LAPORAN PRAKTIKUM TEKNIK PENGENDALIAN PENCEMARAN AIR PENGUJIAN KADAR NITRIT (NO2) DALAM AIR METODE N.E.D SPEKTROFOTOMETRI
Disusun oleh: LILIS KISTRIYANI 12/340417/PTK/08378
MAGISTER TEKNIK PENGENDALIAN PENCEMARAN LINGKUNGAN JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA 2013
0
PENGUJIAN KADAR NITRIT (NO2) DALAM AIR METODE N.E.D SPEKTROFOTOMETRI
A. TUJUAN PERCOBAAN Percobaan ini bertujuan untuk menentukan kadar nitrit (NO2) dalam air dengan metode N.E.D secara spektrofotometri B. DASAR TEORI Nitrit (NO2-) adalah ion anorganik alami, yang merupakan bagian dari siklus nitrogen. Aktifitas mikroba di tanah atau air yang menguraikan sampah dengan kandungan nitrogen organik, pertama-pertama akan mengubah nitrogen menjadi ammonia, kemudian dioksidasikan menjadi nitrit dan nitrat. Oleh karena nitrit dapat dengan mudah dioksidasikan menjadi nitrat, maka nitrat adalah senyawa yang paling sering ditemukan di dalam air bawah tanah maupun air yang terdapat di permukaan. Pencemaran oleh pupuk nitrogen, termasuk ammonia anhidrat seperti juga sampah organik hewan maupun manusia, dapat meningkatkan kadar nitrat di dalam air. Senyawa yang mengandung nitrat di dalam tanah biasanya larut dan dengan mudah bermigrasi dengan air bawah tanah (Thomson, 2004). Nitrat dibentuk dari asam nitrit yang berasal dari ammonia melalui proses oksidasi katalitik. Nitrit juga merupakan hasil metabolisme dari siklus nitrogen. Bentuk pertengahan dari nitrifikasi dan denitrifikasi. Nitrat dan nitrit adalah komponen yang mengandung nitrogen berikatan dengan atom oksigen, nitrat mengikat tiga atom oksigen sedangkan nitrit mengikat dua atom oksigen. Di alam, nitrat sudah diubah menjadi bentuk nitrit atau bentuk lainnya (Ruse, 1999). Proses oksidasi pada ammonia menjadi nitrit memerlukan oksigen bebas dalam air. Reaksi terjadi dalam satu tahap saja, yaitu : Nitrosomonas 2 NH4+ + 3 O2
------------------------------->
2 NO2- + 4 H+ + 2 1
Nitrosomonas NH3 + oksigen
--------------------------------->
NO2- + energi
Adanya nitrit ( NO2 ) dalam air minum / air bersih dapat di deteksi dan di analisa. Dalam hal ini nitrit di tentukan secara koorimetris dengan alat spektrofotometer. Pada pH 2.0 sampai 2.5 nitrit bereaksi dengan diazo asam sulfanilik ( sulfanilamid ) dan N-(1-naftil)etilendiamin dihidroklorida atau Naftilamin. Akan terbentuk senyawa berwarna ungu atau merah atau ungu kemerah – merahan. Warna tersebut mengikuti hukum Lambert – Beer dan menyerap sinar dengan panjang gelombang 543 nm. Metode kolorimetri seperti ini sangat peka sehingga biasanya perlu pengenceran sampel (Alaerts, 1984). Struktur kimia dari nitrit adalah O == N — O- dan berat molekulnya 46.006 kg/mol. Pada kondisi yang normal, baik nitrit maupun nitrat adalah komponen yang stabil, tetapi dalam suhu yang tinggi akan tidak stabil dan dapat meledak pada suhu yang sangat tinggi dan tekanan yang sangat besar. Biasanya, adanya ion klorida, bahan metal tertentu dan bahan organik akan mengakibatkan nitrat dan nitrit menjadi tidak stabil. Jika terjadi kebakaran, maka tempat penyimpanan nitrit maupun nitrat sangat berbahaya untuk didekati karena dapat terbentuk gas beracun dan bila terbakar dapat menimbulkan ledakan. Bentuk garam dari nitrat dan nitrit tidak berwarna dan tidak berbau serta tidak berasa. Bersifat higroskopis (Parrot, ,MK 2002). Dosis letal dari nitrit pada orang dewasa bervariasi antara 0.7 dan 6 g NO2- (atau sekitar10 sampai 100 mg NO2-/kg (Ruse, 1999).
C. PELAKSANAAN PERCOBAAN 1. Alat-alat yang diperlukan: - Spektrofotometer UV-Vis - Kuvet - Magnetik stirrer - Labu takar 50 ml - Pipet volume 1 ml, 2 ml, 5 ml, 10 ml dan 50 ml 2
- Pipet mikro 100-1000 µL dan pipet tip - Buret 50 ml - Beaker glass 100 ml, 1000 ml - Corong - Pro pipet - Pipet tetes 2. Bahan-bahan yang diperlukan -
Larutan Stock Nitrit 250 mg/L NO2-N
-
Larutan Standar Nitrit 500 μg/L NO2-N
-
Reagen Sulfanilamid
-
Larutan N-(1-Naphthyl)-Etilendiamin (NED) Dihydrochloride
-
Larutan Standar Natrium Oksalat (Na2C2O4) 0,05 N
-
Larutan Standar Kalium Permanganat (KMnO4) 0,05 N
-
Larutan H2SO4 pekat
-
Aquades
-
Larutan sampel
3. Cara Kerja a. Disiapkan tujuh buah labu takar 50 mL yang sudah dibersihkan. b. Diambil dengan teliti menggunakan pipet volume larutan standar nitrit 500 μg/L NO2-N dengan volume berturut-turut 1 mL, 2 mL, 5 mL dan 10 mL, kemudian dimasukkan ke dalam masing-masing labu takar 50 mL. c. Dibuat larutan blanko dengan langsung dimasukkan 50 mL aquades ke dalam labu takar 50 mL. d. Diambil dengan teliti secara duplo (dua kali) menggunakan pipet volume sampel yang akan diuji sebanyak 5 mL, kemudian dimasukkan ke dalam masing-masing labu takar 50 mL. e. Semua larutan standar, blanko dan sampel diencerkan hingga volume 50 mL dengan aquades. f. Ditambahkan 1 mL reagen sulfanilamide menggunakan pipet mikro, kemudian digojog hingga homogen dan didiamkan selama 5-8 menit.
3
g. Ditambahkan 1 mL reagen NED menggunakan pipet mikro, kemudian digojog hingga homogen. Dibiarkan selama 10 menit namun tidak boleh lebih dari 2 jam. h. Diukur
nilai
absorbansi
masing-masing
larutan
dengan
alat
spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 543 nm. Dilakukan kalibrasi zero dengan larutan blanko yang dibuat. i. Dicatat hasil pengukuran dalam lembar kerja dan dilakukan perhitungan kadar nitrit dalam sampel. j. Dilakukan standarisasi larutan stock nitrit menggunakan titran KMnO 4 ± 0,05 N. k. Dilakukan standarisasi larutan standar KMnO4 ± 0,05 N yang digunakan dan dicatat hasilnya. D. HASIL PERCOBAAN DAN PERHITUNGAN DATA 1. Penentuan Konsentrasi Sampel Penentuan kadar nitrit dalam air dilakukan dengan metode NED spektrofotometri pada panjang gelombang 543 nm. Konsentrasi larutan standar nitrit 500 μg/L NO2-N. Data hasil pengukuran absorbansi pada percobaan ditunjukkan pada tabel 1.
4
Tabel 1. Data Hasil percobaan Pengujian Kadar Nitrit
Penentuan konsentrasi larutan blanko dan standar setelah pengenceran dilakukan menggunakan persamaan sebagai berikut : V1 x M1 = V2 x M2
(1)
dengan: V1 = Volume awal V2 = Volume akhir M1 = Konsentrasi awal M2 = Konsentrasi akhir Contoh perhitungan sebagai berikut : Untuk volume larutan standar nitrit 500 µg/L sebanyak 1 mL, maka : V1 . M1 = V2. M2 M2 = 1 mL x 500 μg/L 50 mL M2 = 10 μg/L Konsentrasi larutan standar nitrit setelah pengenceran adalah 10 μg/L. Dengan menggunakan perhitungan yang sama, maka diperoleh konsentrasi larutan blanko dan standar yang ditunjukkan tabel 2.
5
Tabel 2. Data Hasil Perhitungan Konsentrasi Larutan Standar Nitrit
Berdasarkan nilai yang diperoleh pada tabel 2, maka dapat dibuat grafik hubungan antara absorbansi (y) versus konsentrasi (x) pada larutan standar seperti yang ditunjukkan pada gambar 1. 0.350 f(x) = 0x - 0 R² = 1
0.300 0.250 0.200 Absorbansi 0.150 0.100 0.050 0.000 0
20
40
60
80
100
120
Konse ntrasi
Gambar 1. Grafik Hubungan antara Absorbansi dengan Konsentrasi Dari plotting data ke dalam bentuk grafik diperoleh persamaan garis:
6
y = 0,003x - 0,004
(2)
dimana : y = absorbansi x = konsentrasi Penentuan konsentrasi sampel dalam percobaan ini dilakukan secara duplo. Konsentrasi sampel kemudian dihitung dengan mengintrapolasi nilai absorbansi sampel ke dalam kurva standar larutan (persamaan garisnya). Perhitungan konsentrasi NO2-N dalam sampel adalah sebagai berikut :
Sampel A1: y=0,003 x−0,004
x=
0,057+0,004 0,003
x=20,333 µ g/ L NO -N 2
Sampel A2 y=0,003 x−0,004
x=
0,056+0,004 0,003
x=20 µ g/ L NO2-N Konsentrasi
sampel
yang
diperoleh
bukan
konsentrasi
yang
sesungguhnya, karena sampel telah mengalami pengenceran selama proses analisis. Dengan menggunakan persamaan (1), maka diperoleh konsentrasi sampel yang sesungguhnya, yaitu :
Sampel A1 = 203,333 µ g/ L NO2-N Sampel A2 = 200 µ g/ L NO -N 2
7
Konsentrasi sampel diambil secara duplo, sehingga rata-rata konsentrasi sampel sesungguhnya sebesar 201,667 µg/L NO2-N.
2. Standarisasi Larutan KMnO4 0,05 N Data standarisasi larutan KMnO4 0,05 N ditunjukkan pada tabel 3. Tabel 3. Data Standardisasi Larutan KMnO4 0,05 N
Normalitas KMnO4 ditentukan dengan persamaan berikut: N KMn O4=
V 2× N2 (3) V1
dengan : V1 = volume titran KMnO4 rata-rata V2 = volume larutan Na2C2O4 yang diambil N2 = normalitas Na2C2O4 Maka, 15 ml ×0,05 N N KMn O4= 14,97 ml N KMn O4=0,0501 N
8
3. Standarisasi Larutan Stock Nitrit Data yang diperoleh pada standardisasi larutan stok nitrit sebagai berikut : a. Volume KMnO4
= 50 mL
b. Volume H2SO4
= 5 mL
c. Volume larutan stock nitrit
= 50 mL
d. Volume Na2C2O4 0,05 N
= 15 mL
e. Volume titran KMnO4
= 1 mL
f. Perubahan warna
= bening menjadi pink
Kandungan NO2-N dari larutan stok nitrit dihitung dengan persamaan berikut: mg/mL, NO2 −N=
[ ( V 1 × N 1 )−( V 2 × N 2) ] × 7 (4) V . Stock
dengan : V1
= Total volume standar KMnO4 yang dipakai (mL)
N1
= Normalitas standar KMnO4 hasil standarisasi (N)
V2
= Total volume standar Na2C2O4 (mL)
N2
= Normalitas standar Na2C2O4 (N)
VStock = Volume larutan stock NaNO2 yang diambil (mL) sehingga : mg/m l , NO 2−N =
[ ( 51 mL ×0,0501 N )−( 15 mL × 0,05 N ) ] × 7 50 mL
mg/m l , NO 2−N =0,2527 mg/ml NO2 −N
9
E. PEMBAHASAN 1. Penentuan Konsentrasi Sampel Penentuan konsentrasi nitrit (NO2) dalam air menggunakan metode N.E.D spektrofotometri. Penentuan nitrit dilakukan dengan membuat deret larutan standar dengan melarutkan 1; 2; 5 dan 10 mL larutan standar NO 2-N 500 μg/L dalam labu takar 50 mL. Kemudian kedalam labu takar 50 mL ditambah 1 mL sulfanilamid (sulfanilic acid diazotized). Reagen ini berfungsi untuk pemberi suasana asam (pH 2,0 sampai 2,5) pada larutan. Proses pengocokan dan pendiaman larutan selama 2-8 menit dilakukan agar larutan tercampur baik. Penambahan
1
mL
N-(1-naphthyl)-etilendiamin
dihidroklorida
(NED
dihidroklorida) akan menyebabkan larutan berwarna ungu. Untuk memperoleh warna ungu yang stabil maka larutan didiamkan selama 10 menit. Warna ungu ini akan semakin pekat dengan semakin banyaknya konsentrasi NO2-N dalam larutan. Penambahan 1 mL sulfanilamid dan 1 mL NED juga dilakukan ke dalam larutan blanko dan larutan sampel. Pada larutan blanko tidak terjadi warna ungu karena tidak ada konsentrasi NO2-N sedangkan larutan sampel menghasilkan warna ungu karena terdapat konsentrasi NO2-N. Larutan tersebut dianalisis menggunakan spektrofotometer untuk mengetahui nilai absorbansinya. Spektrofotometer yang digunakan adalah spektrofotometer UV-Vis. Campuran larutan NO2-N yang berwarna ungu dapat menyerap sinar dengan panjang gelombang 543 nm. Panjang gelombang ini dipilih karena pada panjang gelombang tersebut perubahan konsentrasi lebih sensitif dan lebih cepat untuk diamati. Intensitas sinar yang diserap adalah sedemikian rupa dan mempunyai hubungan yang eksak dengan konsentrasi. Apabila sinar polikromatis maupun monokromatis mengenai suatu media maka intensitasnya akan berkurang. Berkurangnya intensitas sinar terjadi karena adanya serapan oleh media tersebut dan sebagian kecil dipantulkan atau dihamburkan. Dalam percobaan ini intensitas sinar diukur setelah melalui larutan. Intensitas sinar yang diserap dapat ditentukan dengan membandingkan intensitas tanpa ada serapan dan intensitas dengan serapan. Larutan blanko merupakan larutan yang tidak menyerap sinar.
10
Dengan larutan blanko intensitas yang terukur adalah intensitas mula-mula dikurangi kehilangan intensitas karena pemantulan dan hamburan. Apabila larutan blanko diganti dengan larutan yang mengandung cuplikan maka intensitas mula-mula adalah intensitas yang terkoreksi. Dalam percobaan ini absorbansi yang dihasilkan oleh larutan blanko adalah 0, karena tidak mengandung senyawa NO2-N dalam larutan sehingga pada panjang gelombang 543 nm tidak ada intensitas sinar yang diserap. Nilai absorbansi untuk larutan standar 1 sampai 4 adalah dengan semakin besar konsentrasi NO2-N dalam larutan maka absorbansi yang dibaca akan semakin besar. Dari kurva kalibrasi diperoleh persamaan y = 0,003x - 0,004 dengan nilai R2 sebesar 0,999. Berdasarkan hasil perhitungan maka konsentrasi nitrit dalam larutan sampel diperoleh sebesar 201,667 μg/L NO2-N. 2. Standarisasi larutan KmnO4 Larutan kalium permanganat (KMnO4) merupakan larutan standar terbuat dari zat padat dengan kemurnian rendah. Untuk menentukan konsentrasi larutan KMnO4 yang sebenarnya
perlu dilakukan standarisasi dengan
menggunakan larutan standar primer. Larutan standar primer yang digunakan dalam percobaan ini adalah larutan natrium oksalat (Na 2C2O4). Larutan KMnO4 merupakan larutan berwarna ungu tua dan oksidator kuat, sehingga dalam standarisasi tidak membutuhkan indikator. Proses standarisasi dalam suasana asam dilakukan terbalik dimana penitrannya adalah larutan KMnO 4 dan yang dititrasi adalah larutan standar primer Na2C2O4. Penambahan asam sulfat pekat H2SO4 berfungsi sebagai pemberi suasana asam dalam erlenmeyer guna mempercepat reaksi antara KMnO4 dengan Na2C2O4 sampai terbentuk kompleks larutan berwarna merah muda. Reaksinya adalah sebagai berikut: 2-
Oksidasi : C2O4
Reduksi : MnO4 + 8 H
2 CO2 + 2e + 5e
(x 5) Mn
+ 4 H2O
(x 2)
11
Penyetaraan reaksi menjadi: 2-
Oksidasi : 5 C2O4
10 CO2 + 10 e
Reduksi : 2 MnO4 + 16 H + 10 e 2-
5 C2O4 + 2 MnO4 + 16 H
2Mn + 8 H2O
10 CO2 + 2Mn + 8 H2O
Maka reaksi redoks antara KMnO4 dengan Na2C2O4 adalah: 2-
5 C2O4 + 2 MnO4 + 16 H
10 CO2 + 2Mn + 8 H2O
Dari persamaan reaksi tersebut diatas maka dapat dilihat adanya ion H + yang dapat diperoleh dengan penambahan H2SO4. Titrasi terhadap larutan Na2C2O4 dilakukan sampai terbentuk perubahan warna dari larutan bening menjadi larutan berwarna merah muda, perubahan warna ini menandakan telah tercapai titik akhir titrasi (titik ekuivalen) maka penambahan KMnO 4 melalui buret (titrasi) harus segera dihentikan. Dari hasil percobaan diperoleh volume rata-rata titran KMnO4 sebesar 14,97 mL, sehingga dengan perhitungan diperoleh konsentrasi larutan KMnO4 sebesar 0,0501 N ≈ 0,05 N. 3. Standarisasi Larutan Stock Nitrit Standardisasi larutan stok nitrit dilakukan untuk menentukan kandungan NO2-N dari larutan stok nitrit yang ada. Prinsip dari penentuan ini hampir sama dengan standardisasi larutan KMnO 4 yaitu dengan menitrasi larutan dengan KMnO4 0,05 N. Sebagai oksidator kuat, larutan KMnO4 dalam suasana asam dapat digunakan untuk menitrasi langsung baik kation maupun anion yang dapat teroksidasi misalnya anion NO2- menjadi NO3-. Reaksinya adalah sebagai berikut:
12
+
Oksidasi : NO2
H2O
Reduksi : MnO4 + 8 H
NO3 + 2 H + 2e + 5e
Mn
+ 4 H2O
(x 5) (x 2)
Penyetaraan reaksi menjadi:
Oksidasi : 5 NO2 + 5 H2O
5 NO3 + 10 H + 10 e
Reduksi : 2 MnO4 + 16 H + 10 e
5 NO2
2Mn + 8 H2O 5 NO3 + 2 Mn + 3 H2O
+ 2 MnO4 + 6 H
Maka reaksi redoks antara KMnO4 dengan larutan stock nitrit NO2- adalah: 5 NO2
5 NO3 + 2 Mn + 3 H2O
+ 2 MnO4 + 6 H
Kation Mn++ akan bereaksi dengan MnO4- untuk membentuk MnO2, reaksinya sebagai berikut: 2 MnO4 + 3 Mn
+
5 MnO2 + 4 H
2 H2O
Maka ke dalam larutan ditambah 15 mL larutan standar Na 2C2O4 untuk mereduksi MnO2 menjadi Mn++, reaksinya sebagai berikut: Oksidasi : C2O4
2-
2CO2 + 2 e Mn
Reduksi : MnO2 + 4 H + 2 e 2-
MnO2 + C2O4 + 4 H
Mn
+ 2 H2O
+ 2 H2O + 2CO2
Setelah reduksi sempurna maka kelebihan zat reduktornya (Na2C2O4) dititrasi dengan larutan standar KMnO4, reaksinya sebagai berikut:
13
2-
10 CO2 + 2Mn + 8 H2O
5 C2O4 + 2 MnO4 + 16 H
Perubahan warna yang terjadi dari bening menjadi merah muda. Berdasarkan hasil percobaan maka diperoleh volume titran KMnO4 sebanyak 1 mL dan hasil perhitungan konsentrasi NO2-N sebesar 0,2527 mg/mL = 252,7 mg/L. Larutan stock nitrit ini digunakan untuk membuat larutan intermediet nitrit 50 mg/L NO2-N. Selanjutnya larutan intermediet nitrit ini digunakan untuk membuat larutan standar nitrit NO2-N 500 μg/L yang digunakan untuk membuat deret larutan standar penentuan nitrit dalam larutan sampel.
F. KESIMPULAN Dari percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Konsentrasi nitrit dalam air sampel diperoleh sebesar 201,667 μg/L NO2-N 2. Standarisasi larutan KMnO4 menghasilkan konsentrasi 0,0501 N 3. Standarisasi larutan stock nitrit menghasilkan konsentrasi 0,2527 mg/mL
DAFTAR PUSTAKA Alaerts dan Santika . 1984 . Metode Penelitian Air . Usaha Nasional . Surabaya Parrot K, Woodard J,Ross B. Household Water Quality. “Nitrates in Household Water”. Virginia polytechnic institute and state university. Virginia State University.
Virginia.
2002.
Available
from:
info.ag.uidaho.edu/pdf/CIS/CIS1099.pdf. Access on: March 14, 2013 Ruse M, Nitrates and Nitrites. IPCS, Newcastle. United Kingdom. 1999. Available from: http://www.inchem.org/nitrates&nitrites.html. Access on: March 14, 2013 Thompson B, Nitrates And Nitrites Dietary Exposure and Risk Assessment. Institute of Environmental Science & Research Limited. Christchurch Science Centre. New Zealand. 2004. Available from: www.esr.cri.nz. Access on: March 14, 2013 14
15
