TEKNIK VOLTAMETRI PELUCUTAN ANODIK UNTUK PENENTUAN KADAR LOGAM Pb, Cd, DAN Cu PADA AIR LAUT PELABUHAN BENOA
SKRIPSI
Oleh : I Wayan Hermawan NIM. 1108105010
JURUSAN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
ABSTRAK Pada penelitian ini dilakukan pengukuran logam Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) menggunakan teknik voltametri pelucutan anodik, dengan menentukan arus puncak larutan standar logam Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) serta kadar logam tersebut pada sampel air laut Pelabuhan Benoa. Waktu deposisi dan kecepatan pindai dioptimasi sebelum validasi. Parameter validasi yang ditentukan yaitu rentang konsentrasi linier, limit deteksi, keberulangan pengukuran, dan persen perolehan kembali. Sampel air laut Pelabuhan Benoa diambil pada dua lokasi berbeda yaitu dermaga ikan tuna dan dermaga 2. Hasil penelitian menunjukkan waktu deposisi optimum pengukuran logam Pb(II) adalah 330 detik sedangkan untuk logam Cd(II) dan Cu(II) masing-masing sebesar 300 detik dan 540 detik. Kecepatan pindai optimum pengukuran logam Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) adalah 3 mV/s, 5 mV/s, dan 7 mV/s. Rentang konsentrasi linier larutan standar logam Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) berada pada 50 ~ 1000 ppb dengan koefisien korelasi 0,9998. Limit deteksi larutan standar logam Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) masing-masing 26, ppb, 28 ppb, dan 29 ppb. Keberulangan pengukuran larutan standar logam Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) memiliki rasio Horwitz lebih kecil dari 2. Persen perolehan kembali larutan standar logam Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) masing-masing 100,04 %, 99,98 %, dan 100,58%. Kadar logam Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) pada sampel air laut dermaga ikan tuna masing-masing 190 ppb, 47 ppb, dan 188 ppb. Kadar logam Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) pada sampel air laut dermaga 2 masing-masing 104 ppb, 32 ppb, dan 117 ppb. Kadar logam Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) yang terukur pada kedua lokasi sampling melebihi baku mutu air laut untuk perairan pelabuhan menurut Keputusan Menteri Lingkungan Hidup Nomor 51 Tahun 2004. Kata kunci: voltametri pelucutan anodik, air laut, logam berat, glassy carbon
ii
ABSTRACT In this research, measurement of Pb(II), Cd(II), and Cu(II) using anodic stripping voltammetry has been done, by determine the peak current of standard solution of Pb(II), Cd(II), and Cu(II), and the concentration of the metals in the seawater around Benoa Port. Deposition time and scan rate was optimized before validation. Parameters of validation were linear range concentration, limit of detection, repeatability, and % recovery. Seawater samples were taken in two different locations, that is Dermaga Ikan Tuna and Dermaga 2. The result showed the optimum deposition time for measurement of Pb(II), Cd(II), and Cu(II) was 330 s, 300 s, and 540 s, respectively. The optimum scan rate was 3 mV/s, 5 mV/s, and 7 mV/s for Pb(II), Cd(II), and Cu(II). Linear range concentration was found at 50 to 1000 ppb for all metals, with correlation coefficient was 0,9998. The detection limit of Pb(II), Cd(II), and Cu(II) standard solution was 26 ppb, 28 ppb, and 29 ppb. Horwitz Ratio (HorRat) factor was obtained less than 2 for repeatability measurement. Percent recovery was 100.04%, 99.93%, and 100.58% for Pb(II), Cd(II), and Cu(II). The concentration of metals ion were found to be 190 ppb, 47 ppb, and 188 ppb in Dermaga Ikan Tuna, and 104 ppb, 32 ppb, and 117 ppb in Dermaga 2, for Pb(II), Cd(II), and Cu(II), respectively. The concentration of Pb(II), Cd(II), and Cu(II) in the seawater around Benoa Port was over than treshold line according to Ministry of Environment Regulation No. 51/2004 about Seawater Quality Standard. Key words: anodic stripping voltammetry, seawater, heavy metals, glassy carbon
iii
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadapan Tuhan Yang Maha Esa atas asung wara nugraha-Nya, sehingga penyusunan skripsi yang berjudul ''Teknik Voltametri Pelucutan Anodik untuk Penentuan Kadar Logam Pb, Cd, dan Cu Pada Air Laut Pelabuhan Benoa'' dapat terselesaikan dengan baik dan tepat waktu. Skripsi ini mencakup hasil penelitian tentang hasil validasi teknik voltametri pelucutan anodik dan aplikasinya terhadap pengukuran kadar Pb, Cd, dan Cu pada sampel air laut. Teknik voltametri pelucutan anodik adalah salah satu teknik alternatif yang dapat digunakan untuk pengukuran logam Pb, Cd, dan Cu. Teknik yang biasa digunakan dalam pengukuran kadar logam adalah AAS dan ICP-MS. Namun, teknik tersebut memiliki beberapa kelemahan yang dapat mempengaruhi hasil pengukuran. Dalam penyusunan skripsi ini, penulis banyak mendapat semangat dan dorongan positif, dan saran-saran yang sangat bermanfaat dari semua pihak yang terkait. Oleh karena itu, penulis mengucapkan rasa terima kepada: 1.
Bapak Anak Agung Bawa Putra, S.Si., M.Si. selaku Ketua Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Udayana.
2.
Bapak Dr. I Nengah Wirajana S.Si., M.Si. selaku Sekretaris Jurusan Kimia, Fakultas MIPA, Universitas Udayana.
3.
Ibu Dr. Irdhawati, S,Si., M.Si. selaku dosen pembimbing I yang telah memberikan bimbingan dan bantuan sehingga skripsi ini dapat terselesaikan.
4.
Ibu Dra. Emmy Sahara, M.Sc. (Hons). selaku dosen pembimbing II yang telah meluangkan waktu untuk membimbing dan membantu dalam penyusunan skripsi ini.
5.
Orang tua yang selalu memberikan dukungan, semangat, dan dorongan sehingga penulis mampu menyelesaikan penelitian ini.
iv
6.
Ni Made Sukma Sanjiwani yang telah memberikan dukungan, semangat, dan doa saat penelitian maupun penulisan skripsi.
7.
Teman-teman Jurusan Kimia angkatan 2011 yang telah berjuang bersama dalam menuntut ilmu dan selalu membantu memberikan semangat dalam penulisan skripsi ini.
8.
Semua pihak yang mendukung kelancaran penulisan ini yang tidak tersebutkan di sini. Skripsi ini akan memiliki arti lebih jika hasil penelitian yang dilakukan dapat dijadikan
referensi tentang penggunaan teknik voltametri pelucutan anodik dalam menentukan kadar logam berat. Akhirnya penulis menyadari bahwa dalam penulisan ini tidak luput dari kesalahan baik dalam sistematika maupun bahasanya, karena sebagai manusia biasa tidak luput dari kesalahan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang membangun agar usulan penelitian ini menjadi lebih baik. Atas perhatiannya, penulis mengucapkan terima kasih.
Bukit Jimbaran, 31 Juli 2015
Penulis
v
DAFTAR ISI Halaman LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................
ii
TEAM PENGUJI SKRIPSI .............................................................................
iii
ABSTRAK .................................................................................... ..................
iv
ABSTRACT .................................................................................... ................
v
KATA PENGANTAR ....................................................................................
vi
DAFTAR ISI ...................................................................................................
vii
DAFTAR TABEL ...........................................................................................
viii
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................
ix
DAFTAR LAMPIRAN....................................................................................
x
BAB I
PENDAHULUAN ..........................................................................
1
1.1 Latar Belakang ........................................................................
1
1.2 Rumusan Masalah ...................................................................
5
1.3 Tujuan Penelitian .....................................................................
5
1.4 Manfaat Penelitian ...................................................................
6
TINJAUAN PUSTAKA ................................................................
7
2.1 Logam Berat dalam perairan ...................................................
7
2.2 Logam Berat ............................................................................
8
2.2.1 Timbal ........................................................................ ....
9
2.2.2 Tembaga ......................................................... ................
10
2.2.3 Kadmium ................................................................... .....
11
2.3 Elektrokimia ............................................................................
12
2.3.1 Voltametri ......................................................................
13
2.3.1.1 Voltametri Pelucutan (Stripping Voltametri) .......
14
BAB II
vi
2.3.1.2 Differential Pulse Voltammetry.............................
18
2.3.2 Potensiometri .................................................................
19
2.3.3 Persamaan Nersnt ...........................................................
20
2.3.4 Sel Elektrokimia .............................................................
21
2.3.4.1 Larutan Elektrolit Pendukung .. ............................
22
2.3.4.2 Elektroda .. ............................................................
23
2.4 Metode Adisi Standar .......................................................... ...
26
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ..................................................
29
3.1 Peralatan dan Bahan Penelitian ................................................
29
3.1.1 Peralatan .........................................................................
29
3.1.2 Bahan Penelitian ............................................................ .
29
3.2 Tempat Penelitian ...................................................................
29
3.3 Pembuatan Larutan .................................................................
29
3.4 Pembuatan dan Karakterisasi Elektroda Pembanding Ag/AgCl ...................................................................................
31
3.5 Penentuan Waktu Deposisi Optimum .....................................
35
3.6 Penentuan Kecepatan Pindai (Scan) Optimum .......................
35
3.7 Penentuan Rentang Konsentrasi Linier dan Limit Deteksi .....
36
3.8 Penentuan Keberulangan Pengukuran ....................................
37
3.9 Penentuan Persen Perolehan Kembali ....................................
38
3.10 Pengukuran Kadar Logam Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) pada Sampel dengan Metode Adisi Standar ..................................
38
BAB IV PEMBAHASAN ...........................................................................
41
4.1 Pembuatan Elektroda Pembanding Ag/AgCl...........................
41
4.2 Karakterisasi Elektroda Pembanding Ag/AgCl ......................
41
4.3 Penentuan Waktu Deposisi Optimum .....................................
42
vii
4.4 Penentuan Kecepatan Pindai (Scan) Optimum .......................
45
4.5 Penentuan Rentang Konsentrasi Linier ...................................
48
4.6 Penentuan Limit Deteksi .........................................................
50
4.7 Penentuan Keberulangan Pengukuran ....................................
51
4.8 Penentuan Persen Perolehan Kembali ....................................
53
4.9 Pengukuran Kadar Logam Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) pada Sampel dengan Metode Adisi Standar ....................................
54
KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................
57
5.1 Simpulan .................................................................................
57
5.2 Saran .......................................................................................
58
DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................
59
LAMPIRAN ...................................................................................................
61
BAB V
viii
DAFTAR TABEL
Halaman Tabel 3.1 Komposisi Larutan Uji yang Digunakan untuk Karakterisasi Ag/AgCl .........................................................................................
33
Tabel 3.2 Komposisi Sampel dan Larutan Standar .........................................
40
Tabel 4.1 Nilai SD, RSD, CV, dan Rasio Horwitz Larutan Standar Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) 1 ppm ................................................................
52
ix
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 2.1 Pemindaian Voltametri Stripping Anodik ...................................
16
Gambar 2.2 Proses Pindai Differential Pulse Voltammetry ............................
19
Gambar 2.3 Sel Voltametri .............................................................................
22
Gambar 2.4 Kurva Adisi Standar .....................................................................
27
Gambar 3.1 Pembuatan Elektroda Pembanding Ag/AgCl ..............................
32
Gambar 3.2 Sel Potensiometri untuk Karakterisasi Elektroda Pembanding Ag/AgCl .....................................................................................
33
Gambar 3.3 Elektroda Pembanding Ag/AgCl ................................................
35
Gambar 3.4 Peta Pelabuhan Benoa dan Lokasi Pengambilan Sampel ...........
39
Gambar 4.1 Grafik Karakterisasi Elektroda Pembanding Ag/AgCl ...............
42
Gambar 4.2 Voltamogram Larutan Standar Pb(II) 1 ppm dengan Variasi Waktu Deposisi ..........................................................................
43
Gambar 4.3 Voltamogram Larutan Standar Cd(II) 1 ppm dengan Variasi Waktu Deposisi ..........................................................................
44
Gambar 4.4 Voltamogram Larutan Standar Cu(II) 1 ppm dengan Variasi Waktu Deposisi ..........................................................................
44
Gambar 4.5 Voltamogram Larutan Standar Pb(II) 1 ppm dengan Variasi Kecepatan Pindai .......................................................................
46
Gambar 4.6 Voltamogram Larutan Standar Cd(II) 1 ppm dengan Variasi Kecepatan Pindai .......................................................................
47
Gambar 4.7 Voltamogram Larutan Standar Cu(II) 1 ppm dengan Variasi Kecepatan Pindai .......................................................................
47
Gambar 4.8 Kurva Kalibrasi Larutan Standar Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) pada Rentang Konsentrasi 5 ppb ~ 4000 ppb ............................
49
Gambar 4.9 Kurva Kalibrasi Larutan Standar Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) pada Rentang Konsentrasi 50 ppb ~ 1000 ppb .......................... 50 Gambar 4.10Kurva Keberulangan Pengukuran Larutan Standar Pb(II), Cd (II), dan Cu(II) 1 ppm ............................................................................................ 52 x
Gambar 4.11Kurva Adisi Standar Pengukuran Larutan Standar Pb(II), Cd (II), dan Cu(II) pada Sampel Lokasi A (dermaga ikan tuna) ............ 55 Gambar 4.12Kurva Adisi Standar Pengukuran Larutan Standar Pb(II), Cd (II), dan Cu(II) pada Sampel Lokasi B (dermaga 2) ......................... 55
xi
DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1. Perhitungan Pembuatan Larutan .................................................... 61 Lampiran 2. Pembuatan dan Karaktrisasi Elektroda Pembanding Ag/AgCl ..... 63 Lampiran 3. Skema Penentuan Waktu Deposisi Optimum ................................ 68 Lampiran 4. Skema Penentuan Kecepatan Pindai Optimum ............................. 69 Lampiran 5. Skema Penentuan Rentang Konsentrasi Linier, Limit Deteksi, Keberulangan Pengukuran, Persen Perolehan Kembali, dan Analisis Sampel ..................................................................... 70 Lampiran 6. Perhitungan Karakterisasi Elektroda Pembanding Ag/AgCl ........................................................................................ 73 Lampiran 7. Hasil Pengukuran Arus Larutan Standar Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) 1 ppm dengan Variasi Waktu Deposisi .............................. 75 Lampiran 8. Hasil Pengukuran Arus Larutan Standar Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) 1 ppm dengan Variasi Kecepatan Pindai ............................ 76 Lampiran 9. Data Arus Puncak Penentuan Rentang Konsentrasi Linier .......... 77 Lampiran 10. Perhitungan Rentang Konsentrasi linier ...................................... 78 Lampiran 11. Limit Deteksi ............................................................................... 81 Lampiran 12. Data Arus Puncak Penentuan Keberulangan Pengukuran Larutan Standar Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) 1 ppm ................................................ 82 Lampiran 13. Perhitungan Penentuan Keberulangan Pengukuran .................... 83 Lampiran 14. Data Arus Puncak Penentuan Persen Perolehan Kembali Larutan Standar Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) pada Konsentrasi 200 ppb ................. 85 Lampiran 15. Perhitungan Persen Perolehan Kembali ...................................... 86 Lampiran 16. Data Pengukuran Arus Puncak Sampel ....................................... 87 Lampiran 17. Perhitungan Kadar Pb(II), Cd(II), dan Cu(II) pada Sampel Air laut .............................................................................................. 88
xii
