Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016
ANALISIS LOGAM Fe(II) DALAM SAMPEL AIR SUNGAI X DENGAN ELEKTRODA PASTA KARBON TERMODIFIKASI ZEOLIT SECARA CYCLIC STRIPPING VOLTAMMETRY STANDAR ADISI ANALYSIS OF Fe(II) IN THE RIVER WATER SAMPLES X WITH ZEOLITE MODIFIED CARBON PASTE ELECTRODE IN CYCLIC STRIPPING VOLTAMMETRY STANDARD ADDITION Ainun Najih, Pirim Setiarso Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya Jl. Ketintang Surabaya (60231), Telp. 031-8298761 Email :
[email protected]
Abstrak. Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan kadar logam Fe(II) yang terkandung dalam sampel air sungai x menggunakan elektroda pasta karbon termodifikasi zeolit (EPKZ) dengan metode cyclic stripping voltammetry standar adisi. Elektroda pasta karbon termodifikasi zeolit (EPKZ) terbuat dari campuran karbon, parafin, zeolit dengan perbandingan komposisi yang digunakan yaitu 3:4:3, dan dilakukan pengukuran secara cyclic stripping voltammetry pada kondisi pH 6, waktu deposisi 10 detik dan laju pindai 0,02 V/s. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kadar logam Fe(II) yang terkandung dalam sampel air sungai x sebesar 4,8606 ppm dengan persamaan regresi linier y=-1,73807.10 -4 – 3,57586.10 -5x dan R=0,992167. Kata kunci: EPKZ, Fe(II), cyclic stripping voltammetry, standar adisi Abstract. The purpose of this study was to determine the metal content of Fe (II) contained in the river water samples x using zeolite modified carbon paste electrodes (EPKZ) with cyclic stripping voltammetry method of standard addition. Zeolite modified carbon paste electrodes (EPKZ) is made from a mixture of carbon, paraffin, zeolite with a composition ratio used is 3:4:3, and carried out measurement of cyclic stripping voltammetry at pH 6, deposition time 10 seconds and scan rate 0.02 V/s. The results showed that the metal content of Fe (II) contained in the river water samples x amounted to 4.8606 ppm with the linear regression equation y = -1,73807.10-4 - 3,57586.10 -5x and R2 = 0.992167. Keywords: EPKZ, Fe(II), cyclic stripping voltammetry, standard addition
dapat meracuni air pada konsentrasi yang sangat rendah. Hal ini disebabkan sifat logam berat yang sulit didegradasi dan bersifat kumulatif, artinya sifat racunnya akan timbul jika telah terakumulasi dalam jumlah yang besar. Salah satu logam berat yang bersifat toksik adalah logam besi.
PENDAHULUAN
Berkembangnya berbagai aktifitas industri telah menghasilkan berbagai macam limbah cair yang mengandung bahan beracun bagi manusia dan lingkungan. Diantara bahan beracun tersebut, logam berat merupakan bahan yang sangat berbahaya karena dapat mempengaruhi kesehatan manusia bila konsentrasinya melebihi ambang batas yang diijinkan dan
Logam besi merupakan logam yang bersifat toksik yang dapat meracuni tubuh manusia dan merusak lingkungan. Menurut KEPMENKES RI No.492/MENKES/PER/IV/2010 tentang C-1
Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016
persyaratan kualitas air minum, kadar Fe dalam air yang diperbolehkan hanya 0,3 mg/L. Pada air minum yang telah tercemar oleh limbah cair tentu kadar logam yang terkandung melebihi ambang batas dari yang telah ditentukan [1]. Metode yang sering digunakan untuk penentuan logam Fe(II) adalah Atomic Absorption Spectrophotometry (AAS), metode ini memiliki kelebihan dalam kespesifikan logam yang dianalisis, namun metode ini hanya dapat memberikan gambaran total logam yang dianalisis. Metode alternatif dibutuhkan untuk mengatasi keterbatasan metode tersebut, salah satunya adalah metode voltametri. Voltametri dapat digunakan untuk mengidentifikasi spesi ion dari masing-masing logam yang hadir dalam larutan sedangkan AAS hanya dapat memberikan gambaran total. Voltametri memberikan analisis dari berbagai logam dan menyediakan informasi baik kualitatif maupun kuantitatif sedangkan AAS membutuhkan lampu untuk masing-masing logam [2]. Voltametri adalah metode elektrokimia yang mengamati kelakuan kurva arus-potensial. Teknik voltametri yang banyak digunakan dalam pengukuran kadar logam berat adalah stripping voltammetry. Menurut Wang [3] stripping voltammetry adalah salah satu metode voltametri dengan step pertama yaitu deposisi dan step yang ke dua yaitu pelucutan (langkah pengukuran), sedangkan voltametri siklik adalah teknik yang mampu memberikan informasi tentang termodinamika proses reduksi-oksidasi dan kinetika transfer elektron yang terjadi di permukaan elektroda. Metode standar adisi merupakan metode yang melibatkan penambahan suatu reagen ke dalam sampel dan mengukur perubahan pada potensial sel. Penambahan reagen berupa larutan standar dari ion tertentu yang diukur, dalam hal ini teknik ini merupakan salah satu dari metode adisi standar [4]. Penggunaan zeolit dalam pembuatan elektroda pasta karbon dikarenakan zeolit
mempunyai kerangka tiga dimensi yang terdiri dari tetrahedral [SiO4]4- dan [AlO4]5- yang saling berikatan dengan atom-atom oksigen, sehingga membentuk kerangka tiga dimensi terbuka yang mengandung pori dan kanal, yang didalamnya terisi oleh ion-ion logam, biasanya adalah logam-logam alkali atau alkali tanah dan molekul air yang dapat bergerak bebas [5]. Adanya ikatan Al-O-Si dalam zeolit dapat membentuk struktur kristal sedangkan logam alkali atau alkali tanah merupakan sumber kation yang dapat dipertukarkan [6]. Sehingga pada penelitian ini dilakukan analisis Fe(II) dengan elektroda pasta karbon termodifikasi zeolit secara cyclic stripping voltammetry standar adisi.
BAHAN DAN METODE Alat Beberapa alat yang digunakan antara lain : instrument voltametri, elektroda Pt, elektroda Ag/AgCl (KCl jenuh), pH meter, neraca ohaus, peralatan gelas, spatula, penjepit, kabel tembaga.
Bahan Beberapa bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : kawat tembaga, serbuk karbon aktif, minyak parafin, serbuk zeolit, H2SO4 97%, Fe2SO4.7H2O, larutan natrium sitrat, larutan asam sitrat, dan larutan KCl, sampel air sungai x. Prosedur Penelitian Tahap Pembuatan Elektroda Pasta Karbon Termodifikasi Zeolit (EPKZ) Elektroda pasta karbon termodifikasi zeolit dibuat dengan mencampurkan karbon aktif : parafin : zeolit dengan perbandingan 3:4:3. Campuran komposit tersebut kemudian dicampurkan hingga homogen. Setelah homogen
C-2
Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016
komposit tersebut dimasukkan ke dalam badan elektroda hingga penuh dan memadat.
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil penelitian yang dibahas meliputi proses pembuatan elektroda pasta karbon termodifikasi zeolit (EPKZ) dan tahap analisis penentuan kadar Fe(II) dalam sampel air sungai x.
Tahap Pembuatan Larutan Fe Pertama yaitu dengan membuat larutan induk Fe(II) konsentrasi 1000 ppm dengan cara melarutkan 0,4975 g FeSO4.7H2O dengan akuades hingga volume 100 mL. Larutan Fe(II) 1000 ppm diencerkan menjadi 100 ppm hingga volume 100 mL. Selanjutnya membuat larutan Fe(II) konsentrasi 5, 10, 15, 20, 25 ppm dengan metode penambahan atau standar adisi, yakni larutan Fe(II) 100 ppm diambil 5, 10, 15, 20, 25 mL dan masing-masing ditambahkan 2 mL larutan sampel kemudian ditambahkan akuades hingga volume 100 mL.
Pembuatan Elektroda Pasta Karbon Termodifikasi Zeolit (EPKZ) Pembuatan elektroda pasta karbon yang termodifikasi zeolit dibuat dari campuran karbon, parafin dan zeolit dengan perbandingan komposisi 3:4:3. Campuran tersebut dihomogenkan hingga menjadi pasta, selanjutnya elektroda yang terbuat dari kabel tembaga ukuran 10 cm yang kedua bagian sisinya dikelupas 1 cm, dan salah satu sisi tersebut diberi badan elektroda berupa sedotan dengan ukuran 2 cm dimasukkan campuran (karbon:parafin:zeolit) yang berupa pasta hingga ujung elektroda yang terkelupas tertutupi. Dalam EPKZ karbon berperan sebagai konduktor listrik pada komposit, minyak parafin berperan sebagai bahan perekat komposit, dan zeolit berperan sebagai bahan aktif yang dapat mengikat ion logam Fe(II).
Tahap Pembuatan Larutan Buffer Sitrat pH 6 Larutan asam sitrat 0,1 M dibuat dengan mengencerkan 10,507 g C6H8O 7 dengan akuades dalam labu ukur 500 mL. Larutan Na-sitrat 0,1 dibuat dengan melarutkan 14,705 g Na3C6H5O7.2H2O dengan akuades hingga volume 500 mL. Tabel 1. Pembuatan Larutan Buffer Sitrat pH Asam Sitrat Natrium Sitrat (mL) (mL) 6 9,5 40,5
Penentuan Kadar Fe(II) Dalam Sampel Air Sungai X Kadar Fe(II) dalam sampel air sungai x ditentukan dengan metode penambahan atau yang dikenal dengan standar adisi secara cyclic stripping voltammetry. Adapun langkah-langkah yang digunakan yaitu elektroda pasta karbon termodifikasi zeolit (EPKZ) dengan komposisi 3:4:3 dimasukkan kedalam voltametri yang berisi 10 mL larutan Fe(II) konsentrasi 5, 10, 15, 20, 25 ppm dengan 10 mL KCl konsentrasi 500, 1000, 1500, 2000, 2500 ppm dalam 5 mL buffer sitrat pH 6 lalu dilakukan pengukuran arus pada potensial -1,5 V sampai 1,5 V dengan waktu deposisi 10 detik dan laju pindai 0,02 V/s. Dari pengukuran yang dilakukan didapatkan voltamogram yang ditunjukkan pada gambar 1.
Tahap Penentuan Kadar Fe(II) Dalam Sampel Air Sungai X Elektroda pasta karbon termodifikasi zeolit (EPKZ) dengan komposisi 3:4:3 dimasukkan kedalam voltametri yang berisi 10 mL larutan Fe(II) konsentrasi 5, 10, 15, 20, 25 ppm dengan 10 mL KCl konsentrasi 500, 1000, 1500, 2000, 2500 ppm dalam 5 mL buffer sitrat pH 6 lalu dilakukan pengukuran arus pada potensial -1,5 V sampai 1,5 V dengan waktu deposisi 10 detik dan laju pindai 0,02 V/s secara cyclic stripping voltammetry standar adisi.
C-3
8.0x10
-4
6.0x10
-4
4.0x10
-4
2.0x10
-4
-3
2.0x10
a
e -3
1.0x10
0.0 -2.0x10
-4
-4.0x10
-4
-6.0x10
-4
-8.0x10
-4
-1.0x10
-3
Arus (A)
Arus (A)
Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016
0.0
-3
-1.0x10
-3
-2.0x10
Konsentrasi 5 ppm -1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
Konsentrasi 25 ppm
-3
-3.0x10
Potensial (V)
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
Potensial (V) 1.0x10
-3
5.0x10
-4
b
-5.0x10
-4
-1.0x10
-3
-1.5x10
-3
-2.0x10
-3
Arus (A)
Arus (A)
0.0
Konsentrasi 10 ppm -1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
Potensial (V)
2.0x10
-3
1.5x10
-3
1.0x10
-3
5.0x10
-4
f
0.0 -5.0x10
-4
-1.0x10
-3
-1.5x10
-3
-2.0x10
-3
-2.5x10
-3
-3.0x10
-3
Konsentrasi 5 ppm Konsentrasi 10 ppm Konsentrasi 15 ppm Konsentrasi 20 ppm Konsentrasi 25 ppm -1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
Arus (A)
Potensial (V) 1.5x10
-3
1.0x10
-3
5.0x10
-4
c Gambar 1. Voltamogram (a). 5 ppm, (b). 10 ppm, (c). 15 ppm, (d). 20 ppm, (e). 25 ppm, (f). Gabungan dari konsentrasi 5, 10, 15, 20, 25 ppm.
0.0 -5.0x10
-4
-1.0x10
-3
-1.5x10
-3
-2.0x10
-3
-2.5x10
-3
Berdasarkan voltamogram pada gambar 1 maka dapat dibuat tabel 2 yang menjelaskan arus puncak dan potensial yang dihasilkan dari berbagai konsentrasi Fe(II).
Konsentrasi 15 ppm -1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
Arus (A)
Potensial (V)
1.5x10
-3
1.0x10
-3
5.0x10
-4
Tabel 2. Ipc dan Epc hasil pengukuran Fe(II) dalam sampel air sungai dengan berbagai konsentrasi Konsentrasi Ipc (A) Epc (V) (ppm) -4 -3,1138 x 10 -0,5630 5 -4 -5,6963 x 10 -0,7408 10 -4 -7,2330 x 10 -0,8454 15 -9,1292 x 10-4 -0,8869 20 -1,0337 x 10-3 -0,9230 25
d
0.0 -5.0x10
-4
-1.0x10
-3
-1.5x10
-3
-2.0x10
-3
-2.5x10
-3
Konsentrasi 20 ppm -1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
Potensial (V)
C-4
Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pembelajarannya, ISBN : 978-602-0951-12-6 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Negeri Surabaya, 17 September 2016
Arus (A)
Dari tabel 2 arus puncak yang dihasilkan semakin bertambah dari konsentrasi terendah sampai konsentrasi tertinggi yaitu dari konsentrasi 5 ppm sampai konsentrasi 25 ppm. Dari data tersebut dapat dibuat grafik liniearitas hubungan antara arus puncak terhadap kenaikan konsentrasi. -1.2x10
-3
-1.0x10
-3
-8.0x10
-4
-6.0x10
-4
-4.0x10
-4
-2.0x10
-4
-4
DAFTAR PUSTAKA 1. Departemen Kesehatan Republik Indonesia. 2010. Keputusan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 492/MENKES/PER/IV/2010 Tentang SyaratSyarat dan Pengawasan Kualitas Air Minum. Jakarta: Menkes. 2. Laboratory talk. 2003. Voltammetry Back Up Or Replace AAS. Laboratory talk article. 3. Wang, J. 2000. Analytical Electrochemistry. New York: VCH Publisher. 4. Suyanta. 2013. Potensiometri. Yogyakarta: UNY Press. 5. Cheetam, D. A. 1992. Solid State Compound. London: Oxford University Press. 234-237. 6. Sutarti, M., Rahmawati, M. 1994. Zeolit: Tinjauan Literatur. Jakarta: Pusat Dokumentasi Dan Informasi LIPI.
-5
y = -1,73807.10 - 3,57586.10 x 2 R = 0,992167
0.0
-5
0
5
10
15
20
25
Potensial (V)
Gambar 2. Kurva liniearitas hubungan antara arus puncak terhadap kenaikan konsentrasi berdasarkan standar adisi Berdasarkan gambar 2 didapatkan nilai persamaan regresi liniear y = -1,73807.10 -4 – 3,57586.10-5x dan R 2 sebesar 0,992167. Berdasarkan persamaan tersebut dapat dicari kadar Fe(II) yang terkandung dalam sampel air sungai x, dan setelah dilakukan perhitungan diperoleh kadar Fe(II) yang terkandung dalam sampel air sungai x sebesar 4,8606 ppm. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa : 1. Elektroda pasta karbon termodifikasi zeolit (EPKZ) komposisi 3:4:3 dapat digunakan untuk analisis logam Fe(II) dalam sampel air sungai x secara cyclic stripping voltammetry standar adisi. 2. Kadar Fe(II) dalam sampel air sungai x sebesar 4,8606 ppm. C-5
