skripsi fisika
TRANSCRIPT
PENGEMBANGAN SENSOR pH
MENGGUNAKAN PRUSSIAN BLUE - POLIPIROL
Dwi Ustik Diana
Mahasiswa Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas Jember
Telah dikembangkan teknologi pengukuran pH `dengan menggunakan Polipirol -
Prussian Blue sebagai sensor pH. Polipirol merupakan suatu polimer konduktif
yang bersifat mengantarkan arus listrik dan memiliki sifat optik. Prussian Blue
merupakan senyawa komplek antara besi dengan sianida. Teknik yang digunakan
untuk sensor pH ini adalah teknik polimerisasi dengan metode galvanostatik
menggunakan elektroda stainless steel. Hasil Penelitian Menunjukkan Film tipis
yang berwarna coklat kehitaman atau hitam memberikan panjang gelombang
maksimum 250 nm pada daerah basa sehingga film Polipirol (ppy)-Prussian Blue
(PB) yang terbentuk bekerja pada daerah basa dengan range pH 7-pH 8 dengan
persamaan garis Y=0,329X-2,33 dan reproduksibilitas 0.010.
Kata Kunci: Polipirol, Prussian Blue, Elektropolimerisasi dan Metode
Galvanostatik.
PENDAHULUAN
Berdasarkan definisinya pH merupakan ukuran keasaman atau kebasaannya. Jika
kita pandang air yang 100% murni, air itu diionisasi sehingga mengandung kadar
10-7 mol ion hidrogen dan kadar 10-7 mol ion hidroksil setiap mol air. Karena
keduanya mempunyai nilai yang sama, larutan itu netral dan pH dinyatakan
sebagai eksponen negatif kadar ion hidrogen, yaitu 7.Harus selalu diingat bahwa
1
suatu larutan berair, produk kadar ion hidroksil harus selalu berada pada kisaran
10-14. Air netral mempunyai pH 7,0. Batas-batas praktis skala pH adalah 0 dan
14. pH sama dengan 0 untuk asam kuat dan pH adalah 14 untuk basa kuat
(Sutanto, 1987).
Metode yang paling umum untuk mengukur pH adalah dengan
menggunakan elektroda sel gelas dan elektroda sel kalomel atau gabungan
keduanya (elektroda kombinasi) yang digunakan dengan instrumen potensiometer.
pH. Elektroda gelas bekerja berdasarkan prinsip bahwa potensial dapat
diamati antara dua larutan yang berbeda konsentrasi ion hidrogennya, kalau
mereka dipisahkan oleh dinding gelas tipis. Potensial ini adalah fungsi dì¥Á` 7
¯ `` ø· ¿` ` ` ` ` ` · `` ` ` ` ¯ ` ` _@` `
2
` bjbjU· U· ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` `
„` ` 7|` ` 7|` ` ß;` ` ` ` ` ` · ````````
¯ · ` -
` ` ` ` ` ` ` d` ` ` ` ` ` ` ÿÿ· `
` ` ` ` ` ` ` ` ÿÿ· ``` ` ` ` ` ` ` ÿÿ· ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` l` ` `
` ` î˜ `````` î˜ ` ` î˜ ```` ` ` î˜ ``` ` ` ` ¨ `````` ¨ ``` ` `
` ¨ `` $` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` V
` ` ` ` ` ` d#` ` ` ` ` ` d#` ` ` ` ` ` d#` ` P` ` ` ´#` ` ,` ì¥Á` 7
¯ `` ø· ¿` ` ` ` ` ` · `` ` ` ` ¯ ` ` _@` `
3
4
¯ · ` -
„` ` 7|` ` 7|` ` ß;` ` ` ` ` ` · ```````` ` ` ` ` ` ` ` d` ` ` ` ` ` ` ÿÿ· `
` ` ` ` ` ` ` ` ÿÿ· ``` ` ` ` ` ` ` ÿÿ· ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` l` ` `
` ` î˜ `````` î˜ ` ` î˜ ```` ` ` î˜ ``` ` ` ` ¨ `````` ¨ ``` ` `
` ¨ `` $` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` V
` ` ` ` ` ` d#` ` ` ` ` ` d#` ` ` ` ` ` d#` ` P` ` ` ´#` ` ,` steel.
Teknologi pengukuran pH yang sedang dikembangkan adalah menggunakan
(PB)-Polipirol sebagai sensor pH. Gabungan antara (PB)-Polipirol ini merupakan
suatu metode baru dan sederhana yang diharapkan mempunyai penyerapan yang
tinggi terhadap pH (Koncki.1998).
Polipirol merupakan suatu polimer konduktif yang bersifat menghantarkan
arus listrik dan merupakan kelas yang relatif baru. Polimer jenis ini mempunyai
beberapa keistimewaan, yaitu mempunyai konduktifitas yang baik, sifat mekanik
yang baik dan relatif mudah dibuat (Subekti, 1993).
Prussian Blue (PB) merupakan senyawa kompleks antara besi dengan
sianida. Prussian Blue pertama kali diproduksi di Jerman oleh Diesboch. Prussian
Blue dapat digunakan dalam sensor elektrokimia karena sifat katalis
(Koncki,1998).
METODE PENELITIAN
Tempat penelitian ini dilakukan di laboratorium Elektronika Dasar, Laboratorium
Biokimia, laboratorium Kimia Analitik Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam dan laboratorium Biomolekul, Universitas Jember.
Pelaksanaan penelitian adalah pada bulan Februari 2002 - Juni 2002.
Prosedur pembuatan film PB dan Polipirol
Polimerisasi secara elektrokimia dapat berlangsung secara potensiostatik
(tegangan tetap) atau secara galvanostatik (arus tetap). Desain sel elektrokimia
tergantung pada tipe eksperimen yang dipilih. Metode yang digunakan adalah
galvanostatik karena peralatan yang diperlukan sederhana dan mudah dirangkai.
Skema dari elektrokimia yang digunakan dalam penelitian ini diperlihatkan pada
5
gambar 1. Tabung reaksi didesain untuk dapat menampung larutan sebanyak 500
cm3.
Pada tutup atas terdapat dua lubang, yaitu untuk memasukkan elektroda
kerja dan elektroda counter. Elektroda yang digunakan adalah stainless steel
dimana potensial oksidanya lebih dari yang dimiliki pirol. Kemudian pada kedua
elektroda tersebut kita lapisi mika tipis yang bagian tengahnya dilubangi supaya
lebih mudah mengupas film yang terbentuk.
elektrolit
atas
tinngi larutanelektrolit
tempat reaksi penjepit
berlangsung
2 cm
Gambar 1. Skema Sel Elektrokimia
Desain sel elektrokimia disini menggunakan elektroda stainless steel
dengan ukuran 5x5x0,2 cm3. Sebagai pecatu daya digunakan sumber arus yang
bervariasi model Keithly 220. Kerapatan arus yang digunakan adalah besarnya
arus yang diberikan dibagi dengan luas elektroda. Larutan encer dibuat dari air
murni dan PB sebagai pendukung elektrolit.
Film tipis dibuat dengan mencampurkan 5 ml pirol dengan 0,1 M
K3Fe(CN)6 dan ditambah aquades 500 ml yang diletakkan dalam tabung reaksi
1000 ml kemudian diaduk sehingga homogen dan dialiri arus 32 mA. Film
ditumbuhkan selama satu jam.
Menyiapkan larutan buffer menggunakan pH meter sesuai dengan
variasi pH larutan asam, larutan basa atau larutan netral (air) sesuai dengan
6
panjang gelombang maksimum yang diperoleh. larutan buffer dibuat dalam range
pH 7- pH 11.
Optimasi Parameter
Penentuan max air, Larutan NaOH 0,1 M dan HCl 0,1 M
Mengukur absorban dari larutan NaOH 0,1 M dan HCl 0,1 M kemudian
memasukkan dalam kuvet yang sudah dilapisi film (PB -Polipirol), sehingga
diperoleh max .
Karakterisasi
Range pH
Linier range dapat dilihat dari kurva kalibrasi dengan mengeplotkan pH
PB/Polipirol pada sumbu X dan absorbansi pada sumbu Y. Kesesuaian garis kurva
kalibrasi dapat ditentukan dengan persamaan garis
Y = bX + a .........................................................(1)
Dari sini nantinya akan diketahui range pH dengan cara mengeplotkan pH pada
kurva kalibrasi yang dibuat dengan interval larutan standar yang sudah
diketahuinya.
Reprodusibel
Reprodusibel adalah suatu metode pengulangan percobaan yang dilakukan agar
dihasilkan limit antar percobaan sekecil mungkin. Dengan metode ini diharapkan
memberikan nilai 95 % setiap pendekatan untuk satu kali pengulangan atau lebih
yang berbeda. Reprodusibel dapat diukur dari standart deviasi (Caulcut, R. Dan
boddy)
HASIL DAN PEMBAHASAN
1.Pembuatan Film Polipirol (Ppy) - Prussian Blue (PB)Film Polipirol (Ppy) - Prussian Blue (PB) dibuat dengan
mencampurkan 5 ml pirol dengan 0,1 M Prussian Blue (PB) atau K3Fe(CN)6 dan
7
ditambahkan dengan aquadest 500 ml yang diletakkan dalam tabung reaksi 1000
ml kemudian dialiri arus. Dalam tabung tersebut terjadi pencampuran antara pirol,
prussian blue dan aquadest sehingga terbentuk film tipis berwarna coklat
kehitaman atau hitam setelah sekitar 1 jam tabung tersebut dialiri arus.
Film yang terbentuk pada elektroda, kemudian dicuci dengan larutan
elektrolit sisa dan dikeringkan dalam desikator. Film tersebut tipis, transparan dan
serba sama. Gambar 2 dan 3 masing-masing memperlihatkan morfologi
permukaan Ppy-PB dengan perbesaran 400x dan 4000x. Pada gambar 2
memperlihatkan film Ppy-PB tidak merata. Bintik putih memperlihatkan pirol
sedangkan daerah gelap adalah PB. Film tersebut tidak merata karena pori-pori
pirol tidak sama besar sehingga hanya bagian tertentu saja yang tertutupi oleh PB.
´
Gambar 2. Film Polipirol (Ppy) - Prussian Blue (PB) pada Arus I=32 mA dengan Mikroskop Optik
Perbesaran 400X
˚
a Posisi Pinggir b. Posisi Tengah
8
Gambar 3. Film Polipirol (Ppy) - Prussian Blue (PB) Pada Posisi Tengah dan Posisi Pinggir Pada Arus
I=32 mA dengan Mikroskop Optik Perbesaran 4000X
2. Penentuan Panjang Gelombang MaksimumSetelah film dikeringkan dalam desikator, kemudian film tersebut
dipotong dan dimasukkan kedalam kuvet UV-VIS untuk diukur pada panjang
gelombang 200-800 nm. Penentuan panjang gelombang maksimumini dilakukan
dengan berbagai macam uji yaitu uji sifat asam, basa dan netral, diperoleh panjang
gelombang seperti pada gambar 4, 5 dan 6.
Untuk sampel film yang digunakan pada uji sifat asam (HCl 0,1M) diperoleh
profil spektrum seperti pada gambar 4 dimana absorbansi mengalami penurunan
dari 200 nm hingga 280 nm dan konstan pada 350 – 390 nm, demikian pula pada
400 nm hingga 800 nm absorbansi relatif konstan. Pada daerah basa (NaOH 0,1
M) diperoleh profil spektrum seperti pada gambar 5 dimana absorbansi
mengalami penurunan dari 200 nm hingga 380 nm dan konstan pada 400 nm
hingga 800 nm. Pada daerah netral (air) diperoleh diperoleh profil spektrum
seperti pada gambar 6 dimana absorbansi mengalami penurunan dari 200 nm
hingga 390 nm dan konstan pada 400 nm hingga 800 nm.
· EMBED Excel.Chart.8 \s· ´ ·
Gambar 4. Uji Indikator Asam
· EMBED Excel.Sheet.8 · ´ ·
Gambar 5. Uji Indikator Basa
· EMBED Excel.Chart.8 \s· ´ ·
Gambar 6.Uji Indikator Netral
3. Penentuan Panjang Gelombang Maksimum Untuk Masing-Masing Uji.
Berdasarkan tiga uji di atas yaitu sifat keasaman, basa dan netral
diperoleh bentuk grafik seperti dibawah. Gambar basa menunjukkan respon atau
kecenderungan yang lebih dibandingkan sifat lainnya. Sehingga disimpulkan
9
bahwa film tersebut cenderung bersifat basa dan dari gambar tersebut diperoleh
panjang gelombang 250 nm.
· EMBED Excel.Chart.8 \s· ´ ·Gambar 7. Uji Indikator Asam, Basa dan Netral.
Gambar 7 menunjukkan bahwa respon sensor terhadap pengukuran film
Polipirol (Ppy) - Prussian Blue (PB) dalam larutan HCl 0,1 M , NaOH 0,1 M dan
air memberikan nilai absorbansi maksimum pada panjang gelombang 250 nm dan
cenderung bersifat basa. Hal ini disebabkan pada panjang gelombang 250 nm,
grafik basa mempunyai penyerapan yang lebih tinggi dibandingkan uji indikator
asam maupun netral.
4. Penentuan pH Kerja Sensor
pH kerja sensor digunakan untuk mengetahui range pH pada daerah asam
atau basa. Seperti telah dijelaskan diatas bahwa pengukuran film Polipirol (Ppy)
- Prussian Blue (PB) yang terbentuk bekerja pada daerah basa sehingga dibuat
pengukuran pH dari 7 sampai 11.
Dari data pengamatan tabel 1 dibuat kurva hubungan antara pengaruh pH
terhadap nilai absorbansi Film Polipirol (Ppy) - Prussian Blue (PB) pada panjang
gelombang 250 nm, seperti terlihat pada gambar 8.
· EMBED Excel.Chart.8 \s· ´ ·Gambar 8. Pengukuran Film Polipirol (Ppy) - Prussian Blue (PB)
Gambar 8 menunjukkan bahwa hasil pengukuran nilai absorbansi pada
Film Polipirol (Ppy) - Prussian Blue (PB) pada daerah UV dengan panjang
gelombang 250 nm, menunjukkan respon yang cukup baik dari range pH 7 - pH
8. Hal ini disebabkan pada keadaan pH 7 membutuhkan basa (NaOH) yang
bersifat sebagai donor (pembawa) pasangan elektron. Sehingga akan terbentuk
ikatan sebagai berikut:
o oo O oo o
x x
o oo O oo o
x xH H H
10
Absorbans
OH
Reaksi yang terjadi adalah :
I
Ppy-PB
+
+
OH-
-
IOH
(Ppy-PB)OH
Reaksi diatas adalah reaksi yang terjadi pada pH7-pH8 sehingga karena reaksi
tersebut diatas mengakibatkan absorbansi meningkat.
Kurva hubungan antara pengaruh pH dari 7 sampai 9 terhadap nilai
absorbansi Film Polipirol (Ppy) - Prussian Blue (PB) pada panjang gelombang
250 nm
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
7 7.2 7.4 7.6 7.8 8 8.2 8.4 8.6 8.8 9
pH
Gambar 9. Hasil Pengukuran Nilai Absorbansi dari pH 7 sampai pH 8
Gambar 9 menunjukkan bahwa hasil pengukuran nilai absorbansi pada Film
Polipirol (Ppy) - Prussian Blue (PB) pada panjang gelombang 250 nm dari pH 7
sampai pH8 meningkat dan pada pH 8.2 sampai 9 respon menurun.
5. Karakterisasi
Range pHRange pH dapat dilihat dari kurva kalibrasi dengan mengeplotkan pH
elektroda sebagai sumbu X dan Y sebagai absorbansi. Data pengamatan dapat
11
pH Abs.1 Abs.2 Abs.3 Abs.rata-rata STD Rentang hasilpengukuran
7 0,010 0,015 0,015 0,013 0,003 -2(1,33 + 0,30)x 10
dilihat pada gambar 18. Dari gambar 18 diperoleh persamaan garis Y= 0,3297x-
2.3256 dengan koefisien korelasi sebesar 0,9716. Nilai koefisien korelasi R yang
diperoleh mendekati nilai 1. Hal ini menunjukkan bahwa dari harga pH dan
besarnya absorbansi mempunyai korelasi yang sangat tinggi pada interval pH 7-
pH 8.
Gambar 10. Kalibrasi Pengukuran pH Versus Absorbansi padaPanjang Gelombang 250 nm pada interval pH antara 7dan 8.
ReproduksibilitasReproduksibilitas dapat ditentukan dengan menggunakan standart deviasi
dengan menentukan ketelitian dalam metode analisis diuji dengan menganalisis
absorbansi. Ketelitian dalam penelitian menggambarkan reproduksibilitas hasil
analisis. Nilai standart deviasi minimum adalah 0,003 pada pH 7, standart deviasi
maksimum 0,038 pada pH 7,6 sedangkan nilai standart deviasi rata-rata 0,010.
Perhitungan nilai reproduksibilitas dapat dilihat pada table 1.
Tabel 1. Perhitungan Nilai Reproduksibilitas dengan Standart deviasi
12
7,2 0,020 0,020 0,030 0,023 0,006 -2(2,30 + 0,60)x 107,4 0,100 0,100 0,110 0,103 0,006 -2(10,3 + 0,60)x 107,6 0,190 0,120 0,180 0,163 0,038 -2(16,3 + 3,8)x 107,8 0,260 0,250 0,260 0,256 0,006 -2(25,6 + 0,60)x 10
8 0,325 0,325 0,320 0,323 0,003 -2(32,3 + 0,30)x 100,010
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian “ Pengembangan Sensor pH Menggunakan
Polipirol - Prussian Blue ” dapat diambil kesimpulan sebagai berikut bahwa
Panjang Gelombang Optimal untuk pembuatan sensor pH berbasis Polipirol dan
Prussian Blue adalah 250 nm pada daerah sedikit basa dengan range pH 7- pH 8
dan Pengukuran mempunyai nilai reproduksibilitas yang baik dengan standart
deviasi rata-rata 0,010.
13
DAFTAR PUSTAKA
Bird T.,1993. Kimia Fisik Untuk Universitas. Gramedia.Jakarta.
Brink O.G. 1985. Dasar-Dasar Ilmu Instrumen. Bina Cipta. Jakarta.
Bocchi V. dan Gardini G.P. Chemical Synthesis of Conducting Polypyrrole andSome Composite. Journal of The Chemical Society. ChemicalCommunication.
Caulcutt, R., and Boddy, R 1983. Statistic for Analitical Chemistry. Chapman andHall. London.
Diaz A.F. dan Croeley,1981, Elektrooxidation of Aromatic Oligomer andConducting Polymers. Journal of Electroanalitical Chemistry 121.
Funt B.L..1986. Electrochemical Initietion Encyclopedia of polymers Science andEngineering. Wiley. New York.
Genies E.M. dan Bidan G., 1983. Spectroelectrochemical Study of Pyrrole Film,.Journal of Electrochemical Chemistry.
Hort E.V. and Smith R.F..1968. Pyrrole Encyclopedia of Chemical Tehnology.Wiley USA.
James D. Ingle, JR and Stanley R.Crouch, 1988. Spectrochemical Analysis.Prentice Itall Internasional Inc, Mexico-Canada.
Kanazawa K.K. and Diaz A.F.. 1979. Polypyrrole: An ElectrochemicallySynthesized Conducting Organic Polimer. Sinthetic Metal 1.
Khopkar,S,m. 1990. Konsep Dasar Kimia Analitik. Universitas Indonesia Press.
Jakarta.
Koncki, 1998. Composite Film Of Prussian Blue and N-Substituted Polypirrole:
Fabrication and Aplication To Optical Determination Of pH. Journal OfChemical Society.
Marzenco Zymunt.1986. Separation and Spectrofotometric Determination OfElements. John Wiley and Sons.
Nazzal and Steet,G.B.. 1984. Weight Determination Of Pyrrole-based Polymer.Journal Of Chemical Society.
Sastromidjojo. H.1991. Spektroskopi. UGM. Press. Yogyakarta.
Subekti. A..1993. Pengembangan Struktur Band Energi pada polipirol denganmenggunakan Data Absorbsi Optik. Pusat Penelitian FKIP Univ. Jember.Jember.
Sutanto.1987. Teknik Instrumentasi.Universitas Indonesia. Jakarta.
Sukarjo. 1990. Kimia Anorganik. Rineka Cipta. Jakarta.
15