Elektroda Lapis Tipis Bismut pada Pasta Karbon Termodifikasi Silika untuk Analisis Ion Pb2+ dan Cd2+ secara Voltametri
SKRIPSI
Tina Pebrianti 10504069
PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
Elektroda Lapis Tipis Bismut pada Pasta Karbon Termodifikasi Silika untuk Analisis Ion Pb2+ dan Cd2+ secara Voltametri (Thin Film Bismuth on Silica Modified Carbon Paste Electrode for Voltametric Measurement of Pb2+ and Cd2+ Ions)
SKRIPSI
Tina Pebrianti 10504069
PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
Abstract Carbon paste electrode has been commonly used in voltametric measurement for determination of trace metal. Mercury electrodes were usually used as working electrode in stripping voltammetry owing to their high sensitivity, reproducibility, and renewability. However, because of the toxicity of mercury, alternative electrodes are highly needed. In this research, silica based carbon paste electrode has been plated with thin bismuth layer for the measurement of Pb2+ and Cd2+ solution using square wave anodic stripping voltammetry technique. For both in situ and ex situ measurements of Pb2+ ion, optimum composition of the modified carbon-paste electrode contained 25% of silica. Optimum pH of Pb2+ ion measurement using both methods was 4,5. Optimum ratio of Bi to analite concentration was 10:1 for in situ measurement. Repeated measurement of Pb2+ ion showed that ex situ method provide better precision than in situ method because of ex situ measurement has lower standard deviation, which is 2.58%. From ex situ measurement it was found that calibration curve is linear in the range of 10 – 1000 ppb with detection limit of 6.46 ppb for Pb2+ and 6.41 ppb for Cd2+. Accuracy of the measurement was quite good with percent recovery between 97 % - 106%.
iii
Abstrak Elektroda pasta karbon telah banyak digunakan dalam pengukuran kadar logam berat dalam larutan dengan menggunakan metode voltametri. Elektroda yang digunakan pada metode ini umumnya adalah raksa. Namun, karena sifat raksa yang sangat beracun, maka perlu dicari alternatif elektroda yang memiliki kinerja yang baik dan lebih ramah lingkungan. Pada penelitian ini telah dibuat elektroda pasta karbon lapis tipis bismut yang dimodifikasi dengan silika untuk pengukuran larutan standar Pb2+ dan Cd2+ menggunakan teknik voltametri lucutan anodik gelombang persegi. Untuk pengukuran ion Pb2+ secara in-situ maupun exsitu, elektroda terbaik mengandung 25% silika. Nilai pH optimum untuk pengukuran ion Pb2+ secara in-situ maupun ex-situ adalah 4,5. Khusus untuk pengukuran secara in-situ, rasio konsentrasi bismuth : analit optimum adalah 10:1. Pengukuran berulang ion Pb2+ menunjukkan bahwa metode ex-situ lebih teliti dibandingkan metode in-situ karena metode in-situ memberikan standar deviasi lebih kecil, yaitu 2,58%. Dari pengukuran secara ex-situ diperoleh kurva kalibrasi linear pada rentang 10-1000 ppb dengan limit deteksi 6,46 ppb untuk Pb2+ dan 6,41 ppb untuk Cd2+. Persen perolehan kembali antara 97%-106%.
iv
v
Program Studi Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung
Menerangkan bahwa Skripsi yang disusun oleh : Nama : Tina Pebrianti NIM
: 10504069
telah disetujui sebagai persyaratan untuk mendapatkan gelar Sarjana Kimia
Bandung,
Juni 2008
Pembimbing
Dr. Indra Noviandri NIP 131933271
vi
“Kesabaran adalah separuh keimanan, sedangkan keyakinan adalah keimanan seluruhnya”
Kupersembahkan karya pertamaku ini untuk Mama dan Papa tercinta
vii
viii
Ucapan Terima Kasih
Segala puji dan syukur hanyalah milik Allah SWT yang senantiasa memberikan rahmat dan hidayah kepada hamba-hambaNya. Alhamdulillaahibbil’aalamiin atas segala karunia dan ridho Allah SWT jualah penulis akhirnya dapat menyelesaikan penelitian tugas akhir ini. Dalam penyelesaian tugas akhir ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu, pada kesempatan kali ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada
:
1. Orang tua, Mama dan almarhum Papa tercinta atas semua do’a, cinta, dan dukungan yang tidak terbatas. Ma, terima kasih untuk semua usaha dan pengorbanan yang mama lakukan karena tanpa itu semua, teteh tidak akan bisa seperti sekarang. Dari mama, teteh belajar bagaimana caranya menjadi tegar. Pa, biarpun papa sudah tidak ada di sisi teteh, papa akan selalu ada di hati. Terima kasih untuk semua pelajarannya tentang arti hidup. Dari papa, teteh belajar bagaimana caranya mandiri. 2. Dr. Indra Noviandri selaku dosen pembimbing yang dengan penuh kesabaran senantiasa memberikan masukan dan arahan berharga pada penulis. 3. Dr. Bambang Ari Wahjoedi dan Dra. Samitha D. Djajanti selaku dosen wali yang selama 3 tahun selalu memberi masukan dan semangat kepada penulis untuk terus berusaha dan kepada seluruh staf dosen Program Studi Kimia atas semua bimbingan dan ilmu yang diberikan kepada penulis. Tanpa ilmu dan bimbingan Bapak Ibu semua, penulis tidak bisa ada di sini. 4. Adik tercinta, Toni Pebriana yang selalu ada menemani setiap detik penantian kelahiran kita berdua. 5. Hendra Hadriansyah atas semua perhatian, dukungan, dan cinta yang diberikan. Terima kasih dah ada di sisi aku di saat-saat tersulit dalam hidupku. Darinya, aku belajar untuk menghargai apa yang aku miliki. 6. Sahabat-sahabat terbaik, Indah, Ogi, Putri, Mega, dan Ria yang selalu menemani harihariku selama 4 tahun ini. Terima kasih untuk semua kebersamaan, suka, dan duka yang ix
kita lalui bersama. Tawa dan air mata adalah warna dari persahabatan kita. Dan kalian adalah warna dalam hidupku. Thanks ya dah nerima T apa adanya, selalu ada di saat T lagi down, dan selalu ada disaat T lagi butuh tempat untuk mengeluh. T bakal kangen saat-saat kita “Tour de Salman” cuma buat cari mie ayam en beli kaos kaki. “Alhamdulillah, kita bisa lulus bareng-bareng. I’m gonna miss u all”. 7. Dhani yang selalu ada di lab analitik walaupun sebenarnya dia penghuni lab anorganik. Dikhi untuk semua cerita-ceritanya yang “luar biasa”. Makasi uda mau jadi temen curhat T. Makasi untuk semua nasehat-nasehatnya di saat T salah ngambil keputusan. 8. Rekan-rekan S1 Lab Kimia Analitik, Hani, Ratih, Obet, Agus, Tari, Mutiw, Mega P, Folo, Yudhis, Burhan, dkk. Terima kasih buat pinjem-pinjeman alatnya. Adanya kalian bikin Lab KA makin seru. Rekan-rekan S2 dan S3, Pak Aman atas semua wejangan dan arahannya tentang masa depan, Pak Nikmans dan Bu Irdha atas obrolan-obrolannya di ruang volta tercinta, Pak Ibnu, Kang Rusnadi, Kang Asep, dkk. Terima kasih atas semua kerja sama dan bantuannya selama penulis mengerjakan penelitian. 9. Teman-Teman Honors. Terima kasih untuk saat-saat yang menyenangkan sekaligus melelahkan yang kita lalui bersama selama 2 tahun ini. “Akhirnya kita lulus juga, eh tapi masih ada satu tahun lagi. Keep our spirit on”. 10. Teman-teman kimia 2003, 2004, 2005, dan 2006. Terima kasih untuk saat-saat tak terlupakan selama kuliah dan praktikum yang kita lalui bersama. 11. Teman-teman AMISCA. Makasi untuk semua kebersamaan dan waktu-waktu seru yang kita habiskan di himpunan tercinta. 12. Pak Dede, Pak Lanang, Pak Sukawi, Pak Ajat, dan Pak Encu atas bantuan dalam peminjaman alat dan penggunaan alat selama penelitian. Dan kepada semua sahabat, teman, saudara, dan pihak-pihak yang telah membantu penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu, terima kasih atas segala bantuannya. Semoga Allah SWT membalas semua kebaikan semua pihak yang telah membantu penulis menyelesaikan skripsi ini. Saran dan kritik dari semua pihak sangat diharapkan demi kesempurnaan skripsi ini. Penulis berharap semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi para pembaca. Bandung, Juni 2008 Penulis
x
Daftar Isi Abstract ..................................................................................................................................... i Abstrak .................................................................................................................................... iv Ucapan Terima Kasih ............................................................................................................. ix Daftar Isi ................................................................................................................................. xi Daftar Tabel .......................................................................................................................... xiv Daftar Gambar ....................................................................................................................... xv Daftar lampiran .................................................................................................................... xvii Daftar Singkatan ................................................................................................................. xviii BAB 1 PENDAHULUAN ...................................................................................................... 1 1.1
Latar Belakang ............................................................................................................ 1
1.2
Tujuan ......................................................................................................................... 2
1.3
Ruang Lingkup Kajian ................................................................................................ 2
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA.............................................................................................. 4 2.1
Voltametri ................................................................................................................... 4
2.2
Teknik Voltametri ....................................................................................................... 6
2.2.1
Voltametri Lucutan ..................................................................................................... 7
2.3
Bismut ......................................................................................................................... 9
2.4
Logam Berat................................................................................................................ 9
2.5
Elektroda Lapis Tipis Bismut.................................................................................... 11
2.6
Silika ......................................................................................................................... 13
2.7
Larutan Elektrolit Pendukung ................................................................................... 13
2.8
Pengaruh Oksigen ..................................................................................................... 14 xi
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN................................................................................ 15 3.1
Tahapan Penelitian .................................................................................................... 15
3.2
Alat dan Bahan.......................................................................................................... 15
3.2.1
Alat............................................................................................................................ 15
3.2.2
Bahan ........................................................................................................................ 16
3.3
Prosedur Kerja........................................................................................................... 16
3.3.1
Pembuatan elektroda lapis tipis bismut pada elektroda pasta karbon yang termodifikasi silika dengan berbagai komposisi ....................................................... 16
3.3.2
Pembuatan buffer asetat ............................................................................................ 17
3.3.3
Pembuatan larutan induk Bi3+ 1.000mg/L................................................................. 17
3.3.4
Pembuatan larutan standar Pb2+ 1.000 mg/L............................................................. 17
3.3.5
Pembuatan larutan standar Cd2+ 1.000 mg/L ............................................................ 17
3.3.6
Karakterisasi elektroda dan penentuan kondisi optimum pengukuran...................... 18
3.3.7. Penentuan kebolehulangan pengukuran .................................................................... 18 3.3.8. Penentuan konsentrasi Bi3+optimum ......................................................................... 19 3.3.9. Penentuan pH optimum buffer asetat ........................................................................ 19 3.3.10. Penentuan kelinearan daerah pengukuran ................................................................. 19 3.3.11. Penentuan persen perolehan kembali ........................................................................ 19 3.3.12. Penentuan limit deteksi pengukuran ......................................................................... 20 BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN................................................................................. 21 4.1
Karakterisasi Elektroda di Larutan Elektrolit Pendukung......................................... 21
4.2
Uji Komposisi Silika ................................................................................................. 22
4.3
Optimasi pH Buffer Asetat........................................................................................ 23
4.4
Optimasi Konsentrasi Bi3+ ........................................................................................ 24 xii
4.5
Kebolehulangan Pengukuran .................................................................................... 24
4.5.1
In-situ ........................................................................................................................ 25
4.5.2
Ex-situ ....................................................................................................................... 27
4.6
Kurva Kalibrasi ......................................................................................................... 28
4.7
Penentuan Persen Perolehan Kembali....................................................................... 31
4.8
Penentuan Limit Deteksi ........................................................................................... 32
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN................................................................................. 33 5.1
Kesimpulan ............................................................................................................... 33
5.2
Saran.......................................................................................................................... 33
Daftar Pustaka........................................................................................................................ 34 Lampiran A ............................................................................................................................ 35 Lampiran B ............................................................................................................................ 39 Lampiran C ............................................................................................................................ 41
xiii
Daftar Tabel Tabel
3.1 Parameter pengukuran untuk karakterisasi elektroda dan penentuan kondisi optimum pengukuran......................................................................................... 18
Tabel 4.1 Kebolehulangan pengukuran untuk larutan Pb2+ 100 ppb dalam bufer asetat pH 4,5. Lapis tipis bismut dibuat dengan cara in-situ. ...................................... 26 Tabel 4.2 Kebolehulangan pengukuran untuk larutan Pb2+ 100 ppb dalam bufer asetat pH 4,5. Lapis tipis bismut dibuat dengan cara ex-situ....................................... 28 Tabel 4.3 Persen perolehan kembali ion Pb2+ .................................................................... 31 Tabel 4.4 Persen perolehan kembali ion Cd2+ .................................................................... 31 Tabel 4.5 Limit deteksi untuk ion logam Pb2+ dan Cd2+ .................................................... 32
xiv
Daftar Gambar Gambar 2.1 Lapis rangkap listrik........................................................................................... 4 Gambar 2.2 Arus difusi, arus migrasi, dan arus konveksi. .................................................... 5 Gambar 2.3 Diagram sel voltametri....................................................................................... 6 Gambar 2.4 Tahap-tahap dalam teknik Voltametri Lucutan Anodik..................................... 7 Gambar 2.5 Potensial signal eksitasi dan voltamogram......................................................... 8 Gambar 2.6 Logam bismuth .................................................................................................. 9 Gambar 2.7 Lintas perjalanan logam berat .......................................................................... 10 Gambar 2.8 Voltamogram lucutan untuk logam Zn, Cd, dan Pb pada glassy carbon (A)dan fiber (B)elektroda bismut (a) dan raksa (b)..................................................... 11 Gambar 2.9 Bubuk silika ..................................................................................................... 13 Gambar 4.1 Grafik voltamogram kebolehulangan pengukuran untuk larutan Pb2+ 100 ppb dalam bufer asetat pH 4,5. .............................................................................. 21 Gambar 4.2 Uji komposisi silika.......................................................................................... 22 Gambar 4.3 Optimasi pH buffer asetat ................................................................................ 23 Gambar 4.4 Optimasi konsentrasi Bi3+ terhadap larutan Pb2+ 100 ppb................................ 24 Gambar 4.5 Kebolehulangan pengukuran Pb2+ 100 ppb dalam buffer asetat pH 4,5. Pembersihan elektroda selama 30 detik. Lapis tipis bismut dibuat secara insitu................................................................................................................... 25 Gambar 4.6 Kebolehulangan pengukuran Pb2+ 100 ppb dalam buffer asetat pH 4,5. Pembersihan elektroda selama 60 detik. Lapis tipis bismut dibuat secara insitu................................................................................................................... 26 Gambar 4.7 Kebolehulangan pengukuran Pb2+ 100 ppb dalam buffer asetat pH 4,5. Tanpa adanya pembersihan. Lapis tipis bismut dibuat secara ex-situ. ...................... 27
xv
Gambar 4.8 Kebolehulangan pengukuran Pb2+ 100 ppb dalam buffer asetat pH 4,5. Pembersihan elektroda selama 30 detik. Lapis tipis bismut dibuat secara ex-situ. ............................................................................................................ 27 Gambar 4.9 Kurva kalibrasi Pb2+ 10 ppb-100ppb pada buffer asetat pH 4,5....................... 29 Gambar 4.10 Kurva kalibrasi Pb2+ 100 ppb-1.000ppb pada buffer asetat pH 4,5.................. 29 Gambar 4.11 Kurva kalibrasi Cd+ 10 ppb-1.00ppb pada buffer asetat pH 4,5. ..................... 30 Gambar 4.12 Kurva kalibrasi Cd2+ 100 ppb-1.000ppb pada buffer asetat pH 4,5. ................ 30
xvi
Daftar Lampiran Lampiran A Voltamogram Kebolehulangan Pengukuran..................................................... 35 Lampiran B Voltamogram Kurva Kalibrasi.......................................................................... 39 Lampiran C Perhitungan Limit Deteksi Pengukuran ............................................................ 41
xvii
Daftar Singkatan ELTB = Elektroda lapis tipis bismut ELTM = Elektroda lapis tipis merkuri EPK
= Elektroda pasta karbon
VLA
= Voltametri lucutan anodik
xviii
xix
