19,756 9,360 4. 2,495 4,450 19,960 9,384 5. 2,511 4,425 20,088 9,187 6. 2,512 4,397 20,096 9,048 7. 2,525 4,420 20,200 9,096 Rerata = 20,108 9,169 Kesalahan analisis = 1,920% 3,065% Presisi = 0,962 1,530 Akurasi = 100,54% 91,69%


No. Vol. titran

Awal, ml Vol. Titran Ahir, ml

Kadar Ca, ppm

Kadar Mg, ppm

1. 1,204 2,232 9,632 4,934 2. 1,262 2,233 10,096 4,660 3. 1,218 2,244 9,744 4,925 4. 1,243 2,243 9,944 4,800 5. 1,245 2,242 9,960 4,786 6. 1,235 2,254 9,880 4,891 7. 1,229 2,257 9,832 4,934 Rerata = 9,870 4,847 Kesalahan analisis = 2,908% 3,941% Presisi = 1,426% 1,974% Akurasi = 98,70% 96,94%

Tabel-3. Data hasil penentuan Ca dan Mg pada konsentrasi 5 dan 2,5 ppm

No. Vol. titran

Awal, ml Vol. Titran Ahir, ml

Kadar Ca, ppm

Kadar Mg, ppm

1. 0,622 1,130 4,976 2,438 2. 0,630 1,147 5,040 2,482 3. 0,644 1,137 5,152 2,342 4. 0,622 1,140 4,976 2,472 5. 0,626 1,132 5,008 2,467 6. 0,624 1,148 4,992 2,515 7. 0,628 1,128 5,024 2,400 Rerata = 5,024 2,445 Kesalahan analisis = 2,249% 4,376% Presisi = 1,128% 2,195% Akurasi = 100,48% 97,80




Kadar Ca, ppm

Kadar Mg, ppm

1. 0,510 0,897 4,080 1,858 2. 0,512 0,926 4,096 1,987 3. 0,511 0,917 4,088 1,945 4. 0,521 0,919 4,168 1,910 5. 0,518 0,933 4,144 1,992 6. 0,522 0,935 4,176 1,982 7. 0,515 0,898 4,120 1,838 Rerata = 4,125 1,931 Kesalahan analisis = 1,745% 6,059 Presisi = 1,745% 3,040% Akurasi = 103,125% 96,55%




Kadar Ca, ppm

Kadar Mg, ppm

1. 0,252 0,478 2,016 1,085 2. 0,249 0,461 1,992 1,018 3. 0,243 0,470 1,944 1,089 4. 0,257 0,458 2,056 0,965 5. 0,256 0,441 2,048 0,888 6. 0,233 0,463 1,864 1,104 7. 0,231 0,470 1,848 1,147 Rerata = 1,967 1,042 Kesalahan analisis = 7,931% 16,123 Presisi = 3,975% 8,041% Akurasi = 98,35% 104,20%

p-penentuan kalsium dan magnesium di dalam air secara potensiometri

Documents