LAPORAN PRAKTIKUM TEKNIK PENGENDALIAN PENCEMARAN AIR
PENGUJIAN KADAR AMONIA (NH 3) DALAM AIR METODE NESSLERISASI SPEKTROFOTOMETRI
Disusun oleh: oleh:
RAHMADHANI DWI PUTRI 09/295538/PTK/06634
LABORATORIUM ANALISIS INSTRUMEN MAGISTER TEKNIK PENGENDALIAN PENCEMARAN LINGKUNGAN PROGRAM PASCA SARJANA TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS GADJAH MADA 2010
PENGUJIAN KADAR AMONIA (NH 3) DALAM AIR METODE NESSLERISASI SPEKTROFOTOMETRI
I.
TUJUAN PERCOBAAN Praktikan mampu menguji kadar amonia dalam air atau air limbah dengan metode nessler
secara spektrofotometri.
II. DASAR TEORI Dalam air dan air limbah, nitrogen berada dalam bentuk nitrat, nitrit, amonia, dan nitrogen organik. Semua bentuk – bentuk nitrogen ini termasuk nitrogen dalam bentuk gas N2 dapat berubah dari bentuk yang satu ke bentuk yang lain secara biokimia dan merupakan komponen dari suatu daur nitrogen. Total nitrogen teroksidasi adalah jumlah nitrogen, nitrat dan nitrit, dengan tingkat oksidasi masing – masing adalah +5 dan +3. Nitrat pada umumnya terjadi dalam jumlah yang sedikit dalam air permukaan dan mungkin berada dalam jumlah yang besar dalam air tanah di daerah yang banyak menggunakan pupuk yang mengandung nitrat. Dalam jumlah berlebih, nitrat berperan dalam menyebabkan sakit methemoglobinemia pada bayi. Oleh karena itu, nitrat yang diperbolehkan berada dalam air minum dibatasi sampai 10 mg nitrat sebagai nitrogen/L. Nitrat ditemukan hanya dalam jumlah sedikit dalam air limbah domestik segar, tetapi dalam effluent dari unit pengolahan air yang dinitrifikasi secara biologi, nitrat mungkin ditemukan dalam konsentrasi sampai dengan 30 mg nitrat sebagai n itrogen/L. Nitrogen yang berada dalam senyawa – senyawa organik diklasifikasikan sebagai nitrogen organik. Yang termasuk dalam nitrogen organik adalah bahan – bahan alam, seperti protein dan peptida, asam – asam nukleat dan urea, serta beberapa material – material sintetis. Konsentrasi nitrogen organik berkisar antara beberapa ratus kilogram per liter pada beberapa danau dan lebih dari 20 mg/L dalam air laut. Secara analitik, nitrogen organik dan amonia dapat ditentukan bersama – sama dan disebut sebagai nitrogen kjehldahl. Amonia adalah senyawa kimia dengan rumus NH3. Biasanya senyawa ini didapati berupa gas dengan bau tajam yang khas (disebut bau amonia). Walaupun amonia memiliki sumbangan penting bagi keberadaan nutrisi di bumi, amonia sendiri adalah senyawa kaustik dan dapat
merusak kesehatan. Administrasi Keselamatan dan Kesehatan Pekerjaan Amerika Serikat memberikan batas 15 menit bagi kontak dengan amonia dalam gas berkonsentrasi 35 ppm volume atau 8 jam untuk 25 ppm volume. Kontak dengan gas amonia berkonsentrasi tinggi dapat menyebabkan kerusakan paru-paru dan bahkan kematian. Sekalipun amonia di AS diatur sebagai gas tak mudah terbakar, amonia masih digolongkan sebagai bahan beracun jika terhirup, dan pengangkutan amonia berjumlah lebih besar dari 3.500 galon (13,248 L) harus disertai surat izin. Amonia yang digunakan secara komersial dinamakan
amonia anhidrat .
Istilah ini
menunjukkan tidak adanya air pada bahan tersebut. Karena amonia mendidih di suhu -33°C, cairan amonia harus disimpan dalam tekanan tinggi atau temperatur amat rendah. Walaupun begitu, kalor penguapannya sangat tinggi sehingga dapat ditangani dengan tabung reaksi biasa di dalam sungkup asap. "Amonia rumah" atau
amonium hidroksida
adalah larutan NH3 dalam air.
Konsentrasi larutan tersebut diukur dalam satuan baumé. Produk larutan komersial amonia berkonsentrasi tinggi biasanya memiliki konsentrasi 26 derajat baumé (sekitar 30 persen berat amonia pada 15,5 °C). Amonia yang berada di rumah biasanya memiliki konsentrasi 5 hingga 10 persen berat amonia. Amonia umumnya bersifat basa (pKb = 4,75), namun dapat juga bertindak sebagai asam yang amat lemah (pKa = 9,25). Amonia secara fungsional didefinisikan sebagai ikatan nitrogen dalam keadaan oksidasi +
3 yang dalam keadaan asam berbentuk ion NH4 (ammonium). Amonia dalam air permukaan berasal dari air seni, tinja dan juga berasal dari oksidasi zat organik secara mikrobiologi. Amonia berada secara alami dalam air permukaan dan air limbah. Kosentrasi amonia pada umumnya rendah dalam air tanah karena amonia tersebut diadsorpsi pada partikel – partikel tanah dan lumpur – lumpur serta sulit dilepaskan dari tanah tersebut. Amonia diproduksi secara luas oleh deaminasi dari komponen – komponen yang mengandung nitrogen organik dan oleh hidrolisis dari urea. Pada beberapa instalasi treatment air, amonia ditambahkan untuk bereaksi dengan klorin membentuk residu korin terkombinasi. Dalam effluent air limbah berisi amonia yang diklorinasi dan tidak ada residu klorin bebas yang diperoleh sampai amonia teroksidasi. Kemudian dengan segera klorin bereaksi dengan amonia untuk membentuk mono dan dikloroamin. Konsentrasi amonia dalam air bermacam – macam mulai kurang dari 10 µm amonia nitrogen/L dalam beberapa air alami di permukaan dan dalam tanah sampai lebih dari 30 mg/L dalam beberapa air limbah.
Dalam memilih metode untuk penentuan amonia harus diperhatikan konsentrasi dan kehadiran interfensi. Pada umumnya, panduan penentuan amonia secara langsung untuk amonia pada konsentrasi rendah diterapkan pada air minum, air permukaan yang bersih dan effluent air limbah yang telah dinitrifikasi dengan kualitas baik. Untuk konsentrasi amonia yang tinggi, sering digunakan metode titrasi yang didahului den gan titrasi. Metode – metode yang sering digunakan untuk penentuan amonia, yaitu metode nesslerisasi dan phenate. Kedua metode ini lebih sesuai untuk konsentrasi amonia yang rendah. Metode elektroda selektif amonia juga dapat digunakan baik dengan atau tanpa distilasi pendahuluan untuk range ini. Selain itu, dapat dipakai pula metode phenate dalam versi yang diotomatiskan. Metode nessler dapat digunakan untuk menentukan amonia dengan konsentrasi rendah. Metode ini sensitif sampai konsentrasi 20 µg NH3-N/L di bawah kondisi optimum dan mungkin sampai 5 mg NH3-N/L. Turbidity, warna dan substansi yang dapat diendapkan oleh adanya ion hidroksil, seperti magnesium dan kalsium dapat mengganggu dan dihilangkan dengan distilasi pendahuluan atau dengan pengendapan menggunakan seng sulfat dan alkali. Metode phenate memiliki sensitivitas 10 µg NH3-N/L dan berguna sampai 500 µg NH3 N/L. Distilasi pendahuluan diperlukan jika alkalinitas lebih dari 500 mg CaCO3/L, jika warna atau turbiditas ada atau jika sampel telah diawetkan dengan asam. Prosedur distilasi dan titrasi dipakai khususnya untuk konsentrasi NH3-N lebih dari 5 mg/L. Distilasi dalam absorben asam sulfat (H 2SO4) disarankan untuk metode phenate jika interfensi terlihat. Asam borat harus digunakan sebagai absorben jika distilat akan dinessler atau dititrasi.
III. PELAKSANAAN PERCOBAAN 3.1 Alat – alat yang Diperlukan
Spektrofotometri UV-Vis
Kuvet
Labu takar 50 ml
Beker glass 100 ml, 1000 ml
Pipet volume 1 ml, 2 ml, 5 ml, 10 ml
Pipet mikro 100 – 1000 µL dan pipet tip
Pipet tetes
Pro pipet
3.2 Penyiapan Larutan Standard dan Reagen a. Larutan Stock Amonia 100 mg/L NH3-N o
Larutkan 0,3819 mg anhydrous NH4Cl (yang telah dikeringkan pada suhu 100 C selama 1 jam) dalam air suling dan encerkan sampai 1000 ml dengan air suling dalam labu takar. b. Larutan Standar Amonia 10 mg/L NH3-N Buat larutan ini dengan mengencerkan larutan stock amonia menjadi larutan standar 10 mg/L NH3-N menggunakan aquades. c. Reagen Nessler A Reagen nessler A bisa didapatkan secara komersial di toko – toko bahan kimia. Namun apabila belum tersedia, maka buat reagen ini dengan cara : Larutkan 100 g HgI2 dan 70 g KI dalam sedikit air suling (aquades), tambahkan larutan ini dengan pengadukan secara pelan – pelan kedalam larutan yang terdiri dari 160 g NaOH yang dilarutkan dalam 500 ml aquadest. Encerkan sampai 1000 ml, kemudian simpan dalam botol borosilikat gelap. d. Reagen Nessler B Encekan reagen nessler B yang dijual secara komersial menggunakan aquades dengan faktor pengenceran 10 x atau buat larutan NaOH 6 N untuk menggantikan reagen ini.
e. Larutan Rochelle Salt (Stabilizer Reagent) Larutkan 50 g potassium sodium tartrate tetra hydrates (KNaC4H4O6.4H2O) dalam 100 ml aquades. Hilangkan amonia dalam larutan ini dengan mendidihkannya sampai 30 ml larutan menguap, setelah dingin encerkan sampai 100 ml kembali. f. Larutan Zinc Sufphate Larutkan 100 g ZnSO4.7H2O dan larutkan sampai 1000 ml dengan aquades.
3.3 Cara Kerja a. Siapkan 7 buah labu takar 50 ml yang sudah dibersihkan. b. Ambil dengan teliti menggunakan pipet volume larutan standar amonia 10 mg/L NH3-N dengan volume berturut – turut 0 ml, 1 ml, 2 ml, 5 ml, dan 10 ml kemudian masukkan ke dalam labu takar 50 ml. c. Ambil dengan teliti secara duplo (dua kali) menggunakan pipet volume sampel yang akan diuji sebanyak 5 ml dan masukkan ke dalam masing – masing dua buah labu takar 50 ml. d. Tambahkan sedikit aquades menggunakan botol semprot kira – kira 10 ml pada masing – masing labu takar, kemudian homogenkan pelan – pelan. e. Tambahkan larutan ZnSO4 sebanyak 0,5 ml menggunakan pipet mikro, lalu homogenkan. f. Tambahkan sedikit aquades menggunakan botol semprot kira – kira 10 ml pada masing – masing labu takar, kemudian homogenkan pelan – pelan. g. Tambahkan 5 ml reagen nessler B menggunakan pipet volume ke dalam masing – masing larutan standar, blanko, dan sampel. h. Tambahkan sedikit aquades menggunakan botol semprot kira – kira 10 ml pada masing – masing labu takar, kemudian homogenkan pelan – pelan. i.
Tambahkan 2 tetes larutan Rochelle salt, kemudian encerkan dengan aquades sampai 50 ml dan gojog hingga homogen.
j.
Tambahkan 1 ml reagen nessler A menggunakan pipet mikro ke dalam masing – masing larutan standar, blanko, dan sampel.
k. Gojog larutan hingga homogen, dan diamkan ± 30 menit. Gojog lagi agar tetap homogen.
l.
Ukur nilai absorbansi masing – masing larutan dengan alat spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 430 nm. Lakukan kalibrasi zero dengan larutan blanko yang dibuat.
m. Catat hasil pengukuran dalam lembar kerja dan lakukan perhitungan kadar amonia dalam sampel.
3.4 Skema alat
3.5 Gambar Alat
IV. PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Data dan Perhitungan Absorban dari masing – masing larutan standar dan sampel yang diukur dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 430 nm adalah:
Larutan (ml) 0 (blanko) 1 2 5 10 Sampel 1 Sampel 2
Absorban 0,000 0,037 0,088 0,210 0,343 0,193 0,192
Dari data tersebut dapat dihitung konsentrasi larutan standar dengan menggunakan rumus pengenceran. V1 . N1 = V2 . N2
a. Larutan standar 1 ml N2 = V1 . N1 V2 N2 = 1 ml . 10 mg/L 50 ml N2 = 0,2 mg/L b. Larutan standar 2 ml N2 = 2 ml . 10 mg/L 50 ml N2 = 0,4 mg/L c. Larutan standar 5 ml N2 = 5 ml . 10 mg/L 50 ml N2 = 1,0 mg/L
d. Larutan standar 10 ml N2 = 10 ml . 10 mg/L 50 ml N2 = 2,0 mg/L Hasil perhitungan di atas dapat digambarkan melalui grafik hubungan absorban vs konsentrasi berikut:
Grafik Hubungan Absorban vs Konsentrasi 0.4
y = 0.172x + 0.011 R² = 0.985
0.35 0.3
n0.25 a b r 0.2 o s b A0.15 0.1 0.05 0 0
0.5
1
1.5
2
2.5
Konsentrasi (mg/L)
Persamaan regresi dari grafik di atas adalah y = 0,172x + 0,011 dengan R = 0,985. Berdasarkan persamaan regresi ini, dapat dihitung konsentrasi kedua sampel. a. Sampel 1 Konsentrasi (x) = 0,193 – 0,011 x 10 0,172 = 10,58 mg/L NH3-N Konversi satuan sampel: = Mr NH3 x Konsentrasi sampel Mr N = 17 g/mol x 10,58 mg/L 14 g/mol = 12,85 mg/L NH3
b. Sampel 2 Konsentrasi (x) = 0,192 – 0,011 x 10 0,172 = 10,52 mg/L NH3-N Konversi satuan sampel: = Mr NH3 x Konsentrasi sampel Mr N = 17 g/mol x 10,52 mg/L 14 g/mol = 12,77 mg/L NH3
4.2 Pembahasan Metode nessler dapat digunakan untuk menentukan amonia dengan konsentrasi rendah. Turbidity, warna dan substansi yang bisa diendapkan oleh adanya ion hidroksil, seperti magnesium dan kalsium dapat mengganggu dan dihilangkan dengan distilasi pendahuluan atau dengan pengendapan menggunakan seng sulfat dan alkali. Penentuan kadar amonia ini dilakukan dengan menggunakan larutan standar amonia dan larutan sampel dalam jumlah tertentu kemudian ditambah aquades sebagai pelarut dan ZnSO4 sebagai pengendap. Setelah itu pada masing – masing larutan ditambah reagen nessler B yang berfungsi sebagai indikator keberadaan amonia dalam larutan. Selanjutnya dilakukan penambahan reagen nessler A sebagai pemberi warna pada larutan standar maupun sampel. Alat yang dipakai untuk mengukur absorban larutan standar dan sampel adalah spektrofotometer UV-Vis, karena panjang gelombang yang digunakan adalah 430 nm. Panjang gelombang ini termasuk dalam kisaran panjang gelombang sinar UV, yaitu 300 – 750 nm. Syarat untuk menggunakan spektrofotometer UV-Vis adalah larutan yang diukur absorbannya harus berwarna. Oleh karena itu, larutan standar dan sampel harus dijadikan berwarna dengan menambahkan reagen nessler A. Penambahan reagen ini mengakibatkan perubahan warna larutan dari bening menjadi kuning. Intensitas warna kuning ini meningkat seiring dengan meningkatnya jumlah larutan standar dan sampel yang digunakan. Konsentrasi larutan standar dapat dihitung dengan menggunakan rumus pengenceran. Nilai konsentrasi larutan standar 1 ml, 2 ml, 5 ml, dan 10 ml berturut – turut adalah 0,2 N ; 0,4 N ; 1 N ; 2 N. Konsentrasi amonia yang terkandung dalam sampel dapat ditentukan dengan cara memasukkan (mengintrapolasikan) nilai absorban sampel ke dalam kurva standar dengan menggunakan persamaan garisnya. Akan tetapi konsentrasi ini masih berada dalam bentuk mg/L NH3-N, sehingga hasil yang didapat harus dikonversi menjadi mg/L NH3. Konsentrasi larutan sampel setelah dikonversi adalah 12,85 mg/L NH3 dan 12,77 mg/L NH3, sehingga konsentrasi rata – rata sampel adalah 12,81 mg/L. Kedua nilai ini memberikan hasil yang tidak jauh berbeda. Ini menunjukkan bahwa percobaan cukup berhasil.
V. KESIMPULAN 1. Penentuan amonia dapat dilakukan dengan berbagai metode. Pada percobaan ini digunakan metode nesslerisasi karena metode ini dapat diterapkan pada konsentrasi yang rendah. 2. Konsentrasi amonia dalam larutan standar dan sampel diukur dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 430 nm. 3. Absorban dari masing – masing larutan sampel serta larutan standar 1 ml, 2 ml, 5 ml, dan 10 ml berturut – turut adalah 0,193 ; 0,192 ; 0,037 ; 0,088 ; 0,210 ; dan 0,343. 4. Konsentrasi larutan sampel setelah dikonversi adalah 1,281 mg/L N H3.
DAFTAR PUSTAKA
ATSDR. 2004. Toxic FAQ Sheet for Ammonia published by the Agency for Toxic Substances and Disease Registry. Boes, Evita. 2009. Metode Ion Kromatografi untuk Analisis Ammonium dan Nitrat pada Uji Profisiensi Air Limbah. MAKARA. Sains. Vol 14. No 1. Pp 9 – 15. DOT. Hazardous Materials (HM) Safety Permits from the website of the United States Department of Transportation. Mary, Ann H Franson. 1998. Standard Methods For The Examination of Wasewater. 20 th Edition American Public Health Association. 4110-4110B. 4500-NH3 A-G. 4500-NO3 A-G. www.id.wikipedia-org/wiki
