PEMBUATAN DAN PENCIRIAN ELEKTRODE SELEKTIF ION H2PO4- DAN PENERAPANNYA PADA TANAMAN HIDROPONIK
ARI NUR RAHMAT
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
ABSTRAK ARI NUR RAHMAT. Pembuatan dan Pencirian Elektrode Selektif Ion H2PO4- dan Penerapannya pada Tanaman Hidroponik. Dibimbing oleh DYAH ISWANTINI PRADONO dan DEDEN SAPRUDIN. Salah satu nutrisi tanaman penting adalah unsur fosforus yang diserap dalam bentuk H2PO4-. Pemberian unsur ini perlu dikendalikan agar penggunaan larutan nutrisi hidroponik efektif dan efisien. Potensiometri menggunakan elektrode selektif ion (ESI) fosfat adalah metode yang baik penggunaannya bila dibandingkan metode umum berdasarkan daya hantar listrik. Akan tetapi, ESI fosfat yang dibuat perlu dicirikan terlebih dahulu. Berdasarkan hasil penelitian didapatkan rerata faktor Nernst dari ketiga ESI nitrat sebesar 55,67 mV/dekade dengan r sebesar 99,86%. Trayek pengukuran larutan standar dengan konsentrasi 10-2 sampai 10-5 M memiliki rerata limit deteksi sebesar 10,53 × 10-6 M. Waktu respons kurang dari tiga menit. Metode ini memberikan hasil yang sama dengan metode spektrofotometeri menggunakan pereaksi vanadat-molibdat dan ketelitiannya pun mendekati sama. Akan tetapi, metode ini tidak memerlukan perlakuan pendahuluan yang rumit.
ABSTRACT ARI NUR RAHMAT. Making and Characterization H2PO4- Ion Selective Electrode and Its Application for Hydrophonic Plant. Supervised by DYAH ISWANTINI PRADONO and DEDEN SAPRUDIN. One of the most important plant nutritions is phosphorous which is absorbed as H2PO4-. The distribution of that element need to be controlled so the use of hydrophonic nutrition solution may be efficient and effective. Potentiometry using phosphate ion selective electrode (ISE) is a good method as compared to common methods based on electrical conductivity. However, preliminary characterization is required for phosphate ISE. Based on this research result, the average Nernst factor from all phosphate ISEs were 55,67 mV/decade with r of 99,86%. Standard solution measurement with concentration of 10-2 to 10-5 M showed an average detection limit of 10,53 × 10-6 M. The responsse time was more than one minute. This method gave the same result with the spectrophotometry using molibdate-vanadate reagents and the accuracy close result. Nevertheless, this method did not require a complicated preliminary treatment.
PEMBUATAN DAN PENCIRIAN ELEKTRODE SELEKTIF ION H2PO4- DAN PENERAPANNYA PADA TANAMAN HIDROPONIK
ARI NUR RAHMAT
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2007
: Pembuatan dan Pencirian Elektrode Selektif Ion H2PO4- dan Penerapannya pada Tanaman Hidroponik Nama : Ari Nur Rahmat NIM : G44202025
Judul
Menyetujui: Pembimbing I,
Pembimbing II,
Dr. Dyah Iswantini Pradono, M.Agr NIP 132 956 706
Drs. Deden Saprudin, MS NIP 132 126 040
Mengetahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS NIP 131 473 999
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji syukur kepada Allah SWT atas segala rahmat dan hidayah-Nya sehingga Penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah ini. Tema penelitian yang dipilih dalam penelitian ini adalah pembuatan dan pencirian elektrode selektif ion H2PO4- dengan judul Pembuatan dan Pencirian Elektrode Selektif Ion H2PO4- dan Penerapannya pada Tanaman Hidroponik. Dana penelitian ini diperoleh dari Program Hibah Kompetisi A2 Departemen Kimia, Institut Pertanian Bogor. Dalam penelitian ini penulis banyak mendapatkan bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada Dr. Dyah Iswantini Pradono, MAgr dan Drs. Deden Saprudin, MS selaku pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan arahan selama penelitian dan penulisan karya ilmiah ini kepada orang tua tercinta atas dukungan moril dan materil selama ini. Penghargaan penulis sampaikan kepada Bapak Eman, Kak Zulhan, Bapak Dede dan staf Laboratorium Kimia Analitik dan Laboratorium Kimia Fisik IPB atas bantuannya, kepada rekan tim ESI atas saran-sarannya, Joko, Tri, Joe, Obi, Yudi KS, Chiyo, Yudi PH, Away dan Ricky serta Evi atas kasih sayang dan dukungannya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Agustus 2007 Ari Nur Rahmat
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Cirebon pada tanggal 10 Februari 1984 dari ayah Achmad Dulmanan dan ibu Ety. Penulis merupakan putra ketujuh dari tujuh bersaudara. Tahun 2002 penulis lulus SMA Negeri 3 Cirebon dan pada tahun yang sama masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis memilih Program Studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, IPB. Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah menjadi staf Departemen Keilmuan Imasika (Ikatan Mahasiswa Kimia) tahun ajaran 2002/2003, staf Departemen Pengabdian Pada Masyarakat (P2M) tahun ajaran 2003/2004, asisten praktikum Kimia Anorganik II tahun ajaran 2005/2006, Kimia Fisik tahun ajaran 2006/2007, dan Elektroanalitik tahun ajaran 2006/2007. Pada tahun 2004 penulis melaksanakan praktik lapangan di PT Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL...............................................................................................................ii DAFTAR GAMBAR .........................................................................................................iii DAFTAR LAMPIRAN...................................................................................................... iv PENDAHULUAN .............................................................................................................. 1 TINJAUAN PUSTAKA Hidroponik ................................................................................................................ 2 Larutan Nutrisi .......................................................................................................... 2 Elektrode Selektif Ion ............................................................................................... 2 Prinsip Penggunaan ESI............................................................................................ 3 Pencirian ESI Fosfat.................................................................................................. 4 BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat.......................................................................................................... 4 Metode Penelitian...................................................................................................... 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Faktor Nernst dan Trayek Pengukuran .................................................................... 6 Limit Deteksi ............................................................................................................ 7 Waktu Respons.......................................................................................................... 7 Umur Pakai................................................................................................................ 7 Penentuan Konsentrasi Fosfat pada Contoh Nutrisi Hidroponik .............................. 8 SIMPULAN DAN SARAN ................................................................................................ 8 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................................... 8 LAMPIRAN...................................................................................................................... 10
DAFTAR TABEL Halaman 1
Potensial elektrode pada ketiga ESI.............................................................................. 6
2
Nilai faktor Nernst dan koefisien korelasi (r) .............................................................. 7
3
Limit deteksi ESI fosfat ................................................................................................ 7
4
Waktu respons ESI fosfat.............................................................................................. 7
5
Nilai faktor Nernst ketiga ESI fosfat selama 10 hari .................................................... 7
6
Koefisien korelasi (r) ketiga ESI fosfat selama 10 hari ................................................ 7
7
Konsentrasi fosfat pada contoh nutrisi hidroponik ....................................................... 8
8
Transmitans (T) dan absorbans (A) standar fosfat spektrofotometri ........................... 15
9
Pengukuran konsentrasi fosfat contoh nutrisi hidroponik menggunakan spektrofotometri.......................................................................................................... 15
10 Potensial Elektrode (E) standar fosfat metode ESI fosfat........................................... 15 11 Pengukuran konsentrasi fosfat contoh nutrisi hidroponik menggunakan metode ESI fosfat ........................................................................................................................... 16
DAFTAR GAMBAR Halaman 1
Struktur dibutil sebakat (DBS)...................................................................................... 1
2
Rangkaian pengukuran dengan ESI.............................................................................. 4
2
Kurva hubungan antara –log [H2PO4-] dan potensial (mV/dekade) pada ESI I ........... 6
3
Kurva hubungan antara –log [H2PO4-] dan potensial (mV/dekade) pada ESI II .......... 6
4
Kurva hubungan antara –log [H2PO4-] dan potensial (mV/dekade) pada ESI III......... 6
5
Kurva hubungan –log [H2PO4-] terhadap potensial (mV) menggunakan empat konsentrasi (a) dibandingkan dengan menggunakan enam konsentrasi (b) pada ESI kode I.......................................................................................................... 12
6
Kurva hubungan –log [H2PO4-] terhadap potensial (mV) menggunakan empat konsentrasi (a) dibandingkan dengan menggunakan enam konsentrasi (b) pada ESI kode II......................................................................................................... 12
7
Kurva hubungan –log [H2PO4-] terhadap potensial (mV) menggunakan empat konsentrasi (a) dibandingkan dengan menggunakan enam konsentrasi (b) pada ESI kode III ....................................................................................................... 12
8
Kurva hubungan –log [H2PO4-] terhadap potensial (mV) yang menggambarkan limit deteksi yaitu pada perpotongan garis y = 56,7x + 44,8 dengan garis y = 11x + 263 pada ESI kode II......................................................................... 13
9
Kurva hubungan –log [H2PO4-] terhadap potensial (mV) yang menggambarkan limit deteksi yaitu pada perpotongan garis y = 50,5x + 44,5 dengan garis y = -52x + 595 pada ESI kode III ...................................................................... 13
10 Grafik hubungan antara hari ke- dan faktor Nernst dari umur ESI............................ 14 11 Grafik hubungan antara hari ke- dan koefisien korelasi (r) dari umur ESI ............... 14 12 Kurva Kalibrasi standar fosfat menggunakan Spektrofotometri................................ 15 13 Kurva Kalibrasi standar fosfat menggunakan metode ESI fosfat .............................. 15
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1
Bagan alir metode penelitian ..................................................................................... 11
2
Perbandingan kurva trayek pengukuran menggunakan empat konsentrasi dan enam konsentrasi pada ketiga ESI ...................................................................................... 12
3
Penentuan limit deteksi pada kedua ESI .................................................................... 13
4
Umur pakai dari ketiga ESI fosfat .............................................................................. 14
5
Data konsentrasi fosfat standar, contoh, dan kurva kalibrasi .................................... 15
6
Uji-t metode ESI dan spektrofotometri ...................................................................... 16
7
Uji-F metode ESI dan spektrofotometri ..................................................................... 16
8
Gambar ESI fosfat terlapis membran ......................................................................... 17
PENDAHULUAN Indonesia merupakan negara agraris namun kebutuhan pangan belum terpenuhi dikarenakan semakin berkurangnya lahan pertanian. Hal ini disebabkan pembangunan perumahan dan kawasan industri yang menggunakan lahan pertanian. Untuk mengatasi krisis pangan, maka dikembangkan suatu teknik pertanian yang dikenal dengan istilah hidroponik. Hidroponik adalah suatu cara bercocok tanam tanpa menggunakan tanah sebagai tempat menanam tanaman. Istilah hidroponik dikalangan umum lebih populer dengan sebutan berkebun tanpa tanah, termasuk dalam hal ini tanaman dalam pot atau wadah lain yang menggunakan atau bahan berpori lainnya seperti kerikil, pecahan genteng, pasir kali, gabus putih. Salah satu hal yang harus diperhatikan pada budidaya secara hidroponik adalah nutrisi tanaman yang sebagian besar diberikan dari luar media (bukan secara alami telah ada pada media). Unsur-unsur yang termasuk dalam nutrisi tanaman di antaranya C, H, O, N, P, K, Ca, S, Mg, Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, dan Cl (Leiwakabessy 1988, diacu dalam Napitupulu 2003). Salah satu nutrisi penting yang dibutuhkan tanaman adalah fosforus. Fosforus diambil oleh akar dalam bentuk H2PO4- dan HPO4-. Sebagian besar fosforus dalam tanaman adalah sebagai zat pembangun dan terikat dalam senyawa-senyawa organis. Sebagian kecil ion-ion fosfat terdapat dalam bentuk anorganis (Lingga 1993). Alat yang spesifik dan cepat sangat diperlukan untuk mentukan kandungan fosforus. Morgan (2000) telah menganalisis hanya berdasarkan daya hantar listrik (DHL). Analisis dengan menggunakan DHL hanya mampu memberikan indikasi mengenai nutrisi yang terkandung pada larutan yang diserap oleh akar, tetapi tidak dapat memberikan informasi kandungan nutrisi secara spesifik terhadap ion tertentu berupa jumlah atau konsentrasi. Oleh karena itu, diperlukan suatu alat yang dapat menentukan kandungan ionion tersebut secara spesifik, selektif, efisien, dan cepat. Penelitian ini dilakukan untuk membuat elektrode selektif ion (ESI) yang dapat digunakan untuk menentukan kandungan ion fosfat (ESI fosfat) secara langsung pada larutan nutrisi hidroponik sehingga penggunaan air dan nutrisi tanaman akan lebih efisien dan terkendali. Keefektifan ESI disebabkan oleh gangguan terhadap kinerja ESI hanya sedikit
dan mudah diatasi. Salah satu contoh dari keefektifan ESI adalah kekeruhan (berwarna sampai batas tertentu) tidak menyulitkan pengukuran dan prosedurnya sederhana sehingga hanya memerlukan waktu yang singkat, alat-alat sederhana, dan mudah dilakukan. Oleh karena itu, ESI dapat digunakan untuk pengukuran pada analisis rutin (Wang & Joseph 1994). Penelitian mengenai ESI kawat terlapis yang telah diakui yaitu ESI nitrat (Fardiyah 2003). ESI nitrat dibuat dengan menggunakan bahan ionofor aliquot 336 ke dalam campuran komposisi membran yang dilapiskan pada kawat platina. Selain itu, sebagai bahan pendukung digunakan PVC sebagai matriks polimer, DOP (dioktil ftalat) atau DBP (dibutil ftalat) sebagai pemlastis. Karakteristik ESI nitrat tipe kawat terlapis yang telah dibuat memiliki nilai faktor Nernst 59 mV/dekade, trayek pengukuran pada konsentrasi 10-1-10-4 waktu respon 30-60 detik, dan dapat digunakan pada pH 3-9. Pemilihan membran PVC dikarenakan PVC memiliki beberapa keunggulan sebagai polimer, seperti tidak mudah rusak oleh kelembaban, kaku, tahan terhadap pelarut, berpori kecil (mikroporus), tidak berpengaruh pada korosi, kelenturan yang baik, stabilitas panas yang baik, stabilitas yang baik terhadap bahan kimia dan air, kekuatan struktural yang sempurna, tahan panas, dan tahan terhadap cuaca (Celuform 2007). Kinerja ESI dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti: komposisi membran, koefisien selektivitas, pH, dan tipe elektrode. Pembuatan ESI untuk target anion yang sedang dikembangkan saat ini adalah pembuatan ESI anion perklorat dengan menggunakan teknologi lapis tipis. Teknologi ini memerlukan biaya rendah, produksi skala besar, pembuatan yang sederhana dan dapat diterapkan pada elektrokimia dan biosensor (Segui et al. 2006). ESI perklorat ini dibuat dengan ionofor 1,4,7,10,13-penta(n-oktil)1,4,7,10,13-pentaazasiklopentadekana, membran PVC yang berisi pemlastis dibutil sebakat (DBS) menghasilkan faktor Nernst 57 mV/dekade dengan kisaran konsentrasi 10-110-4 M. O
O
O
O
Gambar
1
Struktur
dibutil
sebakat
