MAKALAH KIMIA ANALITIK PEMICU-2 Potensiometri
Kelompok 4 Arif Variananto 1006679440 Hengki 1006775874 Johannes L. S. Sasiang 1006706252 Marina 1006773263 Priscilla Deni 1006686686
DEPARTEMEN DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA 2011
KATA KATA PENGA PENGANTAR NTAR
Puji syukur kami panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas kehendak Nya laporan yang berjudul “Potensiometri” Potensiometri” ini dapat terselesaikan tepat pada waktunya. Penulisan laporan ini bertujuan untuk pembuatan tugas penulisan laporan pemicu1 mata kuliah Kimia Analitik Semester Pendek. Selain itu, tujuan penulis dalam penulisan makalah ini adalah untuk mengetahui konsep potensiometri beserta aplikasinya dalam kehidupan sehari-hari. Dalam penyelesaian laporan ini, penulis banyak mengalami kesulitan, terutama disebabkan oleh kurangnya ilmu pengetahuan. Namun, berkat bimbingan dari berbagai
pihak,
laporan
ini
dapat
terselesaikan
walaupun
masih
banyak
kekurangannya. Karena itu, sepantasnya jika penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1.
Ibu Dianursanti yang telah memberikan kepercayaan dan kesempatan
untuk membuat laporan, juga memberikan pengarahan dan bimbingannya kepada penulis, 2.
Kak Ikhlas yang telah membantu penulis dalam pemeriksaan tugas-tugas
sehingga penulis mengetahui cara pembuatan laporan yang baik dan benar, dan 3.
Semua pihak yang telah membantu, baik secara langsung maupun tidak
langsung, yang tidak dapat disebutkan satu per satu.
Sebagai mahasiswa yang pengetahuannya belum seberapa dan masih perlu banyak belajar dalam penulisan laporan, penulis menyadari bahwa makala h ini masih banyak terdapat kekurangan. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang positif agar laporan ini dapat menjadi lebih baik dan berdaya guna di masa yang akan datang. 1
Penulis berharap laporan yang sederhana ini dapat menambah pengetahuan pembaca mengenai potensiometri beserta penerapannya dalam kehidupan sehari-hari, serta bermanfaat bagi rekan mahasiswa dan semua kalangan masyarakat.
Depok, 21 Juni 2011
Tim Penulis
2
BAB I PENDAHULUAN
Potensiometri merupakan salah satu metode analisis elektrokimiawi untuk menentukan konsentrasi larutan analit yang menggunakan reaksi reduksi-oksidasi dan persamaan Nerst sebagai prinsip dasarnya. Analisis potensiometrik ini seringkali dipakai dalam kehidupan sehari-hari disebabkan oleh beberapa kelebihannya jika dibandingkan dengan metode analisis elektrokimiawi lainnya. Kelebihan dari analisis potensiometrik ini adalah ekonomis (membutuhkan biaya yang kecil disebabkan harga-harga komponen penyusunnya yang relatif murah), kompak, kuat, dan tahan lama, mudah dirangkai, tidak merusak dan mempengaruhi komposisi larutan analit yang ingin diuji, mudah dipantau dan diamati, dan bersifat stabil pada berbagai tingkatan konsentrasi analit. Meskipun begitu, analisis potensiometrik ini cenderung memiliki kekurangan dalam hal akurasi dan presisinya dikarenakan adanya potensial sambungan cair yang muncul di antara pertemuan larutan elektroda acuan dan larutan analit yang berkontribusi juga pada potensial sel yang terukur pada voltmeter. Komponen sel potensiometri bersifat sederhana yaitu terdiri dari sebuah elektroda acuan, elektroda indikator, rangkaian jembatan garam, dan pengukur tegangan (voltmeter). Elektroda acuan merupakan elektroda yang telah diketahui potensialnya secara pasti dan potensialnya bernilai konstan pada temperatur konstan selama pengukuran berlangsung. Nilai potensial dari elektroda ini juga tidak tergantung pada komposisi dari larutan uji. Elektroda acuan dapat berupa elektroda hidrogen standar (standard hydrogen electrode), elektroda kalomel jenuh (saturated calomel electrode), dan elektroda perak-perak klorida. Sementara itu, elektroda indikator merupakan elektroda yang potensialnya merespons perubahan aktivitas dalam larutan uji. Elektroda indikator dapat berupa elektroda membran, elektroda inert, maupun elektroda logam. Rangkaian jembatan garam yang terdapat dalam sel potensiometri berfungsi mencegah tercampurnya komponen dari larutan uji dengan elektroda acuan. Jembatan garam ini juga berperan dalam meminimalisasi besarnya nilai potensial sambungan cair yang terukur di vo ltmeter. 3
Dalam melaksanakan analisis potensiometrik, terdapat 4 metode yang mungkin dipilih yaitu potensiometri langsung (direct potentiometry), titrasi potensiometri, standard addition, dan sample addition. Masing-masing metode memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Oleh sebab itu dalam memeilih metode mana yang akan digunakan perlu dipertimbagkan metode yang akan memaksimalkan kelebihan dan meminimalkan kekurangan pada situasi dan kondisi pengukuran. Potensiometri dapat diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari baik dalam kimia teoritis maupun praktikal. Penerapan secara teoritis dari potensiometri yaitu penentuan tetapan kesetimbangan termodinamika seperti Ka, Kb, dan Ksp. Sementara itu penerapan secara praktikal yaitu pembuatan pH meter, penentuan kadar polutan dalam lingkungan, dan pemeriksaan pH produk industri.
4
BAB II ISI
1. Menurut Anda mengapa pada umumnya wanita rentan terkena anemia ? Bagaimana proses menurunnya kadar zat besi dalam darah sehingga orang bisa terkena anemia ? Apakah anemia ini dapat diatasi dengan mengkonsumsi suplemen ? Jawab: Berdasarkan bahasa aslinya yaitu bahasa Yunani, anemia berarti tanpa darah. Anemia merupakan penyakit yang ditandai dengan turunnya kadar sel darah merah (eritrosit) atau hemoglobin dalam darah manusia.
Hemoglobin merupakan
komponen utama dalam sel darah merah dan memiliki fungsi penting sebagai pengangkut oksigen ke seluruh tubuh. Pada penderita anemia, jumlah sel darah merah kurang dari normal sehingga darah kehilangan kemampuan optimalnya untuk mengangkut oksigen ke seluruh tubuh padahal oksigen merupakan salah satu komponen utama yang diperlukan oleh sel tubuh untuk melakukan reaksi metabolisme agar tetap bertahan hidup. Kadar Hb normal pada wanita adalah 12-14 gram/dL, sedangkan pada pria adalah sekitar 14-16 gram/dL. Hemoglobin tersusun atas zat besi, asam folat, dan vitamin B12 (sianokobalamin). Kurangnya salah satu unsur penyusun di atas dapat menyebabkan terjadinya anemia. Meskipun begitu, pada umumnya anemia terjadi akibat kurangnya zat besi. Proses penyerapan zat besi yang normal dijelaskan dalam gambar 1 berikut.
Gambar 1. Penyerapan Zat Besi (sumber: sickle.bwh.harvard.edu)
5
Besi memasuki lambung dari kerongkongan. Besi teroksidasi menjadi bentuk 3+
Fe tidak peduli bentuk aslinya ketika besi itu masuk lewat mulut. Keasaman 3+
lambung serta agen pelarut seperti askorbat mencegah pengendapan Fe . Sel mukosa usus di duodenum dan jejunum bagian atas menyerap zat besi. Besi bereaksi dengan transferin (Tf) yang menyebarkan zat besi ke sel-sel tubuh. Phytates, tanin dan antasida memblok penyerapan zat besi. Beberapa faktor yang mungkin mempengaruhi terjadinya anemia yaitu umur, jenis kelamin, dan kondisi fisiologis tubuh. Frekuensi terjadinya anemia pada wanita jauh lebih tinggi dibandingkan pada pria. Hal ini disebabkan oleh beberapa hal berikut: 1. Kebiasaan diet. Pada umumnya, untuk mencegah obesitas dan timbunan lemak dalam tubuh, wanita cenderung memutuskan menjadi vegetarian sejak usia dini, dan melakukan diet. Dengan menjadi vegetarian dan melakukan diet tersebut, wanita menolak untuk mengkonsumsi daging yang sebenarnya mengandung zat besi dalam jumlah besar. Selain itu, fakta membuktikan bahwa zat besi yang berasal dari sumber hewani jauh lebih mudah diserap oleh tubuh jika dibandingkan dengan zat besi yang berasal dari sumber nabati. Penyerapan Fe sumber nabati hanya 1-2%, sementara penyerapan Fe dari sumber hewani dapat mencapai 10-20%. 2. Usia reproduktif wanita yaitu saat menstruasi setiap bulan, saat mengandung, melahirkan dan menyusui. Selama menstruasi setiap bulannya dan selama proses melahirkan, wanita kehilangan darah dari dalam tubuh dalam jumlah yang cukup besar. Sementara itu, selama mengandung dan menyusui, tubuh wanita sebenarnya membutuhkan asupan zat besi dalam jumlah yang lebih
besar, namun
terkadang kebutuhan ini tak terpenuhi, sehingga timbulah anemia. Kehamilan membuat tubuh
wanita perlu meningkatkan produksi plasma dan sel darah merah
50% lebih banyak, karena janin dan plasenta memerlukan suplai zat besi. Meskipun begitu, seringkali produksi plasma tidak disertai juga dengan
pembentukansel darah
merah akibat kurangnya asupan zat besi. Konsentrasi zat besi paling rendah
terjadi
pada minggu ke-25 hingga 30. Proses menurunnya kadar zat besi dalam darah disebabkan oleh kurangnya asupan nutrisi yang mengandung zat besi atau kurangnya kemampuan tubuh untuk 6
mengabsorpsi zat besi. Defisiensi zat besi dalam tubuh terjadi dalam tiga tahap yaitu: Berkurangnya zat
besi dapat dideteksi dengan berkurangnya kadar feritrin dan
plasma darah. Dengan habisnya simpanan zat besi, trensferin akan menurun sedangkan protoporfirin sebagai bentuk awal hemoglobin akan meningkat. Terjadinya anemia akibat defisiensi zat besi, terjadi dalam b eberapa stadium yaitu: Stadium 1 : Kekurangan zat besi sehingga tubuh terpaksa menggunakan cadangan
zat besi yang terdapat dalam tubuh terutama yang terdapat dalam sumsum tulang. Kadar feritrin (protein yang menampung zat besi dalam darah) berkurang secara progresif. Stadium 2 : Cadangan zat besi yang berkurang tidak dapat memenuhi kebutuhan
bahan baku pembentuk sel darah merah sehingga sel darah merah yang dihasilkan jumlahnya lebih sedikit. Stadium 3 : Pada stadium ini, anemia mulai terjadi. Sel darah merah tampak normal,
namun jumlahnya sedikit. Kadar hemoglobin dan hematokrit menurun. Stadium 4 : Sumsum tulang berusaha untuk menggantikan kekurangan zat besi
dengan mempercepat pembelahan sel dan menghasilkan sel darah merah dalam ukuran yang sangat kecil (mikrositik). Stadium 5 : Gejala anemia akibat defisiensi zat besi semakin memburuk.
Anemia dapat diatasi dengan mengonsumsi suplemen. Suplemen yang dikomsumsi harus mengandung beberapa unsur penting berikut ini.
Ferous Gluconate, Manganese Sulphate, dan Copper Sulfate : zat pembentuk sel darah merah yang cepat.
Vitamin C : meningkatkan penyerapan zat besi di dalam tubuh.
Vitamin B12 dan Asam Folat : berperan penting dalam pembentukan sel-sel darah merah.
Asam folat : baik untuk perkembangan janin dalam kandungan.
Sorbitol yang bermanfaat untuk: meningkatkan absorbsi zat besi dan vitamin B12, mencegah susah BAB (buang air besar) yang umumnya terjadi pada suplementasi zat besi,
7
2. Laboratorium di tempat Anda memiliki sebuah pH meter/volt meter, titrator, dan sebuah elektroda standar kalomel jenuh beserta elektroda indikator untuk analisis zat besi. Dapatkah Anda menjelaskan usulan tentang metoda analisis elektrokimiawi untuk membuktikan dugaan bahwa pasien anemia biasanya memiliki kandungan zat besi yang rendah. Bagaimana Anda menjelaskan kepada anggota tim yang lain, bahwa zat besi dapat dianalisis dengan teknik analisis tersebut. Apa alasan Anda memilih teknik analisis ini dibandingkan teknik lain untuk menganalisis darah atau serum ? Jawab: Berdasarkan peralatan yang tersedia, kami memilih sample addition method diantara 3 metode analisis elektrokimiawi (potensiometri langsung, sample addition method , standard addition method ). Langkah – langkah yang akan dilakukan untuk mengetahui kandungan zat besi dengan sample addition method adalah :
1. Preparasi Larutan Sampel dan Larutan Standar
Larutan sampel yaitu berupa darah yang akan diuji kandungan zat besinya dipersiapkan dalam jumlah yang cukup. Kemudian larutan standar yang telah diketahui konsentrasinya juga dipersiapkan dalam jumlah yang jauh lebih banyak daripada larutan sampel. 2. Menyiapkan Peralatan
Peralatan yang dipergunakan adalah voltmeter, elektrode acuan kalomel jenuh, dan elektroda indikator untuk analisis zat besi. Elektroda acuan dihubungkan dengan kutub negatif voltmeter dan elektoda sensitif zat besi ditempatkan pada kutub positif voltmeter. Larutan standar dimasukkan ke dalam wadah setelah dilakukan pengukuran volum.
3. Pengukuran Potensial Sel
Pengukuran dilakukan setelah beberapa waktu larutan standar dimasukkan ke dalam wadah. Pengukuran untuk kedua kalinya dilakukan setelah pada larutan standar yang sama ditambahkan dengan larutan sampel dalam jumlah yang lebih
8
sedikit.
4. Menentukan Konsentrasi Ion Besi dalam Sampel
Setelah dilakukan empat langkah di atas, didapatkan potensial sel sebelum dan setelah penambahan sampel. Sebelum penambahan sampel, nilai potensial sel, E 1, adalah :
dengan
(1)
dengan n = 1 untuk ion natrium, K’ adalah konstanta, dan C S adalah konsentrasi larutan standar yang digunakan, serta volume larutan standar, V S . Setelah diberi sampel sebanyak V U dengan konsentrasi yang tidak diketahui, C U , potensial sel campuran, E 2, menjadi :
(2)
karena berlaku persamaan :
(3)
Pengurangan Persamaan (2) dan (1) menghasilkan Persamaan (4)
(4)
dan konsentrasi sampel, C U, dapat ditentukan dengan persamaan berikut :
(5)
Alasan Pemilihan Metode Sample Addition
Metode sample addition dipilih karena memiliki berbagai kelebihan dibandingkan dengan metode lain dan adanya beberapa kekurangan dari metode lain. Berikut akan diuraikan secara mendetil alasan pemilihan metode analisis ini.
a. Kelemahan Metode Potensiometri Langsung
Dua kelemahan mendasar dari metode potensiometri langsung adalah:
Kesalah an dalam Proses Kal ibrasi 9
Seperti yang telah diketahui, nilai potensial sel yang mengandung kation n+
n-
X atau anion A dituliskan sebagai berikut:
atau atau
(6)
(7)
Dalam proses kalibrasi penentuan nilai K dengan menggunakan larutan standar yang diketahui konsentrasi ionnya, nilai K dianggap konstan untuk penentuan konsentrasi ion yang dianalisis. Pada kenyataannya, nilai K tidak dapat dianggap konstan. Hal ini dikarenakan nilai K merupakan gabungan berbagai macam konstanta termasuk E j. Ketika larutan standar diganti dengan larutan yang akan diukur konsentrasinya, nilai E j sedikit berubah dan meyebabkan error pada perhitungan. Perubahan nilai E j menjadi signifikan karena isi sel diubah dari larutan standar menjadi larutan sampel yang memiliki efek berbeda pada elektroda dan sel secara keseluruhan. Besarnya kesalahan ini dapat dihitung dengan melakukan diferensiasi Persamaan (6) :
sehingga
sehingga kesalahan relatif akibat kesalahan kalibrasi adalah: Kesalahan Relatif =
Kesalahan dal am Hu bungan K onsentr asi dan E sel
Dalam metode potensiometri langsung, nilai K didapatkan dengan memasukkan konsentrasi ion pada larutan standar pada Persamaan (6) atau (7). Persamaan ini menunjukkan bahwa nilai pX dan pA berbanding lurus dengan aktifitas ion X
n+
n-
dan ion A , bukan dengan konsentrasi. Karena pada metode
potensiometri langsung nilai pX dan pA dihubungkan dengan konsentrasinya, hubungan antara pX dan pA dengan E sel tidak linear. Hal ini dapat dilihat pada 2+
Gambar 1, di mana untuk ion Ca , hubungan antara potensial sel dan aktifitas adalah linear dengan kemiringan 29.58 mV, sedangkan hubungan hubungan potensial sel dan konsentrasi tidak linear.
10
(8)
Grafik 1: Hubungan Konsentrasi dan Potensial Sel dan Aktifitas dan Potensial Sel Ion Ca
2+
(Sumber: Skoog, Douglas A., dkk. Fundamentals of Analytical Chemistry, 8 th Edition)
Ketidakadaan Lar utan Total I onic Strength Adjustment Bu ff er (TI SAB )
Larutan TISAB berfungsi untuk mengurangi salah satu kesalahan pada metode potensiometri langsung. Larutan ini menyamakan kekuaran ion larutan standar dan larutan sampel dan akhirnya membenarkan hubungan lurus antara logaritma konsentrasi ion dan potensial selnya. Sayangnya, larutan ini tidak tersedia di dalam laboratorium dan tidak dapat dilakukan cara ini.
b. Kelemahan Metode Standard Additi on
Untuk pengujian zat besi, metode standard addition tidak dapat dilakukan, khususnya metode ini membutuhkan jumlah sampel yang besar padahal pengambilan sampel darah umumnya hanya menghasilkan sampel dengan jumlah terbatas.
c. Keunggulan Metode Sample Additi on
Dibandingkan metode-metode yang ada, metode sample addition paling cocok untuk pengujian konsentrasi ion natrium karena: a. Hanya membutuhkan jumlah sampel yang sedikit. Hal ini cocok dengan sampel darah yang umumnya terbatas. b. Tidak dilakukan penyucian elektroda. Penggantian elektroda untuk mengukur potensial sel pada larutan standar dan sampel menghasilkan kesalahan kalibrasi yang akhirnya menyebabkan nilai E j tidak konstan. Hal ini dapat 11
diminimalkan dengan menggunakan metode sample addition yang tidak mengganti larutan yang dianalisis (tetapi hanya ditambahkan) sehingga nilai E j dan K relative konstan. c. Memungkinkan dilakukannya multiple sample addition. Karena sampel yang digunakan sedikit, dapat dilakukan pengukuran potensial sel untuk lebih sari satu kali penambahan sampel. Hal ini akan memberikan hasil yang lebih baik dan valid. d. Memungkinkan analisis lain untuk sampel. Karena sampel yang digunakan sedikit, darah dapat digunakan kembali untuk analisis lain, misalnya analisis kandungan ion fluorin, karbon dioksida, dan sebagainya.
3.
Bagaimana Anda menjelaskan rancangan analisis ion besi dengan metode potensiometri langsung? Lengkapi dengan informasi yang cukup jelas baik dari segi instrumentasi maupun prinsip dasar teoritis tentang metode analisis ini. Jawab: Metode Potensiometri Langsung beradasarkan pada adanya perbedaan potensial yang terjadi saat suatu elektroda indikator dicelupkan ke dalam larutan uji dan saat elektroda indikator dicelupkan ke dalam larutan standar. Berdasarkan persamaan Nerst dan data hasil pengukuran kedua potensial tersebut makan dapat ditentukan aktivitas atau konsentrasi spesi kimia dalam larutan uji. Dibandingkan metode analisis potensiometri lainnya, metode analisis potensiometri langsung ini memiliki kelebihan yaitu pemberian perlakuannya tak merusak komposisi larutan uji. Meskipun begitu, terkadang metode ini sulit untuk diberlakukan sebab sangat sulit mendapatkan potensial stabil dari pengukuran dengan voltmeter. Untuk melakukan metode analisis potensiometri langsung ini diperlukan elektroda standar (acuan), elektroda indikator (pembanding), dan voltmeter.
Elektroda acuan merupakan elektroda yang telah diketahui potensialnya secara
pasti dan potensialnya bernilai konstan pada temperatur konstan selama pengukuran berlangsung. Nilai potensial dari elektroda ini juga tidak tergantung pada komposisi dari larutan uji. Elektroda acuan dapat berupa elektroda hidrogen standar (standard hydrogen electrode), elektroda kalomel jenuh (saturated calomel 12
electrode), dan elektroda perak-perak klorida.
Elektroda
indikator
merupakan elektroda yang potensialnya merespons
perubahan aktivitas dalam larutan uji. Elektroda indikator dapat berupa elektroda membran, elektroda inert, maupun elektroda logam.
Voltmeter merupakan alat ukur potensial listrik.
Untuk rancangan analisis ion besi dengan metode potensiometri langsung ini, pertama-tama kita harus menentukan senyawa besi yang terdapat dalam tubuh manusia. Besi yang terdapat dalam tubuh menusia bukanlah besi berupa logam murni tetapi besi yang telah mengion. Ion besi yang dapat dimanfaatkan dalam tubuh adalah Fe2+ (ferro) sementara ion Fe3+ (ferri) bersifat toksik bagi tubuh manusia. Kemudian, kita harus memahami bahwa dalam sampel darah manusia tidak hanya terdapat ion besi tetapi juga terdapat ion-ion lainnya sebab darah manusia merupakan larutan yang sangat kompleks. Selain itu, darah sebagai larutan yang mau kita uji hanya dapat diambil dalam jumlah kecil. Berdasarkan fakta-fakta tersebut, dapat ditentukan instrumen-instrumen yang sesuai untuk melakukan metode potensiometri langsung ini. Untuk elektroda referensi, dapat digunakan tiga jenis elektroda yang telah disebutkan, namun disesuaikan lagi dengan kebutuhan. Untuk skala laboratorium dan jumlah sampel yang sedikit, elektroda hidrogen standar sebaiknya tidak digunakan dikarenakan elektroda ini membutuhkan tangki gas yang berat, bertekanan dan kaku untuk beropersi, kemungkinan terbentuknya senyawa yang mudah meledak dalam proses pemakaian. Hal ini menyebabkan elektroda hidrogen standar tidak sesuai untuk digunakan sebagai instrumen analisis sampel darah. Elektroda kalomel dan elektroda perak-perak klorida merupakan elektroda yang umum digunakan untuk analisis kima skala laboratorium. Perbedaan dari keduanya adalah elektroda perak-perak klorida dapat digunakan pada kisaran suhu yang lebih tinggi dibandingkan dengan elektroda kalomel jenuh. Meskipun begitu, untuk analisis sampel darah yang tidak membutuhkan suhu yang tinggi tidak diperlukan elektroda perak-perak klorida sehingga jauh lebih dianjurkan untuk menggunakan elektroda kalomel. Elektroda kalomel yang dijual di pasaran memiliki beragam konsentrasi larutan kalium klorida, namun yang umum digunakan adalah elektroda kalomel jenuh dengan larutan KCl berada pada keadaan jenuh. Meskipun 13
dengan konsentrasi jenuh elektroda ini menjadi lebih peka pada perubahan suhu, elektroda jenis ini jauh lebih mudah untuk dirangkai. Sampel darah manusia akan dianalisis dalam laboratorium yang suhunya cenderung dijaga konstan, sehingga dengan demikian pemilihan elektroda kalomel jenuh sebagai elektroda acuan telah mencukupi kebutuhan. Berikutnya, kita harus memilih elektroda indikator yang sesuai untuk metode analisis ion besi ini. Berdasarkan kekompleksan komposisi larutan dalam sampel darah, tidak dianjurkan untuk menggunakan elektroda logaam baik jenis pertama, jenis kedua, jenis ketiga, dan elektroda inert sebagai elektroda indikator. Hal ini dikarenakan sifat elektroda tersebut yang kuran g selektif yaitu tidak hanya mereduksi kation yang perlu direduksi tetapi juga mereduksi ion-ion lain yang jauh lebih mudah untuk direduksi. Hal ini tentu saja akan mempengaruhi tingkat keakuratan pengukuran. Elektroda indikator yang lebih dianjurkan adalah elektroda membran selektif ion. Elektroda membran menggunakan membran untuk membiarkan ion-ion jenis tertentu menembusnya dan melarang ion lainnya.
4. Bagaimana Anda menjelaskan tentang yang Anda baca di beberapa literatur bahwa bila menggunakan teknik potensiometri langsung perlu penambahan senyawa penjaga kekuatan ion dalam larutan atau TISAB (Total Ionic Strength Adjustment Buffer ). Kapan tidak diperlukan TISAB dan untuk apa dilakukan teknik penambahan larutan standar atau sampel tak diketahui ( standard addition atau sample addition method ) Jawab:
Definisi TISAB
TISAB adalah sebuah reagen yang ditambahkan pada larutan sampel dan standar yang berfungsi untuk menjaga pH, aktifitas ion, dan kekuatan ion dari larutan standar. Hal ini disebabkan karena TISAB memiliki koefisien aktifitas ion yang sama, tetapi memiliki aktifitas ion yang lebih tinggi sehingga aktifitas ion sampel akan terabaikan. TISAB merupakan senyawa yang berfungsi untuk mengatasi adanya perbedaan yang signifikan antara konsentrasi dan aktivitas dari suatu spesi kimia. 14
Untuk larutan ionik yang kuat, penambahan TISAB dibutuhkan sebab aktivitas ion dan konsentrasinya memiliki perbedaan yang signifikan, sementara itu untuk larutan ionik lemah, penambahan TISAB tidak dibutuhkan sebab tidak terdapat perbedaan yang signifikan antara aktivitas dengan konsentrasi sehingga dalam perhitungan, mereka dapat diasumsikan sama (sebanding).
Alasan Diperlukannya TISAB Bila Menggunakan Teknik Potensiometri Langsung
Pada teknik potensiometri langsung, larutan standar dan larutan sampel diukur potensial selnya. Berdasarkan potensial sel yang diperoleh, konsentrasi sampel dapat diketahui dengan melakukan perhitungan sederhana. Hasil yang diperoleh akan berupa hubungan garis lurus apabila kekuatan ion antara larutan standar dan sampel tidak berbeda jauh. Fungsi utama dari TISAB (Total Ionic Strength Adjusment Buffer ) ini adalah untuk menyamakan kekuatan ion antara dua larutan sehingga meminimalisir potensial junction yang akan berpengaruh pada nilai potensial sel akhir pada voltmeter. Efek
lain
yang
diberikan
larutan
TISAB
adalah
meningkatkan
dan
menyamakan kekutan ion dalam larutan standar dan larutan yang dianalisis. Apabila kekuatan ion dalam larutan standar dan larutan yang dianalisis diberi TISAB, keduanya dapat memiliki kekuatan ion yang sama dan koefisien aktifitas keduanya, γ, juga sama. Akibatnya, untuk larutan standar yang mengandung ion dengan konsentrasi X1 dan larutan yang dianalisis yang mengandung ion dengan konsentrasi n+
X2 , berlaku persamaan:
dengan
dan
(9)
(10)
(11)
di mana E 1 adalah potensial sel larutan standar dan E 2 adalah potensial sel yang dianalisis. Berdasarkan Persamaan (1), (2), dan (9), penambahan larutan TISAB dapat membentuk hubungan linear antara konsentrasi larutan dan E sel , sehingga salah satu kekurangan metode potensiometri langsung dapat teratasi. Perlu diketahui 15
bahwa TISAB hanya bekerja efektif untuk larutan dengan konsentrasi kurang dari 0.1 M.
Waktu Ketika TISAB Tidak Diperlukan
TISAB
umumnya
dapat
dilakukan
hampir
pada
setiap
pengujian
potensiometri apabila komponen larutan yang diuji tidak memiliki ion yang sama dengan ion pada larutan TISAB. Larutan TISAB dapat digunakan pada berbagai pengujian karena TISAB dapat menjaga pH larutan tidak terlalu asam dan tidak terlalu basa. Pada saat larutan terlalu asam atau terlalu basa, pengujian potensiometri dapat menghasilkan error yang cukup besar. Tetapi, TISAB tidak terlalu diperlukan pada keadaan-keadaan berikut: 1. Ketika Larutan Sampel dan Larutan Standar Berada Pada Kondisi Sangat Encer
Pada saat konsentrasi larutan sampel dan larutan standar sangat cair, nilai aktivitas kedua larutan, γ, adalah 1. Pada saat ini, aktivitas sama dengan konsentrasi sehingga hubungan lurus antara aktivitas dan potensial sel menunjukkan hubungan yang serupa antara konsenrasi dan potensial sel.
2. Ketika Larutan Sampel dan Larutan Standar Diencerkan
Pada saat tidak dilakukan teknik potensiometri langsung, misalnya dengan perlakuan awal berupa pengenceran, TISAB tidak lagi diperlukan. Jika larutan diencerkan terlebih dahulu, akan tercapai kondisi di mana aktivitas, γ, adalah 1, dan dapat dibuat hubungan lurus antara konsentrasi dan potensial sel.
3. Ketika Konsentrasi Larutan Melebihi 0.1 M
Larutan TISAB berfungsi menyamakan kekuatan ion larutan dengan cara meningkatkan kekuatan ion keduanya sampai titik maksimal. Pada saat konsentrasi larutan melebihi 0.1 M, larutan TISAB tidak dapat meningkatkan kekuatan ion larutan tersebut sehingga penambahan larutan TISAB tidak akan memberi efek apapun.
16
4. Ketika Larutan Standar dan Larutan Sampel Memiliki Kekuatan Ion yang Sama
Pada saat larutan standar dan sampel memiliki kekuatan ion yang sama, hubungan lurus antara konsentrasi dan potensial sel sudah dapat diperoleh. Karenanya, penambahan larutan TISAB tidak memberikan pengaruh signifikan. Sayangnya, kekuaran ion larutan jarang diketahui terlebih dahulu.
5. Ketika Dilakukan Metode Standard dan Sample Additi on
Penggunaan metode standard dan sample addition memberikan pengaruh yang sama dengan pemberian larutan TISAB, yakni menyamakan kekuatan ion larutan standar dan larutan sampel. Karena itu, pada saat metode ini dilakukan, pemberian larutan TISAB tidak diperlukan. Penjelasan tentang metode ini akan dijelaskan pada bagian berikutnya.
Manfaat Melakukan Metode Standard atau Sample Additi on
Metode standard dan sample addition memiliki prinsip dasar yang sama. Untuk standard addition, pertama-tama larutan sampel yang akan dianalisis diukur potensial selnya. Kemudian, ke dalam larutan sampel dimasukkan sedikit larutan standar yang telah diketahui konsentrasinya dan diukur potensial selnya. Dalam metode ini, volume larutan yang dimasukkan pertama kali harus jauh lebih besar dari volume larutan yang ditambahkan. Hal ini dilakukan agar kekuatan ion dalam larutan relatif konstan sehingga dapat dibuat hubungan linear antara konsentrasi ion dan potensial sel. Untuk metode sample addition, larutan standar dimasukkan terlebih dahulu dan larutan yang akan dianalisis dimasukkan kemudian. Penggunaan metode ini memiliki setidaknya dua manfaat, yakni : 1. Menyamakan Kekuatan Ion Larutan Standar dan Larutan Sampel
Metode standard dan sample addition memiliki manfaat yang sama dengan penambahan larutan TISAB. Dengan menjamin bahwa larutan yang ditambahkan memiliki volume yang jauh lebih kecil, maka: 1) kekuatan ion larutan standar dan larutan yang diberi sampel relatif sama, dan; 2) pH larutan dapat dijaga dengan menjamin bahwa larutan yang pertama dimasukkan berada dalam pH netral dan 17
larutan yang ditambahkan tidak terlalu banyak. Karena kekuatan ion larutan sampel dan standar sama, maka dapat dibuat hubungan linear antara konsentrasi dan potensial sel.
2. Mengurangi Kesalahan Kalibrasi Nilai Konstanta K
Pada metode potensiometri langsung, salah satu kekurangan yang ada adalah konstanta K (dapat dilihat pada Persamaan (1) dan (2)) sesungguhnya tidak konstan. Hal ini dikarenakan elektroda yang telah digunakan untuk menguji potensial sel larutan standar dicuci untuk dilakukan pengujian pada larutan sampel. Hal ini cenderung merubah nilai E j, salah satu komponen penyusun K . Pada metode standard dan sample addition, sel yang digunakan untuk pengukuran potensial sel larutan standar tidak diubah sehingga perubahan nilai E j dapat diminimalkan.
5.
Bila Anda menggunakan metode sample addition pada teknik potensiometri, bagaimana Anda menjelaskan penentuan konsentrasi natrium pada sampel? Anda membaca suatu rumus hasil penurunan untuk menentukan konsentrasi suatu ion dengan metode sample addition adalah sebagai berikut:
yang berasal dari rumus awal:
(12)
(13)
di mana C U = konsentrasi sampel yang tidak diketahui (unknown); C S = konsentrasi ion dalam larutan standar; V U = volume larutan sampel yang digunakan; V S = volume larutan standar yang digunakan; E 1 = potensial sel terukur tanpa ada larutan sampel; E 2 = potensial sel terukur setelah ada tambahan larutan sampel; S = slope elektroda (yang diukur dengan menggunakan larutan standar); a1 dan a2 = keaktifan ion yang sama dengan konsentrasinya. 18
Bagaimana Anda mendapatkan persamaan di atas? Jawab: Penentuan konsentrasi larutan dengan sample addition method telah dibahas pada jawaban pertanyaan no.2. Proses umum yang akan dilakukan adalah menyiapkan larutan sampel yang berisi analit dan larutan standar yang telah diketahui konsentrasinya. Larutan standar disiapkan dalam jumlah yang lebih banyak, setelah itu larutan sampel ditambahkan. Pengukuran potensial sel dilakukan sebelum dan sesudah larutan sampel ditambahkan dengan larutan standar. Hubungan antara konsentrasi ion dalam larutan standar, konsentrasi ion dalam campuran, dan potensial sel masing-masing diuraikan sebagai berikut. Untuk memudahkan penurunan persamaan ini, dapat dilihat ilustrasi pada Gambar 1. Gambar 2a menunjukkan larutan standar dengan konsentrasi C S dan volume V S sedangkan gambar 2b menunjukkan campuran berisi larutan standar dan larutan sampel dengan konsentrasi C U dan volume V U.
Gambar 2: (a) Larutan Standar; (b) Campuran Larutan Standar dan Sampel yang Dianalisis (Sumber: Zellmer, David L. “The Fluoride Ion Selective Electrode Experiment”. http://zimmer.csufresno. edu/~davidz/Chem102/FluorideISE/FluorideISE.html)
Pertama-tama, larutan standar dengan volume V S dan konsentrasi C S digunakan sebagai larutan elektrolit dan diukur potensial selnya. Dengan asumsi bahwa ion yang ukur adalah kation, berlaku persamaan :
dengan
(14)
dengan K’ adalah konstanta dan E 1 adalah potensial sel berisi larutan standar. Dari Persamaan (1), perlu dicatat bahwa rumus awal yang diberikan,
, tidak
dapat dibenarkan karena pada kenyataannya terdapat konstanta K’ . Setelah sampel dimasukkan, volume campuran menjadi V S + V S dan konsentrasi campuran, C 2, adalah: 19
(15)
dan potensial sel campuran diberikan pada persamaan berikut:
(16)
dengan E 1 adalah potensial sel campuran. Pengurangan Persamaan (2) dan (1) menghasilkan:
( )
(17)
Penentuan Konsentrasi Ion Natrium dengan Metode Sample Additi on
Penentuan konsentrasi ion natrium dapat dilakukan dengan dua cara, yakni tanpa menggunakann grafik dan dengan menggunakan grafik. Perhitungan yang dilakukan adalah sebagai berikut. 1. Penentuan Konsentrasi Ion Natrium Tanpa Grafik
Pada metode ini, pertama-tama larutan standar dengan konsentrasi ion natrium yang telah diketahui, C S, dan volume V S diukur potensial selnya. Potensial sel larutan sampel, E 1, dituliskan sebagai:
dengan
(18)
dengan n = 1 untuk ion natrium. Setelah diberi sampel dengan konsentrasi yang tidak diketahui, C U, potensial sel campuran, E 2, menjadi:
(19)
Pengurangan Persamaan (3) dan (1) menghasilkan Persamaan (4) yang telah dijelaskan:
(20)
dan konsentrasi sampel, C U, adalah:
20
(21)
2. Penentuan Konsentrasi Ion Natrium dengan Grafik
Pada metode ini, berdasarkan Persamaan (4) yang dihasilkan:
(22) E2-E1/S
Dibuat grafik antara V U /C S sebagai sumbu x dan (V S + V U ).10
sebagai sumbu
y. Gradien yang diperoleh adalah konsentrasi sampel yang tidak diketahui, C U .
6.
Anda memperoleh data dari laboratorium sebagai berikut: Vol lar. Na standar (750 mg/L) (ml)
Potensial Sel (mV)
200
-35.6
100
-17.8
50
0.4
25
16.8
12.5
34.9
6.25
52.8
3.125
70.4
1.563
89.3
0.781
107.1
0.391
125.5
0.195
142.9
Bagaimana menentukan kemiringan kurva kalibrasi yang merupakan ukuran respons elektroda ion selektif yang digunakan? Jawab:
Untuk menentukan kemiringan ( slope) kurva kalibrasi, perlu dibuat hubungan antara log10 C dan potensial sel, di mana C adalah konsentrasi ion pada larutan yang digunakan dalam mol/L. Berikut akan diuraikan cara pembuatan garis hubungan 21
antara log10 C dan potensial sel. Hubungan antara log10 C dan potensial sel untuk ion natrium dituliskan sebagai:
(23)
di mana C adalah konsentrasi ion natrium dalam larutan dan S adalah kemiringan kurva. Karena data yang diberikan tidak memungkinkan untuk mencari konsentrasi dalam mol/L, Persamaan (1) diperluas untuk mencari hubungan log10 C 1 dan potensial sel dengan C 1 adalah konsentrasi dalam gr/L. Persamaan yang terbentuk adalah:
(24)
dengan Mr adalah masa molekul relatif yang sifatnya konstan. Berdasarkan Persamaan (10), dapat dibuat hubungan linear dengan log10 C 1 sebagai sumbu x dan potensial sel sebagai sumbu y. Gradien garis yang terbentuk adalah kemiringan kurva kalibrasi. Data yang ada dapat diolah untuk mendapatkan hubungan antara log10 C 1 dan potensial sel seperti pada Tabel 1: Tabel 1: Hubungan Antara log 10 C dan Potensial Sel
Vol Lar Standar
Konsentrasi Lar
Potensial
Potensial
(750 mg/L) (mL)
Standar/ C 1 (gr/L)
log10 C 1
Sel (mV)
Sel (V)
200
3.75
0.574031
-35.6
-0.0356
100
7.5
0.875061
-17.8
-0.0178
50
15
1.176091
0.4
0.0004
25
30
1.477121
16.8
0.0168
12.5
60
1.778151
34.9
0.0349
6.25
120
2.079181
52.8
0.0528
3.125
240
2.380211
70.4
0.0704
1.563
479.8464
2.681102
89.3
0.0893
0.781
960.3073
2.98241
107.1
0.1071
0.391
1918.159
3.282885
125.5
0.1255
0.195
3846.154
3.585027
142.9
0.1429 22
Berdasarkan Tabel 1, dibuat hubungan antara log10 C 1 dan potensial sel seperti pada Grafik 1. Perhitungan dalam pembuatan Grafik ini diberikan pada Lampiran 1. Grafik: Hubungan Antara log 10 C 1 dan Potensial Sel 0.16
y = 0,059x - 0,070
0.14 0.12 0.1 Series1
0.08
Linear (Series1)
0.06 0.04 0.02 0 0
1
2
3
4
Dari grafik yang diperoleh, dapat dilihat bahwa persamaan yang terbentuk adalah y = 0.059 x – 0.070, sehingga kemiringan kurva kalibrasi yang didapatkan adalah 0.059.
7.
Bila Anda memiliki sampel dengan konsentrasi yang relatif tinggi, metode penambahan mana yang Anda gunakan? Standard addition atau sample addition? Jelaskan argumentasi Anda.
Bila sample memiliki konsentrasi relatif tinggi, maka metode yang paling tepat untuk digunakan adalah sample addition. Pemilihan ini didasarkan pada kondisi sampel, kekurangan standard addition method dalam kondisi ini, dan kelebihan yang dimiliki oleh sample addition method.
Kekurangan Standard Addition Method
1. Pada standard addition, langkah pertama adalah menyiapkan larutan sampel, kemudian ditambahkan dengan larutan standar. Larutan sampel yang dibutuhkan pada metode ini relatif lebih banyak daripada larutan sampel yang dibutuhkan 23
pada sample addition method. Sehingga lebih efektif dan efisien untuk menggunakan sample addition method, karena kebutuhan akan sample yang lebih sedikit. 2. Dengan konsentrasi larutan sampel yang tinggi, mengakibatkan penambahan larutan standar yang lebih sedikit hanya akan berjalan efektif (mengakibatkan perubahan potensial sel yang signifikan) apabila larutan standar memiliki konsentrasi yang relatif tinggi juga. Penggunaan larutan standar dengan konsentrasi yang tinggi akan menambah biaya.
Kelebihan Sample Addition Method
1. Karena telah diketahui larutan sampel memiliki konsentrasi tinggi, maka hanya diperlukan dalam jumlah sedikti. Hal ini bersesuaian dengan prosedur sample addition method yang memang hanya memerlukan larutan sampel yang lebih sedikit daripada larutan standar. 2. Larutan sampel memiliki kekuataan ion yang tinggi (karena konsentrasinya yang tinggi) akan dengan mudah mengubah potensial sel secara signifikan. Agar kekuatan ion larutan standar tidak berubah, maka hanya diperlukan larutan standar dengan konsentrasi yang lebih rendah. Dengan demikian, akan menghemat biaya dan lebih efisien. 3. Konsentrasi sampel yang tinggi mengakibatkan hanya diperlukan penggunaan sampel dalam jumlah rendah, sehingga dimungkinkan pengulangan sample addition mehod berulang kali bila memiliki sampel dalam jumlah yang cukup. Hal ini disebut dengan multiple sample addition yang akan membantu untuk menghasilkan variasi data potensial sel yang lebih beragam untuk mengurangi error dalam pengambilan data.
24
BAB III PENUTUP Kesimpulan yang dapat ditarik dari pembahasan jawaban pertanyaan pemicu adalah sebagai berikut : 1. Potensiometri merupakan salah satu metode analisis dalam cabang ilmu kimia analitik yang menggunakan reaksi reduksi-oksidasi sebagai prinsip dasarnya. 2. Sel potensiometri terdiri dari empat bagian penting yaitu elektrode acuan, elektrode indikator, jembatan garam, dan voltmeter. 3. Metode terbaik yang dilakukakan untuk menganalisis sampel darah yang diambil dari pasien pendertita anemia adalah sample addition method . Metode ini dipilih karena memiliki berbagai kelebihan dibandingkan dengan metode lain dan adanya beberapa kekurangan dari metode lain yang telah diuraikan duraikan dalam makalah. 4. Langkah – langkah yang akan dilakukan untuk mengetahui kandungan zat besi dengan sample addition method adalah preparasi larutan sampel dan larutan standar, menyiapkan peralatan, pengukuran potensial sel, dan menentukan konsentrasi ion besi dalam sampel 5. TISAB adalah sebuah reagen yang ditambahkan pada larutan sampel dan standar yang berfungsi untuk menjaga pH, aktifitas ion, dan kekuatan ion dari larutan standar. 6. TISAB tidak terlalu diperlukan pada keadaan-keadaan berikut: ketika larutan sampel dan larutan standar berada pada kondisi sangat encer, ketika larutan sampel dan larutan standar diencerkan, dan ketika konsentrasi larutan melebihi 0.1 M. 7. Penentuan konsentrasi ion natrium dapat dilakukan dengan dua cara, yakni tanpa menggunakann grafik dan dengan menggunakan grafik. 8. Penentuan kemiringan ( slope) kurva kalibrasi, dilakukan dengan cara membuat hubungan antara log10 C dan potensial sel, di mana C adalah konsentrasi ion pada larutan yang digunakan dalam mol/L. 25
9. Pada sampel yang memiliki konsentrasi yang tinggi metode penambahan yang dilakukan adalah sample addition method. Dengan menggunakan sedikit sampel yang akan ditambahkan pada larutan standar, dapat dihasilkan perubahan beda potensial yang cukup signifikan dan terlihat jelas.
26
Daftar Pustaka
Chang, Raymond. 2004. Kimia Dasar: Jilid 2. Jakarta: Penerbit Erlangga. Day R.A. dan A.L. Underwood. 1986. Analisis Kimia Kuantitatif (terjemahan). Jakarta:
Penerbit Erlangga.
Skoog. 1988. Fundamentals of Analytical Chemistry. London : Saunders College Publishing. Anonim.
2011.
Iron
Absorption.
[online].
(http://sickle.bwh.harvard.edu/iron_absorption.html, diakses tanggal 20 Juni 2011) Anonim.___.Wanita
Rentan
Terkena
Anemia.[online].
(http://cybermed.cbn.net.id/cbprtl/cybermed/detail.aspx?x=health+woman&y =cybermed|0|0|14|611, diakses pada Selasa, 20 Juni 2011 pukul 11.00) Oppusunggu, Riris. 2009. Pengaruh Pemberian Tablet Tambah Darah terhadap Produktivitas Kerja Wanita Penyortir Daun Tembakau di PT. X Kabupaten Deli
Serdang .
pdf.
(http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/6889/1/09E01321.pdf, diakses pada tanggal 21 Juni 2011)
27
