Pembuatan Elektroda Selektif ? Ion Cu (II) Dari Kitosan- Polietilen Oksida

(1)

Pe m bu a t a n Ele k t r oda Se le k t if – I on Cu ( I I ) D a r i Kit osa n -

Polie t ile n Ok sida

Sa h a r m a n Ge a An dr iy a n i Sov ia Le n n y Pr ogr a m St u di Kim ia

Fa k u lt a s M a t e m a t ik a da n I lm u Pe n ge t a h u a n Un iv e r sit a s Su m a t e r a Ut a r a

BAB I PEN D AH ULUAN 1 . 1 . La t a r Be la k a n g

Elekt r oda selekt if- I on ( ESI ) adalah suat u sensor elek t rok im ia y ang peka t er hadap akt ivit as ion lar ut an yang diukur yang dit andai dengan per ubahan pot ensial secar a r ever sibel ( Bailey, 1976) . ESI m endapat per hat ian yang luas dar i par a penelit i kar ena alat ini m udah per akit annya, pem akaiannya seder hana dan lar ut an cont oh yang ber w arna t idak ber pengar uh sam pai pada bat as t er t ent u.

ESI per t am a sekali dibuat dan m em br an k aca y ang t elah digunak an unt uk m engukur pH lar ut an ( Bailey, 1976) . Dar i penem uan ini dikem bangkan ESI unt uk penent uan konsent r asi dar i ber bagai logam seper t i Na+ , K+, NH4+, Ca2+ ( Moss, dkk.

1975; Evans, 1987) dan logam - logam ber at seper t i CU2+, Pb2+, dan Cd2+ ( Cobben, dkk.,1992) .

Telah banyak dilapor k an pem buat an ESI yang peka t er hadap ion Cu( I I ) dengan m enggunakan m em br an dar i ber bagai bahan polim er , sem ikondukt or dan cam pur an logam diant ar anya: CuxS/ Ag2S yang dibuat dengan m et ode pengendapan

( Edm onds, 1987) . Cam pur an logam ini m udah t er oksidasi di udar a dan ion Ag( I ) sangat m engganggu dalam analisis ion Cu( I I ) . Mem bran gelas k alk ogenida Cu- Ag-As- Se t elah digunak an unt uk m enent uk an ion Cu( I I ) dalam air alam , lim bah pabrik dan dalam pr oses kont r ol pr oduksi hir dr om et alik . Nam un hasil analisis sangat t er ganggu bila ada ion Fe( I I I ) dalam cont oh ( Vlasov. Yu. G., dk k., 1994) . Senyaw a Kalik s [ 4] arena yang m em iliki em pat gugus t iokar bam oil ber m at r iks poliv inilklor ida ( PVC) adalah peka t er hadap ion Cu ( I I ) , t et api ion klor ida sangat m engganggu dalam analisis. Hal ini disebabk an k arena part isi ion k lorida lebih t inggi t erhadap m em bar an dibanding ion Cu ( I I ) ( Cobben, dkk., 1992) . Bahan- bahan yang m engandung gugus akt if dengan adanya elekt r on bebas lebih banyak digunakan.

Mem br an kit osan sangat baik digunakan sebagai alt ernat if lain dari m em bran elekt r oda y ang selekt if t er hadap ion Cu( I I ) kar ena kem am puannya m em bent uk kom pleks oleh t er sedianya pasangan elect r on bebas dar i gugus am in ( Mor f,dkk., 1991) . Unt uk m em bukt ikan bahw a Cu( I I ) t elah t er ikat pada gugus am il dengan m engam at i per geser an ser apan gugus am in sebelum clan sesudah ion Cu( I I )

dim asukkan.

Salah sat u kekur angan dar i elekt r oda m em br an kit osan adalah kebocor annya y ang m enyebabk an larut an- dalam ( int ernal- solut ion) dapat j at uh ke dalam larut an uj i. Mem br an kit osan m em iliki ket ahanan sobek yang rendah dan unt uk m encegah hal ini m ak a digunak an poliet ilen ok sida ( PEO) sebagai penguat dengan m enam bahkan pem last is.

Banyak elekt r oda dar i pH m et er yang t idak ber fungsi lagi di Labor at or ium Analit ik Jurusan Kim ia FMI PA USU Medan. Bagian dar i m em br an padat yang t idak ber fungsi t er sebut digant ik an dengan m em br an yang dir ancang unt uk m engukur

(2)

ak t iv it as ion Cu( I I ) dalam larut an cont oh. Hal inilah y ang m endorong unt uk m elak uk an penelit ian ini.

1 .2 . Pe r u m u sa n M a sa la h

Mem br an yang digunakan sebagai ESI Cu( I I ) har us m em punyai r espon yang t inggi t er hadap per ubahan akt ivit as Cu( I I ) dalam lar ut an uj i dan kondukt ivit as t inggi. Masalah yang t im bul unt uk m em buat m em br an seper t i t er sebut di at as adalah ber apa per bandingan opt im um ant ar a kit osan dengan polet ilen oksida sebagai penguat dan j um lah et ilen kar bonat sebagai pem last is agar diper oleh k onduk t iv it as opt im um ser t a m elihat bagaim ana kar akt erist ik m em bran set elah didop dengan ion ion Cu( I I ) .

BAB I I . TI N JAUAN PUSTAKA 2 .1 . Ele k t r oda Se le k t if- I on

Elekt r oda selekt if- ion ( ESI ) m er upakan suat u alat yang digunakan unt uk m enent uk an secara k uant it at if dari ion- ion, m olek ul- m olek ul at au spesi- spesi t er t ent u, kar ena elekt roda t er sebut m er upakan elekt r okim ia yang akan ber ubah secar a r ev er sibel t er hadap per ubahan keakt ifan dar i spesi- spesi yang diukur ( Buchar i, 1983) . Pada dasar nya car a analisis dengan m enggunakan elekt r oda selekt if ion adalah m enent uk an pot ensial dar i lar ut an yang akan diukur sehingga penent uan dengan car a ini t er m asuk di dalam m et ode pot ensiom et r i ( Mor f, 1981 ) .

Mem br an adalah bagian yang t er pent ing dari ESI . Berbagai definisi m em bran t elah dikem ukakan. Mem br an adalah suat u lapisan yang m em isahkan dua fasa dan m engat ur per pindahan m assa dar i kedua fasa yang dipisahkan ( Laksm inar ayanaiah,1976) . Sej um lah per sarat an t elah dit et apkan sebagai pet unj uk bagi pem ilihan bahan polim er yang dapat didop unt uk digunakan sebagai m em br an elekt r oda pada bat er ai, per alat an elekt r onik , sensor, eiekt r oda t ennodifikasi, gener at or t ennoelekt r ik dan elekt r okim ia vak um t inggi. Polim er y ang baik digunak an sebagai ion induk ( host ion) adalah:

1. Polim er yang m em punyai gugus yang m am pu m enyum bangkan elekt r on guna m em bent uk ik at an k oordinasi dengan k at ion garam dopan. lnt eraksi ini t erj adi bila polim er m em punyai pasangan elek t ron bebas yang disediakan oleh at om nit r ogen, oksigen, sulfur at au klor .

2. Polim er y ang m em puny ai rant ai fleksibel sehingga at om dopan dapat dengan m udah t er ikat pada polim er akt if.

3. Polim er yang m em iliki densit as ener gi kohesi yang t inggi dan suhu t r ansisi gelas( Tg) yang r endah ( Gr ay, 1991) .

2 .2 . Kit osa n

Kit osan sebagai m olek ul poliglukosam ina yang diper oleh dar i deaset ilasi kit in, t elah m em enuhi per sar at an sebagai ion induk yang balk. Sepasang elekt r on bebas yang disediakan oleh at om N dar i gugus am ina dan aset ilam ida m am pu m engadakan ikat an koor dinasi dengan Cu( I I ) . Walaupun dalam keadaan m ur ni kit osan ber sifat kur ang kondukt if, t et api apabila ber kom plek dengan logam m enj adi sebaliknya ( Kasim dan Low , 1989) . Kit osan j uga dapat dengan m udah dibent uk m enj adi m em br an t ipis ( Hassan, dkk., 1996) dan t elah digunakan sebagai ESI Fe( I I I ) dengan m enggunakan PVC sebagai m at r iksnya ( Subban, dkk., 1996) . Nam un, sam pai saat belum dit em ukan lapor an t ent ang kit osan yang didop dengan ion logam Cu( I I ) dengan poliet ilen oksida sebagai penguat dan penelit ian t ent ang kondukt ivit asnya yang digunakan sebagai m em br an ESI Cu( I I ) .

(3)

dikem bangkan diant aranya dengan m enam bahkan sej um lah t er t ent u logam ke dalam m em bran. Logam yang dit am bahkan ini disebut sebagai logam dopan. Ada dua car a pendopan yang ser ing dilakukan yait u dengan penam bahan langsung dopan pada saat pem buat an m em br an, dan dengan per endam an pada lar ut an dopan. Pendopan dengan per endam an akan m em ber ik an m em br an kondukt if yang m er at a pada selur uh bagian per m ukaan sehingga sensit iv it asnya m eningkat , t ahan lam a, dan r epr odusibel ( Yang, dkk., 1997) . Konsent r asi j apan khas pada set iap m em br an hingga diper oleh kondukt ivit as yang opt im um ( Lozano, dkk., 1996) .

Car a lain unt uk m eningkat kan konduk t ivit as m em br an kit osan adalah dengan m enam bahkan sej um lah t er t ent u pem last is, baik unt uk polim er akt if m aupun unt uk polim er penguat ny a. Hal ini dilak uk an agar kelent ur an dan kelem but an m em br an m eningkat sehingga r ant ai- r ant ai polim er ber ger ak bet as ser t a m em per baiki kont ak per m ukaan ant ar a logam dopan dengan polim er akt ifnya ( Golodnit sky, dkk., 1996) . Pem last is yang dit am bahkan ke dalam bahan plast ik ber t uj uan unt uk m em per baiki sifat alir , m em udahkan pem r osesan, dan m engur angi kerapuhan.

EST t er dir i dar i em pat bagian pent ing yait u m em br an, elekt r oda pem banding, badan elekt r oda dan lar ut an- dalam . Mem br an elekt r oda dan elekt roda pem banding m asing- m asing bert indak sebagai set engah sel Galv ani. Ant ara k edua sel elek t roda ini biasanya dihubungkan dengan j em bat an gar am , t et api secar a pr akt is ser ing dilet akkan dalam sat u t abling t anpa j em bat an gar am yang dihubungkan dengan lar ut an elekt r olit ( Mor f. 1981) sepert i t er lihat pada Gam bar 2.1 di baw ah ini.

Gam bar 2.1 Skem a Elekt r oda Selekt if- I on

Mem bran yang dipergunak an harus bersifat inert t erhadap larut an uj i, selek t if t er hadap ion t er t ent u, m em iliki kepekaan yang baik , m em enuhi har ga fakt or Ner nst dan dapat dicet ak sesuai dengan ukur an yang diinginkan. Badan elekt r oda har us m em punyai t ahanan yang t inggi sehingga t idak dialir i arus list rik , t idak bereak si dengan lar ut an- dalam dan lar ut an yang diuj i. Lar ut an- dalam j uga t idak m elar ut kan m em br an ser t a m enj adi penghubung yang baik ant ar a elekt r oda pem banding dengan m em br an.

Telah banyak t eor i yang dikem ukakan unt uk m enent uk an t im bulnya pot ensial elekt r oda m em br an. Set iap m em br an akan m em ber ikan m ekanism e yang ber beda unt uk t im bulnya pot ensial sesuai dengan j enis dan sifat dar i m em br an. Nam un secar a um um diket ahui bahw a t im bulnya pot ensial m em br an akibat per bedaan

(4)

konsent r asi ant ar a dua lar ut an elekt r olit yang dipisahkan oleh m em br an ( Pungor , dkk., 1970) . Unt uk m em br an ber por i yang sem iper m eabel, t im bulnya pot ensial adalah kar ena t er j adinya difusi ion- ion pada lapisan per m ukaan m em br an. Bila t er j adi difusi ant ar a lar ut an ( 1) dengan akt ivit as a1 dan larut an ( 2) dengan ak t ivit as

a2 m aka besar nya pot ensial difusi ( Edifusi ) adalah :

dengan :

t± = Bilangan pem indahan k at ion ( + ) dan anion ( - ) . R = t et apan gas ideal

T = t em per at ur m ut lak F = t et apan Far aday Z = Muat an ion

Pada elekt r oda m em br an yang t idak ber por i, seper t i pada penelit ian ini, t im bulnya pot ensial diakibat kan oleh t er j adinya per t ukar an ion yang t er dapat pada ! apisan per m ukaan m em br an dengan ion pada kedua lar ut an elekt r olit . Konsent r asi larut an elek t rolit pada larut an- dalam adalah t et ap, sehingga yang m enent ukan har ga pot ensial m em br an adalah akt ivit as dar i lar ut an uj i t er hadap per m ukaan m em br an bagian luar k arena k onsent rasi lar ut an uj i selalu berubah ( Ev ans, 1990) .

BAB I I I

TUJUAN D AN KON TRI BUSI PEN ELI TI AN 3 .1 . Tu j u a n Pe n e lit ia n

Tuj uan um um dari penelit ian ini adalah m em buat elek t orda selek t if- ion Cu( I I ) dan m em br an kit osan dengan poliet ilen oksida sebagai m at r iks dan et ilen kar bonat sebagai pem last is. Tuj uan khusus dar i penenlit ian adalah:

1. Mem buat m em bran k it osan sebagai alt ernat if lain dari m em br an selek t if- ion Cu( I I ) dengan poliet ilen oksida sebagai penguat

2. Menelit i pengaruh et ilen k arbonat sebagai pem last is

3. Menent ukan kom posisi dar i k it osan: poliet ilen oksida: et ilen kar bonat sehingga diperoleh k oduk iiv it as opt im um dar i m em br an

4. Mem anfaat kan kem bali elekt r oda- elekt r oda yang t idak ber fungsi lagi 5. Labor at or ium Analit ik Jur usan Kim ia FMI PA USU Medan.

3 .2 . Kon t r ibu si Pe n e lit ia n

Dar i penelit ian ini dihar apkan m em ber ikan infor m asi pem buat an elekt r oda m em br an dar i kit osan yang didop dengan logam Cu( I I ) . Selanj ut nya dihar apkan dapat m endorong perk em bangan penelit ian bar u di bidang sensor kim ia di Univer sit as Sum at er a Ut ar a.

(5)

BAB I V M ETOD OLOGI PEN ELI TI AN 4 .1 . Ba h a n - ba h a n

Adapun bahan- bahan yang digunakan dalam penelit ian ini adalah k it osan ( Fluka) , Poliet ilen oksida ( PEO) dan et ilen kar bonat ( EC) ( Aldr ich) , t em baga nit r at dan t et rahidrofuran ( THF) ( Merck ) , lem araldit e dan past a perak ( RS Com ponent ) . 4 .2 . Pe r a la t a n

Per alat an yang digunakan unt uk m encet ak m em br an adalah plat k aca. Unt uk m engam at i pergeseran bilangan gelom bang dar i gugus- gugus fungsi yang dapat m em bent uk kom pleks set elah m em br an didop dengan ion logam Cu2+ digunakan spekt r oskopi FT- I R ( Shim adzu 8201 PC) di Laborat orium Kim ia Analit ik lnst it ut Teknologi Bandung. Kondukt ivit as m em br an diukur dengan m enggunakan LCR 3520.01 di Labor at or ium Fisika zat Padat FMI PA USU Medan.

4 .3 . Pr ose du r

4 .3 .1 . Pe m bu a t a n m e m br a n

Ukur an par t ik el kit osan yang digunakan divar iasik an dar i 400 m esh PEO dilarut k an ke dalam THF sam bil diaduk dengan pengaduk m agnet dan dit am bahkan et ilen kar bonat . Kit osan yang t elah dihaluskan sam pai 400 m esh dim asukkan kedalam lar ut an PEO secar a ber angsur - angsur . Cam pur an diaduk selam a 2 Jam pada suhu kam ar , kem udian dit uangkan di at as plat kaca dan dibiar kan sam pai selur uh pelar ut nya m enguap sehingga didapat kan m em br an kit osan dengan PEO sebagai penguat . Per bandingan Kit osan : PEO : EC pada m em br an diat as adalah 7 : 3: 2,6 : 3 : 2, dan 6 : 3 : 1.

4 .3 .2 . Pe n dopa n m e m br a n

Mem br an kit osan dipot ong m enj adi beber apa bagian ber bent uk lingkar an dengan diam et er 1,5 cm . Tuj uh bagian dicelupkan ke dalam lar ut an CuSO4 1,5;

1,25; 1,0; 0,75; 0,50 dan 0,25 M selam a 5 hari, lalu diangk at dan dik er ingk an pada oven 40 0C selam a 30 m enit .

4 .3 .3 . Pe n gu k u r a n k on du k t iv it a s

Mem bran y ang t elah dicelup dalam larut an Cu( NO3)2 pada ber bagai

konsent r asi dit ent ukan kodukt iv it asnya. Pengukur an kodukt iv it as dilakukan dengan m et ode penduga em pat t it ik ( four - point pr obe) ( Sm it s, 1957) dengan car a m elew at kan ar us pada dua t it ik dan m engukur t egangan yang t im bul pada dua t it ik y ang lain. Masing- m asing t it ik ber j arak 1 m m dan set iap uj ung kawat dihubungk an dengan m em br an dengan m enggunakan past a per ak seper t i dit unj ukkan pada Gam bar 4.1 di baw ah ini :

(6)

Ket er angan:

I = ar us t et ap yang dilew at kan ( am per e) V = t egangan yang diukur ( volt )

Gam bar 4.1 Skem a Pengukur an Konduk t ivit as Mem br an Cu2+- Kit osan 4 .3 .4 . Ka r a k t e r isa si m e m br a n Cu2 +- Kit osa n

Unt uk m engam at i t er ikat nya dopan Cu2+ pada m em br an dilakukan dengan m elihat per ubahan bilangan gelom bang gugus am in dan aset ilam ida dar i kit osan yang m em ungkinkan m em bent uk kom pleks dengan ion Cu2+. Hal ini dilak uk an dengan analisa spek t rosk opi FT - I R di Laborat orium Kim ia Analit ik I nst it ut Teknologi Bandung, dan analisa XRD unt uk m elihat pengar uh penam bahan ion Cu2+ pada m em br an.

4 .3 .5 .Pe r a k it a n e le k t r oda k e r j a

Sebagaim ana dij elaskan pada pem bat asan m asalah bahw a yang m enj adi per hat ian ut am a pada penelit ian ini adalah m em br an Cu2+ - Kit osan yang dij adikan sebagai elekt r oda ker j a. Bagian m em br an gelas y ang t ersedia dipot ong, k em udian diisi dengan CUSO4 1 M yang dit am bahkan KNO3 1 M sebagai lar ut an- dalam dengan

per bandingan 1 : 4. Mem br an Cu2+ - Kit osan dipasangkan pada uj ung badan elekt r oda dengan m enggunakan lem ar aldit e.

4 .3 .6 . Ka r a k t e r isa si e le k t r oda se le k t if ion CU2 + 4 .3 .6 .1 . Fa k t or N e r n st da n ba t a s de t e k si

Lar ut an CU2+ 10- 1 M disediakan sebagai lar ut an induk. Dari larut an di at as diencer kan unt uk m em buat lar ut an CU2+ 10- 2, 10- 3,10- 4, 10- 5, dan 10- 6 M m asing-m asing sebanyak 20 asing-m l. Pada asing-m asing- asing-m asing lar ut an Cu2+ di at as dit am bahkan 2 m l KNO3 1 M sebagai lar ut an pengat ur kekuat an ion. Masing- m asing lar ut an diukur pot ensial elekt r odanya m enggunakan m em br an elekt r oda Cu2+- Kit osan sebagai elekt r oda k er j a dengan m enggunakan pH m et er sam bil diaduk dengan pengaduk m agnet . Pot ensial E ( m V) t er ukur dialur kan t er hadap log [ Cu2+] . Dar i kur va dit ent ukan fakt or Ner nst yait u kem ir ingan dar i kur va lur us dan bat as det eksi yait u dar i t it ik ekst r apolasinya.

4 .3 .6 .2 . W a k t u t a n gga p

Larut an Cu2+ 10- 1 M disediak an sebagai larut an induk . Dari larut an di at as diencer kan unt uk m em buat lar ut an CU2+₁₀- 2_{, 10}- 3_{, 10}- 4_{, 10}- 5_{, dan 10}- 6_{M m}

asing-m asing sebanyak 20 asing-m l. Pada asing-m asing- asing-m asing lar ut an Cu2+ di at as dit am bahkan 2 m l KNO3 1 M sebagai larut an pengat ur k ek uat an ion. Pot ensial elek t roda dari m

(7)

elekt roda kerj a Cu2+ - kit osan sam bil diaduk dengan pengaduk m agnet . 4 .3 .6 .3 . W a k t u h idu p

Lar ut an Cu2+ 10- 1 M disediakan sebagai lar ut an induk . Dari larut an di at as diencer kan unt uk m em buat lar ut an CU2+ 10- 2, 10- 3, 10- 4, 10- 5, dan 10- 6 M m asing-m asing sebanyak 20 asing-m l. Pada asing-m asing- asing-m asing lar ut an CU2+ di at as dit am bahkan 2 m l KNO3 1M sebagai lar ut an pengat ur kekuat an ion. Masing- m asing lar ut an diukur

pot ensial elekt r odanya set iap m inggu sam bil diaduk dengan pengaduk m agnet ik sam pai m enunj ukkan penur unan har ga kem ir ingan kur va di luar bat as har ga fakt or Ner nst yang diper bolehkan.

BAB V

H ASI L D AN PEM BAH ASAN 5 .1 Kon se n t r a si Opt im u m D opa n Cu2 +

Mem br an a t elah dibuat dengan kom posisi cam pur an Kit osan: PEO: EC adalah 7 : 3 : 2, m em br an b adalah 6 : 3 : 2 dan m em br an c adalah 6 : 3 : 1 dengan ket ebalan 0,38 m m . Set elah m asing- m asing m em br an dir endam selam a 5 har i dalam lar ut an dopan Cu( NO3)2 1,50 M dan dit ent uk an kondukt ivit asnya. Hal yang

sam a dilakukan unt uk m asing- m asing m em br an pada konsent r asi dopan Cu2+ 1,25; 1,00; 0,75; 0,50; 0,25 M dan t anpa dopan. Dar i pengukuran kondukt ivit as diper oleh konsent r asi opt im um dopan pada 1,0 M seper t i t er lihat pada Tabel 5.1 dan Gam bar 5.1.

Pendopan m em br an kit osan dengan logam Cu2+ ber t uj uan unt uk m engur angi

resist ensi m em bran. Hal ini dit andai dengan m eningk at ny a harga k onduk t iv it as m em br an dibanding dengan sebelum pendopan seper t i dit unj ukkan pada Tabel 5.1.

Unt uk m em asukkan logam dopan Cu2+_{ke dalam m em br an kit osan, dilakukan}

dengan m et ode per endam an. Met ode ini selain biasa digunakan pada pendopan m em br an kit osan ( Ogaw a, dkk., 1984) j uga akan diper oleh m em br an yang konduk t ivit asnya ser agam pada selur uh perm ukaan, r epr odusibel dan t ahan lam a ( Vlasov, dkk., 1997) .

Kon du k t iv it a s ( Oh m- 1m- 1) Kon se n t r a si

D opa n Cu2 + ( M ) A b c

0,00 0,25 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50

20,48 121,78 236,28 292,26 297,54 242,57 198,59

25,30 102,13 221,72 288,67 308,05 272,89 215,24

31,48 192,29 254,65 301,10 318,47 302,52 268,54 Ket er angan:

Per bandingan Kit osan : PEO : EC pada m em br an a. 7 : 3 : 2

b. 6 : 3 : 2 c. 6 : 3 : 1

(8)

Banyak t eori yang m ener angkan t im bulnya pot ensial m em br an. Secar a um um t elah disepakat i bahwa t im bulnya pot ensial diakibat kan oleh per bedaan konsent r asi lar ut an elekt r olit pada kedua sisi m em br an. Nam un m ekanism enya ber beda unt uk set iap j enis m em br an. Bagi m em br an ber pori t er j adi difusi ion ant ar a lar ut an- dalam dengan lar ut an cont oh m elew at i m em br an. Bagi m em br an t idak berpor i, seper t i ESI Cu2+ pada penelit ian ini, at om y ang t erdapat pada gugus am ina dan aset ilam ida akan ber ikat an secar a r ever sibel t er hadap ion Cu2+ yang t er dapat dalam lar ut an cont oh. Konsent rasi larut an- dalam y ait u Cu( NO3)2 adalah t et ap, sehingga konsent r asi Cu2+

j uga t et ap, t et api pada lar ut an cont oh pada sisi luar m em br an konsent r asi Cu2+ y ang selalu ber ubah sehingga pot ensial t eruk ur hany a dit ent uk an oleh ak iiv it as ion Cu2+ dar i lar ut an cont oh.

Gam bar 5.1 Kondukt ivit as Mem br an Cu2+- Kit osan pada Ber bagai Konsent r asi Dopan Cu2+ ( M)

Tuj uan penguk ur an konduk t ivit as adalah unt uk m enent uk an konsent r asi opt im um dopan Cu2+ kar ena kosent r asi opt im um dopan adalah khas unt uk set iap j enis logam dopan dan m em br an akt ifnya ( Lozano, 1996) sehingga unt uk pekerj aan selanj ut nya pendopan m em br an dilakukan pada konsent r asi 1 M Cu( NO3)2. Pada

penent uan harga fak t or Nernst k elihat an bahw a nilai slope k urv a log [ Cu2+] t er hadap pot ensial ( m V) yang t er ukur ak an m endek at i har ga ner st ian bila konduk t ivit as m em br an m aksim um .

Unt uk m engukur kondukt ivit as m em br an digunakan m et ode penduga em pat t it ik Met ode ini dipilih k arena m udah dilakukan, t idak ber pengar uh t er hadap per ubahan suhu dan t idak m er usak m em br an yang diukur.

Kom posisi Kit osan : PEO: EC m em pengar uhi har ga kondukt ivit as. Sem akin besar j um lah kit osan sem akin m eningkat pula har ga kondukt ivit asnya seper t i dit unj ukan pada Tabel 5.1. Hal ini m em per lihat kan bahw a sem akin banyak gugus am ina dan aset ilam ida pada m em br an, akan m eningkat kan j um lah Cu2+_{yang t er ikat}

yang m enyebabkan der aj at polar isasi pada m em br an m eningkat ( Ogaw a, 1984) . Bila j um lah kit osan di at as 60% dibanding kom posisi PEO dan EC m aka kit osan t idak t er dist r ibusi dengan baik pada m at r iksnya dan ket ebalannya t idak m er at a pada

(9)

selur uh perm ukaan m em br an.

Tuj uan penam bahan pem last is EC adalah unt uk m enghilangkan kekakuan pada PEO sebagai m at r iksnya. Penur unan gaya ant ar m olekul pada m at r iks, akan m em udahkan kit osan m em asuki r ant ai- r ant ai PEO sehingga diper oleh m em br an yang kom pak dan kekuat an fisik m eningkat ( Golodnit sky, dkk., 1996) . Lam piran 3 m enunj uk kan bahw a t er bent uk daer ah m or f set elah dit am bahkan ion CU2+ pada m em br an, dan ini diper kuat oleh m enigkat nya har ga kondukt iyit as.

Pada lam pir an 1 t erlihat bahw a k onsent rasi opt im w n dopan Cu( NO3)2 adalah 1

M. Konsent r asi dopan di at as 1 M m enunj uk k an penur unan harga k onduk t iv it as m em bran. Hal ini disebabk an k elebihan ion Cu2+ yang m asuk pada m em br an j auh lebih besar dibanding j um lah at om N pada gugus am ina dan aset ilam ida dar i kit osan. Kelebihan ion Cu2+ ini m em bent uk at m osfer ionik yang m eningkat kan deraj at ket idakt er at ur an pada m em br an, bahkan kelebihan ion- ion ini m em bent uk fase t er sendir i y ang t idak t er ikat sat u sam a lain sehingga resist iv it as m em bran ak an m eningkat ( At kins, 1990)

Ada dua kem ungkinan ion Cu2+ ber ikat an pada m em br an yait u m elalui gugus am ina at au gugus aset ilam ida at au kedua- duanya ( Ogaw a, 1984) . Pada set iap logam dopan m em ber ikan kar akt er ist ik t er sendir i unt uk m em bent uk kom pleks dengan kit osan ( Muzzar elli, dkk., 1972) . Pada lam pir an 2 kelihat an bahw a r egangan C= O dari aset ilam ida sebelum m em br an didop dengan ion Cu2+ adalah 1710 cm- 1. Tekukan N- C= O dar i aset ilam ida adalah 1560 cm- 1 dan t ekukan N- H dar i am ina prim er 1560 cm- 1. lni m enunj uk kan bahw a ser apan ant ar a N- C= O dar i aset ilam ida dengan N- H dar i am ina pr im er adalah ber him pit . Pada Lam piran 2 m enunj ukkan per ubahan r egangan gugus kar bonil dar i aset ilam ida dar i 1715 cm- 1 m enj adi 1730 cm- 1. Kem ungkinan ini t er j adi kar ena ion Cu2+ y ang ber sifat elek t roposit if m enarik elekt r on dar i N sehingga ik at an C- N m enj adi lem ah dan at om C m enar ik elekt r on bebas yang dim iliki at om 0 yang m engakibat kan ikat an C dengan O m enj adi lebih kuat . Tekukan N- H dar i am ina pr im er m enunj ukkan penur unan bilangan gelom bang dar i 1570 cm- 1 m enj adi 1520 cm- 1 yang disebabkan oleh ion Cu2+ yang m enar ik elekt r on dar i at om N sehingga ikat an N- H m enj adi lem ah. Alasan lain adalah kar ena logam Cu m em iliki m assa at om r elat if yang besar sehingga vibr asi dar i N- H m enur un. Dar i spekt r um FT- I R di at as diket ahui bahw a ion Cu2+ m em bent uk k om plek s dengan k it osan m elalui gugus am ina prim er dan gugus aset ilam ida

5 .2 Fa k t or N e r n st da n Ba t a s D e t e k si

Penent uan har ga fakt or Ner nst suat u ESI sangat dibut uhkan unt uk m enent uk an k elay ak an elek t roda digunak an dalarn suat u analisis. Bila harga ini lebih kecil dar i har ga Ner nst ian yang diper bolehkan, m aka ESI t er sebut t idak dapat digunakan.

Fakt or Ner nst dan bat as det eksi dar i ket iga j enis m em br an dengan m enam bahkan 2 m l KNO3 1 M pada m asing- m asing lar ut an st andar sebagai lar ut an

(10)

Tabel 5.2 Harga Pot ensial ( m V) ESl Cu2+ dengan Menggunakan Mem br an a, b dan c. Pot e n sia l ( m V )

Kon se n t r a si La r u t a n

St a n da r Cu2 + ( M ) a B c

10- 6 10- 5 10- 4 10- 3 10- 2 10- 1

- 132 - 128 - 116 - 104 - 78 - 56

- 180 - 164 - 148 - 120 - 86 - 67

- 188 - 172 - 156 - 128 - 106 - 78

Gam bar 5.4 Kurv a Penent uan Fakt or Ner nst dan Bat as Det eksi ESl Cu2+ dengan Menggunakan Mem br an a, b dan c.

Dar i Gam bar 5.4 diper oleh har ga kem ir ingan kur va yang m er upakan har ga fakt or Ner nst dar i m em br an a adalah 24 m V / dekade dan bat as det eksi 5,01 x 10- 4 M.

59,6

Har ga fakt or Ner nst ideal m V/ dekade dengan n adalah m uat an ion, ber ar t i n

unt uk ESI Pb2+ dengan har ga n = 2 adalah 29,8 m V/ dekade. Mem br an b dengan fakt or Ner nst 26,5 m V I dekade clan bat as det eksi 8,9] x 10- 5 M clan m em bran c dengan fakt or Ner nst 28,1 m V/ dekade dengan bat as det eksi 4,16 x 10- 5 M. Dar i kur va di at as t er lihat bahw a m em br an c dengan kom posisi Kit osan : PEO : EC = 7 : 3 : 2 m endekat i ner st ian kar ena har ga fakt or ner snt yang diper bolehkan

(11)

55,0

m V/ dekade ( Evans, 1987) . I ni j uga m enunj ukkan bahw a m em br an yang n

m em iliki konduk t ivit as t inggi akan m em ber ikan harga fakt or Nernst yang lebih besar. Pada k arak t erisasi m em bran selanj ut ny a ant ara lain: uj i k eselek t ifan, w ak t u t anggap dan w akt u hidup dilakukan hanya pada ESI Cu2+ m em br an c.

Penam bahan KNO3 1 M pada set iap lar ut an st andar dim aksudkan agar

diper oleh har ga fakt or Ner nst dan ESI kar ena ion K+ dan NO3- m obilit asnya t inggi

dalam lar ut an, sehingga koefisien akt ivit as lar ut an (γ) sem ak in t inggi. Alasan lain penggunaan KNO3 sebagai lar ut an pengat ur kekuat an ion adalah K+ t idak

m em ber ikan r espon t er hadap m em br an kar ena ! ogam alkali t idak ber eaksi dengan kit osan.

5 .3 W a k t u Ta n gga p

Wakt u t anggap di ukur set iap 15 det ik dan dicat at pot ensialnya seper t i dit unj ukkan pada Tabel 5.3. Dari Tabel 5.3 t erlihat bahw a sem akin t inggi konsent rasi lar ut an st andar sem akin singk at w ak t u t anggapny a. Hal ini disebabk an m eningkat nya m obilit as dar i ion- ion pada lar ut an konsent r asi t inggi dibanding pada lar ut an konsent r asi r endah. Wakt u t anggap ESI Cu2+ adalah 90 det ik pada k onsent rasi larut an Cu2+ 10- 1 M

Pot e n sia l ( m V ) pa da de t ik k e La r . St a n da r

Cu2 + ( M ) 1 5 3 0 4 5 6 0 7 5 9 0 1 0 5 1 2 0 1 3 5 1 5 0

10- 6 10- 5 10- 4 10- 3 10- 2 10- 1

- 78 - 75 - 70 - 52 - 44 - 35 - 110 - 114 - 97 - 66 - 63 - 48 - 130 - 128 - 112 - 80 - 76 - 56 - 145 - 140 - 118 - 90 - 78 - 62 - 164 - 145 - 125 - 112 - 82 - 73 - 168 - 160 - 132 - 120 - 94 - 78 - 170 - 156 - 144 - 124 - 96 - 178 - 165 - 155 - 128 - 185 - 170 - 160 - 188 - 172 - 162

5 .4 W a k t u H idu p

Wakt u hidup ESl Cu2+ yang dibuat t er t er a pada Tabel 4.4 dan Gam bar 4.5. Unt uk m enent uk an wak t u hidup ESl Cu2+, set iap m inggu secara ber kala diukur per ubahan fakt or Nernst . Ter nyat a m ulai pada m inggu ke- 7 har ga fakt or Ner nst t elah m enunj ukkan penur unan dan pada m inggu ke- 9 har ganya 25,5 m V/ dekade. Har ga ini adalah har ga yang m enyat akan bahw a ESI ini hanya layak digunakan dalam suat u analisis pada w akt u hidup 7 m inggu.

(12)

Pot e n sia l ( m V ) pa da m in ggu k e La r u t a n St a n da r

Cu2 + ( M )

1 2 3 4 5 6 7 8 9

10- 6 10- 5 10- 4 10- 3 10- 2 10- 1

- 188 - 171 - 156 - 129 - 106 - 78 - 180 - 168 - 148 - 128 - 89 - 67 - 185 - 170 - 149 - 126 - 86 - 66 - 186 - 170 - 146 - 126 - 87 - 66 - 182 - 168 - 145 - 128 - 86 - 67 - 180 - 170 - 152 - 125 - 86 - 66 - 177 - 168 - 154 - 122 - 86 - 66 - 177 - 168 - 146 - 118 - 85 - 65 - 166 - 160 - 140 - 114 - 81 - 62

BAR V I

KESI M PULAN D AN SARAN 6 .1 Ke sim pu la n

Dar i hasil penelit ian pem buat an dan karakt er isasi ESI Cu2+ ini, dapat disim pulkan:

1. Mem br an Cu2+ - Kit osan dapat digunak an sebagai elek t roda selek t if ion Cu2+ dengan k om posisi Kit osan : PEO : EC = 7: 3 : 2.

2. Konsent r asi Opt im um dopan Cu2+ adalah 1,0 M dengan har ga kondukt ivit as 301,10 Ohm- 1m- 1 pada ket ebalan t et ap 0,38 m m .

3. Har ga Fakt or ner nst 28,1 m V/ dekade, bat as det eksi pengukur an 4,16 x 10- 5 M, w akt u t anggap pada lar ut an st andar 10- 1 M yait u 90 det ik dan w akt u hidup selam a 7 m inggu.

6 .2 . Sa r a n

Unt uk m encapai hasil penelit ian yang lebih baik pada pem buat an dan kar akt er isasi m em br an Cu2+- Kit osan ini disarank an:

1. Menghaluskan kit osan sam pai ukur an ser buk yang paling kecil sehingga dapat dengan m udah t er dist r ibusi m er at a pada m at r iksnya.

2. Mem buat cet akan m em br an yang m em udahkan unt uk m em per oleh ket ebalan yang sam a.

(13)

D AFTAR PUSTAKA

Ar of A. K, A. H. Yahaya., dan K.C. Sem an, ( 1995) , " Tem por al gr ow t h of fr act al in Ag2+- doped chit osan film " , Bulet in S&T Kead.Pej . Mal., 5( 1) : 39- 43

Bailey. P L., ( 1976) , " Analysis w it h ion- select ive elect r odes" , Heyden and Sons, New Yor k.

Buchan, ( 1983) , " Pem buat an suat u elekt r oda spesifik ber m em br an dan penent uan besar an fisiko- kim ianya" , Dir j en Dikt i Dep. P&K

Cobben. P. L. H. M., R. J. M. Egber ink, J G. Bom er , P. Ber gveld, W. Ver boom , dan D. N. Reinhoudt , ( 1992) , " Tr ansduct ion of select iv e recognat ion of heavy m et al ions by chem ically m odified field effect t ransist or s ( CHEMFETs) " , J. Am . Chem . Soc. 114: 10573- 10582.

Edm onds. T. E., ( 1988) , " Chem ical sensor s" , Blackie and Sons, New Yor k

Evans. A., ( 1987) , " Pot ensiom et r y and ion- select ive elect rodes" , John Wiley and Son, Chilchest er.

Flor ence. M.T.,( 1970) , " I on- select ive elect r odes" , Pr oceeding of elect r ochem ist r y t he Royal Aust ralia Chem ical I nst it ut e, hal 261- 269.

Golodnit sk y . D., G. Ardel dan E. Peled, ( 1996) , " Effect of plast icizer on t he CPE conduct ivit y and t he Li- CPE int er face" , Solid St at e ionic, 85: 231- 238.

Gr ay. F. M., ( 1991) , " Solid polym er elect r olyt es: fundam ent al and t echnological applicat ions" , VCR Publisher, New York

Hassan. Z. A., W. N. Wan Saim e dan A. G. Sulaim an, ( 1996) , " Keupayaan m em br an Fer r um ( I I I ) - kit osan sebagai pem ilihan ion Fer r um ( I I I ) " , Malays. J. Anal. Sci 2( 1) : 105- 113.

JyhJ. S., and R. Y. M. Huang, ( 1998) , " Chit osan/ N- m et hylol nylon 6 blend m em br anes for t he per vapor at ion separ at ion of m et hanol- w at er m ixt ur es" , J. Mem br . Sci, 148: 243- 255.

Kassim . A. B. dan S. C. Low , ( 1989) , " Kaj ian t er hadap elekt r oda pem ilih- ion Pb( I I ) y ang baru" , Prosiding Sim posium Kim ia Analisis Kebangsaan Malay sia k e- 3, Jilid I , hal. 330- 344.

Kivalo. P., R. Vir t anen, K. Wickt sr om dan dan M. Wilson, ( 1976) , " An evaluat ion of som e com m ercial lead ( I I ) select ive elect r ode" , Anal. Chim . Act a, 87: 401 -409.

Lakshm m arayanaiah. N., ( 1976) , " Mem br ane elect r ode" , Academ ic pr ess, New Yor k. Maeda. Y., K. Sat o, R. Ram ar aj , T. N. Rao, D. A. Tr yk dan A. Fuj ishim a,. ( 1998) ,

" The elect r ochem ical r esponse of highly boron- doped conduct ive diam ond elect rodes t o Ce+ 3 ions in aqueous solut ion" , Elect rochim . Act a, 44( 20) : 3441- 3449.

(14)

Mills. A., A. Lepr e dan L. Wils, ( 1998) , " Effect of plast icizer - polym er com pat ibilit y on t he r esponse char act er ist ic of opt ical t hin CO2 and O2 sensing film " , Anal.

Chim . Act a, 362: 193- 202.

Mor ales P.V., J. F. Le Nest dan A. Gandini, ( 1998) , " Polym er elect r olyt es der ived fr om chit osan/ polyet her net w ork" , Elect r ochim . Act a, 43: 10- 11: 175- 1279. Mor f W. E., ( 1991) , " The pr inciples of ion- select ive elect r odes and of m em br ane

t ransport " , Elsev ier Scient ific Publishing Com pany , Am st erdam .

Moss S. D., J. Janat a dan C. C. Johnson, ( 1975) , " Pot assium ion sensit ive field effect t r ansist or " , Anal. Chem , 47( 13) , 2238- 2247.

Muzzar elli R. A. A., A. Fer r er o dsan M. Pizzoli, ( 1972) , " Light - scat t er ing, X- r ay diffr act ion, elem ent analysis and infr ar ed spect r ophot om et r y char act er izat ion of chit osan, a chelat ing polym er " , Talant a, 19: 1222- 1226.

Muzzar elli R.A A., A. I solat idan and A. Fer r ero, ( 1974) , " Chit osan m em br anes" , I on exch. m em br , 1: 193- 196.

Ogaw a K., K. Oka, T. Miyanishi dan S. Hir ano, ( 1984) , " X- r ay diffract ion st udy on chit osan- m et al com plex" , Academ ic Pr ess, New York .

Pungor E, ( 1998) , " The t heor y of ion- select ive elect r ode" , Anal Scie, 14,249- 256. Saw yer C. N., P. L. McCar t ydean G. F. Par kin, ( 1994) , " Chem ist r y of Envir om ent al

enginer ing" , 4t h edit ion, McGraw - Hill, Singapore.

Sm it s. F. M., ( 1958) , " Measur em ent of sheet resist iv it ies w it h t he four - point pr obe" , B. S.T. J., May .

Subban R H. Y., A. H. Yahaya dan A. K. Ar of, ( 1996) , Elect r ical pr oper t ies of chit osan based biopolym er cells, Malays. J. Anal. Sci. 2( 1 ) : 123- 128.

Vlasov Yu. G., A. V. Legin dan A. M. Rudnit skay a, ( 1997) , " Cr oss- sensit ivit y evaluat ion of chem ical sensor s for elect r onic t ongue: det er m inat ion of heavy m et al ions" , Sensor and act uat or B chem ical, 44: 1- 3: 532- 537.

(1)

selur uh perm ukaan m em br an.

Pada lam pir an 1 t erlihat bahw a k onsent rasi opt im w n dopan Cu( NO3)2 adalah 1 M. Konsent r asi dopan di at as 1 M m enunj uk k an penur unan harga k onduk t iv it as m em bran. Hal ini disebabk an k elebihan ion Cu2+ yang m asuk pada m em br an j auh lebih besar dibanding j um lah at om N pada gugus am ina dan aset ilam ida dar i kit osan. Kelebihan ion Cu2+ ini m em bent uk at m osfer ionik yang m eningkat kan deraj at ket idakt er at ur an pada m em br an, bahkan kelebihan ion- ion ini m em bent uk fase t er sendir i y ang t idak t er ikat sat u sam a lain sehingga resist iv it as m em bran ak an m eningkat ( At kins, 1990)

5 .2 Fa k t or N e r n st da n Ba t a s D e t e k si

Fakt or Ner nst dan bat as det eksi dar i ket iga j enis m em br an dengan m enam bahkan 2 m l KNO3 1 M pada m asing- m asing lar ut an st andar sebagai lar ut an pengat ur kekuat an ion dit unj ukkan pada Tabel 5.2 dan Gam bar 5.4 di baw ah ini:

(2)

Tabel 5.2 Harga Pot ensial ( m V) ESl Cu2+ dengan Menggunakan Mem br an a, b dan c.

Pot e n sia l ( m V ) Kon se n t r a si La r u t a n

St a n da r Cu2 + ( M ) a B c

10- 6 10- 5 10- 4 10- 3 10- 2 10- 1

- 132 - 128 - 116 - 104 - 78 - 56

- 180 - 164 - 148 - 120 - 86 - 67

- 188 - 172 - 156 - 128 - 106 - 78

Gam bar 5.4 Kurv a Penent uan Fakt or Ner nst dan Bat as Det eksi ESl Cu2+ dengan Menggunakan Mem br an a, b dan c.

Dar i Gam bar 5.4 diper oleh har ga kem ir ingan kur va yang m er upakan har ga fakt or Ner nst dar i m em br an a adalah 24 m V / dekade dan bat as det eksi 5,01 x 10- 4 M.

59,6

Har ga fakt or Ner nst ideal m V/ dekade dengan n adalah m uat an ion, ber ar t i n

(3)

55,0

m V/ dekade ( Evans, 1987) . I ni j uga m enunj ukkan bahw a m em br an yang n

Penam bahan KNO3 1 M pada set iap lar ut an st andar dim aksudkan agar diper oleh har ga fakt or Ner nst dan ESI kar ena ion K+ dan NO3- m obilit asnya t inggi dalam lar ut an, sehingga koefisien akt ivit as lar ut an (γ) sem ak in t inggi. Alasan lain penggunaan KNO3 sebagai lar ut an pengat ur kekuat an ion adalah K+ t idak m em ber ikan r espon t er hadap m em br an kar ena ! ogam alkali t idak ber eaksi dengan kit osan.