3 METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini bertujuan untuk modifikasi elektroda pasta karbon menggunakan zeolit, serbuk kayu, serta mediator tertentu. Modifikasi tersebut diharapkan mampu menunjukkan sifat elektrokatalitik pada permukaan elektroda saat pengukuran asam askorbat. Elektroda kerja yang telah dimodifikasi kemudian dikarakterisasi dengan berbagai parameter untuk melihat kinerjanya dan untuk mendapatkan kondisi pengukuran yang optimal. Elektroda kerja yang telah dikarakterisasi kemudian digunakan untuk menentukan kadar asam askorbat dalam sampel secara amperometri
3.1 Diagram Alir Penelitian Pembuatan mediator
Pembuatan Elektroda Pasta Karbon
Karakterisasi elektroda : penentuan komposisi dan kondisi optimum, penentuan puncak asam askorbat dan mediator
Penentuan kondisi optimum pengukuran : uji linearitas kurva kalibrasi, penentuan limit deteksi , dan penentuan persen perolehan kembali
Pengukuran sampel Gambar 3.1 Diagram alir penelitian
13
3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini dibagi menjadi dua. Peralatan yang pertama adalah peralatan yang umum digunakan dalam laboratorium seperti labu takar, gelas kimia, pipet seukuran, pipet ukur, batang pengaduk, dan pipet tetes. Sedangkan peralatan kedua adalah peralatan khusus yaitu voltameter Epsilon dengan software EC ver.1.60.70 untuk analisis secara amperometri dengan menggunakan tiga jenis elektroda. Elektroda yang digunakan yaitu elektroda pasta karbon termodifikasi yang telah dibuat sebagai elektroda kerja, elektroda Ag|AgCl (NaCl 3 M) sebagai elektroda pembanding, dan elektroda platina sebagai elektroda pembantu. Semua larutan dimasukkan ke dalam sel pengukur yang terbuat dari kaca yang di dalamnya telah terdapat batang magnetik dan dialasi oleh pengaduk magnetik. Selain itu, neraca analitis Mettler digunakan untuk keperluan penimbangan berbagai zat. pHmeter Hanna Instrument digunakan untuk mengukuran pH saat pembuatan bufer fosfat. Pipet mikro eppendorf juga digunakan untuk penambahan zat-zat dalam volume mikro liter . Mortar dan alu juga dipergunakan untuk menghancurkan sampel tablet vitamin C dan batuan zeolit alam yang selanjutnya disaring dengan menggunakan filter 63 μm merek WS. Tyler (USA) model RX-812. Semua peralatan yang dipergunakan berasal dari Laboratorium Tugas Akhir dan Laboratorium Kimia Analitik di Program Studi Kimia ITB.
3.2.2 Bahan Bahan yang digunakan dalam tugas akhir ini adalah serbuk grafit (Fisher), padatan parafin (Merck), padatan zeolit alam yang dibeli dari Brataco dengan kode M 799 yang digunakan untuk pembuatan elektroda kerja, berbagai campuran serbuk kayu yang diperoleh dari Laboratorium Kimia Organik Bahan Alam ITB, HCl (Merck) 37% untuk mencuci zeolit, dan aseton teknis untuk mencuci campuran serbuk kayu. Sedangkan bahan yang digunakan untuk pembuatan mediator adalah padatan metilen biru (Merck) 82%, FeCl3.6H2O (Merck), 1,10fenantrolin (Merck), CuSO4.5H2O (Fisher), NH4Cl (Wako), dan larutan NH3 (Merck, 25%). Bufer fosfat untuk larutan elektrolit pendukung dibuat sendiri dengan menggunakan padatan Na2HPO4.12H2O (Merck) dan padatan NaH2PO4.H2O (Merck) . Dipergunakan pula padatan 14
L-asam askorbat (Merck) dengan kemurnian 99% untuk pembuatan larutan standar asam askorbat 0,1000 M yang dilarutkan di dalam larutan elektrolit pendukungnya. Padatan NaOH (Merck) dengan kemunian 99,99% juga dipergunakan untuk pembuatan larutan NaOH yang digunakan untuk menyesuaikan pH pada bufer fosfat. Selain itu, aquades yang dibeli dari PAU-ITB juga dipergunakan selama penelitian ini, baik untuk pembuatan larutan maupun untuk pembilasan alat-alat yang perlu untuk dibilas dengan aquades. Gas N2 dipergunakan selama pengukuran untuk mengusir oksigen terlarut di dalam sel pengukuran.
3.3 Cara Kerja 3.3.1 Penyiapan Mediator Tembaga (II) amonia 0,1 M Senyawa kompleks tembaga (II) amonia dibuat dengan melarutkan 1,595 g CuSO4, 5,35 g NH4Cl , dan 7,5 mL NH3 pekat dengan 50 mL aquades. Larutan yang terbentuk diukur pHnya dan diatur sampai menunjukkan angka 9,2 pada pHmeter dengan menambahkan NaOH 0,1 M. Larutan kemudian ditandabataskan pada labu takar 100 mL dengan aquades.
3.3.2 Pembuatan Mediator Metilen Biru 0,01 M Larutan metilen biru 0,01 M dibuat dengan melarutkan 0,7997 g serbuk metilen biru dalam sejumlah aquades. Larutan ditandabataskan pada labu takar 250 mL
3.3.3 Pembuatan Mediator Besi (III) fenantrolin 0,01 M Larutan [Fe(phen)3]3+ 0,01 M dibuat dengan melarutkan 0,5409 g 1,10-fenantrolin dalam 10 mL aquades. Larutan dipanaskan pada 600C. Sebanyak 0,2713 g FeCl3.6H2O dicampurkan ke dalam larutan 1,10-fenantrolin sampai reaksi sempuna. Larutan dimasukkan ke dalam labu takar 100 mL, lalu ditandabataskan.
3.3.4 Penyiapan Zeolit Zeolit digerus dengan menggunakan mortar. Setelah cukup halus, zeolit diayak pada filter dengan ukuran pori 63 μm. Zeolit tersebut lalu dicuci beberapa kali dengan asam kemudian dengan aquades lalu dikeringkan.
15
3.3.5 Penyiapan Serbuk Kayu Serbuk kayu terlebih dahulu dihaluskan kemudian dicuci dengan aseton beberapa kali . Setelah itu, serbuk kayu dikeringkan dalam oven.
3.3.6 Adsorpsi Mediator ke dalam Zeolit dan Serbuk Kayu 50 mL masing-masing larutan mediator diserapkan ke dalam 5 g zeolit. Larutan diaduk selama 2 jam, kemudian didiamkan selama 30 menit. Setelah itu, larutan disaring dan dikeringkan dalam oven.
3.3.7 Pembuatan Elektroda Pasta Karbon Kawat tembaga dengan selubung plastik berdiameter 2,5 mm dipotong sekitar 6 cm. Kawat tersebut kemudian dimasukkan ke dalam badan elektroda yang terbuat dari kaca dan disisakan sedikit ruang untuk tempat pasta kemudian direkatkan. Untuk masing-masing mediator dibuat tiga buah elektroda dengan komposisi yang berbeda. Komposisi divariasikan pada perbandingan grafit serta zeolit atau serbuk kayu yang telah menyerap mediator. Semua elektroda yang dibuat mengandung jumlah parafin yang sama dengan perbandingan (zeolit+grafit) atau (serbuk kayu+grafit) : parafin adalah 7 : 3. Perbandingan grafit dan zeolit atau serbuk kayu yang dibuat adalah 1:1, 3:2, dan 4:1. Selain itu dibuat pula pasta karbon yang tidak dimodifikasi dengan perbandingan grafit : parafin yaitu 7:3. Serbuk grafit, zeolit atau serbuk kayu, dan parafin padat dengan perbandingan tertentu, kemudian ditempatkan pada kaca arloji untuk dipanaskan pada 600C sampai terbentuk pasta. Pasta yang terbentuk dipadatkan pada badan elektroda dan permukaannya dihaluskan dengan cara menggosoknya pada kertas yang bersih. Konstruksi elektroda pasta karbon ditunjukkan pada Gambar 3.2.
16
kawat tembaga
silinder kaca
pasta
Gambar 3.2 Konstruksi elektroda pasta karbon 3.3.8 Pembuatan Larutan NaOH 0,1 M Larutan NaOH 0,1 M dibuat dengan cara melarutkan 3,9981 g padatan NaOH dengan aquades dan sedikit pemanasan. Larutan yang diperoleh ditandabataskan sampai 100 mL pada labu takar dengan aquades
3.3.9 Pembuatan Buffer NH3 Larutan buffer amonia dibuat dengan cara melarutkan 5,35 g NH4Cl dan 7,5 mL NH3 pekat dalam 50 mL aquades. Larutan yang didapatkan diatur pH-nya sampai menunjukkan angka 9,2 pada pHmeter dengan menambahkan larutan NaOH 0,1 M. Larutan ditandabataskan pada labu takar 100 mL dengan aquades.
3.3.10 Pembuatan Larutan Standar Asam Askorbat 0,1 M Larutan asam askorbat 0,1 M dibuat dengan cara melarutkan sebanyak 1,76 gr L-asam askorbat dengan aquades pada gelas kimia sehingga tepat larut, kemudian ditepatkan pada labu takar 100 mL dengan aquades. Untuk membuat beberapa konsentrasi larutan yang dibutuhkan dalam pengukuran, dilakukan pengenceran dengan aquades
17
3.3.11 Pembuatan Buffer Fosfat pH 6 Buffer posfat pH 6 dibuat dengan mencampurkan 12,3 mL Na2HPO4 0,2 M dengan 87,7 mL NaH2PO4 0,2 M, lalu diencerkan sampai 200 mL. Larutan Na2HPO4 0,2M dibuat dengan melarutkan 7,1628 g Na2HPO4.12H2O lalu diencerkan sampai 100 mL. Sedangkan larutan NaH2PO4 0,2 M dibuat dengan melarutkan 2,7610 g NaH2PO4.H2O lalu diencerkan sampai 100 mL.
3.3.12 Karakterisasi Elektroda Elektroda pasta karbon yang telah dibuat, dikarakterisasi terlebih dahulu untuk menentukan puncak yang dapat dijadikan sebagai parameter pengukuran. Dilakukan pengujian menggunakan teknik voltametri siklik terhadap buffer NH3 dan asam askorbat 5mM dalam buffer NH3 Untuk elektroda termodifikasi tembaga (II) amonia, serta buffer posfat pH 7 dan asam askorbat 5mM dalam buffer posfat pH 7 untuk elektroda termodifikasi metilen biru dan besi (III) fenantrolin.
3.3.13 Penentuan Kelinearan Daerah Pengukuran Dibuat empat daerah pengukuran yang berbeda untuk larutan standar asam asorbat untuk kemudian diukur dengan elektroda pasta karbon. Arus yang didapatkan dari voltamogram dialurkan terhadap konsentrasi sehingga didapatkan kurva kalibrasi dengan nilai regresi tertentu. Daerah konsentrasi yang dicobakan adalah 5 μM-20 μM , 0,01 mM-0,1 mM, 0,1 mM-1 mM, dan 1mM-10 mM.
3.3.14 Persiapan Sampel Sebelum pengukuran, sampel tablet vitamin C dihaluskan sampai menjadi serbuk. Sejumlah 0,5 gr sampel ditimbang dengan tepat dan dilarutkan dengan aquades. Penyaringan dilakukan untuk memisahkan zat tersuspensi. Larutan sampel kemudian ditandabataskan pada labu takar 100 mL dengan aquades
18
3.3.15 Penentuan Kadar Asam Askorbat dalam Sampel Sebelum diukur, batang magnet ditempatkan dalam sel dan dilakukan pengadukan serta dialirkan gas nitrogen selama 5 menit untuk mendesak keluar oksigen dalam larutan. Kemudian larutan ini diukur secara amperometri pada potensial tertentu pada rentang 150 detik. Pada detik ke-30, sejumlah 150 μL sampel dimasukkan ke dalam sel, dan pada tiap detik ke-30, dimasukkan 150 μL larutan standar asam askorbat 10 mM
3.3.16 Penentuan Persen Perolehan Kembali Larutan standar asam askorbat diukur secara amperometri pada berbagai rentang konsentrasi. Pengukuran dilakukan dengan penambahan standar sebanyak tiga kali. Dengan menganggap penambahan standar pertama sebagai sampel, arus puncak yang dihasilkan dibandingkan dengan arus puncak yang dijadikan standar untuk menentukan konsentrasi dan persen perolehan kembalinya. Untuk larutan sampel, kadar asam askorbat yang ditentukan dengan metoda penambahan standar dibandingkan dengan kadar asam askorbat yang tertera dalam label sampel. Persen perolehan kembali adalah nilai yang diperoleh dari pengukuran dan dibandingkan dengan hasil sebenarnya
persen perolehan kembali =
nilai terukur x100% nilai sebenarnya
3.3.17 Penentuan Limit Deteksi Pengukuran Pengukuran larutan asam askorbat pada rentang konsentrasi terkecil dilakukan secara amperometri. Arus puncak yang dihasilkan dialurkan terhadap konsentrasi dan diregresikan sehingga menghasilkan kurva kalibrasi. Persamaan regresi yang didapatkan berbentuk
y = (a ± δ a ) + (bx ± δ b ) Limit deteksi pengukuran sebagai konsentrasi terkecil yang masih memberikan sinyal analit yang dapat terukur oleh instrumen
LD =
3 xδ a b
19
