SEMINAR NASIONAL KIMIA DAN PENDIDIKAN KIMIA V
“Kontribusi Kimia dan Pendidikan Kimia dalam Pembangunan Bangsa yang Berkarakter” Program Studi Pendidikan Kimia Jurusan PMIPA FKIP UNS Surakarta, 6 April 2013
MAKALAH PENDAMPING
KIMIA ANALITIK (Kode : D-13)
ISBN : 979363167-8
PENGEMBANGAN SISTEM DETEKSI ION NITRAT DALAM AIR MINUM DENGAN SOLID PHASE SPECTROPHOTOMETRY (SPS) Sulistyo Saputro1,*, Lina Mahardiani1, M. Masykuri2 dan Farah Aria Rendra1 1
Prodi Pendidikan Kimia Jurusan PMIPA FKIP UNS, Surakarta, Indonesia 2
Prodi Pendidikan Sains, PPs UNS, Surakarta, Indonesia
* Keperluan korespondensi, tel/fax : 0271-7654949, email:
[email protected] ABSTRAK Telah dilakukan penelitian mengenai pengembangan sistem deteksi ion pencemar dalam air minum khususnya ion NO3 menggunakan Solid Phase Spectrophotometry (SPS). Penelitian dilakukan secara eksperimental laboratorium berbasis Solid Phase Spectrophotometry (SPS) sistem batch method, menggunakan spektrofotometer sinar tampak berkas tunggal (Model KMAC, Satoda Science, Jepang). Resin penukar anion sekaligus fase padat yang digunakan adalah Muromac 50W-X2 Cl form (100-200 mesh) dengan volume 0,06 mL untuk setiap pengukuran. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ion nitrat dapat dideteksi menggunakan sistem SPS dengan ΔA diperoleh dari selisih absorbansi pada panjang gelombang 410 nm dan 701 nm. Batas deteksi sistem ini 0,33 µg/L, dengan RSD 1,37%. Sistem deteksi yang didesain pada penelitian ini dapat diaplikasikan untuk analisis ion nitrat dengan kandungan di bawah 1 µg/L dalam air alam maupun air minum. -
Kata Kunci: Solid-phase Spectrophotometry, ion NO3 , air alam pengolahan. Sementara di wilayah lain,
PENDAHULUAN Air merupakan kebutuhan utama
perlu dilakukan pengolahan agar layak
dan tidak akan dapat dipisahkan dengan
dikonsumsi sebagai air minum. Namun
kehidupan. Namun tidak semua air dapat
demikian, air yang digunakan untuk air
digunakan sebagai air minum, karena
minum harus dimonitor kelayakannya untuk
hanya tersedia sekitar 68% air tanah dan
mengetahui keberadaan dan konsentrasi
4,9% diantaranya adalah air murni [1].
kontaminan yang terkandung pada air
Pada sebagian wilayah, baik air tanah
tersebut. Deteksi kontaminan pada air yang
maupun air permukaan langsung dapat
siap untuk didistribusikan dan di konsumsi
dikonsumsi
juga
sebagai
air
minum
tanpa
dimaksudkan
untuk
mengetahui
efisiensi proses pengolahan air minum.
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia V
382
ISBN = 979363167-8 Beberapa metode analisis untuk
system
Adanya
proses
eutrofikasi
ion nitrat dalam air telah dikemukakan,
merupakan salah satu factor yang dapat
yakni Metode Reduksi Kolom Cadmium,
menambah
Metode Test Kit, Elektrode selektif ion dan
perairan, khususnya danau, sungai atau
metode spektrofotometri UV [2]. Solid-
pantai [8]. Secara umum World Health
(SPS)
Organization (WHO) menetapkan Maximum
pengukuran
Concentration Level (MCL) untuk ion nitrat
spektrofotometri langsung dari fase padat
dalam air sebesar 10 ppm [9], namun pada
yang diserap komponen sampel. Metode ini
air minum diperlukan kandungan nitrat yang
memungkinkan
lebih rendah.
Phase
Spectrophotometry
didasarkan
pada
untuk
menentukan
jumlah
ion
nitrat
dalam
komponen dalam skala ultratrace dalam
Berdasarkan pentingnya uraian di
sampel air alam dan lainnya tanpa pre-
atas maka di dalam penelitian ini akan
konsentrasi
dilakukan
(pemekatan),
peningkatan
sensitivitas
karena
dapat
dicapai
deteksi
dan
identifikasi
ion
-
pencemar yakni ion NO3 menggunakan
secara mudah hanya dengan meningkatkan
metode
volume sampel [3 - 4]. Dibandingkan
(SPS), sehingga berapapun konsentrasi ion
dengan
pencemar
metode
lain,
SPS
dapat
Solid-Phase
dalam
air
Spectrophotometry
dapat
terdeteksi
mendeteksi kontaminan di air dengan limit
sehingga dapat dilakukan remediasi pada
deteksi dalam skala ultratrace, sederhana
sumber air yang tercemar. Metode ini
dalam
sangat
merupakan cara yang sangat strategis
dengan
untuk memonitor kelayakan sumber air,
pengoperasiannya
sensitif.
Hal
terdeteksinya
ini
dan
terbukti
kandungan
Cr(VI)
pada
sumber air alam Tawangmangu dengan limit deteksi 0,014 μg dm
-3
kontaminan lain yang biasanya terdapat di air
dan
berpengaruh (NO3 )
kesehatan, seperti nitrat
semakin
berkurangnya
ketersediaan air.
[5].
Disamping Cr(VI), masih banyak
dalam
mengingat
pada
METODE PENELITIAN Bahan Semua
bahan
yang
digunakan
yang dapat
dalam penelitian ini adalah berkualitas
mengakibatkan baby blues syndrom jika
analytical grade (p.a). Resin penukar anion
melebihi
[6 - 7]. Nitrat
yang digunakan adalah Muromac 50W-X2
merupakan nutrient anorganik utama yang
cation exchanger (Cl form, berukuran 100-
menentukan produsen primer pada habitat
200 mesh) dari Muromachi, Tokyo, Jepang.
perairan. Konsentrasi nitrat yang tinggi
Larutan standar NO3 (konsentrasi 4 µg/L, 2
akan
µg/L, 1 µg/L, dan 0 µg/L) disiapkan dengan
25 mg/L
menyebabkan
produktivitas
alga,
peningkatan
mengingat
alga
-
-
pengenceran larutan stok. Larutan H2SO4
membutuhkan ntrat untuk pertumbuhan.
dan Brucine dari Merck, Germany.
Namun tingginya konsentrasi nitrat akan
Instrumen
berakibat pula ikan dan biota perairan akan mati, sehingga menurunkan produktivitas
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia V
Instrumen yang digunakan dalam penelitian
ini
meliputi
1(satu)
unit
383
ISBN = 979363167-8
spectrophotometer sinar tampak tipe KMAC
celah cuvette yang berisi resin tersebut
Lab Junior (Satoda Science, Jepang),
diharapkan akan semakin tinggi sensitivitas
kuvet black cell dengan panjang berkas
yang bisa diperoleh. untuk pengukuran ion
sinar 10 mm dan lebar 2 mm (M20-B-2, GL
nitrat dalam air alam.
Sciences, Tokyo, Japan), pH meter (HM-
4. Desain kalibrasi
14P TOA DKK), filtering unit celullosa acetate
20 µm
device
yang
(Advantec), aliquotting
dirangkai
menggunakan
Untuk pembuatan kurva kalibrasi, berbeda dengan spektrofotometri sistem larutan, maka perbedaan absorbansi (ΔA)
syringe, kapiler teflon dan silikon yang
antara
digunakan
untuk
resin
gelombang serapan ion kompleks dengan
sebanyak
0,06
dan
botol
panjang
(PTFE)
untuk
kompleks akan digunakan. Misalnya pada
pengambilan ml
polytetrafluoroethylene
absorbansi
gelombang
pada
non
panjang
serapan
ion
tempat sampel air alam.
410 nm dan 701 nm (berdasarkan hasil
Prosedur
optimasi) praktis digunakan: ΔA = ARC +
1. Studi pengaruh penggunaan jenis resin
ΔA
penukar anion -
blanko).
Kurva
kalibrasi
3
dirancang untuk sampel 25 cm sampel air
Resin penukar kation Muromac 50W-X2 Cl
(untuk
form
(100
-
200 mesh,
yang digunakan. Pada
langkah
kerja
ini
yang
Muromachi, Tokyo, Japan) akan dipelajari
pertama yaitu mengambil 5 mL masing-
efektivitasnya untuk mengkonsentrasikan
masing larutan standar yang akan dibuat
anion nitrat dalam sampel penelitian ini.
kurva standar (larutan NO3 4 µg/L, 2 µg/L,
2.
1 µg/L, dan 0 µg/L) lalu ditambahkan 5 mL
Waktu
pengadukan
terhadap
-
larutan H2SO4 dan dikocok. Kemudian
pembentukan kompleks anion Pengaruh waktu pengadukan pada
ditambahkan larutan Brucine 0,5 mL dan
adsorpsi kompleks berwarna dari ion nitrat
dikocok, dipanaskan dalam penangas air
akan dipelajari. Banyaknya resin penukar
pada suhu 100ºC selama 25 menit lalu
ion yang digunakan hanya 0,06 cm . Waktu
dinginkan. Kemudian, encerkan dengan
pengadukan divariasi pada 20, 30, 40, 50
akuades sampai volume 25 mL. Setelah itu
dan 60 menit. Absorbansi dari spesies
ditambahkan 0,06 mL resin. Kemudian
kompleks
distirer selama 20 menit lalu dianalisis
3
berwarna
yang
teradsorpsi
dipelajari pada kisaran dalam kisaran suhu
menggunakan
spektrofotometer
sinar
kamar 10 - 30 °C.
tampak dengan panjang gelombang 410 nm dan 701 nm. Kemudian diambil selisih
3. Studi pengaruh diameter cuvette (black cell) terhadap intensitas sinar Packing resin penukar ion pada cuvette (black cell) pada berkas sinar UV-
absorbansi dari kedua panjang gelombang tersebut yaitu ∆A = A410nm – A701nm. Dimana -
∆A akan dibuat kurva standar NO3 (∆A vs konsentrasi).
tampak dengan diameter 1,5 mm dan 3,0 mm dipelajari. Semakin kecil diameter
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia V
384
ISBN = 979363167-8
background [4]. Sehingga digunakan resin
5. Reproducibilitas Pengukuran Volume resin penukar ion diukur
penukar anion Muromac 50W-X2 (100 -
dengan perangkat aliquotting penukar ion.
200 mesh) Cl form, bukan resin penukar
Perangkat
anion jenis lainnya.
sebuah
ini
didesain
selang
menggunakan
kapiler
berbahan
polytetrafluoro ethylene (PTFE) (d: 1,0 mm
-
2.
Waktu
jarum suntik sekali pakai bervolume 10 3
cm .
Pada
penelitian
reprodusibilitas
ini
pengukuran
dipelajari ion
nitrat
dengan sistem SPS.
terhadap
pembentukan kompleks anion
dan p: 7 cm) yang pada ujung sisinya dipasang PP resin filter dan terhubung ke
pengadukan
Pengaruh waktu pengadukan pada adsorpsi kompleks berwarna dari ion nitrat telah dipelajari. Banyaknya resin penukar 3
ion yang digunakan hanya 0,06 cm . Untuk keperluan
pengambilan
reprodusibilitas
yang
resin
tinggi,
dengan
digunakan
6. Penentuan kandungan Arsenik dan Nitrat
aliquoting device yang dibuat dari kapiler
di dalam sampel air alam
berbahan PTFE, dengan diameter 1,0 mm
Pengukuran dengan
absorbansi
spektrofotometer
dilakukan
dan panjang 7 cm. Resin penukar anion
tampak
dikumpulkan ke dalam kapiler tersebut
sinar
berkas tunggal (Model KMAC, Satoda
yang
Science, Jepang). Sebuah cuvette black
menggunakan
cell dengan panjang berkas sinar 10 mm
dengan
dan lebar 2 mm (M20-B-2, GL Sciences,
polipropilena agar resin tidak terikut masuk
Tokyo, Japan) digunakan. Cuvette tersebut
ke disposal syringe. Waktu pengadukan
bersisi hitam, panjang 10 mm.
agar resin penukar anion dan anion target
.
salah
satu
sisinya
suatu
kapasitas
dihubungkan
disposal
25
mL
syringe
dan
diberi
(ion nitrat) berinteraksi adalah 20 menit.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Absorbansi
1. Studi pengaruh penggunaan jenis resin
berwarna yang teradsorpsi dipelajari pada
penukar anion
kisaran dalam kisaran suhu kamar 30 °C.
Pembacaan
absorbansi
pada
analisis ion nitrat dalam air dilakukan dengan
menggunakan
spektrofotometer
dari
spesies
kompleks
3. Studi pengaruh diameter cuvette (black cell) terhadap intensitas sinar Packing resin penukar ion pada
Lab.Junior,
cuvette alir (black flow cell) pada berkas
Satoda Science, Japan. Resin penukar
sinar tampak dengan diameter 2,0 mm
sinar
tampak
tipe
K-MAC
-
anion digunakan Muromac 50W-X2 Cl form
telah dipelajari. Semakin kecil diameter
(100 - 200 mesh, Muromachi, Tokyo,
celah cuvette yang berisi resin tersebut
Japan).
penelitian
diharapkan akan semakin tinggi sensitivitas
terdahulu diperoleh bahwa penggunaan
yang dapat diperoleh untuk pengukuran ion
resin penukar ion jenis dekstran cross-
nitrat dalam sampel air alam.
Berdasarkan
hasil
linked, cukup sulit untuk mengukur absorpsi sinar
karena
tingginya
absorbansi
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia V
385
ISBN = 979363167-8 4. Desain kalibrasi Berbeda dengan spektrofotometri
Tabel 1. Data Penentuan Batas Deteksi Ion
sistem larutan, maka perbedaan absorbansi (ΔA) antara absorbansi pada panjang
Nitrat Blanko ke-
Konsentrasi
ΔA
-
gelombang serapan ion kompleks dengan
ion NO3 /µg/L
panjang gelombang bukan serapan ion
1
-0.3584
-8.0653
kompleks
Pada
2
-0.3415
-7.8164
pengukuran absorbansi ion nitrat digunakan
3
-0.3574
-8.0504
panjang gelombang 410 nm dan 701 nm.
4
-0.3457
-7.8783
Besarnya harga selisih absorbansi atau ΔA
5
-0.3536
-7.9945
adalah ΔA = A410 nm - A701 nm. Kurva kalibrasi
Batas
akan
digunakan.
3
dirancang untuk sampel 20 cm sampel air yang digunakan. Kurva
kalibrasi
0.32
deteksi (n=5; 3σ)
yang
diperoleh
untuk analisis ion nitrat memiliki linieritas 2
Berdasarkan
tabel
tersebut
yang baik, dengan harga R = 0,988 seperti
diperoleh bahwa batas deteksi ion nitrat
terlihat pada Gambar 1.
dengan metode SPS adalah 0,32 µg/L (RSD 1,37%). Hal ini menunjukkan bahwa reproducibilitas pengukuran dengan sistem SPS
yang dikembangkan sangat baik
(dengan relative standard deviation lebih kecil dari 5%). 6. Penentuan kandungan ion nitrat di dalam sampel air alam Air alam yang memiliki kandungan Gambar 1. Kurva kalibrasi sistem solidphase spectrophotometry untuk ion nitrat. 5. Reproducibilitas Pengukuran Volume resin penukar ion diukur dengan perangkat aliquotting penukar ion. Hasil pengukuran terhadap 5(lima) blanko
ion nitrat yang sangat rendah, yakni di bawah
menggunakan
µg
/L
sistem
dapat
dianalisis
deteksi-monitoring
yang telah dikembangkan, mengingat harga batas deteksi ion nitrat yang baik, yakni 0,32 µg/L (RSD 1,37%). Pengukuran absorbansi dilakukan
untuk analisis ion nitrat ditunjukkan pada Tabel 1.
1
dengan
spektrofotometer
sinar
tampak
berkas tunggal (Model KMAC, Satoda Science,
Jepang)
menggunakan
k uvet
black cell dengan panjang berkas sinar 10 mm dan lebar 2 mm (M20-B-2, GL Sciences, Tokyo, Japan).
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia V
386
ISBN = 979363167-8
Contamination and Control, ed. U.
KESIMPULAN
Zoller. Marcel Dekker, Inc, NY (1994).
Berdasarkan hasil penelitian dapat dikemukakan sebagai
beberapa
berikut:
dikembangkan monitoring
1).
suatu
ion
kesimpulan
[2] Standard Methods for the Examination
Telah
berhasil
of
sistem
deteksi-
Edition,
minum,
Association, American Water Works
pencemar
air
Water
and
Wastewater,
American
Public
Health
khususnya ion nitrat dengan metode solid-
Association,
phase spectrophotometry (SPS), 2). Sistem
Federation, Method 4500-E, ISBN 0-
deteksi absorbansi ion pencemar untuk ion
87553-207.
nitrat dengan SPS dilakukan pada panjang
Water
18-th
Environment
[3] Yoshimura, K., Waki, H., Ohashi, S.,
gelombang maksimum 410 nm dan panjang
1976.
Ion
exchanger
colorimetry-I:
gelombang non absorbance 701 nm. Resin
Microdetermination of chromium, iron,
penukar anion yang digunakan adalah
copper and cobalt in water. Talanta 23, 449-454.
-
Muromac 50W-X2 (100 - 200 mesh) Cl
form sebanyak 0,06 mL. Batas deteksi
[4] Yoshimura, K., Waki, H., 1985. Ion
untuk ion nitrat 0,32 µg/L, RSD 1,37%. 3).
exchanger phase absorptiometry for
Aplikasi sistem deteksi-monitoring untuk ion
trace analysis. Talanta 32, 345-352.
pencemar air minum khususnya ion nitrat
[5] Saputro, S., Yoshimura, K., Takehara,
dengan kadar dibawah 1 µg/L untuk skala
K.,
Matsuoka,
S.,
Narsito,
2009.
laboratorium sangat dimungkinkan, dengan
Improved solid-phase spectrometry for
volume sampel yang digunakan adalah 25
the microdetermination of Cr(VI) in
mL dan waktu analisis yang cukup singkat
natural water. Anal.
yakni 20 menit.
1450.
Sci. 25, 1445-
[6] Wang, Y., Sakamoto, Y., dan Kamiya, Y.,
UCAPAN TERIMA KASIH sebesar-besarnya
kepada
MIPA
dan
Applied Catalysis A: General, 361, 123129.
Ketua
Laboratorium Kimia Jurusan PMIPA FKIP
Actual
Palladium Supported on Active Carbon,
dana. Disamping juga Ketua Sub Lab Kimia Pusat
of
The Catalytic Reduction over Copper–
Rektor
UNS dan Ketua LPPM UNS atas dukungan
Laboratorium
Remediation
Groundwater Polluted with Nitrate by
Penulis menyampaikan terima kasih yang
2009,
[7] Mahardiani, L., Sakamoto, Y., dan Kamiya, Y., 2010, Remediation of
UNS atas fasilitasi untuk pelaksanaan
Groundwater Polluted with nitrate using
penelitian ini.
ion-exchange resin and heterogenous Pd-Sn Bimetallic Catalyst, Proceeding
DAFTAR RUJUKAN
– 3th International Conference for
[1] Bachmat, Y. Groundwater as part of the water
system.
In
Ground
Water
Young Chemist, Penang, Malaysia. [8]
http://www.epa.gov/OGWDW/contaminants/dw_contamfs/nitrates.html
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia V
387
ISBN = 979363167-8 [9]
World
Health
Organization,
2006,
Guidelines for Drinking Water Quality, WHO Press, Switzerland, ISBN 92 4 154696 4.
TANYA JAWAB Nama Penanya : Viona Nama Pemakalah
:Sulistyo Saputro
Pertanyaan
:
1.
Apa yang dimaksud dengan fase padat dalam SPS?
2.
Bagaimana
LED
dalam
penggunaannya? Berapa λ nya? Jawaban 1.
:
Fase padat dalam SPS daalm gel bead atau resin yang digunakannuntuk mengkonsentrasikan
sampel
ion
logam target. 2.
LED
dapat
spektrum
dipilih
ion
sesuai
target
yang
dengan akan
dianalisis. Pemilihan LED terutaama berdasarkan intensitasnya.
Nama Penanya : Mugianton : Bagaimana cara
Pertanyaan mendapatkan
kuvet
dengan
ukuran
yanglubangnya 1 mm dan 0.5 mm? Jawaban
:
memperoleh secara
kita
dapat
kuvet untuk sistem SPS
konvensional
atau
dengan
memodifikasi kuvet jases dan dibentuk libang diameter 1 mm atau 0.5 mm dengan black paint.
Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia V
388
