PENGGUNAAN METODE POTENSIOMETRI DAN SPEKTROMETRI UNTUK MENGUKUR KADAR SPESI NITROGEN

PENGGUNAAN METODE POTENSIOMETRI DAN SPEKTROMETRI UNTUK MENGUKUR KADAR SPESI NITROGEN (Nitrat: NO3- dan Amonium: NH4+) DALAM TANAH PERTANIAN DENGAN TIGA EKSTRAKTAN

SKRIPSI

Oleh : Siti Nur Hilaliyah NIM 081810301002

JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2013

PENGGUNAAN METODE POTENSIOMETRI DAN SPEKTROMETRI UNTUK MENGUKUR KADAR SPESI NITROGEN (Nitrat: NO3- dan Amonium: NH4+) DALAM TANAH PERTANIAN DENGAN TIGA EKSTRAKTAN

SKRIPSI

Diajukan guna memenuhi salah satu tugas untuk menyelesaikan Program Strata 1 (S1) dan mencapai gelar sarjana sains

Oleh : Siti Nur Hilaliyah NIM 081810301002

JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS JEMBER 2013

PERSEMBAHAN

Skripsi ini saya persembahkan untuk: 1. Agama dan ilmu pengetahuan, jadikanlah keduanya jalan untuk bahagia dunia dan akhirat; 2. Orang tua tercinta, Ibu Hj. Astutik S.pd dan Bapak H. Moch Bisyri yang telah mengajarkan arti hidup, kemandirian, memberi doa dan nasehat-nasehat serta mengatasi rasa takut; 3. Adik tersayang, Indatur Rochmah yang telah memberikan kritik yang membangun, membantu serta mendukungku selama ini; 4. Guru-guruku sejak TK Masyitoh, SDN Klurak Candi, SMPN 1 Candi, SMAN 3 Sidoarjo, serta dosen-dosen di Jurusan Kimia FMIPA UNEJ yang telah memberikan ilmu dan membimbing dengan penuh kesabaran; 5. Almamater Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember.

ii

MOTTO

“Dan Kami telah menghamparkan bumi dan menjadikan padanya gunung dan Kami tumbuhkan padanya segala sesuatu menurut ukuran” (QS. Al-Hidjr : 19)

“Dia mengetahui apa yang masuk ke dalam bumi dan apa yang keluar dari padanya dan apa yang turun dari langit dan apa yang naik kepadanya. Dan Dia bersama kamu dimana saja kamu berada. Dan Allah Maha Melihat apa yang kamu kerjakan” (QS. Al Hadiid: 4)

“ Rahasia Kesuksesan adalah selalu bersyukur atas segala yang kita miliki, sekecil apapun itu dan tidak membenci hidup atas hasil yang belum pernah diberikannya kepada kita” ( Walters, J.D)

iii

PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan di bawah ini : Nama : Siti Nur Hilaliyah NIM

: 081810301002

menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang berjudul : PENGGUNAAN METODE POTENSIOMETRI DAN SPEKTROMETRI UNTUK MENGUKUR KADAR SPESI NITROGEN (Nitrat: NO3- dan Amonium: NH4+) DALAM TANAH PERTANIAN DENGAN TIGA EKSTRAKTAN adalah benar-benar hasil karya sendiri, kecuali jika dalam pengutipan substansi disebutkan sumbernya, dan belum pernah diajukan pada institusi manapun, serta bukan karya jiplakan. Saya bertanggung jawab atas keabsahan dan kebenaran isinya sesuai dengan sikap ilmiah yang harus dijunjung tinggi. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya, tanpa adanya tekanan dan paksaan dari pihak manapun serta bersedia mendapat sanksi akademik jika ternyata dikemudian hari pernyataan ini tidak benar.

Jember, Februari 2013 Yang menyatakan,

Siti Nur Hilaliyah NIM. 081810301002

iv

SKRIPSI

PENGGUNAAN METODE POTENSIOMETRI DAN SPEKTROMETRI UNTUK MENGUKUR KADAR SPESI NITROGEN (Nitrat: NO3- dan Amonium: NH4+) DALAM TANAH PERTANIAN DENGAN TIGA EKSTRAKTAN

Oleh : Siti Nur Hilaliyah NIM 081810301002

Pembimbing :

Dosen Pembimbing Utama

: Drs. Siswoyo, M.Sc., Ph.D.

Dosen Pembimbing Anggota : Drs. Zulfikar, Ph.D.

v

PENGESAHAAN Skripsi berjudul Penggunaan Metode Potensiometri Dan Spektrometri Untuk Mengukur Kadar Spesi Nitrogen (Nitrat: NO3- Dan Amonium: NH4+) Dalam Tanah Pertanian Dengan Tiga Ekstraktan telah diuji dan disahkan oleh Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember pada: hari, tanggal : tempat

:Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember.

Tim Penguji Ketua,

Sekretaris,

Drs. Siswoyo, M.Sc., Ph.D. NIP. 196605291993031003

Drs. Zulfikar, Ph.D. NIP. 196310121987021001

Anggota I,

Anggota II,

Dr. Bambang Piluharto, S.Si., M.Si NIP. 197107031997021001

Asnawati, S.Si., M.Si NIP. 196808141999032001 Mengesahkan Dekan,

Prof. Drs. Kusno, DEA, Ph.D NIP. 196101081986021001

vi

RINGKASAN

Penggunaan Metode Potensiometri Dan Spektrometri Untuk Mengukur Kadar Spesi Nitrogen (Nitrat: NO3- Dan Amonium: NH4+) Dalam Tanah Pertanian Dengan Tiga Ekstraktan; Siti Nur Hilaliyah, 081810301002; 2013: 53 halaman; Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.

Unsur hara merupakan zat-zat penting yang tersedia dialam yang dapat mempengaruhi pertumbuhan tanaman. Nitrogen merupakan salah satu unsur hara penting yang dibutuhkan tanaman. Defisiensi nitrogen akan mempengaruhi pertumbuhan tanaman, dimana pada pohon berbuah, rontoknya daun yang terlalu awal, kematian tunas-tunas lateral, rangkaian buah yang kurang baik dan perkembangan buah yang tidak biasa merupakan tanda-tanda defisiensi nitrogen. Kandungan nitrat dan amonium dalam tanah banyak dilakukan dengan menggunakan metode spekrofotometri. Metode potensiometri merupakan salah satu metode yang banyak digunakan untuk menentukan kandungan ion-ion tertentu di dalam suatu larutan, namum belum banyak diterapkan untuk analisis pada sampel tanah. Metode potensiometri berdasarkan ion selective electrode (ISE) memiliki selektivitas, sensitifitas, keakuratan, dan ketepatan yang relative besar. Elektroda selektif ion nitrat dan amonium selektif terhadap ion nitrat dan amonium sehingga dapat digunakan untuk mendeteksi ion-ion tersebut secara potensiometri. Oleh karena itu tujuan dari penelitian ini adalah untuk mencari metode alternatif baru yang lebih efisien untuk dapat digunakan mengukur kandungan hara pada tanah khususnya Nitrat dan Amonium yaitu dengan metode potensiometri berdasarkan ion selektive electrode (ISE). Penentuan ekstraktan optimum dilakukan untuk mendapatkan hasil yang terbaik dengan variasi jenis ekstraktan yaitu (KCl, CaSO4 dan CaCl2). Dan untuk mengetahui kelayakan metode ini maka hasil penelitian dibandingkan dengan metode lain yaitu spektrofotometri.

vii

Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental laboratoris, menggunakan sampel tanah dari 3 jenis lokasi berbeda-beda pada masing-masing unsur nitrat dan ammonium. Pada hasil penelitian terlihat bahwa ekstraktan optimum baik untuk nitrat maupun amonium yaitu CaCl2 karena nilai beda potensial yang dihasilkan lebih tinggi daripada laiinya. Nilai beda potensial CaCl2 bisa lebih tinggi dari ektraktan lainnya karena CaCl2 mudah terionisasi. Sedangkan untuk variasi waktu tidak memiliki perbedaan yang signifikan sehingga dipilih waktu yang terendah dengan pertimbangan efisiensi waktu. Kesimpulan yang diperoleh dari hasil penelitian adalah kedua metode berbeda signifikan, dimana hasil konsentrasi yang didapat berbeda dan tidak memiliki trend yang sama. Hal ini juga dibuktikan dengan uji-t, dimana nilai dari t-hitung lebih besar dari t-tabel sehingga dapat disimpulkan bahwa kedua metode tersebut berbeda signifikan. Namun untuk pengukuran amonium menggunakan ekstraktan jenis air, kedua metode ini tidak berbeda signifikan. Sedangkan untuk uji karakteristik diperoleh linier range 0.9831 dan 0.9959 untuk nitrat dan amonium. Sensitifitas sebesar

47.716 mV/dec untuk nitrat dan 51.015 untuk amonium. Limit deteksi

sebesar 0.73 untuk nitrat dan 0.14 untuk amonium. Reprodusibilitas elektroda nitrat maupun amonium cukup baik karena setiap kali melakukan pengulangan, kesalahan yang dihasilkan kurang dari 5%.

viii

PRAKATA

Puji syukur ke hadirat ALLAH SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul Penggunaan Metode Potensiometri Dan Spektrometri Untuk Mengukur Kadar Spesi Nitrogen (Nitrat: NO3- Dan Amonium: NH4+) Dalam Tanah Pertanian Dengan Tiga Ekstraktan. Skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan strata satu (S1) pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember. Penyusunan skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada : 1. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Unej, Prof. Kusno DEA, Ph.D atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menyelesaikan tugas akhir ini; 2. Drs. Siswoyo, M.Sc., Ph.D. selaku dosen pembimbing utama dan Drs. Zulfikar, Ph.D.selaku dosen pembimbing anggota yang telah meluangkan waktu, pikiran, tenaga, dan perhatiannya dalam penulisan tugas akhir ini; 3. Dr. Bambang Piluharto, S.Si., M.Si dan Asnawati, S.Si., M.Si sebagai dosen penguji yang banyak memberikan masukan, perhatian, dan waktunya selama penulisan tugas akhir ini; 4. Ayah, Ibu, kakak-kakak dan adik tercinta atas semangat, inspirasi dan kerja kerasnya; 5. Rekan-rekan kerja di Laboratorium Instrumen Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, atas semangat dan kekompakan kalian selama penelitian; 6. Mas Dulkolim dan Mas Darma selaku Teknisi Lab instrumen dan organik yang super baik, Mbak Sari selaku Teknisi Laboratorium Fisik atas bantuanbantuannya;

ix

7. Patner kerja penelitian seperjuangan Citra Awalul Laili dan Restu Tri Utami atas bantuan-bantuan dan kerja sama yang super baik; 8. Sahabat-sahabatku yang telah memberikan semangat, dukungan dan motivasi; 9. Teman terdekatku terima kasih atas perhatian, dukungan, dan pengorbanan demi kebahagiaan serta kebaikan bersama; 10. Teman-teman Kimia 2008 dan semua pihak yang telah memberikan bantuan dan dukungan dalam penulisan skripsi ini. Penulis juga menerima segala kritik dan saran yang membangun dari semua pihak demi kesempurnaan skripsi ini. Akhirnya penulis berharap, semoga skripsi ini dapat bermanfaat.

Jember, Februari 2013

Penulis

x

DAFTAR ISI

Halaman HALAMAN JUDUL ..................................................................................

i

HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................

ii

HALAMAN MOTTO ................................................................................

iii

HALAMAN PERNYATAAN ....................................................................

iv

HALAMAN PEMBIMBINGAN ...............................................................

v

HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................

vi

RINGKASAN .............................................................................................

vii

PRAKATA .................................................................................................

ix

DAFTAR ISI ... ..........................................................................................

x

DAFTAR TABEL ......................................................................................

xiii

DAFTAR GAMBAR ..................................................................................

xiv

DAFTAR LAMPIRAN ..............................................................................

xv

BAB 1. PENDAHULUAN ..........................................................................

1

1.1 Latar Belakang .......................................................................

1

1.2 Rumusan Masalah ..................................................................

4

1.3 Batasan Masalah ......................................................................

4

1.4 Tujuan Penelitian ...................................................................

4

1.5 Manfaat Penelitian ..................................................................

5

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ................................................................

6

2.1 Tanah ......................................................................................

6

2.2 Nitrogen ...................................................................................

7

2.2.1 Nitrat ...............................................................................

10

2.2.2 Amonium .........................................................................

10

2.3 Metode Standar Untuk Analisa Nitrogen ...............................

11

2.4 Potensiometri ...........................................................................

13

xi

2.4.1 Elektroda Selektif Ion ......................................................

13

2.5 Spektrometri ...........................................................................

15

2.5.1 Spektrofotometri UV-Vis .................................................

16

2.6 Ekstraksi ..................................................................................

17

2.6.1 Ekstraktan........................................................................

19

2.7 Aplikasi ESI pada Tanah Pertanian .......................................

20

BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN ...................................................

22

3.1 Waktu dan Tempat .................................................................

22

3.2 Alat dan Bahan ........................................................................

22

3.2.1 Alat ..................................................................................

22

3.2.2 Bahan...............................................................................

22

3.3 Rancangan Penelitian .............................................................

23

3.3.1 Diagram Alir Penelitian ...................................................

23

3.3.2 Konsep Penelitian ............................................................

24

3.4 Pengambilan Sampel (Sampling) ............................................

25

3.4.1 Waktu Pengambilan Sampel.............................................

25

3.4.2 Cara Pengambilan Sampel................................................

25

3.5 Prosedur Ekstraksi .................................................................

25

3.5.1 Penetapan Kadar Air ........................................................

25

3.5.2 Penatapan Ekstraktan Optimum ......................................

25

3.5.3 Penetapan Waktu Optimum..............................................

26

3.6 Penentuan Sampel dengan Potensiometri ..............................

27

3.6.1 Larutan Standar Potensiometri .........................................

27

3.6.2 Pengukuran Sampel Potensiometri ...................................

27

3.7 Pengukuran dengan Spektrometri..........................................

28

3.7.1 Larutan Standar Spektrometri...........................................

28

3.7.2 Pengukuran Sampel Spektrometri ....................................

28

3.8 Karakteristik Larutan Sampel................................................

29

3.8.1 Linier Range ....................................................................

29

xii

3.8.2 Limit Deteksi ...................................................................

29

3.8.3 Sensitifitas .......................................................................

30

3.8.4 Reprodusibilitas ...............................................................

30

3.9 Analisis Data ............................................................................

30

3.9.1 Uji-t .................................................................................

30

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................

32

4.1 Penentuan Ekstraktan Optimum ...........................................

33

4.2 Penentuan Waktu Optimum ..................................................

38

4.3 Karakteristik Pengukuran Nitrat dan Amonium ..................

41

4.4 Penentuan Kadar Air ............................................................

46

4.5 Perbandingan Metode Potensiometri dan Spektrofotometri .

46

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................

54

5.1 Kesimpulan .............................................................................

54

5.2 Saran .......................................................................................

54

DAFTAR PUSTAKA .................................................................................

55

LAMPIRAN ...............................................................................................

57

xiii

DAFTAR GAMBAR

Halaman 2.1

Pengukuran Potensiometri .................................................................

14

2.5

Skema Komponen Spektrofotometer .................................................

16

2.6

Gambar Ekstraksi ..............................................................................

18

2.6.1 Ekstraksi Cair-Cair ...................................................................

18

2.6.2 Ekstraksi Padat .........................................................................

18

4.1

Histogram Hasil Penentuan Ekstraktan Optimum Nitrat ....................

34

4.2

Histogram Hasil Penentuan Ekstraktan Optimum Amonium ..............

34

4.3

Grafik Penentuan KCl Sebagai Pengganggu .....................................

35

4.3a

Grafik Penentuan KCl Sebagai Pengganggu Nitrat ................

35

4.3b

Grafik Penentuan KCl Sebagai Pengganggu Amonium .........

36

Grafik Penentuan Waktu Optimum Nitrat ..........................................

39

4.4a

Grafik Penentuan Waktu Optimum Nitrat dengan CaCl2 ........

39

4.4b

Grafik Penentuan Waktu Optimum Nitrat dengan Air.. ..........

39

Grafik Penentuan Waktu Optimum Amonium ...................................

40

4.5a Grafik Penentuan Waktu Optimum Amonium dengan CaCl2. .....

40

4.5b Grafik Penentuan Waktu Optimum Amonium dengan Air..........

40

4.6

Kurva Kalibrasi Nitrat .......................................................................

42

4.7

Kurva Kalibrasi Amonium.................................................................

43

4.8

Kurva Perbandingan Nitrat ................................................................

49

4.8a Hasil perbandingan kedua metode menggunakan CaCl2 .............

49

4.8b Hasil perbandingan kedua metode menggunakan air ..................

50

Kura Perbandingan Amonium ...........................................................

51

4.9a Hasil perbandingan kedua metode menggunakan CaCl2 .............

51

4.9b Hasil perbandingan kedua metode menggunakan air ..................

52

4.4

4.5

4.9

xiv

DAFTAR TABEL Halaman 4.1

Hasil Pengukuran Pengenceran Larutan Standar CaCl2 ......................

37

4.1a Hasil NO3- dengan CaCl2............................................................

37

4.1b Hasil NH4+ dengan CaCl2 ..........................................................

37

4.2

Nilai Kv Nitrat dan Amonium ...........................................................

45

4.3

Hasil Perbandingan Konsentrasi Nitrat ..............................................

48

4.4

Hasil Perbandingan Konsentrasi Amonium........................................

51

4.5

Nilai Uji Statistik t-test ......................................................................

53

xv

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman A.

Prosedur Preparasi Bahan .................................................................

58

A.1 Larutan Standart ISE Nitrat 1000 ppm ...........................................

58

A.2 Larutan Standart Amonium 1000 ppm ..........................................

58

A.3 Larutan Standart Spektro Nitrat 1000 ppm ....................................

59

A.4 Larutan CuSO4 1 M .......................................................................

59

A.5 Larutan (NH4)2SO4 2 M ................................................................

59

A.6 Larutan CaCl2 ...............................................................................

59

A.7 Larutan KCl .................................................................................

60

A.8 Larutan CaSO4 ..............................................................................

60

A.9 Larutan HCl 1 M ..........................................................................

60

A.10 Larutan Fenol ..............................................................................

60

A.11 Larutan Natrium Nitro Prusida ...................................................

60

A.12 Larutan Sitrat Alkali ....................................................................

60

A.13 Larutan Pengoksidasi ..................................................................

60

Respon Elektroda Terhadap Variasi jenis Ekstraktan .....................

61

B.1 Nitrat .............................................................................................

61

B.2 Amonium.......................................................................................

62

Respon Elektroda Terhadap Variasi Waktu Pengadukan ...............

63

C.1 Nitrat .............................................................................................

63

C.2 Amonium.......................................................................................

65

Perhitungan Limit Deteksi .................................................................

67

D.1 Nitrat .............................................................................................

67

D.2 Amonium ......................................................................................

67

E.

Perhitungan Reprodusibilitas ............................................................

69

F.

Perhitungan Kadar Air ......................................................................

70

B.

C.

D.

xvi

G.

H.

I.

Perhitungan Nilai X Nitrat dan Amonium ........................................

71

G.1 Nitrat .............................................................................................

71

G.2 Amonium ......................................................................................

71

Data Konsentrasi Nitrat dan Amonium ............................................

72

H.1 Nitrat Secara Spektrofotoetri .........................................................

72

H.2 Nitrat Secara Potensiometri ...........................................................

73

H.3 Amonium Secara Spektrofotometri ................................................

74

H.4 Amonium Secara Potensiometri .....................................................

75

Perhitugan T-Test ..............................................................................

76

I.1 Nitrat .............................................................................................

76

I.2 Amonium ........................................................................................

77

xvii

1

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Indonesia dikenal sebagai negara agraris karena sebagian besar penduduk Indonesia mempunyai pencaharian di bidang pertanian atau bercocok tanam. Data statistik pada tahun 2001 menunjukkan bahwa 45% penduduk Indonesia bekerja di bidang agrikultur. Hal ini didasarkan pada kenyataan bahwa negara ini memiliki lahan seluas lebih dari 31 juta ha yang telah siap tanam, dimana sebagian besarnya dapat ditemukan di Pulau Jawa. Pertumbuhan tanaman pertanian dan perkebunan secara langsung terkait dengan tingkat kesuburan dan kualitas tanah. Oleh karena itu ketersediaan unsur hara dan nutrient pada tanah di bidang pertanian perlu ditinjau secara terus menerus. Fungsi tanah dalam bidang pertanian adalah sebagai tempat tumbuh, penyedia hara, air dan lingkungan bagi akar dan batang tanaman dalam melakukan aktifitas fisiologinya. Pertumbuhan tanaman yang baik memerlukan kualitas tanah tertentu, berupa kesuburan tanah baik berupa fisik, kimia maupun biologis (Ajud, 2002). Kesuburan tanah ialah kemampuan yang memungkinkan tanah untuk menyediakan unsur hara yang memadai, baik dalam jumlah maupun keseimbangannya bagi pertumbuhan tanaman dan produksi. Unsur hara merupakan zat-zat penting yang tersedia di alam yang dapat mempengaruhi pertumbuhan tanaman. Unsur-unsur yang pada umumnya dibutuhkan tanaman dibagi dalam dua kelompok, berdasarkan pada jumlah yang dibutuhkan tanaman. Unsur hara makro diperlukan relatif dalam jumlah besar, biasanya diatas 500 ppm dalam tanaman. Unsur hara mikro diperlukan hanya dalam jumlah sangat kecil, biasanya kurang dari 50 ppm dalam tanaman (Henry, 1998). Unsur hara utama yang banyak dibutuhkan tanaman adalah unsur nitrogen (nitrat: NO3- dan ammonium: NH4+), Phosporus (phosphate : PO43-, hydrophosphate : HPO42-, dihydrophosphate : H2PO4-) dan Potasium (potash : K+) adalah elemen yang paling penting (Lin J, et al.,

2

2008). Tidak terpenuhinya salah satu maka akan menurunkan kualitas dan kuantitas hasil produksi tanaman. Nitrogen (N) merupakan unsur yang berlimpah didalam udara dalam bentuk N2 , tetapi bentuk tersebut tidak bisa diserap atau dimanfaatkan oleh tanaman dan agar bisa dimanfaatkan tanaman maka unsur N yang ada diudara tersebut terlebih dahulu harus berfiksasi dengan unsur H ataupun oksigen dan air. Nitrogen yang berlimpah menaikkan pertumbuhan dengan cepat dengan perkembangan yang lebih besar pada batang dan daun-daun hijau gelap. Defisiensi Nitrogen akan mempengaruhi pertumbuhan tanaman, dimana pada pohon berbuah, rontoknya daun yang terlalu awal, kematian tunas-tunas lateral, rangkaian buah yang kurang baik dan perkembangan buah yang tidak biasa merupakan tanda-tanda defisiensi nitrogen (Henry, 1998). Menurut Winarso, S., (2003) sebagian besar N didalam tanah dalam bentuk senyawa organik tanah dan tidak tersedia bagi tanaman. Fiksasi N organik ini sekitar 95% dari total N yang ada di dalam tanah. Nitrogen dapat diserap tanaman dalam bentuk ion NO3- dan NH4+. Salah satu cara mengetahui tingkat kesuburan tanah yaitu dengan mengambil sampel tanah untuk ditest formulasi pemupukan (Lin J, et al., 2008) yang disebut dengan uji tanah. Uji tanah dapat dilakukan dengan menggunakan metode analisis spektrometri. (Reza M, et al., 2010) terdapat beberapa metode analisis seperti Atomic Absorption, UV–Vis Spectrometry dan Inductively Coupled Plasma (ICP) yang banyak digunakan untuk penentuan kandungan unsur hara pertanaian. Spektrometry UV-Vis sering digunakan untuk menentukan kandungan unsur hara khususnya nitrogen di tingkat konsentrasi rendah. Spektrometry UV-Vis merupakan salah satu teknik analisis spektroskopik yang memakai sumber radiasi elektromagnetik sinar tampak dengan menggunakan instrumen spektrofotometer yang akan mengukur serapan molekul organik atau anorganik yang diberikan sumber cahaya dengan rentang panjang gelombang di daerah UV-Vis 180-770 nm (Mulja dan Suharman, 1995). Metode ini larutan yang digunakan harus dikomplekskan terlebih dahulu dengan reagen yang menghasilkan senyawa berwarna sehingga membentuk

3

suatu warna yang spesifik (Hendayana S, 1994). Pegukuran nitrat akan diberikan reagen HCl sedangkan pengukuran amonium akan diberikan reagen pengompleks larutan fenol, natrium nitro prusida dan larutan pengoksidasi (SNI 01-3554-2006). Hal ini membutuhkan perlakuan yang banyak dan cukup memakan waktu, serta memerlukan biaya yang sedikit mahal. Oleh karena itu penulis ingin membuat suatu pengembangan metode uji tanah dengan cara menentukan kandungan unsur hara khususnya spesi nitrogen (nitrat dan amonium), dengan menggunakam elektroda selektif ion berdasarkan metode potensiometri. Spesi-spesi nitrogen dipilih karena nitrogen merupakan unsur utama penyusun protein tanaman dan pembentukan senyawa penting di dalam sel tanaman, sedangkan ESI (elektroda selektif ion) dengan metode potensiometri umumnya digunakan untuk uji liquid, namun berdasarkan selektifitas, sensitifitas dan keakuratan penulis mencoba mengembangkan metode ini untuk analisis tanah pertanian. Analisis tanah pertanian menggunakan ESI (elektroda selektif ion) secara potensiometri dilakukan dengan cara mengekstrak tanah terlebih dahulu, dimana ekstraktan untuk unsur hara nitrogen yang digunakan adalah KCl 2 M, CaCl2 0,01 M dan CaSO4 0,01 M (Griffin Gray et al., 2009). Metode penetapan senyawa nitrogen dilakukan dengan metode ekstraksi dengan menggunakan KCl dengan dasar bahwa NH4+ dan NO3- dalam tanah dapat dibebaskan oleh KCl 1 N menjadi amonium klorida dan kalium nitrat. Nitrat dapat juga diekstraksi dengan menggunakan CaCl2. Metode ekstraksi CaCl2 yang digunakan pada penentuan nitrat, sedangkan untuk penentuan amonium menggunakan metode ekstraksi KCl (Umariah 2007 dalam Harry N). Elektroda Selektif Ion (ESI) merupakan suatu sensor elektrokimia yang banyak digunakan karena memiliki selektivitas, sensitifitas, keakuratan, dan ketepatan yang relatif tinggi. Keefektifan ESI dikarenakan gangguan terhadap kerja ESI umumnya hanya sedikit dan mudah diatasi. Contoh larutan keruh (berwarna sampat batas tertentu) tidak menyulitkan pengukuran dan prosedur analisisnya sederhana, sehingga pengukuran hanya memerlukan waktu singkat, alat-alat

4

sederhana dan mudah dilakukan. Oleh karena itu ESI dapat digunakan untuk pengukuran analisis (Agustiani W, 2007). Detektor potensiometri merupakan salah satu teknik analisis elektrokimia yang didasarkan pada hubungan antara potensial sel dengan konsentrasi spesi kimia dari potensial antara dua elektroda. Metode ini didasarkan pada pengukuran arus listrik sebagai fungsi perubahan potensial listrik yang diterapkan pada sel elektrolisis. Sel elektrolisis terdiri atas elektroda kerja, elektroda pembanding dan elektroda pendukung (Agustiani W, 2007). Detektor potensiometri juga selektif dan sensitif terutama untuk penentuan senyawa-senyawa organik. Oleh karena itu penentuan unsur nitrogen pada tanah akan dilakukan menggunakan ESI dengan metode potensiometri.

1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang diatas maka perumusan masalah yang dapat dikemukakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1.2.1 Bagaimana variasi jenis ekstraktan (KCl, CaSO4 dan CaCl2) pada analisis kadar spesi Nitrogen (nitrat dan ammonium), dalam tanah pertanian untuk mendapatkan hasil yang terbaik 1.2.2 Bagaimana perbandingan metode potensiometri dan spektrometri untuk pengukuran spesi Nitrogen (nitrat dan ammonium), pada tanah pertanian

1.3 Batasan Masalah Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut : 1.3.1 Elektroda Selektif Ion (ESI) yang digunakan adalah elektroda komersial 1.3.2 Sampel tanah yang digunakan diambil di lahan pertanian Agrotechnopark Fakultas Pertanian Universitas jember 1.3.3 Pengambian sampel tanah dilakukan tanpa memperhatikan musim

5

1.4 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut : 1.4.1 Mengetahui variasi jenis ekstraktan (KCl, CaSO4 dan CaCl2) pada analisis kadar spesi Nitrogen (nitrat dan ammonium), dalam tanah pertanian untuk mendapatkan hasil yang terbaik 1.4.2 Mengetahui perbandingan metode potensiometri dan spektrometri untuk pengukuran spesi (nitrat dan ammonium), pada tanah pertanian

1.5 Manfaat Penelitian Manfaat penelitian ini, sebagai berikut : 1.5.1 Menjadi alat dukung dalam implementasi pertanian presisi 1.5.2 Mempelajari metode terbaru untuk analisis tanah pertanian 1.5.3 Dapat memudahkan pekerjaan orang-orang yang menganalisis tanah pertanian untuk mengetahui unsur hara khususnya spesi nitrogen pada tanah

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tanah Tanah merupakan hasil evolusi dan mempunyai susunan teratur yang unik yang terdiri dari lapisan-lapisan atau horizon-horizon yang berkembang secara genetik (Henry, 1998). Tanah adalah medium dari tanaman secara normal memperoleh unsur haranya.

Unsur hara tersebut adalah karbon (C), nitrogen (N), posfor (P). Tiga komponen utama tanah yang menyediakan unsur hara bagi pertumbuhan tanaman adalah bahan organik, turunan bahan batuan induk, dan serpih-serpih lempung. Unsur hara pertama-tama dibebaskan ke dalam larutan tanah (air tanah) sebelum dipindahkan ke dalam sistem perakaran tanaman (Rao, 1994). Fungsi tanah dalam bidang pertanian adalah sebagai tempat tumbuh, penyedia hara, air dan lingkungan bagi akar dan batang tanaman dalam melakukan aktifitas fisiologinya. Pertumbuhan tanaman yang baik memerlukan kualitas tanah tertentu, berupa kesuburan tanah baik berupa fisik, kimia maupun biologis (Ajud, 2002). Kesuburan tanah ialah kemampuan yang memungkinkan tanah untuk menyediakan unsur hara yang memadai, baik dalam jumlah maupun keseimbangannya bagi pertumbuhan tanaman dan produksi. Pertumbuhan dan perkembangan tanaman ditentukan oleh sejumlah faktor dari tanah dan iklim, dan oleh faktor-faktor yang berasal dari tanaman itu sendiri. Tanah yang berhasil menghasilkan tanaman dengan baik, pasti mempunyai sesuatu yang lain, suatu penyediaan yang cukup dari semua unsur-unsur yang penting (esensial) atau unsur-unsur hara. Unsur-unsur yang pada umumnya dibutuhkan tanaman dibagi dalam dua kelompok, berdasarkan pada jumlah yang dibutuhkan tanaman. Unsur hara makro diperlukan relatif dalam jumlah besar, biasanya di atas 500 ppm dalam tanaman. Unsur hara mikro diperlukan hanya dalam jumlah sangat kecil, biasanya kurang dari 50 ppm dalam tanaman (Henry, 1998).

7

Unsur hara utama yang banyak dibutuhkan tanaman adalah unsur Nitrogen (nitrat: NO3- dan amonium: NH4+), Phosporus (phosphate : PO43-, hydrophosphate : HPO42-, dihydrophosphate : H2PO4-) dan Potasium (potash : K+) adalah elemen yang paling penting (Lin J, et al., 2008). Tidak terpenuhinya salah satu maka akan menurunkan kualitas dan kuantitas hasil produksi tanaman.

2.2 Nitrogen Nitrogen merupakan unsur hara utama bagi pertumbuhan tanaman, yang pada umumnya sangat diperlukan untuk pembentukan atau pertumbuhan bagian-bagian vegetatif tanaman, seperti daun, batang dan akar (Sutedjo, 2002). Unsur N banyak tersedia atau berlimpah di dalam udara dalam bentuk N2 , tetapi bentuk tersebut tidak bisa diserap atau dimanfaatkan oleh tanaman dan agar bisa dimanfaatkan tanaman maka unsur N yang ada di udara tersebut terlebih dahulu harus berfiksasi dengan unsur hidrogen ataupun oksigen dan air. Menurut Winarso, S., (2003) sebagian besar N didalam tanah dalam bentuk senyawa organik tanah dan tidak tersedia bagi tanaman. Fiksasi N organik ini sekitar 95% dari total N yang ada di dalam tanah. Contohnya, konsentrasi N total (organik dan anorganik) dalam tanah yang ditanami Kedelai jauh lebih besar apabila dibandingkan dengan konsentrasi N anorganiknya, N dapat diserap tanaman dalam bentuk ion NO3- dan NH4+ (Purwadi, E. 2011). Bentuk nitrogen dalam tanah dapat dibedakan menjadi 2 yaitu: nitrogen dalam bentuk organik yang terdiri dari protein (asam amino) dan urea, termasuk nitrogen yang ditemukan dalam makhluk hidup serta dalam tanaman dan hewan. Nitrogen dalam bentuk anorganik, terdiri dari ammonium, gas ammonia, nitrit, dan nitrat. Surnber N utama tanah adalah dari bahan organik melalui proses mineralisasi +

NH4 dan NO3-. Selain itu N dapat juga bersumber dari atmosfir melalui curah hujan, penambatan (fiksasi) oleh mikroorganisme tanah baik secara sembiosis dengan tanaman maupun hidup bebas. Walaupun sumber ini cukup banyak secara alami, namun untuk memenuhi kebutuhan tanaman maka diberikan secara sengaja dalam

8

bentuk pupuk, seperti Urea, ZA, dan sebagainya maupun dalam bentuk pupuk kandang ataupun pupuk hijau. Berikut sumber N dalam tanah : a. Hujan b. Pemupukan c. Mineralisasi N dari bahan organik dan imobilisasinya

Pengikatan Nitrogen dalam bentuk organik disebut Imobilisasi dan pelepasannya secara lambat disebut Mineralisasi. Perubahan-perubahan bentuk Nitrogen dalam tanah dari bahan organik tejadi dalam beberapa tahap : 1). Aminasi Adalah Pembentukkan senyawa amino dari bahan organik (protein) oleh bermacam-macam (heterogenus) mikroorganisme. Protein → R-NH2 + CO2 + Energi (Kanisius, 1983). 2). Amonifikasi Adalah Pembentukkan amonium dari senyawa-senyawa amino. Amonifikasi adalah tersedianya senyawa amonia (NH3) dalam tanah sebagai hasil penguraian bahan organik, misalnya : - Bahan organik diuraikan oleh makrofauna dan mikroba menjadi senyawa asam amino (R-NH2) menjadi NH3R-NH2+ + HOH → ROH- +NH3 +Energi - Amonia yang terlepas ini, selanjutnya bereaksi dengan air atau asam organik tanah dan membentuk ion ammonium (NH4) NH3 + HOH → NH4+ + OHAmonifikasi dapat terjadi pada lingkungan oksigen atau tanpa oksigen dan dapat diperkuat dengan pengapuran, pengairan pada tanah. Pengolahan tanah yang baik dan penambahan pupuk hijau yang kaya N (Kanisius, 1983).

9

3). Nitrifikasi Sebagian dari amonia yang berada bebas dalam tanah oleh golongan autotrob dioksidasi menjadi NO3. Energi yang terlepas dari reaksi diambil oleh bakteri dan mereka mendapat unsur karbon untuk menyusun sel tumbuhnya dari karbondioksida udara. Nitrifikasi merupakan proses pengubahan nitrogen amonium secara biologis menjadi nitrogen-nitrat. Reaksi pembentukan nitrit dari amonia dikatilisis oleh bakteri Nitrosomonas, sedangkan perubahan nitrit menjadi nitrat dikatalisis oleh bakteri Nitrobaker. Nitrifikasi bersifat reversible, di bawah kondisi anaerob, karena reduksi nitrat menjadi sumber energi bagi bakteri memperbanyak diri (Kanisius, 1983). Nitrifikasi ada dua tingkat, yakni : Nitritasi dan Nitratasi - Nitritasi adalah perubahan amonia menjadi nitrit, yang dilakukan oleh bakteri

Nitrosomonas dan Nitrosococus NH3 + HOH → NH4OH 2 NH4+ + 3O2 → 2NO2- + 2H2O + 4H+ Amonia bereaksi dengan air membentuk amoniak yang melepaskan ion-ion amonium dan hidroksil. Ion amonium dioksidasi membentuk ion-ion nitrit dan ion hidrogen. - Nitratasi adalah perubahan nitrit menjadi nitrat yang dilakukan oleh bakteri Nitrobakter 2 NO2- + O2 → 2NO3Bakteri nitrifikasi banyak dijumpai pada lapisan tanah olah terutama pada tanah-tanah yang subur. Faktor-faktor yang merangsang kegiatan nitrifikasi adalah temperatur optimal 27,5o dengan tata udara yang baik, kandungan air cukup, adanya senyawa karbonat, bahan organik dan reaksi tanah optimal pada pH 7–8 (Kanisius, 1983). d. Fiksasi Nitrogen Fiksasi nitrogen Merupakan proses konversi langsung N2 dari atmosfer menjadi nitrat oleh cahaya. Penambahan sebagian besar nitrogen secara alami ke

10

tanah ditambahkan melalui fiksasi biologis simbiotik dan non simbiotik. Fikasasi nitrogen secara biologis merupakan reaksi reduksi yang memerlukan penambahan energi oleh adenosine triphosphat (ATP). Asam piruvat adalah donor hidrogen, dan fiksasi terjadi dalam suatu rangkaian tahap-tahap yang mereduksi N2 menjadi NH3 (Henry, 1998). N2 + 8H+ + 8e- + 16 MgATP → 2 NH3 + H2 + 16 MgADP + 16 Pi (Henry, 1998). 2.2.1 Nitrat Nitrat (NO3-) adalah bentuk utama nitrogen dan merupakan unsur hara utama bagi pertumbuhan tanaman dan algae. Nitrat merupakan ion yang mudah bergerak (mobile) di dalam tanah. Hal ini disebabkan oleh sifatnya yang mudah sekali larut dan tidak terjerap (adsorbsi) oleh koloid tanah. Nitrat menunjukkan bentuk kimia nitrogen yang paling mudah teroksidasi dalam sistem alam ((Mukhlis;Fauzi, 2003). Nitrat memiliki formula kimia NO3-, yang berarti bermuatan negatif (anion) dan sangat mudah berpasanagan dengan ion bermuatan positif (kation), seperti dalam garam kalium nitrat, KNO3 atau natrium nitrat, NaNO3. Nitrat merupakan salah satu anion yang paling mudah larut dalam air (NECI, 2005 dalam skripsi Trisno N). Ion nitrat memiliki struktur segitiga ekuilateral, dengan atom oksigen mengelilingi atom nitrogen pusat (Encyclopedia Britannica, 1973 dalam skripsi Trisno N). Nitrat tidak berasa, tidak berwarna, dan tidak berbau, sehingga keberadaan nitrat dalam lingkungan, khususnya pada air, hanya dapat dianalisa secara laboratorium.

2.2.2 Amonium Amonium adalah suatu ion hasil hidrolisis amonia, dimana amonia merupakan hasil hidrolisis dari urea yang ada dalam urin. Amonium adalah ion NH4+ yang bersifat tidak berwarna, berbau menyengat dan berbahaya bagi kesehatan. Garamgaram amonium umumnya adalah senyawa-senyawa yang mudah larut dalam air. Melalui pemanasan, semua garam amonium terurai menjadi amonia dan asam yang

11

sesuai, kecuali jika asamnya tak mudah menguap. Gas amonia akan dilepaskan ketika campuran senyawa dipanaskan. NH4+ + OH-

→

NH3 ↑+ H2O

(Svehla, 1985). Amonium bersifat basa sebagai “substansi bergabung dengan ion hidrogen (protons)”. Amonium dalam larutan berada dalam kesetimbangan seperti berikut : NH3 + H2O ↔ NH4+ + OHAmonium bereaksi sebagai basa karena adanya pasangan bebas yang aktif dari nitrogen. Nitrogen lebih elektronegatif dari hidrogen sehingga menarik ikatan elekton pada molekul amonia kearahnya. Atau dengan kata lain dengan adanya pasangan bebas terjadi muatan negatif sekitar atom nitrogen. Kombinasi dari negatifitas ekstra tersebut dan daya tarik pasangan bebas, menarik hydrogen dari air. Dalam hubungannya dengan urin, sifat fisika bau (amonia) tidak berwarna dan dalam sifat kimia amonia mempunyai dua reaksi yaitu : 1). Reaksi subtitusi : masuknya ion H+ (dari molekul H2O) dalam amonia, misal : NH3 + H2O → NH4OH →NH4+ + OH2). Reaksi oksidasi : reaksi Amonia dengan Oksigen membentuk Nitrogen dan Air. reaksinya : 4 NH3 + 3 O2 → 2 N2 + 6 H2O (Svehla, 1985).

2.3 Metode Standar Untuk Analisa Nitrogen Analisis standar N total kebanyakan dilakukan dengan metode kjeldhal. Metode kjeldhal merupakan prosedur analisis yang tertua diantara semua metode analisis. Analisis N total tanah didasari oleh prinsip mengubah N-organik menjadi Namonium oleh asam sulfat yang dipanaskan sekitar 380oC dan dengan menggunakan Cu-sulfat + Selenium + Na-sulfat sebagai katalisator. Proses ini disebut digestasi dan hasilnya disebut digest; secara keseluruhan disebut Kjeldhal Digestasi. Asam digest yang mengandung amonium dibasakan dengan NaOH sehingga ion amonium dikonversi menjadi ammoniak. Lalu didestilasi menjadi amonium hidroksida.

12

NH4OH ditentukan jumlahnya dengan mentitrasi dengan HCl. Analisa protein cara Kjeldhal pada dasarnya dapat dibagi menjadi tiga tahapan yaitu proses destruksi, proses destilasi dan tahap titrasi : 1. Tahap Destruksi Tahap ini sampel dipanaskan, dalam asam sulfat pekat sehingga terjadi destruksi menjdi unsur-unsurnya. Elemen karbon, hidrogen teroksidasi menjadi CO, CO2, dan H2O. Nitrogen akan berubah menjadi (NH4)2SO4. asam sulfat yang diperunakan untuk destruksi diperhitungkan adanya bahan protein lemak dan karbohidrat. Katalisator sering ditambahkan untuk memperepat proses destruksi yaitu selenium. Selenium dapat mempercepat proses oksidasi karena zat tersebut selain menaikkan itik didih juga mudah mengadakan perubahan dari valensi tinggi ke valensi rendah atau sebaliknya. Penggunaan selenium lebih reaktif dibandingkan merkuri dan kupri sulfat tetapi selelnium mempunyai kelemahan yaitu karena sangat cepatnya oksidasi maka nitrogennya justru mungkit ikut hilang. Hal ini dapat diatasi dengan pemakaian selenium yang sangat sedikit yaitu kurang dari 0,25 gram. Proses destruksi sudah selesai apabila larutan menjadi jernih atau tidak berwarna. 2. Tahap Destilasi Tahap destilasi, ammonium sulfat dipecah menjadi ammonia dengan penambahan NaOH sampai alkalis dan dipanaskan. Agar selama destilasi tidak terjasi superheating ataupun pemercikan cairan atau timbulnya gelembung gas yang besar maka dapat ditambahkan logam zink. Amonium yang dibebaskan selanjutnya akan ditangkap oleh larutan asam standar. Asam standar yang dapat dipakai adalah asam klorida atau asam borat 4% dalam jumlah yang berlebihan. Agar kontak antara asam dengan ammonia lebih baik maka diusahakan ujung tabung tercelup sedalam mungkin dalam asam. Asam dalam keadaan berlebih agar dapat diketahui maka diberi indikator misalnya BCG + MR atau PP. Destilasi diakhiri bila semua ammonia telah teroksidai sempurna denmgan ditandai destilat tidak bereaksi basa.

13

3. Tahap Titrasi Apabila penampung destilasi digunakan asam borat maka banyaknya asam borat yang bereaksi dengan ammonia dapat diketahui dengan titrasi dengan menggunakan asam klorida 0,1N dengan indikator BCG + MR, akhir titrasi ditandai dengan perubahan warna larutan dari biru menjadi merah muda. Selisih jumlah titrasi sampel dan blanko merupakan jumlah ekuivalen nitrogen (Sudarmaji, 1989)

2.4 Potensiometri Potensiometri merupakan salah satu teknik analisis elektrokimia yang didasarkan pada hubungan antara potensial sel dengan konsentrasi spesi kimia dari potensial antara dua elektroda. Metode ini didasarkan pada pengukuran arus listrik sebagai fungsi perubahan potensial listrik yang diterapkan pada sel elektrolisis. Sel elektrolisis terdiri atas elektroda kerja, elektroda pembanding dan elektroda pendukung (Agustiani W, 2007). Elektroda pembanding merupakan elektroda yang harga potensial selnya diketahui, konstan dan sama sekali tidak peka terhadap komposisi larutan yang sedang diselidiki. Elektroda indikator merupakan pasangan elektroda pembanding yang potensialnya tergantung pada konsentrasi zat yang sedang diteliti (Underwood, 1986). Dimana beda potensial dua elektroda yang tidak terpolarisasi diukur pada kondisi arus mendekati nol. Pengukuran dalam potensiometri, yang merupakan sensor kimia adalah elektroda indikator. Elektroda ini dibagi menjadi dua golongan yaitu elektroda logam dan elektroda membran. Yang digunakan dalam penelitian ini adalah elektroda indikator membran sering disebut elektroda selektif ion (ISE) (Khopkar, 1990).

2.4.1 Elektroda Selektif Ion Elektroda Selektif Ion (ISE) merupakan setengah sel elektrokimia, yang terdiri dari sebuah membran selektif ion, larutan pengisi internal, dan sebuah elektroda referensi internal atau terdiri dari membran selektif ion dan sebuah solid contact. Elektroda Selektif Ion (ESI) merupakan suatu sensor elektrokimia yang

14

banyak digunakan karena memiliki selektivitas, sensitifitas, keakuratan, dan ketepatan yang relative besar. Keefektifan ESI dikarenakan gangguan terhadap kerja ESI umumnya hanya sedikit dan mudah diatasi. Contoh larutan keruh (berwarna sampat batas tertentu) tidak menyulitkan pengukuran dan prosedur analisisnya sederhana, sehingga pengukuran hanya memerlukan waktu singkat, alat-alat sederhana dan mudah dilakukan. Oleh karena itu ESI dapat digunakan untuk pengukuran analisis rutin (Agustiani W, 2007). Metode potensiometri dengan ion selektif elektroda dapat digunakan untuk menganalisis ion nitrat dan amonium. Elektroda selektif Ion ini memiliki membran polimer matriks PVC yang dirancang untuk mendeteksi ion nitrat dan ammonium dalam larutan air dan cocok untuk lapangan dan aplikasi laboratorium (Nico, tanpa tahun). Menentukan konsentrasi ion-ion dalam larutan secara langsung melalui pengukuran potensial elektroda selektif ion (ESI), dimana digunakan dua elektroda yaitu elektroda pembanding dan elektroda indikator. Skema pengukurannya : Elektroda Pembanding

Elektroda Indikator V

Gambar 2.1 Pengukuran Potensiometri

Elektroda selektif ion yang digunakan pada penelitian ini merupakan elektroda komersial yang dikombinasikan dengan elektroda reference dan dialirkan pada volt meter (Khopkar, 1990) dimana yang diukur adalah ekstrak dari spesi nitrogen yaitu nitrat dan ammonium pada tanah pertanian. Beda potensial akan terukur karena inner

15

solution atau membrane electrode spesifik dengan analit yang diukur sehingga ion analit

akan

berdifusi

ke

membran

dan

menyebabkan

adanya

perubahan

kesetimbangan antara elektroda reference dan elektroda kerja yang diterjemahkan sebagai beda potensial pengukuran.

2.5 Spektrometri Analisis spektrometri adalah salah satu metode analisis dalam ilmu kimia yang didasarkan pada identifikasi dan kuantifikasi spesies analit berdasarkan sifat optisnya. Dalam metode ini spektrum radiasi elektromagnetik dimanfaatkan sebagai entitas perantara untuk analisis kualitatif dan kuantitatif ketika berinteraksi dengan spesies analit yang dapat melalui proses absorpsi, emisi, fluoresensi atau proses lainnya (Siswoyo, 2007). Dalam metode spektrometri, larutan sampel menyerap radiasi elektromagnetik dari sumber yang tepat, dan jumlah yang diserap terkait dengan konsentrasi analit dalam larutan. Transisi elektronik yang terjadi di daerah tampak dan ultraviolet dari spektrum adalah karena penyerapan radiasi oleh jenis tertentu dari kelompok, obligasi, dan kelompok fungsional dalam molekul. Panjang gelombang penyerapan dan intensitas tergantung pada jenis. Panjang gelombang serapan adalah ukuran dari energi yang dibutuhkan untuk transisi. Intensitasnya tergantung pada probabilitas transisi yang terjadi ketika sistem elektronik dan radiasi berinteraksi dan pada polaritas keadaan tereksitasi ( Christian, 1994).

2.5.1 Spektrfotometri UV-Vis Spektrofotometri sinar tampak adalah salah satu teknik analisis spektroskopik yang memakai sumber radiasi elektromagnetik sinar tampak dengan menggunakan instrument spektrofotometer (Mulja dan Suharman, 1995). Spektrofotometer UV-Vis adalah sejenis peralatan yang digunakan untuk mengukur serapan molekul organik atau anorganik yang diberikan sumber cahaya dengan rentang panjang gelombang di daerah UV-Vis (180-770 nm) (Siswoyo, 2007).

16

Semua molekul dapat menyerap radiasi dalam daerah UV-Vis karena mereka mengandung electron, baik sekutu maupun menyendiri, yang dapat dieksitasikan ke tingkst energi yang lebih tinggi (Underwood, 1999). Adsorbsi cahaya oleh suatu molekul merupakan bentuk interaksi antara gelombang cahaya (foton) dan atom/molekul. Energi cahaya diserap oleh ataom/molekul dan digunakan oleh elektron di dalam atom/molekul tersebut untuk bertransisi ke tingkat energi elektronik yang lebih tinggi. Proses absorbsi cahaya UV-Vis berkaitan dengan promosi elektron dari suatu orbital molekul dengan tingkat energi elektronik tertentu ke orbital molekul lain dengan tingkat nergi elektronik yang lebih tinggi (Siswoyo, 2007). Kompenen yang penting dari suatu spektrofotometer, secara skema dapat ditunjukan sebagai berikut :

Skema 1. Komponen Spektrofotometer

1. Suatu sumber energi cahaya yang berkesinambungan yang meliputi daerah spektrum dalam mana instrument itu dirancang untuk beroperasi. 2. Suatu monokromator, yakni suatu piranti untuk memencilkan pita sempit panjang-panjang gelombang dari spectrum lebar yang dipancarkan oleh sumber cahaya. 3. Suatu wadah untuk sampel. 4. Suatu detector, yang berupa transduser yang mengubah energy cahaya menjadi suatu isyarat listrik.

17

5. Suatu pengganda (amplifier) dan rangkaian yang berkaitan yang membuat isyarat listrik itu memadai untuk dibaca. 6. Suatu sistem baca yang diperagakan besarnya isyarat listrik (Underwood, 1999).

2.6 Ekstraksi Ekstraksi merupakan proses pemisahan dua zat atau lebih dengan menggunakan pelarut yang tidak saling campur. Berdasarkan fase yang terlibat, terdapat dua jenis ekstraksi, yaitu ekstraksi cair-cair dan ekstraksi padat-cair (Harborne, 1987). a. Ekstraksi Cair-cair Ekstraksi cair-cair dikenal sebagai ekstraksi pelarut yang merupakan metode pemisahan senyawa berdasarkan kelarutannya dalam dua cairan yang berbeda dan tidak saling larut, biasanya air dan pelarut organik. Ekstraksi cair-cair adalah teknik dasar dalam laboratorium kimia, di mana dilakukan dengan menggunakan corong pisah. Ekstraksi cair-cair dimana solute akan dipisahkan dari cairan pembawa (diluen) menggunakan solvent cair. Campuran diluen dan solvent

ini disebut heterogen,

dimana jika dipisahkan terdapat 2 fase, yaitu fase diluen (rafinat) dan fase solvent (ekstrak). Seperti pada gambar berikut :

Gambar 2.6.1 Ekstraksi Cair-cair

18

Ekstraksi pelarut digunakan dalam pemrosesan nuklir, pengolahan bijih, produksi senyawa organik halus, pengolahan parfum, produksi minyak nabati dan biodiesel, serta industri lainnya (Harborne, 1987). b. Ekstraksi Padat-cair Jenis ekstraksi yang penulis gunakan untuk menentukan jumlah hara pada tanah yaitu ekstraksi padat-cair. Ekstraksi padat-cair (leaching) adalah proses pemisahan zat padat yang terlarut dari campurannya dengan pelarut yang tidak saling larut. Pemisahan umumnya melibatkan pemutusan yang selektif, dengan atau tanpa difusi. (Perry, 1997). Leaching merupakan proses peluruhan bagian yang mudah terlarut (solute) dari suatu padatan dengan menggunakan suatu larutan (pelarut) pada temperatur dan proses alir tertentu. Proses sederhana ekstraksi ini bisa dilakukan hanya dengan mencampurkan bahan dengan pelarutnya yang kemudian disaring menggunakan kertas saring dengan corong biasa untuk memisahkannya.

Pelarut Padatan

Gambar 2.6.2 Ekstraksi Padat Proses ekstraksi ini dilakukan untuk mendapatkan bagian yang mudah terlarut karena lebih berharga dari padatannya, misalnya bahan tambang, minyak nabati, dan lain-lain, ataupun untuk menghilangkan bahan kontaminan yang mudah terlarut dari padatan yang lebih berharga, misalnya pigmen dari kontaminan kimiawi yang bisa

19

atau mudah dilarutkan (Harborne, 1987). Pemindahan komponen dari padatan ke pelarut pada ekstraksi padat-cair melalui tiga tahapan, yaitu difusi pelarut ke pori-pori padatan atau ke dinding sel, di dalam dinding sel terjadi pelarutan padatan oleh pelarut, dan tahapan terakhir adalah pemindahan larutan dari pori-pori menjadi larutan ekstrak. Ekstraksi padat-cair dipengaruhi oleh waktu ekstraksi, suhu yang digunakan, pengadukan, dan banyaknya pelarut yang digunakan (Harborne, 1987). Tingkat ekstraksi bahan ditentukan oleh ukuran partikel bahan tersebut. Bahan yang diekstrak sebaiknya berukuran seragam untuk mempermudah kontak antara bahan dan pelarut sehingga ekstraksi berlangsung dengan baik (Sudarmadji & Suhardi, 1989), dimana bahan pengekstraksi disebut juga dengan ekstraktan.

2.6.1 Ekstraktan Tes tanah membutuhkan ekstraktan untuk menentukan jumlah hara dalam tanah. Sebuah ekstraktan tanah adalah larutan yang terbuat dari air dengan konsentrasi tertentu dari bahan kimia. Ekstraktan tersebut akan ditambahkan ke dalam tanah sehingga akan bercampur untuk jangka waktu yang ditentukan. Campuran ini kemudian dituangkan melalui kertas saring dan ekstraktan sekarang mengandung unsur hara yang terlarut. Unsur hara dalam ekstraktan tersebut dianalisis menggunakan peralatan laboratorium yang tepat untuk melihat berapa banyak unsur hara yang hilang dari tanah. Jumlah unsur hara yang diekstrak akan mewakili sebagian kecil dari nutrisi total yang tersedia (Mitchell, 2000). Ekstraktan adalah pelarut yang digunakan untuk ekstraksi. Tan (1991) menyatakan bahwa pemilihan ekstraktan (bahan pengekstraksi) yang baik didasarkan pada dua pertimbangan yaitu : (1) pereaksi yang digunakan tidak merubah sifat fisika dan kimia bahan yang diekstrak, (2) pereaksi harus dapat memisahkan senyawa dari tanah secara kuantitatif. Ekstraktan yang digunakan dalam penelitian ini adalah KCl 2 M, CaCl2 0,01 M, dan CaSO4 0,01 M (Griffin Gray et al., 2009). Metode penetapan senyawa nitrogen dilakukan dengan metode ekstraksi

20

dengan menggunakan KCl dengan dasar bahwa NH4+ dan NO3- dalam tanah dapat dibebaskan oleh KCl 1 N menjadi amonium klorida dan kalium nitrat. Nitrat dapat juga diekstraksi dengan menggunakan CaCl2. Metode ekstraksi CaCl2 yang digunakan

pada

penentuan

nitrat,

sedangkan

untuk

penentuan

amonium

menggunakan metode ekstraksi KCl (Umariah 2007 dalam Harry N).

2.8 Aplikasi ESI pada Tanah Pertanian Aplikasi elektroda selektif ion (ESI) pada tanah pertanian dapat dilakukan dengan tujuan mengukur unsur hara pada tanah pertanian. Elektroda Selektif Ion (ESI) merupakan metoda yang digunakan untuk menentukan konsentrasi suatu ion secara kuantitatif dengan menggunakan membran sebagai sensor kimia yang potensialnya berubah secara reversibel terhadap perubahan aktivitas ion yang ditentukan.

Penggunaan

elektroda

selektif

ion

biasanya

dilakukan

dalam

potensiometri. Metode potensiometri merupakan salah satu metode yang banyak digunakan untuk menentukan kandungan ion-ion tertentu di dalam suatu larutan, namun belum banyak diterapkan untuk analisa sampel tanah. Dalam jurnal (Abdul, et al., 2000) telah dilakukan

penerapan metode potensiometri pada penentuan

kandungan karbon organik total tanah menggunakan elektroda selektif CO2 sebagai elektroda penunjuk. Prinsip penentuan kandungan karbon organik total tanah adalah mengubah karbon organik total menjadi CO2 yang selanjutnya CO2 yang dihasilkan diukur konsentrasinya berdasarkan perubahan potensial elektroda yang ditunjukkan oleh elektroda selektif CO2. Konsentrasi CO2 yang didapatkan sebanding dengan konsentrasi karbon organik total tanah. Sebelum digunakan untuk pengukuran tanah, terlebih dahulu dilakukan karakterisasi terhadap elektroda selektif CO2. Kelayakan hasil pengukuran karbon organik total tanah dengan metode potensiometri akan dibandingkan dengan metode titrimetri. Hasil pengukuran dari kedua metode tersebut menunjukkan bahwa metode potensiometri dapat digunakan untuk menentukan kandungan karbon organik total tanah dengan hasil yang diperkirakan lebih akurat dibandingkan

dengan

metode titrimetri biasa.

Sekarang

penulis

mencoba

21

mengembangkan aplikasi tentang elektroda seletif ion dengan metode potensiometri untuk mengukur kadar nitrogen dalam tanah pertanian, dimana untuk mengoreksi kelayakan dari metode tersebut maka digunakan metode spektrometri sebagai pembandingnya.

BAB 3. METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian dilakukan pada bulan September 2012. Pengambilan sampel dilaksanakan di tanah pertanian Fakultas Pertanian Universitas Jember, tanah perumahan di Jl.Kalimantan dan tanah pekarangan di belakang Jurusan Kimia Universitas Jember. Sedangkan analisa sampel dilakukan di Laboratorium Kimia Analitik Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember.

3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat Kertas saring, erlenmeyer, gelas kimia, corong, spektrofotometri UV-Vis, elektroda komersial untuk nitrat dan ammonium, volt meter, labu ukur, pipet volume, pipet tetes, pipet mikro, cawan, buret, oven, desikator, hot plate, stirrer magnetik dan anak nya, Potensiometer, pH meter, bulb pipet, lemari asam, botol semprot dan neraca timbang.

3.2.2 Bahan Padatan KNO3 (E-Merck), Padatan NaNO3 (E-Merck), larutan HCl (EMerck), serbuk NH4Cl anhidrat (Riedel-de-Haën), aquademin, aquades, larutan fenol (E-Merck), larutan etanol (E-Merck), serbuk natrium nitroprusida (E-Merck), serbuk tri natrium sitrat (E-Merck), kristal NaOH (E-Merck), larutan natrium hipoklorit, larutan H2SO4 (E-Merck), serbuk KCl (E-Merck), serbuk CaCl2 (Riedel-de-Haën), serbuk CaSO4 (E-Merck), larutan CHCl3 (E-Merck), resin kation asam, NaAsO2 (EMerck) dan larutan ISA nitrat ((NH4)2SO4) serta ammonium (CuSO4).

23

3.3 Rancangan Penelitian 3.3.1 Diagram Alir Penelitian Pengambilan Sampel Tanah

Penentuan Kadar Air

Ekstraksi Tanah Variasi Larutan Ekstraktan: 1. KCl 2 M

Variasi Waktu:

2. CaCl2 0,01 M

5, 15, 25, 35, dan 45 menit

3. CaSO4 0,01 M 4. Air Larutan Standart

Filtrat Hasil Optimasi

Filtrat

Larutan Standart

Analisis Potensiometri Analisis Spektrofotometri UV-Vis

Data 1

Linier Range

Sensitivitas

Uji t

dibandingkan

Reprodusibilitas

Data 2

Limit Deteksi

24

3.3.2 Konsep Penelitian Tanggal

Aktifitas

Hasil Yang Diharapkan

10 September 2012 Pengambilan sampel tanah

Didapatkan sampel tanah yang diinginkan

untuk

dianalisis

agar diketahui kadar nitrat dan amonium dalam tanah 10 September 2012 Pengolahan sampel tanah Sampel tanah yang siap untuk dengan

cara

pengeringan

melakukan diuji dan dapat pada

ditentukan

suhu kadar air tanah tersebut

kamar dan pengayakan 10 September 2012 Optimasi

ekstraktan Diperoleh data ekstraktan yang

(Sampel tanah yang didapat optimum kemudian ekstraktan diekstrak

menggunakan yang

optimum

digunakan

beberapa ekstraktan yaitu untuk mencari waktu ekstraksi KCl, CaCl2 dan CaSO4)

optimum

yaitu

dengan

mevariasikan waktu (lamanya pengendapan); 5, 10, 15, 20, 25 dan 30 menit, serta efisiensi ekstraktan

yang

menggunakan selektif sehingga optimum. tersebut

ion

dilakukan elektroda

potensiometri

didapatkan

data

Hasil

optimum

diulangi

kembali

untuk perlakuan pengukuran dengan metode spektrometri 12 November 2012

Ekstraktan yang optimum Agar didapatkan data yang dibandingkan

dengan

2 kemudian

dianalisis

linier

25

metode untuk analisis tanah range, limit deteksi, sensitivitas yaitu

potensiometri

dan dan reprodusibilitas. Dan untuk

spektrometri

membandingkan kedua metode dilakukan juga uji-t

3.4 Pengambilan Sampel (Sampling) 3.4.1 Waktu Pengambilan Sampel Pengambilan sampel dilakukan di Agrotechnopark Fakultas Pertanian Universitas Jember, Tanah didaerah Jl.Kalimantan dan Tanah diarea belakang jurusan Kimia Universitas Jember pada bulan September sampai Desember.

3.4.2 Cara Pengambilan Sampel Sampel diambil menggunakan scoop atau cangkul pada kedalaman ± 20 cm yang kemudian diletakkan pada sebuah wadah.

3.5 Prosedur Ekstraksi 3.5.1 Penetapan Kadar Air Sebanyak 5,00 g sampel tanah dimasukkan kedalam cawan dan dikeringkan dalam oven pada suhu 105oC selama 4 jam. Setelah dioven selama 4 jam dimasukkan ke dalam desikator kemudian ditimbang dengan neraca analitik. Bobot tanah yang hilang adalah bobot air. (105)℃

=

( − ) × 100 % ( − )

Keterangan: a = berat cawan saja b = berat cawan dan berat sampel tanah c = berat cawan dan berat sampel tanah setelah dioven dan dimasukkan desikator

ke dalam

26

3.5.2 Penetapan Ekstraktan Optimum a. KCl 2,0 M Penggunaan ekstraktan ini digunakan rasio perbandingan 1 : 2,5 yaitu 20,00 g tanah dilarutkan dengan 50 mL KCl 2,0 M kemudian dilakukan pengadukan selama 45 menit. Dilakukan penyaringan sehingga didapatkan ekstrak dari tanah tersebut dan dilakukan pengukuran secara potensiometri.

b. CaCl2 0,01 M Sebanyak 20,00 g tanah dimasukan ke dalam gelas kimia dan ditambahkan larutan CaCl2 0,01 M sebanyak 50 mL. Setelah itu dilakukan pengadukan selama 45 menit dan disaring menggunakan kertas saring sehingga ekstrak didapatakan. Ekstrak dari tanah tersebut dan dilakukan pengukuran secara potensiometri.

c. CaSO4 0,01 M Penggunaan ekstraktan ini digunakan rasio perbandingan 1 : 2,5 yaitu 20,00 g tanah dilarutkan dengan 50 mL CaSO4 0,01 M kemudian dilakukan pengadukan selama 45 menit. Dilakukan penyaringan sehingga didapatkan ekstrak dari tanah tersebut dan dilakukan pengukuran secara potensiometri.

d. Air Sebanyak 20,00 g tanah dimasukan ke dalam gelas kimia dan ditambahkan Aquademin sebanyak 50 mL. Setelah itu dilakukan pengadukan selama 45 menit dan disaring menggunakan kertas saring sehingga ekstrak didapatakan. Ekstrak dari tanah tersebut dan dilakukan pengukuran secara potensiometri.

3.5.3 Penetapan Waktu Optimum Ekstraktan optimum digunakan sebagai ekstraktan untuk penentuan waktu optimum. Variasi yang digunakan 5, 15, 25, 35 dan 45 menit. Masing-masing waktu

27

dilakukan dengan tiga kali pengulangan. Waktu optimum menunjukkan nilai beda potensial yang optimum. (Ket : Hasil optimum diulangi lagi untuk pengukuran secara spektrofotometri UVVis)

3.6 Penentuan Sampel Dengan Potensiometri 3.6.1 Larutan Standart Potensiometri 1) Nitrat Larutan baku nitrat dibuat dengan mengencerkan NaNO3 anhidrat sebanyak 1,37 gram dalam 1 Liter dengan aquademin didalam labu ukur. Larutan baku nitrat divariasi konsentrasi 0; 0.01; 0.1; 1; 10; 20; 30; 40; 50; 60 mg/L. Larutan baku dengan variasi konsentrasi dimasukkan ke dalam beaker glass sebanyak 50 mL kemudian ditambahkan 1 mL larutan ISA ( larutan 2M (NH4)2SO4)) pada masingmasing larutan baku. Kemudian celupkan elektroda nitrat dan elektroda referensi ke dalam larutan tersebut. Tunggu kurang lebih 5 menit sampai nilai potensial yang terbaca pada mV meter stabil.

2) Amonium Larutan baku dibuat dengan dengan mengencerkan 2,97 gram NH4Cl pada labu ukur 1 L. Larutan baku amonium divariasi konsentrasi 0; 0.01; 0.05; 0.1; 0.5; 1; 5; 10; 50 mg/L, kemudian dipipet 50 ml pada setiap konsentrasi dan dimasukkan ke dalam beaker gelas. Ditambahkan 1 mL larutan ISA ( larutan 1M CuSO4) pada masing-masing larutan standart. Kemudian celupkan elektroda amonium dan elektroda referensi ke dalam larutan tersebut. Tunggu kurang lebih 5 menit sampai nilai potensial yang terbaca pada mV meter stabil.

28

3.6.2 Pengukuran Sampel Potensiometri 1) Nitrat Ekstrak yang didapat dimasukkan ke dalam beaker gelas sebanyak 50 mL kemudian ditambahkan 1 mL larutan ISA ( larutan 2M (NH4)2SO4)) pada masingmasing sampel. Kemudian celupkan elektroda nitrat dan elektroda referensi ke dalam larutan tersebut. Tunggu kurang lebih 5 menit sampai nilai potensial yang terbaca pada mV meter stabil.

2) Amonium Ekstrak yang didapat dimasukkan ke dalam beaker gelas sebanyak 50 mL kemudian ditambahkan 1 mL larutan ISA ( larutan 1 M CuSO4) pada masing-masing sampel. Kemudian celupkan elektroda amonium dan elektroda referensi ke dalam larutan tersebut. Tunggu kurang lebih 5 menit sampai nilai potensial yang terbaca pada mV meter stabil.

3.7 Pengukuran dengan Spektrometri 3.7.1 Larutan Standar Spektrometri 1) Nitrat (SNI 01-3554-2006) Larutan baku nitrat dibuat dari penimbangan 1,63 gram KNO3 (E-Merck) kemudian di oven pada suhu 105oC selama 4 jam dan dilarutkan pada labu ukur 1000 mL aquademin. Larutan baku divariasi konsentrasi 0; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 dan 1 mg/L ke dalam labu ukur 50 mL. Dimasukkan dalam Erlenmeyer 100 mL dengan ditambahkan 1 mL HCl 1 N ke dalam masing-masing variasi. Dilakukan pengukuran absorban pada panjang gelombang 220 nm dan 275 nm sebagai faktor pengoreksi.

2) Amonium (SNI 01-3554-2006) Larutan baku amonium dibuat dari penimbangan 2,97 gram NH4Cl yang dilarutkan dalam labu ukur 1000 mL aquademin. Larutan baku

29

divariasi konsentrasi sebesar 0; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 dan 1 mg/L ke dalam labu ukur 25 mL, kemudian pada masing-masing variasi ditambahkan 1 mL larutan natrium nitro porusida dan 2,5 mL larutan pengoksidasi. Erlenmeyer masing-masing ditutup dengan aluminium foil ±15 menit kemudian diukur absorbannya pada panjang gelombang 640 nm.

3.7.2 Pengukuran Sampel Spektrometri 1) Nitrat Ekstrak yang didapat diambil 50 mL, kemudian ditambahkan 1 mL HCl 1N ke dalam masing-masing sampel. Dilakukan pengukuran absorban pada panjang gelombang 220 nm dan 275 nm sebagai faktor pengoreksi.

2) Amonium Ekstrak yang didapat diambil 25 mL, kemudian ditambahkan 1ml larutan natrium nitro porusida dan 2,5 mL larutan pengoksidasi. Erlenmeyer masing-masing ditutup dengan aluminium foil ±15 menit kemudian diukur absorbannya pada panjang gelombang yang sudah optimum pada panjang gelombang 640 nm.

3.8 Karakteristik Larutan Sampel 3.8.1 Linier Range Linier range dapat digambarkan dari kurva kalibrasi dengan memplotkan antara sumbu x dan sumbu y, dimana sumbu x adalah konsentrasi nitrat dan ammonium. sedangkan sumbu y adalah potensial yang dihasilkan. Respon yang linier ditunjukkan melalui persamaan garis sebagai berikut : y = bx + a dimana b adalah kemiringan kurva kalibrasi (slope) dan a adalah perpotongan terhadap sumbu y (Caulcut, 1995).

30

3.8.2 Limit Deteksi Salah satu analisa data dari detektor adalah kemampuannya untuk mendeteksi konsentrasi suatu analit. Semakin kecil konsentrasi yang bisa dideteksi, semakin baik analisa data dari detektor tersebut. Batas deteksi biasanya dinyatakan dalam mikrogram (µg) atau gamma (Svehla, 1985). Limit deteksi adalah konsentrasi analit terkecil yang dapat memberikan sinyal atau dideteksi oleh detektor, dapat dirumuskan sebagai berikut: YLOD = YB + 3 SB Dimana : YLOD = limit deteksi, YB

SB

= intersep kurva kalibrasi,

= standart deviasi kurva kalibrasi (Miller dan Miller, 1991).

3.8.3 Sensitifitas Sensitifitas dinyatakan sebagai slope dari kurva yang diperoleh dengan range tertentu (Miller dan Miller, 1991). Menurut IUPAC, sensitifitas yang dinyatakan dengan slope merupakan sensitifitas kurva. Kateman (1993) menyatakan sensitifitas sebagai rasio perubahan konsentrasi analit. Nilai sensitifitas yang besar berarti bahwa perubahan konsentrasi yang kecil dari analit dapat memberikan respon yang berarti.

3.8.4 Reprodusibilitas Pengulangan percobaan yang dilakukan pada reprodusibilitas diharapkan akan dihasilkan limit antar percobaan yang sekecil mungkin, dengan nilai setiap pendekatan untuk satu kali pengulangan atau lebih yang berbeda adalah 95% (Caulcutt, 1995). Hasil pengulangan dapat dinyatakan sebagai koefisien variasi dari simpangan induk. =

. 100%

dimana : SD = standart deviasi, x = signal rata-rata sampel dan Kv = koefisien variasi (Miller dan Miller, 1991)

31

3.9 Analisis Data 3.9.1 Uji-t Analisis

data

untuk

menguji

hasil

dari

metode

analitik

dengan

membandingkan dua metode dapat menggunakan uji statistik salah satunya yaitu ujit. Uji-t dapat diperoleh dengan menghitung nilai x untuk respon metode pertama dan nilai y untuk respon metode kedua. Nilai t-eksperimen diperoleh melalui persamaan berikut : S

=

{ (n − 1)S + (n − 1)S ) (n + n − 2)

t

dimana

=

x − x 1 1 S n + n

= mean data metode pertama = mean data metode kedua S1

= standar deviasi rata–rata metode pertama,

S2

= standar deviasi rata–rata metode kedua

S

= standar deviasi total

n1

= jumlah pengulangan percobaan metode pertama

n2

= jumlah pengulangan percobaan metode kedua

(Miller dan Miller, 1991). Jika nilai t-eksperimen lebih kecil dibandingkan dengan nilai t-tabel, maka secara statistik kedua metode tersebut tidak mempunyai perbedaan signifikan pada selang kepercayaan 95 % (α = 0,05) (Sudjana, 1996).

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada penelitian ini dilakukan pengukuran terhadap unsur nitrogen pada tanah yaitu nitrat dan amonium berdasarkan metode potensiometri. Pengukuran nitrat dan amonium diekstrak menggunakan berbagai jenis ekstraktan dengan proses filtrasi, dimana dilakukan optimasi jenis ekstraktan sehingga didapatkan ekstraktan optimum dengan variasi waktu pengadukan untuk mendapatkan waktu yang efisien. Sebagai pembanding telah dilakukan pula penentuan nitrat dan amonium dalam tanah dengan metode spektrofotometri. Sampel yang digunakan yaitu tiga jenis sampel tanah, dimana tanah yang digunakan yaitu tanah dari lokasi berbeda-beda. Ada tiga lokasi tanah yang digunakan yaitu tanah perumahan di Jl.Kalimantan no.46 Jember sebagai tanah A, tanah perkarangan daerah belakang kampus FMIPA Kimia Universitas Jember sebagai tanah B dan tanah pertanian Agrotechno Park Universitas Jember sebagai tanah C. Sampel tanah untuk pengukuran ekstraktan optimum nitrat dan amonium dieksrak tiga kali dengan masing-masing variasi jenis ekstraktan sehingga didapatkan 12 sampel siap ukur per tanah. Sedangkan sampel tanah untuk menentukan waktu optimum diekstrak tiga kali dengan masing-masing variasi waktu sehingga didapatkan 15 sampel siap ukur per tanah. Ekstraktan optimum dan waktu optimum yang sudah didapatkan akan digunakan juga untuk pengukuran nitrat dan amonium dengan menggunakan metode spektrofotometri. Kemudian hasil pengukuran nitrat dan amonium secara spektrofotometri tersebut dibandingkan dengan pengukuran secara potensiometri, dimana analisis statistik yang digunakan yaitu uji-t. Penentuan ekstraktan dan waktu optimum dilakukan dengan teknik potensiometri, dimana sampel yang memberikan respon beda potensial tinggi diasumsikan sebagai hasil yang terbaik. Beda potensial akan terukur karena inner solution atau membrane electrode spesifik dengan analit yang diukur sehingga ion analit akan berdifusi ke

33

membran dan menyebabkan adanya perubahan kesetimbangan antara elektroda reference dan elektroda kerja yang diterjemahkan sebagai beda potensial pengukuran.

4.1 Penentuan Ekstraktan Optimum Penentuan ekstraktan optimum nitrat dan amonium dalam tanah dilakukan menggunakan 4 (empat) jenis ekstraktan, yaitu : air, CaCl2 0.01 M, CaSO4 0.01 M, dan KCl 2 M. Sebanyak 40,00 g sampel tanah untuk dilarutkan dalam 100 ml ekstraktan. Filtrat yang didapat diambil masing-masing 50 ml dan ditambahkan larutan ionic strength adjuster (ISA) 1 ml agar larutan sampel dapat terionisasi sempurna. Larutan ISA yang digunakan adalah 2M NH4(SO4)2 untuk nitrat dan 1M CuSO4 untuk amonium yang kemudian diukur beda potensial dari masing-masing sampel. Pengukuran sampel dilakukan dengan menggunakan volt meter merk Jenway yang dihubungkan dengan elektroda jenis Elit 8021 untuk nitrat dan Elit 8051 untuk amonium

dengan elektroda reference yang digunakan yaitu LiAc. Elektroda

reference LiAc digunakan berdasarkan rekomendasi elektroda nitrat dan amonium (Nico, tanpa tahun). Ekstraktan yang memberikan respon beda potensial tertinggi dianggap merupakan ekstraktan optimum dengan asumsi bahwa semakin tinggi nilai beda potensial yang terukur semakin banyak ion nitrat atau amonium dalam ekstrak sampel, namun untuk pengukuran nitrat ekstraktan yang memberikan respon beda potensial terendah dianggap merupakan ekstraktan optimum karena kecenderungan kurva standar nitrat semakin besar konsentrasi yang diukur maka semakin rendah respon nilai beda potensial yang dihasilkan (karakteristik metode; hal 44) sehingga nilai beda potensial yang rendah dianggap sebagai respon optimum. Dari hasil pengukuran diperoleh bahwa masing-masing ekstraktan tersebut memiliki efektifitas ekstraksi

yang berbeda-beda terhadap konsentrasi ion yang dihasilkan yang

dibuktikan dari beda potensial yang dihasilkan selama pengukuran. Efektifitas ekstraksi sangat dipengaruhi jenis ekstraktan, dimana semakin polar ekstraktan yang digunakan seperti air maka semakin lama proses mengekstraknya dan semakin tinggi

34

kelarutan ekstraktan maka nilai beda potensial yang dihasilkan semakin tinggi. Penentuan jenis ekstraktan diperoleh data pada Gambar 4.1 untuk ekstraktan optimum nitrat dan Gambar 4.2 untuk ekstraktan optimum amonium berikut :

500

Beda Potensial (mV)

450 400 350 300 250

Air

200

CaCl2

150

CaSO4

100

KCl

50 0

Tanah A

Tanah B

Tanah C

Sampel Gambar 4.1 Grafik penentuan jenis ekstraktan optimum nitrat

Beda Potensial (mV)

450 400 350 300

Air

250

CaCl2

200

CaSO4

150

KCl

100

Tanah A

Tanah B

Tanah C

Sampel Gambar 4.2 Grafik penentuan jenis ekstraktan optimum amonium

35

Gambar 4.1 dan Gambar 4.2 mengindikasikan bahwa setiap jenis ekstraktan memiliki respon yang berbeda-beda. Respon tertinggi ditunjukkan oleh KCl sehingga KCl tampak sebagai ekstraktan optimum pada pengukuran nitrat dan amonium, namun karena nilai yang dihasilkan pada pengukuran amonium nilai beda potensial yang dihasilkan sangat tinggi sekali dengan kata lain tidak masuk range standar kalibrasi amonium, ini menunjukkan bahwa yang terukur oleh elektroda bukan unsur hara yang diharapkan melainkan ion dari pengganggu elektroda. Selain itu nilai beda potensial yang dihasilkan berbeda jauh dengan respon yang dihasilkan oleh ekstraktan lainnya, sehingga KCl masih harus dibuktikan kembali. Berdasarkan Tabel 4.1 berikut terlihat beda potensial yang dihasilkan dari deret standar yang dilarutkan dengan KCl baik untuk unsur nitrat maupun amonium dengan variasi konsentrasi tersebut tidak mengalami peningkatan. Gambar 4.3 berikut : 410

Beda Potensial (mV)

390 Pengenceran dgn KCl

370

Pengenceran dgn Aquademin

350 330 310 290 -1.00

1.00

1.30

1.48 Log [C]

1.60

1.70

1.78

Gambar 4.3a Hasil penentuan KCl sebagai pengganggu pada nitrat

36

440 Beda Potensial (mV)

420 400 380 360 340 Pengenceran dgn KCl Pengenceran dgn Aquademin

320 300 280 -1.00

0.00

0.30

0.48

0.60

0.70

Log [C]

Gambar 4.3b Hasil penentuan KCl sebagai pengganggu pada amonium

Mengingat pula keterbatasan elektroda maka KCl dianggap sebagai pengganggu elektroda pada pengukuran nitrat dan amonium. Berdasarkan buku panduan dari elektroda Elit, Elektroda nitrat akan terganggu dengan unsur BF4-, Cl-, ClO4-, I-, dan NO2- sedangkan elektroda amonium akan terganggu dengan unsur K+ sehingga dikhawatirkan beda potensial yang terbaca bukan beda potensial dari nitrat melainkan beda potensial dari unsur-unsur pengganggunya (Nico, tanpa tahun). Berasarkan Tabel 4.1 ini menunjukkan bahwa KCl termasuk pengganggu elektroda, oleh karena itu KCl ini tidak digunakan sebagai ekstraktan optimum. Dan respon terbaik setelah KCl ditunjukkan oleh CaCl2. CaCl2 memberikan respon yang terbaik karena CaCl2 merupakan bahan yang mudah larut dimana jika kelarutan suatu zat semakin besar berarti semakin banyak zat tersebut yang larut dan kemungkinan terionisasi juga semakin besar. Oleh karena itu dimana suatu zat itu mudah mengion maka beda potensial yang dihasilkan akan semakin tinggi, sehingga CaCl2 dipilih sebagai ekstraktan optimum untuk nitrat dan amonium. Hal ini berarti kandungan ion nitrat dan ion amonium dalam tanah lebih

37

mudah mengion dengan ekstraktan CaCl2 dari pada ekstraktan yang lain. Selain itu CaCl2 dikatakan optimum dapat dilihat juga pada Tabel 4.1 berikut : Tabel 4.1a Hasil pengukuran pengenceran larutan standar NO3- dengan CaCl2 Beda Potensial (mV)

Deret Standar (ppm)

1

2

3

0.01

373

374

375

374

0.1

370

371

370

370

10

367

368

367

367

20

356

358

359

358

30

349

348

350

349

40

340

341

342

341

50

336

337

338

337

60

330

332

333

332

100

323

323

324

323

Rata-Rata

Tabel 4.1b Hasil pengukuran pengenceran larutan standar NH4+ dengan CaCl2 Beda Potensial (mV)

Deret Standar (ppm)

1

2

3

0.01

240

225

226

230

0.05

229

231

230

230

0.1

243

240

241

241

0.5

246

243

243

244

1

255

256

255

255

5

291

290

290

290

10

311

310

310

310

50

350

351

351

351

100

369

369

370

369

Rata-Rata

38

Pada Tabel 4.1a dan 4.1b merupakan hasil dari larutan standar yang dilarutkan dengan CaCl2 memiliki range beda potensial yang terus meningkat seiring bertambahnya konsentrasi larutan standar tersebut. Hal ini menunjukan bahwa beda potensial yang terukur merupakan ion dari NO3- dan NH4+. Oleh karena itu penulis yakin bahwa CaCl2 merupakan ekstraktan optimum untuk analisa nitrat dan amonium secara potensiometri. Selain itu CaCl2 ini juga memiliki respon yang bagus untuk unsur hara lainnya seperti kalium, natrium dan fosfat pada tanah. Namun tujuan dari penelitian ini mencari ekstraktan yang nantinya akan memudahkan pekerjaan analis tanah dan tidak membutuhkan biaya yang begitu mahal, sehingga respon dari air masih ingin dilihat. Selain itu air juga lebih mudah diperoleh dari pada CaCl2. Air juga memberikan respon yang tidak begitu buruk yang ditunjukkan pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2 dimana beda potensial yang dihasilakan oleh air masih memenuhi syarat yaitu potensial yang dihasilkan masih dapat terbaca oleh elektroda walaupun dalam proses filtrasinya air memerlukan waktu yang lama. Sehingga untuk mencari waktu optimum dari ekstraksi ini air masih tetap digunakan.

4.2 Penentuan Waktu Optimum Penentuan waktu optimum dilakukan dengan mengamati hasil pengukuran berupa respon potensial elektroda selektif ion ketika dicelupkan pada sampel uji yang dibuat dengan melarutkan 40,00 g tanah dalam CaCl2 dan 40,00 g tanah dalam air yang kemudian disaring untuk diambil filtratnya. Dari dua jenis sampel uji tersebut dilakukan variasi waktu pengadukan (menggunakan stirrer) yaitu 5; 15; 25; 35 dan 45 menit. Pada Gambar 4.3 dan Gambar 4.4 dibawah terlihat bahwa nilai beda potensial yang dihasilkan pada masing-masing waktu tidak terlalu berbeda dengan waktu yang lainnya. Hal ini bisa terlihat dari selisih antar beda potensial disetiap waktunya tidak berbeda banyak, dimana tingkat konsistensi pengukuran ini bisa dikatakan baik sehingga bisa diasumsikan dari ketiga lokasi tanah yang diuji memiliki trend yang sama yaitu waktu pengadukan tidak berpengaruh pada respon beda potensialnya. Keseluruhan nilai beda potensial untuk pengukuran nitrat dan amonium yang hampir

39

seragam serta nilai SD yang relatif kecil bisa dianggap nilai-nilai tersebut tidak berbeda signifikan. Selain itu dari nilai SD yang kecil bisa dihitung nilai reprodusibilitas tidak lebih dari 5% sehingga pengukuran tersebut dikatakan konsisten. Berdasarkan hasil penentuan variasi waktu optimum nitrat berdasarkan dua jenis ekstraktan yaitu Air dan CaCl2 dapat ditunjukan gambar histogramnya sebagai

Beda Potensial (mV)

berikut : 400 390 380 370 360 350 340 330 320 310 300

45 menit 35 menit 25 menit 15 menit 5 menit Tanah A

Tanah B

Tanah C

Sampel

Beda Potensial (mV)

Gambar 4.4a Grafik penentuan variasi waktu optimum dengan menggunakan CaCl2 untuk nitrat 400 390 380 370 360 350 340 330 320 310 300

45 menit 35 menit 25 menit 15 menit 5 menit Tanah A

Tanah B

Tanah C

Sampel Gambar 4.4b Grafik penentuan variasi waktu optimum dengan menggunakan air untuk nitrat

40

Pada pengukuran unsur amonium kasus yang dihasilkan juga sama dengan nitrat dimana nilai beda potensial yang dihasilkan hampir seragam dengan konsistensi pengukurang yang baik sehingga waktu pengadukan dianggap tidak berpengaruh. Berdasarkan hasil penentuan variasi waktu optimum amonium secara histogram berdasarkan dua jenis ekstraktan yaitu Air dan CaCl2 dapat ditunjukan sebagai berikut:

Beda Potensial (mV)

280 275 270

45 menit

265

35 menit 25 menit

260

15 menit 255

5 menit

250 Tanah A

Tanah B Sampel

Tanah C

Gambar 4.5a Grafik penentuan variasi waktu optimum dengan menggunakan CaCl2 untuk amonium

Beda Potensial (mV)

280 270 260 250

45 menit

240 230

35 menit

220

15 menit

210

5 menit

25 menit

Tanah A

Tanah B

Tanah C

Sampel Gambar 4.5b Grafik penentuan variasi waktu optimum dengan menggunakan Air untuk amonium

41

Penentuan waktu yang optimum dapat dilihat juga dari SD. Setiap garis SD yang didapat baik untuk nitrat maupun amonium saling berhimpit antar waktu satu dengan waktu lainnya pada masing-masing tanah. Hal ini menunjukkan bahwa perbedaan nilai beda potensial disetiap waktunya tidak berbeda secara signifikan. Oleh karena itu waktu yang paling rendah dipilih sebagai waktu yang opimum yaitu 5 menit, dikarenakan tidak adanya perbedaan secara signifikan disetiap jenis waktunya. Selain itu perlu dilihat dari segi efisien waktu. Jika nilai beda potensial yang dihasilkan disetiap waktunya tidak mengalami perbedaan maka semakin singkat waktu yang digunakan untuk pengadukan maka akan semakin baik karena semakin dapat mempersingkat waktu. Nilai beda potensial yang hampir selalu sama dimungkinkan karena ekstraktan dengan unsur hara yang ada di dalam tanah sudah mengion diwaktu yang singkat sehingga walaupun range waktu dibuat begitu lama nilai beda potensial yang didapat tetap sama yaitu tidak akan ada kecenderungan peningkatan sehingga pemilihan waktu 5 menit sebagai waktu yang cukup efektif dapat digunakan.

4.3 Karakteristik Metode Potensiometri 4.3.1 Linier Range Daerah linier merupakan daerah dimana elektroda dapat merespon adanya analit secara sensitif. Daerah linier dapat diamati dari variasi konsentrasi analit yang diberikan kepada elektroda sehingga menghasilkan signal yang linier. Daerah linier ini didapat dari kurva kalibrasi yang dibuat dengan menentukan potensial ion nitrat dan amonium pada variasi konsentrasi. Variasi konsentrasi yang digunakan untuk nitrat yaitu 0.01; 0.1; 1; 10; 20; 30; 40; 50 dan 60 ppm yang diambil dari larutan standar NaNO3 1000 ppm. Pembuatan larutan standar nitrat 1000 ppm ini dilakukan dengan dengan menimbang 1,37 g NaNO3 yang dimasukan kedalam labu ukur 1000 mL Kemudian ditambah dengan aquademin hingga tanda batas. Daerah linier dapat dilihat dari kurva kalibrasi dengan memplotkan log [C] sebagai sumbu x dan nilai beda potensial sebagai sumbu y.

42

=

+

440

Beda Potensial (mV)

420 y = -x + 412.3 R² = 1

400

Daerah Non Linier

380

Daerah Linier

360

y = -47.71x + 416 R² = 0.983

340 320 300

-1.5

-1

-0.5

0 Log [C]0.5

1

1.5

2

Gambar 4.6 Hasil kalibrasi larutan standar nitrat

Parameter yang penting yang penting dari kurva kalibrasi antara lain: slope (b), intersep (a) dan koefisien korelasi (R). Linieritas yang baik diperoleh dengan nilai koefisien korelasi adalah 0.99. Hasil penelitian menunjukkan respon elektroda selektif ion nitrat terhadap sampel nitrat linier pada konsentrasi 1; 10; 20; 30; 40; 50 dan 60 ppm. Berdasarkan gambar 4.5 diketahui bahwa semakin besar konsentrasi nitrat maka semakin tinggi nilai beda potensial yang diperoleh. Persamaan dan koefisien korelasi pada gambar 4.5 diperoleh dari hubungan antara log konsentrasi nitrat dengan potensial, dimana berdasarkan gambar 4.5 diperoleh koefisien korelasi sebesar 0.9831, artinya 98% perubahan potensial dipengaruhi oleh konsentrasi sedangkan 2% dipengaruhi oleh faktor lain. Kadar nitrat dalam sampel tanah diperoleh dengan cara mensubstitusikan nilai beda potensial larutan sampel pada persamaan y = -47.716x + 416. Linier range untuk amonium didapatkan dari membuatan larutan standar amonium 1000 ppm. Pembuatan larutan standar amonium 1000 ppm dapat dilakukan

43

dengan dengan menimbang 2.97 g NH4Cl, yang dimasukan kedalam labu ukur 1000 mL. Kemudian ditambah dengan aquademin hingga tanda batas. Sedangkan variasi konsentrasi yang digunakan untuk amonium yaitu 0.01; 0.05; 0.1; 0.5; 1; 5; 10 dan 50 ppm. Sama halnya nitrat daerah linier dapat dilihat dari kurva kalibrasi dengan memplotkan log [C] sebagai sumbu x dan nilai beda potensial sebagai sumbu y. 360

Beda Potensial (mV)

340

y = 51.01x + 266.9 R² = 0.995

320 300

Daerah non linier

280

Daerah linier

260 240 y = 4.897x + 247.1 R² = 0.869

220 200

-3

-2

-1

0

1

2

Log [C]

Gambar 4.7 Hasil kalibrasi larutan standar amonium

Demikian pula pada gambar 4.6 menunjukkan respon linier pada konsentrasi 0.5; 1; 5; 10 dan 50 ppm. Koefisien korelasi yang diperoleh sebesar 0.9959, artinya 99% perubahan nilai beda potensial dipengaruhi oleh konsentrasi sedangkan 1% dipengaruhi oleh faktor lain. Kadar amonium dalam sampel tanah diperoleh dengan cara mensubstitusikan nilai beda potensial larutan sampel pada persamaan y = 51.015x + 266.9

4.3.2 Sensitifitas Sensitifitas merupakan rasio perubahan sinyal tiap unit perubahan analit. Sensitifitas dinyatakan sebagai slope dari kurva yang diperoleh dengan range tertentu (Miller dan Miller, 1991) dan menyatakan sensitifitas dari elektroda selektif ion nitrat

44

dan amonium dalam mendeteksi nitrat dan amonium secara potensiometri. Nilai slope pada nitrat sebesar 47.716, sedangkan nilai slope pada amonium sebesar 51.015 yang diperoleh dari kurva kalibrasi untuk nitrat maupun amonium. Nilai slope ini mendekati nilai slope dari spesifikasi elektroda selektif ion Elit baik untuk nitrat maupun ammonium yaitu sebesar 54 ± 5 mV/decade. Nilai slope yang besar berarti bahwa perubahan konsentrasi yang kecil dari analit dapat memberikan respon yang berarti. Nilai slope yang dihasilkan memberikan arti bahwa perubahan dari setiap satu satuan konsentrasi nitrat dan amonium menghasilkan perubahan respon potensial sebesar nilai slope tersebut.

4.3.3 Limit Deteksi Limit deteksi merupakan konsentrasi terkecil dari suatu analit yaitu nitrat dan amonium yang masih dapat ditentukan atau dideteksi, semakin kecil konsentrasi nitrat dan amonium yang dapat dideteksi maka kinerja dari elektroda selektif ion baik untuk nitrat maupun amonium dengan metode potensiometri ini semakin baik. Limit deteksi ditentukan dengan cara pengukuran blanko sebanyak 15 kali. Berdasarkan sinyal blanko yang diukur dapat dicari standart deviasinya sehingga YLOD dapat diketahui kemudian disubstitusikan ke persamaan kurva kalibrasi dan didapatkan konsentrasi dari limit deteksi elektroda tersebut. Limit deteksi pada elektroda selektif ion secara potensiometri diperoleh dari hasil perhitungan sebesar 0.73 ppm untuk nitrat, sedangkan limit deteksi yang diperoleh dari amonium sebesar 0.14 ppm. Hal ini berarti batas konsentrasi yang dapat dideteksi oleh elektroda selektif ion untuk nitrat sebesar 0.73 ppm dan batas konsentrasi yang dapat dideteksi oleh elektroda selektif ion untuk amonium sebesar 0.14 ppm. Sehingga apabila konsentrasi analit lebih rendah dari batas tersebut maka elektroda selektif ion baik untuk nitrat maupun amonium tidak dapat menghasilkan respon yang signifikan.

45

4.3.4 Reprodusibilitas Reprodusibilitas merupakan suatu kemampuan elektroda dalam memberikan output yang sama ketika diberikan input yang tetap. Reprodusibilitas dapat dinyatakan sebagai koefisien variasi (Kv) yang menunjukkan tingkat kesalahan pengukuran akibat pengulangan. Reprodusibilitas elektroda dalam mendeteksi sampel dikatakan baik apabila nilai Kv (koefisien variasi) kurang dari 5%. Dimana dalam setiap 100 kali pengukuran terdapat kesalahan pengukuran kurang sari 5 kali. Tabel 4.2 Nilai Kv nitrat dan amonium Unsur

Nitrat

Amonium

Konsentrasi 0.01 0.1 1 10 20 30 40 50 60

SD 0.58 0.58 0.58 0.58 0.58 0.00 0.00 0.58 0.58

Kv (%) 0.14 0.14 0.14 0.15 0.16 0.00 0.00 0.17 0.18

0.01 0.05 0.1 0.5 1 5 10 50

0.58 0.58 1.00 1.73 0.58 1.00 1.53 0.00

0.24 0.24 0.41 0.68 0.22 0.33 0.49 0.00

Hasil penelitian menunjukkan bahwa nilai koefisien variasi (Kv) terendah pada nitrat dari pengukuran kalibrasi ini adalah 0% pada konsentrasi 30 ppm dan 40 ppm, sedangkan Kv tertinggi sebesar 0.18% pada konsentrasi 60 ppm. Nilai Kv terendah pada amonium dari pengukuran kurva kalibrasi ini adalah 0% pada konsentrasi 50 ppm, sedangkan Kv tertinggi sebesar 0.68%. Hal ini menunjukkan respon elektroda nitrat maupun amonium cukup baik karena setiap kali melakukan

46

pengulangan, kesalahan yang dihasilkan kurang dari 5%. Berdasarkan data penelitian dapat disimpulkan bahwa potensial yang dihasilkan bersifat reprodusibel terhadap variasi konsentrasi.

4.4 Penentuan Kadar Air Penentuan kadar air digunakan untuk mengetahui kadar air pada masingmasing sampel tanah, karena setiap jenis tanah memiliki kadar air yang berbeda-beda sehingga dibutuhkan penetapan kadar air pada masing-masing tanah agar mendapatkan hasil yang lebih akurat. Perbedaan kandungan air pada setiap jenis tanah maka dibutuhkan perhitungan kadar air sebagai faktor koreksi. Sebelum pengukuran nitrat dan amonium penentuan kadar air tanah dilakukan dengan menggunakan metode gravimetri tidak langsung. Bobot air dihitung berdasarkan pada kehilangan bobot setelah penguapan pada suhu 105oC (Harjadi, 1993). Suhu 105oC digunakan untuk menghilangkan air pada tanah yang terikat secara fisik. Penentuan kadar air sangat penting dalam menentukan kadar nitrat dan amonium dalam tanah. Kadar air dapat mempengaruhi penetapan kandungan unsur hara yang terdapat pada tanah tersebut, oleh karena itu pada proses analisis dilakukan pengukuran kadar air dari setiap kondisi tanah yang berbeda. Berdasarkan analisis yang dilakukan kadar air yang dihasilkan berkisar 13-35% (Lampiran 68). Faktor koreksi akan dimasukkan dalam rumus perhitungan untuk menetapkan kadar unsur hara pada tanah agar didapatkan konsentrasi unsur hara nitrat dan amonium pada tanah yang dilambangkan dengan Fk. Kadar air sebagai faktor koreksi akan disubstitusikan pada perhitungan kadar nitrat dan amonium sehingga didapatkan konsentrasi kering baik untuk nitrat maupun amonium.

4.5 Perbandingan Antara Hasil Analisis Dengan Menggunakan Metode Potensiometri dan Spektrometri Perbandingan metode ini dilakukan untuk mengetahui apakah metode potensiometri ini dapat digunakan untuk mengukur kandungan unsur hara dalam

47

tanah khususnya nitrat dan amonium sebagaimana dengan metode spektrofotometri yang sering digunakan dalam menentukan unsur hara nitrat dan amonium. Ekstraktan yang digunakan adalah ekstraktan optimum pada metode potensiometri yaitu CaCl2 dengan waktu pengadukan yang efektif yaitu 5 menit. Namun ekstraktan air digunakan juga untuk mengetahui responnya. Analisis unsur hara nitrat atau ammonium dilakukan pada hari yang sama dengan sampel yang sama sehingga sampel yang digunkan baik untuk metode potensiometri dengan spektrofotometri merupakan sampel dengan kondisi yang sama. Hal ini dilakukan karena agar mendapatkan hasil yang maksimal sehingga dapat dibandingkan. Pengukuran

nitrat

secara

spektrofotometri

dilakukan

menggunakan

spektrofometer-UV pada panjang gelombang 220 nm dan 275 nm sebagai faktor pengoreksi. Reagen yang digunakan adalah HCl 1 M. Penambahan sejumlah larutan asam klorida ke dalam larutan yang mengandung ion nitrat akan menyebabkan perubahan pada spektrum absorban nitrat. Sedangkan untuk amonium diukur menggunakan spektrofotometer-Vis pada panjang gelombang 640 nm dengan larutan yang berwarna biru. Reagen pengompleks yang digunakan adalah fenol alkali, hipoklorit dan natrium nitro prusida. Fenol alkali dan hipoklorit bereaksi dengan amonia membentuk biru indo fenol yang merupakan kandungan konsentrasi amonia. Warna biru terbentuk secara cepat dengan penambahan larutan natrium nitro prusida (SNI 01-3554-2006). Perlu diketahui ekstraktan yang memberikan respon bagus di potensiometri belum tentu menghasilkan respon yang bagus di spektrofotometri, hal ini bisa terjadi karena pada pengukuran unsur nitrat dan amonium dengan metode spektrofotometri tidak dilakukan optimasi melainkan ekstraktan dan perlakuan yang diberikan yaitu hasil optimasi pada potensiometri. Pada Tabel 4.8 berikut disajikan perbedaan yang tinggi antara kadar nitrat yang diukur dengan spektrofotometri dan potensiometri. Kandungan nitrat dan amonium pada metode potensiometri lebih tinggi dibandingkan kandungan nitrat dan amonium pada metode spektrofotometri. Hal ini menunjukkan metode potensiometri lebih unggul dalam pengukuran nitrat dan

48

amonium pada tanah dengan menggunakan ekstraktan CaCl2 dibandingkan dengan spekrofotometri. Tabel 4.3 Perbandingan konsentrasi nitrat Jenis Ekstraktan

CaCl2

Air

Jenis Tanah

[ppm] dari Metode Pengukuran ISE

Spektro

Tanah A

36.94

3.94

Tanah B

32.26

2.29

Tanah C

37.73

7.67

Tanah A

11.79

-96.16

Tanah B

9.07

-161.17

Tanah C

9.78

-91.52

Pada ekstraktan air untuk nitrat yang diukur secara spektrofotometri nilai konsentrasi yang didapat yaitu negatif. Hal ini menunjukkan bahwa ekstraktan jenis air tidak dapat digunakan dalam metode spektrofotometri karena dalam pengukuran nitrat secara spektrofotometri UV larutan yang digunakan tidak berwarna sedangkan sampel yang diekstrak menggunakan air berwarna coklat kekuningan. Sehingga dilakukan pengenceran yang terlalu banyak yaitu 200 kali pengenceran untuk mendapatkan larutan tidak berwarna. Hal ini akan mempengaruhi pengukuran nitrat, dengan kata lain kemungkinan nilai absorban yang terbaca belum tentu absorban dari nitrat. Bisa dilihat pada (Lampiran hal 70) panjang gelombang 275 yaitu panjang gelombang yang digunakan sebagai faktor pengoreksi memunculkan nilai absorban yang cukup tingggi. Diasumsikan air dapat mengionkan kandungan logam-logam lainnya yang ada ditanah sedangkan CaCl2 tidak sehingga nilai absorban yang dihasilkan lebih baik. Tanah banyak sekali mengandung unsur logam seperti Ca, Mg, K dan Na dimana logam-logam ini akan ikut mengion juga sehingga nilai absorban yang didapat pada panjang gelombang pengoreksi sangat besar. Mengingat kandungan logam Ca ditanah juga tinggi. Banyaknya gangguan yang ada pada penentuan nitrat dengan ekstraktan jenis air sangat tidak cocok jika ekstraktan jenis

49

air ini digunakan untuk pengukuran nitrat dengan metode spektrofotometri. Selain itu mengacu pada skripsi Egih, N dan Harry, N untuk pegukuran nitrat secara spektrofotometri juga menggunakan CaCl2 bukan air, oleh karena itu disarankan ekstraktan jenis air tidak digunakan untuk analisis nitrat secara spektrofotometri. Beda halnya dengan potensiometri dimana kekeruhan atau warna tidak akan mengganggu pengukuran. Pada Tabel 4.7 terlihat bahwa konsentrasi nitrat pada tanah A, tanah B dan tanah C bernilai negatif. Hal ini menunjukkan bahwa ekstraktan jenis air tidak dapat digunakan untuk mengukur kandungan nitrat dengan metode spektrofotometri, sedangkan ekstraktan CaCl2 yang digunakan masih memiliki kecenderungan nilai yang sama walaupun berbeda nominalnya. Berdasarkan konsentrasi yang dihasilkan oleh kedua metode tersebut menunjukkan bahwa metode potensiometri secara ISE dengan metode spektrofotometri berbeda. Hal ini bisa

[NO3-] Berdasarkan Metode Potensiometri

dilihat pada Gambar 4.7 berikut :

38.00 37.00

y = 0.869x + 31.61 R² = 0.638

36.00 35.00 34.00 33.00 32.00 31.00 30.00 2.00

3.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

9.00

[NO3-] Berdasarkan Metode Spektrofotometri

Gambar 4.8a Hasil perbandingan kedua metode menggunakan ekstraktan CaCl2

50

[NO3-] Berdasarkan Metode Potensiometri

12.00

11.00

y = 0.016x + 12.18 R² = 0.310

10.00

9.00

8.00 -200.00 -150.00 -100.00 -50.00 0.00 50.00 [NO3-] Berdasarkan Metode Spektrofotometri

Gambar 4.8b Hasil perbandingan kedua metode menggunakan ekstraktan Air

Gambar 4.8a dan 4.8b menunjukkan bahwa kedua metode tersebut korelasinya tidak bagus. Terlihat dari masing-masing nilai untuk tanah A, tanah B dan tanah C memiliki respon yang berbeda sehingga tidak membentuk garis dengan korelasi yang bagus. Gambar 4.7b nilai korelasi yang dihasilkan yaitu 0.3108. Hal ini menunjukkan bahwa mengekstrak sampel menggunakan air lebih jelek dibandingkan menggunakan CaCl2. Ekstraktan jenis air memang tidak dapat digunakan untuk penentuan unsur nitrat dengan metode spektrofotometri, dan untuk kedua metode tersebut dalam menentukan unsur hara nitrat tidak dapat disamakan karena kedua metode tersebut benar-benar berbeda secara signifikan. Penentuan amonium dengan menggunakan kedua metode memiliki trend yang berbeda dengan nitrat. Amonium jenis ekstraktan air masih dapat dipakai walaupun dengan beberapa kali pengenceran, namun hasil yang didapat masih bagus dalam artian tidak memberikan nilai negatif dan memiliki trend dan nilai konsentrasi yang hapir sama dengan metode potensiometri secara ISE, dimana bila nilai yang dihasilkan pada spektrofotometri naik maka nilai pada potensiometri ISE juga ikut naik sehingga kurva yang dibuat memiliki garis korelasi yang bagus. Bisa dilihat pada Tabel 4.4 berikut:

51

Tabel 4.4 Perbandingan konsentrasi ammonium Jenis Ekstraktan

CaCl2

Air

Jenis Tanah

[ppm] dari Metode Pengukuran ISE

Spektro

Tanah A

2.61

0.97

Tanah B

4.29

0.93

Tanah C

6.05

1.92

Tanah A

2.31

5.00

Tanah B

2.54

4.15

Tanah C

5.28

19.00

Pada Tabel 4.4 terlihat bahwa ekstraktan jenis air pada spektrofotometri bernilai lebih tinggi daripada potensiometri. Esktraktan CaCl2 juga sama dengan nitrat yaitu korelasi yang didapat belum bagus, dimana apabila nilai pada metode spektrofotometri tinggi belum tentu akan tinggi pula pada metode potensiomerei. Bisa dilihat pada gambar 4.8a, dimana terlihat banyak titik titik yang satu sama lain berjauhan. Hal ini dikarenakan ekstraktan CaCl2 tidak optimum digunakan untuk penentuan kadar amonium pada tanah secara spektrofotometri, sehingga melihat kurva

perbandingan

tersebut

bisa

dikatakan

metode

potensiometri

spektrofotometri dengan pengekstrak CaCl2 berbeda.

[NH4+] Berdasarkan Metode Potensiometri

7.00 6.00

y = 2.626x + 0.963 R² = 0.724

5.00 4.00 3.00 2.00 0.50

1.00 1.50 2.00 [NH4+] Berdasarkan Metode Spektrofotometri

dan

52

Gambar 4.9a Hasil perbandingan kedua metode menggunakan ekstraktan CaCl2

[NH4+] Berdasarkan Metode Potensiometri

6.00 y = 0.197x + 1.526 R² = 0.982

5.00

4.00

3.00

2.00 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 [NH4+] Berdasarkan Metode Spektrofotometri

Gambar 4.9b Hasil perbandingan kedua metode menggunakan ekstraktan Air Nilai pada ekstraktan jenis air di spektrofotometri khususnya tanah C sangat tinggi dibandingkan dengan potensiometri, namun trend yang dihasilkan masih hampir sama dimana terlihat pada gambar 4.8b titik titik yang dihasilkan tidak jauh berbeda satu dengan yang lainnya sehingga nilai korelasi yang didapat lebih tinggi daripada dengan ekstraktan CaCl2. Melihat kurva yang disajikan pada gambar 4.8b memiliki hasil yang bagus

maka dapat dikatakan metode spektrofotometri dengan menggunakan ekstraktan CaCl2 tidak berbeda dengan metode potensiometri. Namun pernyataan-pernyataan kedua metode tersebut berbeda ataupun tidak maka dilakukannya uji statistik untuk memastikan kesimpulan yang dapat diambil. Uji statistik yang digunakan untuk menyimpulkan kedua metode tersebut berbeda atau tidak adalah uji t-test. Jika nilai t-eksperimen lebih kecil dibandingkan dengan nilai t-tabel, maka secara statistik kedua metode tersebut tidak mempunyai perbedaan signifikan pada selang kepercayaan 95 % (α = 0,05) (Sudjana, 1996). Namun jika t-eksperimen lebih besar dibandingkan dengan nilai t-tabel, maka secara

53

statistik kedua metode tersebut mempunyai perbedaan signifikan. Berikut Tabel 4.5 statistik uji t-test : Tabel 4.5 Nilai uji statistik t-test Unsur

Nitrat

Amonium

Sampel Tanah A Tanah B Tanah C Tanah A Tanah B Tanah C

t-eksperimen CaCl2 Air 54.82 14.77 36.04 33.77 41.23 13.60 26.61 -79.33 45.06 -12.05 17.54 -106.87

t-tabel

2.78

Pada Tabel 4.5 tersebut jelas terlihat nilai t-eksperimen lebih besar daripada ttabel sehingga kedua metode tersebut bisa dikatakan berbeda signifikan. Namun untuk amonium dengan ekstraktan air memiliki nilai t-eksperimen yang jauh lebih kecil dibandingkan dengan nilai t-tabel sehingga untuk penentuan kadar amonium pada tanah dengan menggunakan ekstraktan jenis air pada kedua metode bisa dikatakan tidak memiliki perbedaan signifikan. Namun secara garis besar metode potensiometri dianggap berbeda signifikan dengan metode spektrofotometri.

BAB 5. PENUTUP

5.1 Kesimpulan 1. Ekstraktan optimum untuk pengukuran nitrat (NO3-) dan amonium (NH4+) secara potensiometri adalah CaCl2, karena ekstraktan tersebut memberikan nilai beda potensial tertinggi dan ekstraktan ini juga dapat digunakan untuk mengekstrak K, Na dan fosfat. Sedangkan air juga merupakan ekstraktan yang paling mudah untuk didapatkan dibandingkan dengan keempat ekstraktan yang lainnya sehingga air juga digunakan. 2. Waktu optimum untuk nitrat (NO3-) dan amonium (NH4+) untuk pengukuran nitrat (NO3-) dan amonium (NH4+) secara potensiometri adalah 5 menit, dikarenakan sudah dianggap mewaliki nilai beda potensial yang diharapkan. Selain itu perbedaan beda potensial antara waktu satu dengan waktu yang lainnya dapat dikatakan tidak beda secara signifikan baik yang menggunakan ekstraktan CaCl2 ataupun air dan pemilihan waktu ini juga berdasarkan pada efisisensi waktu. 3. Perbandingan metode potensiometri dan spektrometri untuk analisis nitrat (NO3-) dan amonium (NH4+) dapat dikatakan berbeda signifikan karena ekstraktan yang digunakan optimum pada potensiometri namun tidak optimum pada spektrofotometri. Sedangkan untuk analisis unsur amonium menggunakan ekstraktan jenis air dimana kedua metode ini dapat dikatakan tidak berbeda signifikan karena nilai t-eksperimen jauh lebih kecil dari t-tabel.

5.2 Saran Perlu dilakukan optimasi jenis ekstraktan terhadap analisis unsur hara khususnya nitrat dan amonium untuk penentuan kadar dengan menggunakan metode spektrofotometri.

55

DAFTAR PUSTAKA

Agustiani W, 2007. Modifikasi Membran Elektrode Selektif Ion Nitrat Tipe Kawat Platina Terlapis Dengan Polietilena Glikol Sebagai Porogen [skripsi]. Bogor : Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas IPB. Ajud Sulaiman. 2002. Identifikasi Kurva Karakteristik Air Tanah dan Beberapa Sifat Fisik Tanah Pada Lahan Kebun Kec.Jubung-UNEJ [skripsi]. Jember: Fak. Pertanian Universitas Jember Caulcutt, R. 1995. Statistic for Analytical Chemist. London : Chapman and Hall. Christian, Gary D. 1994. Analytical Chemistry. USE: Hamilton Printing Company Egih N, 2009. Mineralisasi Nitrogen Pada Empat Kedalaman Tanah Andisol Yang Dikelola Secara Organik Dan Konvensional Di Ciwidey Cisarua [skripsi]. Bogor : Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas IPB. Griffin, G, W. Jokela and D. Ross. 1995. Recommended Soil Nitrate-N Tests. P.2229. In Sims, T. and A. Wolf (eds.) Recommended soil testing procedures for the Northeastern United States. U. Delaware Agric. Exp. Stn. Bull. 493. Harborne, J.B. 1987. Metode Fitokimia, Penerbit ITB: Bandung. Harjadi W. 1993. Ilmu Kimia Analitik Dasar. Jakarta : Gramedia Pustaka Utama Harry N, 2008. Laju Mineralisasi N-NH4+ dan N-NO3- Tanah Andisol Pada Pertanian Organik dan Konvensional Yang Ditanami Kentang [skripsi]. Bogor : Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas IPB. Henry, D.Foth. 1998. Dasar-Dasar Ilmu Tanah. Yogyakarta : Gadjah Mada University Press. Jackson, A.R. & Jackson, J.M. 1996. Enviromental Science. England : Longman Group Limited Kanisius. 1993. Dasar-dasar Bercocok Tanam. Yogyakarta : Penerbit Kanisius Kateman, G. 1993. Quality Control in Analytical Chemistry. New York : J. Willey and Sons, Inc.

56

Khopkar, S. M. 1990. Konsep Dasar Kimia Analitik. Jakarta: Universitas Indonesia Jianhan Lin, Maohua Wang, Miao Zhang, Yane Zhang and Li Chen. 2008. Electrochemical Sensors For Soil Nutrient Detection : Opportunity and Challenge. IFIP Advances in Information and Communication Technology, 2008, Volume 259/2008, 1349-1353. Miller, J.C., & Miller, J.N. 1991. Statistika untuk Kimia Analitik edisi kedua. Bandung: Institut Teknologi Bandung. Mitchell,C. 2000. Soil Testing Issues For The Southeastern U.S. Clemson : Clemson University Mulja, M. dan Suharman. 1995. Analisis Instrumental. Surabaya: Airlangga University Press Nico 2000. Tanpa Tahun. Technical Spesification For Nitrate, Nitrite, Ammonium Ion Selective Electrode (ELIT 8021). http:www.nico2000.com [19 Maret 2012] Perry, R. H. 1997. Perry’s Chemical Engineering Handbook. Seventh Edition. New York: Mc Graw Hill Company. Purwadi, E. 2011. Pengujian Ketahanan Benih Terhadap Cekaman Lingkungan. http://www.masbied.com/2011/05/23/. [19 Maret 2012] Rao, S. 1994. Mikroba Tanah dan Pertumbuhan Tanaman. Jakarta : Universitas Indonesia Press. Reza M, et al.,2010. Nanocomposite Based Carbon Paste Electrode for Selective Analysis of Copper. Int. J. Electrochem. Sci., 6 (2011) 52 – 62. January 2011. Siswoyo dan Asnawati. 2007. Analisis Spektrometri. Jember : Laboratorium Kimia Analitik Jurusan Kimia Universitas Jember Sudarmadji, S., Haryono, B., Suhardi. 1989. Analisa Bahan Makanan dan Pertanian. Liberty : Yogyakarta Sudjana. 1996. Metode Statistika. Bandung: Tarsito Sumar Hendayana, dkk. 1994. Kimia Analitik Instrumen. Edisi Kesatu. IKIP Semarang. Semarang

57

Sutejo, 2002. Pupuk dan Cara Pemupukan. Rineka Cipta. Jakarta. Svehla, G., 1985, Buku Teks Analisis Anorganik Kualitatif Makro dan Semimikro. Jakarta: PT Kalman Media Pustaka. Tan KH. 1991. Dasar-dasar Kimia Tanah. Gumadi DH, penerjemah. Yogyakarta: Gajah Mada University Pr. Trisno, N. C. 2006. Penentuan Kadar Nitrat (NO3-), Fosfat (PO4-) dan Kalium (K+) Pada Perairan Buangan Air Limbah Pabrik Gula Jatiroto [skripsi]. Jember : Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Underwood, A. L. dan Day, R. A. 1999. Analisis Kimia Kuantitatif. Jakarta : Erlangga Watoni, A dan Buchari. Studi Aplikasi Metode Potensiometri Pada Penentuan Kandungan Karbon Organik Total Tanah. JMS Vol. 5 No. 1, 23 - 40. Juni 2005 Winarso, S. 2005. Kesuburan Tanah. Dasar Kesehatan dan Kualitas Tanah. Yogyakarta : Gava Media

58

LAMPIRAN A. PROSEDUR PREPARASI BAHAN

1.

Larutan Standart ISE Nitrat 1000 ppm NaNO3 → Na+ + NO3Mr NaNO3 = 85 g/mol 1000 ppm (NO ) =

Ar (NO ) x [NaNO ] Mr NaNO

1000 ppm (NO ) =

62.01 x [NaNO ] 82

1000 ppm (NO ) = 729.53 x [NaNO ] [NaNO ] =

1000 729.53

[NaNO ] = 1.37 gram

Sebanyak 1.37 gram dilarutkan dalam labu ukur 1000 mL dengan aquademin sampat tanda batas

2.

Larutan Standart Amonium 1000 ppm NH4Cl → NH4+ + ClMr NH4Cl = g/mol 1000 ppm (NH ) =

Ar (NH ) x [NH Cl] Mr NH Cl

1000 ppm (NH ) =

18.01 x [NH Cl] 53.46

1000 ppm (NH ) = 336.89 x [NH Cl] [NH Cl] =

1000 336.89

[NH Cl] = 2.97

59

Sebanyak 2.97 gram dilarutkan dalam labu ukur 1000 mL dengan aquademin sampat tanda batas

3.

Larutan Standart Spektro Nitrat 1000 ppm KNO3 → K+ + NO3Mr KNO3 = g/mol 1000 ppm (NO ) =

Ar (NO ) x [KNO ] Mr KNO

1000 ppm (NO ) =

62.01 x [KNO ] 101.11

1000 ppm (NO ) = 613.292 x [KNO ] [KNO ] =

1000 613.29

[KNO ] = 1.63

Sebanyak 1.63 gram dilarutkan dalam labu ukur 1000 mL dengan aquademin sampat tanda batas

4.

Larutan CuSO4 1 M Sebanyak 15.96 gram dilarutkan dalam labu ukur 100 mL dengan aquademin sampat tanda batas.

5.

Larutan (NH4)2SO4 2 M Sebanyak 26.43 gram dilarutkan dalam labu ukur 100 mL dengan aquademin sampat tanda batas.

6.

Larutan CaCl2 0.01 M Sebanyak 0.15 gram dilarutkan dalam labu ukur 100 mL dengan aquademin sampat tanda batas.

60

7.

Larutan KCl 2 M Sebanyak 14.90 gram dilarutkan dalam labu ukur 100 mL dengan aquademin sampat tanda batas.

8.

Larutan CaSO4 0.01 M Sebanyak 0.14 gram dilarutkan dalam labu ukur 100 mL dengan aquademin sampat tanda batas.

9.

Larutan HCl 1 M Sebanyak 10 mL HCl 37% dilarutkan dalam labu ukur 100 mL dengan aquademin sampai tanda batas.

10. Larutan Fenol Sebanyak 11.1 mL fenol cair (≥89%) diencerkan dengan etanol dalam labu ukur 100 mL hingga tanda batas. 11. Larutan Natrium Nitro Prusida 0.5 % Sebanyak 0.50 gram natrium nitroprusida dilarutkan dalam labu ukur 100 mL dengan aquademin sampat tanda batas. 12. Larutan Sitrat Alkali Sebanyak 20.00 gram tri natrium sitrat dan 1.00 gram natrium hidroksida dilarutkan dalam labu ukur 100 mL dengan aquademin sampat tanda batas. 13. Larutan Pengoksidasi Sebanyak 100 mL larutan sitrat alkali dicampurkan dengan 25 ml larutan natrium hipoklorit

61

LAMPIRAN

B.

RESPON

ELEKTRODA

TERHADAP

VARIASI

EKSTRAKTAN

1. Nitrat Variasi Ekstraktan

Beda Potensial (mV) Tanah A

Rata2

Tanah B

Rata2

Tanah C

Rata2

Air

396 385 388

390

441

439

433

438

383

385

384

384

CaCl2

373 376 376

375

379

382

382

381

383

382

381

382

CaSO4

384 378 379

380

427

424

413

421

387

381

380

383

KCl

295 295 294

295

292

292

290

291

293

296

293

294

Ekstraktan Optimum Nitrat 500 450

Beda Potensial (mV)

400 350 300

Air

250 CaCl2

200

CaSO4

150

KCl

100 50 0

Tanah A

Tanah B Sampel

Tanah C

62

2. Amonium Beda Potensial (mV)

Variasi Ekstrakta n Air CaCl2 CaSO4 KCl

Rata 2

Tanah A 25 5 26 7 25 7 45 6

25 8 26 7 25 6 45 3

25 5 26 8 25 6 45 7

256 267 256 455

Rata 2

Tanah B 25 7 25 9 25 4 45 8

25 6 25 7 25 2 45 7

25 6 26 0 25 4 45 8

256 259 253 458

Rata 2

Tanah C 26 0 27 3 26 3 45 7

26 1 27 4 26 7 45 6

26 2 27 2 26 5 45 7

261 273 265 457

Ekstraktan Optimum Amonium 450

Beda Potensial (mV)

400 350 300

Air CaCl2

250

CaSO4 200

KCl

150 100

Tanah A

Tanah B Sampel

Tanah C

63

LAMPIRAN C. RESPON ELEKTRODA TERHADAP VARIASI WAKTU PENGADUKAN

1.

Nitrat

Ekstraktan CaCl2 Variasi Waktu (menit) 45 35 25 15 5

1

2

3

RataRata

SD

347 346 340 335 343

339 341 340 342 343

341 347 348 335 341

342 345 343 337 342

4.16 3.21 4.62 4.04 1.15

Tanah B

45 35 25 15 5

388 388 393 391 389

387 389 393 391 390

389 389 392 391 389

388 389 393 391 389

1.00 0.58 0.58 0.00 0.58

Tanah C

45 35 25 15 5

368 372 375 373 370

369 373 374 374 371

368 373 373 373 370

368 373 374 373 370

0.58 0.58 1.00 0.58 0.58

Sampel

Tanah A

Beda Potensial

Beda Potensial (mV)

Ekstraktan CaCl2 400 380

45 menit

360

35 menit

340

25 menit

320

15 menit

300

Tanah A

Tanah B Sampel

Tanah C

5 menit

64

Ekstraktan Air Variasi Waktu (menit) 45 35 25 15 5

1

2

339 339 345 350 342

Tanah B

45 35 25 15 5

Tanah C

45 35 25 15 5

Sampel

Tanah A

Beda Potensial 3

RataRata

SD

340 340 346 351 343

339 340 346 351 343

339 340 346 351 343

0.58 0.58 0.58 0.58 0.58

370 368 370 371 371

371 370 368 370 371

371 368 369 370 372

371 369 369 370 371

0.58 1.15 1.00 0.58 0.58

384 386 384 391 390

386 387 385 392 390

386 389 386 392 391

385 387 385 392 390

1.15 1.53 1.00 0.58 0.58

Beda Potensial (mV)

Ekstraktan Air 400 390 380 370 360 350 340 330 320 310 300

45 menit 35 menit 25 menit 15 menit 5 menit Tanah A

Tanah B Sampel

Tanah C

65

2.

Amonium

Ekstraktan CaCl2 Sampel

Tanah A

Tanah B

Tanah C

Variasi Waktu (menit) 45 35 25 15 5

1

2

270 269 274 270 267

45 35 25 15 5

Beda Potensial 3

RataRata

SD

269 268 270 269 267

269 268 270 268 267

269 268 271 269 267

0.58 0.58 2.31 1.00 0.00

265 266 261 264 261

266 266 262 263 262

264 265 262 264 264

265 266 262 264 262

1.00 0.58 0.58 0.58 1.53

45

270

269

270

270

0.58

35

272

271

271

271

0.58

25

276

275

276

276

0.58

15

269

270

269

269

0.58

5

271

271

270

271

0.58

Ekstraktan CaCl2 Beda Potensial (mV)

280 275 270

45 menit

265

35 menit

260

25 menit

255

15 menit

250

5 menit Tanah A

Tanah B Sampel

Tanah C

66

Ekstraktan Air Variasi Waktu (menit) 45 35 25 15 5

1

2

255 258 260 260 255

Tanah B

45 35 25 15 5

Tanah C

45 35 25 15 5

Sampel

Tanah A

Beda Potensial 3

RataRata

SD

257 257 253 258 254

255 257 253 258 255

256 257 255 259 255

1.15 0.58 4.04 1.15 0.58

247 252 250 238 238

246 250 250 237 237

247 250 250 238 237

247 251 250 238 237

0.58 1.15 0.00 0.58 0.58

238 244 247 259 250

238 244 246 259 252

239 244 246 259 250

238 244 246 259 251

0.58 0.00 0.58 0.00 1.15

Ekstraktan Air Beda Potensial (mV)

280 270 260 250

45 menit

240

35 menit

230

25 menit

220

15 menit

210

5 menit Tanah A

Tanah B Sampel

Tanah C

67

LAMPIRAN D. PERHITUNGAN LIMIT DETEKSI

1. Nitrat Persamaan regresi linier y = -47.71x + 416 Sinyal blanko 411

413

414

417

415

416

416

415

417

417

417

419

418

418

418

YB

SB

416

2.15

YB

SB

212

3.81

Pengukuran YLOD = YB + 3SB = 416 + 3(2.15) = 423 Konsentrasi limit deteksi − c m 423 − 416 = −47.71

(X ) =

Y

= -0.14 Log [NO3-] = -0.14 Antilog [NO3-] = 0.73

2. Amonium Persamaan regresi linier y = 51.015x + 266.94 Sinyal blanko 225

215

212

210

211

210

210

209

210

212

212

212

212

213

212

68

Pengukuran YLOD = YB + 3SB = 212 + 3(3.81) = 224 Konsentrasi limit deteksi − c m 224 − 212 = 51.015 = -0.85

(X ) =

Y

Log [NH4+] = -0.85 Antilog [NH4+] = 0.14

69

LAMPIRAN E. PERHITUNGAN REPRODUSIBILITAS Metode potensiometri Konsentrasi (ppm) 0.01 0.1 1 10 Nitrat 20 30 40 50 60 0.01 0.05 0.1 0.5 Amonium 1 5 10 50 Unsur

Beda Potensial (mV) 1 2 3 414 415 415 414 413 413 412 413 412 374 375 374 357 357 358 347 347 347 339 339 339 333 332 333 326 327 327 237 238 238 240 239 240 244 242 243 256 253 253 266 265 265 304 303 302 316 314 313 356 356 356

Misal pengukuran koefisien variasi 0,01 ppm 1. Nitrat Kv = =

x ,

. 100% . 100% = 0,14 %

2. Amonium Kv = =

x ,

. 100% . 100% = 0,24

Rata-Rata

SD

Kv(%)

415 413 412 374 357 347 339 333 327 238 240 243 254 265 303 314 356

0.58 0.58 0.58 0.58 0.58 0 0 0.58 0.58 0.58 0.58 1 1.73 0.58 1 1.53 0

0.14 0.14 0.14 0.15 0.16 0 0 0.17 0.18 0.24 0.24 0.41 0.68 0.22 0.33 0.49 0

70

LAMPIRAN F. PERHITUNGAN KADAR AIR

Unsur

Sampel Tanah A Nitrat Tanah B Tanah C Tanah A Amonium Tanah B Tanah C

a 61.00 50.60 54.80 61.00 50.60 54.80

b 66.00 55.60 59.80 66.00 55.60 59.80

c 65.10 55.00 58.50 64.80 54.80 58.60

b-c 0.90 0.60 1.30 1.20 0.80 1.20

c-a 4.10 4.40 3.70 3.80 4.20 3.80

KA (%) 21.95 13.64 35.14 31.58 19.05 31.58

Contoh Penentuan Kadar Air Tanah A Nitrat Kadar Air (KA) = Kadar Air (KA) =

x 100 % . .

100 % = 21.95 %

Faktor Koreksi (fk) = Faktor Koreksi (fk) =

.

= 1.22

Contoh Penentuan Kadar Nitrat Tanah [NO3-] (mg/kg) = [NO3-] kurva x fk x Volume ekstrak x fp Bobot Tanah = 0.284 mg/L x 1.22 x 100 mL x 5 x 1 L 40.00 g

1000 mL

x 1000 g 1 kg

= 4.33

Contoh Penentuan Kadar Amonium Tanah [NH4+] (mg/kg) = [NH4+] kurva x fk x Volume ekstrak x fp Bobot Tanah = 0.148 mg/L x 1.32 x 100 mL x 2 x 1 L 40.00 g = 0.97

1000 mL

x 1000 g 1 kg

FK 1.22 1.14 1.35 1.32 1.19 1.32

71

LAMPIRAN G. PERHITUNGAN NILAI X NITRAT DAN AMONIUM

1. Nitrat Dengan Metode Spektrofotometri y = 0.0652x + 0.0315 Contoh perhitungan Tanah A dengan ekstraktan CaCl2 dimana y = abosorban x = (0.05 – 0.0315) / 0.0652 = 0.284

2. Nitrat Dengan Metode Potensiometri y = -47.716x + 416 Contoh perhitungan Tanah A dengan ekstraktan CaCl2 dimana y = nilai beda potensial x = (366 – 416) / -47.716 = 0.284

3. Amonium Dengan Metode Spektrofotometri y = 0.7654x + 0.2057 Contoh perhitungan Tanah A dengan ekstraktan CaCl2 dimana y = abosorban x = (0.318 – 0.2057) / 0.7654 = 0.1467

4. Amonium Dengan Metode Potensiometri y = 51.015x + 266.94 Contoh perhitungan Tanah A dengan ekstraktan CaCl2 dimana y = nilai beda potensial x = (262 – 266.94) / 51.015 = -0.097

LAMPIRAN H. DATA KONSENTRASI NITRAT dan AMONIUM 1. Nitrat secara spektrofotometri λ

Ekstraktan

CaCl2

220

Air

275

CaCl2

A

A pengurangan

x

PPm

Rerata

SD

0.067

0.067

0.064

0.050

0.050

0.047

0.284

0.284

0.238

4.33

4.33

3.63

4.09

0.41

0.067

0.067

0.067

0.049

0.049

0.049

0.268

0.268

0.268

4.09

4.09

4.09

4.09

0.00

0.066

0.067

0.068

0.046

0.048

0.047

0.222

0.253

0.238

3.39

3.86

3.63

3.63

0.23

0.073

0.072

0.074

0.040

0.039

0.044

0.130

0.115

0.192

1.85

1.63

2.72

2.07

0.58

0.073

0.073

0.073

0.042

0.041

0.043

0.161

0.146

0.176

2.29

2.07

2.50

2.29

0.22

0.074

0.074

0.074

0.043

0.043

0.043

0.176

0.176

0.176

2.50

2.50

2.50

2.50

0.00

0.083

0.084

0.085

0.057

0.057

0.060

0.391

0.391

0.437

6.60

6.60

7.38

6.86

0.45

0.088

0.088

0.089

0.061

0.061

0.062

0.452

0.452

0.468

7.64

7.64

7.90

7.73

0.15

0.089

0.089

0.089

0.063

0.066

0.063

0.483

0.529

0.483

8.16

8.94

8.16

8.42

0.45

0.065

0.062

0.065

0.019

0.017

0.023

-0.192

-0.222

-0.130

-116.95

-135.66

-79.52

-110.71

28.58

0.065

0.064

0.063

0.023

0.021

0.022

-0.130

-0.161

-0.146

-79.52

-98.24

-88.88

-88.88

9.36

0.065

0.065

0.065

0.022

0.022

0.022

-0.146

-0.146

-0.146

-88.88

-88.88

-88.88

-88.88

0.00

0.053

0.052

0.054

0.013

0.012

0.014

-0.284

-0.299

-0.268

-161.17

-169.88

-152.45

-161.17

8.71

0.057

0.057

0.057

0.017

0.016

0.015

-0.222

-0.238

-0.253

-126.32

-135.03

-143.74

-135.03

8.71

0.049

0.05

0.051

0.009

0.010

0.011

-0.345

-0.330

-0.314

-196.01

-187.30

-178.59

-187.30

8.71

0.068

0.068

0.068

0.018

0.021

0.018

-0.207

-0.161

-0.207

-139.87

-108.78

-139.87

-129.51

17.94

0.073

0.072

0.074

0.025

0.024

0.026

-0.100

-0.115

-0.084

-67.34

-77.70

-56.98

-67.34

10.36

0.07

0.07

0.07

0.025

0.024

0.023

-0.100

-0.115

-0.130

-67.34

-77.70

-88.06

-77.70

10.36

0.017

0.017

0.017

0.018

0.018

0.018

0.02

0.019

0.021

0.033

0.033

0.03

72

Air

0.031

0.032

0.03

0.031

0.031

0.031

0.026

0.027

0.025

0.027

0.027

0.027

0.026

0.023

0.026

0.046

0.045

0.042

0.042

0.043

0.041

0.043

0.043

0.043

0.04

0.04

0.04

0.04

0.041

0.042

0.04

0.04

0.04

0.05

0.047

0.05

0.048

0.048

0.048

0.045

0.046

0.047

Keterangan : Tanah A Tanah B Tanah C

2. Nitrat secara Potensiometri Ekstraktan

Sampel

Tanah A

CaCl2

Tanah B

Tanah C

Beda Potensial (mV) 366 366 363

1.11

Konsentrasi basah (ppm) 11.17 11.17 12.90

Konsentarsi kering (ppm) 34.05 34.05 39.36

1.05

1.05

364

364

364

1.09

1.09

1.09

12.30

12.30

12.30

37.50

37.50

364

364

364

1.09

1.09

1.09

12.30

12.30

12.30

37.50

365

365

365

366

365

1.07

1.07

1.07

11.72

11.72

11.72

367

1.07

1.05

1.03

11.72

11.17

10.64

367

364

367

1.03

1.09

1.03

10.64

12.30

366

367

365

1.05

1.03

1.07

11.17

366

366

366

1.05

1.05

1.05

11.17

x

Rerata

SD

35.82

3.06

37.50

37.50

0.00

37.50

37.50

37.50

0.00

33.28

33.28

33.28

33.28

0.00

33.28

31.71

30.22

31.73

1.53

10.64

30.22

34.92

30.22

31.78

2.72

10.64

11.72

37.71

35.93

39.57

37.74

1.82

11.17

11.17

37.71

37.71

37.71

37.71

0.00

73

Tanah A

Air

Tanah B

Tanah C

366

365

367

1.05

1.07

1.03

11.17

11.72

10.64

37.71

39.57

35.93

37.74

1.82

389

388

387

0.57

0.59

0.61

3.68

3.86

4.05

11.22

11.78

12.36

11.79

0.57

388

388

388

0.59

0.59

0.59

3.86

3.86

3.86

11.78

11.78

11.78

11.78

0.00

386

389

389

0.63

0.57

0.57

4.25

3.68

3.68

12.97

11.22

11.22

11.81

1.01

391

392

393

0.52

0.50

0.48

3.34

3.18

3.03

9.49

9.04

8.62

9.05

0.44

392

392

392

0.50

0.50

0.50

3.18

3.18

3.18

9.04

9.04

9.04

9.04

0.00

392

389

395

0.50

0.57

0.44

3.18

3.68

2.75

9.04

10.45

7.82

9.11

1.31

394

396

392

0.46

0.42

0.50

2.89

2.63

3.18

9.76

8.87

10.75

9.79

0.94

395

393

394

0.44

0.48

0.46

2.75

3.03

2.89

9.30

10.25

9.76

9.77

0.47

394

394

394

0.46

0.46

0.46

2.89

2.89

2.89

9.76

9.76

9.76

9.76

0.00

3. Amonium secara Spektrofotometri Ekstraktan

Sampel Tanah A

CaCl2

Tanah B

Tanah C

Air

Tanah A

A

x

Konsentrasi (ppm)

Rerata

SD

0.318

0.318

0.318

0.15

0.15

0.15

0.97

0.97

0.97

0.97

0.00

0.319

0.318

0.32

0.15

0.15

0.15

0.98

0.97

0.99

0.98

0.01

0.32

0.32

0.317

0.15

0.15

0.15

0.99

0.99

0.96

0.98

0.01

0.322

0.322

0.322

0.15

0.15

0.15

0.90

0.90

0.90

0.90

0.00

0.326

0.326

0.326

0.16

0.16

0.16

0.94

0.94

0.94

0.94

0.00

0.328

0.328

0.328

0.16

0.16

0.16

0.95

0.95

0.95

0.95

0.00

0.43

0.43

0.424

0.29

0.29

0.29

1.93

1.93

1.88

1.92

0.03

0.428

0.429

0.427

0.29

0.29

0.29

1.92

1.93

1.91

1.92

0.01

0.429

0.43

0.431

0.29

0.29

0.29

1.93

1.93

1.94

1.93

0.01

0.784

0.783

0.785

0.76

0.75

0.76

4.99

4.98

5.00

4.99

0.01

0.787

0.787

0.787

0.76

0.76

0.76

5.01

5.01

5.01

5.01

0.00

0.787

0.787

0.787

0.76

0.76

0.76

5.01

5.01

5.01

5.01

0.00

74

Tanah B

Tanah C

0.423

0.423

0.423

0.28

0.28

0.28

4.22

4.22

4.22

4.22

0.00

0.423

0.423

0.423

0.28

0.28

0.28

4.22

4.22

4.22

4.22

0.00

0.423

0.423

0.39

0.28

0.28

0.24

4.22

4.22

3.58

4.01

0.37

0.644

0.645

0.646

0.57

0.57

0.58

18.90

18.94

18.98

18.94

0.04

0.647

0.647

0.647

0.58

0.58

0.58

19.03

19.03

19.03

19.03

0.00

0.648

0.647

0.646

0.58

0.58

0.58

19.07

19.03

18.98

19.03

0.04

4. Amonium secara Potensiometri Ekstraktan

Sampel Tanah A

CaCl2

Tanah B

Tanah C

Tanah A

Air

Tanah B

Tanah C

mV 262 261 262 276 275 275 281 280 280 260 259 259 266 262 263 277 276 277

263 261 262 275 275 274 281 283 279 260 259 259 266 265 263 278 276 277

x 264 261 259 277 275 273 278 280 281 257 259 259 260 262 263 279 279 277

-0.10 -0.12 -0.10 0.18 0.16 0.16 0.28 0.26 0.26 -0.14 -0.16 -0.16 -0.02 -0.10 -0.08 0.20 0.18 0.20

-0.08 -0.12 -0.10 0.16 0.16 0.14 0.28 0.31 0.24 -0.14 -0.16 -0.16 -0.02 -0.04 -0.08 0.22 0.18 0.20

-0.06 -0.12 -0.16 0.20 0.16 0.12 0.22 0.26 0.28 -0.19 -0.16 -0.16 -0.14 -0.10 -0.08 0.24 0.24 0.20

Konsentrasi basah (ppm) 0.80 0.84 0.88 0.76 0.76 0.76 0.80 0.80 0.70 1.51 1.44 1.57 1.44 1.44 1.44 1.44 1.38 1.31 1.89 1.89 1.65 1.80 2.06 1.80 1.80 1.72 1.89 0.73 0.73 0.64 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.70 0.96 0.96 0.73 0.80 0.92 0.80 0.84 0.84 0.84 1.57 1.65 1.72 1.51 1.51 1.72 1.57 1.57 1.57

Konsentrasi kering (ppm) 2.64 2.76 2.89 2.52 2.52 2.52 2.64 2.64 2.31 4.48 4.28 4.68 4.28 4.28 4.28 4.28 4.09 3.91 6.22 6.22 5.44 5.95 6.81 5.95 5.95 5.69 6.22 2.41 2.41 2.11 2.31 2.31 2.31 2.31 2.31 2.31 2.85 2.85 2.17 2.38 2.73 2.38 2.49 2.49 2.49 5.20 5.44 5.69 4.97 4.97 5.69 5.20 5.20 5.20

Rerata

SD

2.76 2.52 2.53 4.48 4.28 4.09 5.96 6.24 5.95 2.31 2.31 2.31 2.63 2.50 2.49 5.44 5.21 5.20

0.12 0.00 0.19 0.20 0.00 0.18 0.46 0.50 0.27 0.18 0.00 0.00 0.39 0.20 0.00 0.25 0.42 0.00

75

76

LAMPIRAN I. PERHITUNGAN T-TEST 1. Nitrat Contoh perhitungan : Mencari nilai teks untuk kalium pada tanah A menggunakan ekstraktan CaCl2 S=

{(n − 1)S + (n − 1)S } (n + n − 2)

S=

{(3 − 1)1.04 + (3 − 1)0.02 } = 0.74 (3 + 3 − 2)

t

=

t

=

x − x 1 1 S n + n 36.94 − 3.94 1 1 0.74 3 + 3

Ekstraktan

CaCl2

Air

Sampel Tanah A Tanah B Tanah C Tanah A Tanah B Tanah C

= 54.82

x1 36.94 32.26 37.73 11.79 9.07 9.78

x2 3.94 2.29 7.67 -96.16 -161.17 -91.52

S1^2 1.04 2.01 1.47 0.28 0.34 0.22

S2^2 0.05 0.07 0.12 159.92 75.89 16.11

t-eks 54.82 36.04 41.23 14.77 33.77 13.60

2. Amonium Contoh perhitungan : Mencari nilai teks untuk kalium pada tanah A menggunakan ekstraktan CaCl2 S=

{(n − 1)S + (n − 1)S } (n + n − 2)

S=

{(3 − 1)0 + (3 − 1)0.01 } = 0.08 (3 + 3 − 2)

77

t

=

t

=

x − x 1 1 S n + n 2.61 − 0.97 1 1 0.08 3 + 3

Ekstraktan CaCl2

Air

Sampel Tanah A Tanah B Tanah C Tanah A Tanah B Tanah C

= 26.61

x1 2.61 4.29 6.05 2.31 2.54 5.28

x2 0.97 0.93 1.92 5.00 4.15 19.00

s1^2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00

s2^2 0.01 0.02 0.17 0.00 0.04 0.05

t-eks 26.61 45.06 17.54 -79.33 -12.05 -106.87