Pembuatan dan pencirian elektrode selektif ion Lu3+ (Lutetium) dengan Ionofor 4- odekanadioilbis-(1-fenil-3-metil-5-pirazolon)
ABSTRAK
HASHA BWANA ASRI. Pembuatan dan Pencirian Elektrode Selektif Ion Lu3+
dengan Ionofor 4-Dodekanadioilbis-(1-fenil-3-metil-5-pirazolon). Dibimbing oleh
DEDEN SAPRUDIN dan DYAH ISWANTINI PRADONO.
Kinerja elektrode selektif ion (ESI) dipengaruhi oleh jenis ionofor yang
digunakan. Penelitian ini mengembangkan ESI Lu3+ dengan ionofor dodekana
dioilbis-(1-fenil-3-metil-5-pirazolon) (H2DdBP) yang telah terbukti selektif dalam
ekstraksi cair-cair Lu3+. Komposisi terbaik yang didapatkan dari penelitian ini
ialah 33% PVC, 57% asetofenon, 5% H2DdBP, dan 5% asam oleat. Hasil
pengukuran yang linear diperoleh dengan faktor Nernst 16.57 mV/dekade pada
rentang konsentrasi 10-3−10-7 M dalam suasana sangat asam dan waktu respons 15
hingga 250 detik. ESI masih dapat digunakan pada pH 4 dan 7, dengan
penurunan faktor Nernst sebesar 5% selama 30 hari pemakaian. Ion lain seperti
Cu2+, Cd2+, Pb2+, Ni2+, Ca2+, dan La3+ tidak memengaruhi pengukuran ESI.
ABSTRACT
HASHA BWANA ASRI. Preparation and Characterization of Ion Selective Electrodes Lu3+ with 4-Dodecanedioylbis-(1-phenyl-3-methyl-5-pirazolone) as Ionophores. Supervised by DEDEN SAPRUDIN and DYAH ISWANTINI
PRADONO.
The ion selective electrode (ISE) performance is affected by the type of ionophore used. This research developed an Lu3+ ISE with dodecanedioylbis-(1phenyl-3-methyl-5-pirazolone) (H2DdBP) as ionophore which has been proved
selective in Lu3+ liquid-liquid extraction. The best composition of ISE obtained
from this research was 33% PVC, 57% acetophenone, 5% H2DdBP, and 5% oleic
acid. Linear measurement was obtained with Nernst factor of 16.57 mV/decade at
10-3−10-7 M concentration range in very acidic situation and response time was
15 to 250 seconds. ISE still could be used at pH 4 and 7, with 5% Nernst factor
decrease after 30 days usage. Other ions such as Cu2+, Cd2+, Pb2+, Ni2+, Ca2+,
and La3+ did not affect the measurement of ISE.
PENDAHULUAN
Lutetium (
) merupakan salah satu
unsur logam tanah jarang (LTJ) yang banyak
digunakan sebagai bahan teknologi inovatif,
seperti TV berwarna, lampu fluoresens, lampu
hemat energi, bahan pengilap kaca, dan
sebagai serat optik. Keberadaan lutetium
dalam tubuh sangat sedikit, namun bila
terakumulasi dapat menyebabkan kerusakan
pada hati, membran sel, alat reproduksi wanita
dan fungsi sistem saraf (Ganjali et al. 2007).
Oleh karena itu, kemampuan mendeteksi
keberadaan unsur Lu3+ (lutetium(III)) dilingkungan sangat menarik untuk diteliti.
Metode yang dapat digunakan untuk
mendeteksi Lu3+, antara lain analisis aktivasi,
sinar-X, dan spektrometri emisi atom-plasma
gandeng induktif (ICP-AES). Biaya operasional metode tersebut sangat mahal dan tidak
portable, sehingga tidak sesuai untuk analisis
rutin. Spektrofotometer ultraviolet-tampak
(UV-Vis) juga sering digunakan untuk
mendeteksi Lu3+, tetapi alat tersebut tidak
selektif untuk analisis rutin, karena panjang
gelombang masing-masing unsur saling
berimpitan (Shamsipur et al. 2002).
Salah satu metode yang saat ini banyak
dikembangkan untuk mendeteksi Lu3+ ialah
elektrode selektif ion (ESI). Keunggulan metode ESI dibandingkan dengan metode lain
adalah tingkat selektivitas dan sensitivitas
yang tinggi, sehingga tidak memerlukan
proses pemisahan spesies target terlebih
dahulu dari campuran serta portable. Karena
itu, pengembangan metode ESI sangat
menarik untuk diteliti lebih lanjut.
Tingkat keberhasilan metode ESI sangat
dipengaruhi oleh jenis ionofor. Ganjali et al.
(2006, 2007, 2008) telah meneliti pembuatan
ESI Lu3+ dengan menggunakan beberapa
ionofor dari kelompok senyawa organik yang
bersifat basa Schiff, seperti N-(tien-2ilmetilena)piridina-2,6-diamina (Ganjali et al.
2006), senyawa N-(2-furilmetilena)piridina2,6-diamina (Ganjali et al. 2007) dan N,Nbis(2-piridinakarboksamida)-1,3-benzena (Ganjali et al. 2008). ESI Lu3+ berdasarkan
penelitian tersebut memiliki limit deteksi
sekitar 5×10-7 M, respon Nernst sekitar
1.0×10-6–1.0×10-1 M, dan waktu pemakaian
(life time) mencapai 8 minggu.
Ionofor yang digunakan pada penelitian ini
merupakan kelompok senyawa turunan
pirazolon, yaitu 4-dodekanadioilbis-(1-fenil-3metil-5-pirazolon) atau H2DdBP yang telah
terbukti selektif untuk mengekstraksi lanta-
num(III), europium(III), dan lutetium (III)
(Bou-Maroun et al. 2005). Penelitian kali ini
bertujuan membuat ESI menggunakan ionofor
dari H2DdBP yang diharapkan meningkatkan
sensitivitas, selektivitas, dan respons terhadap
ESI.
TINJAUAN PUSTAKA
Elektrode Selektif Ion (ESI)
Elektrode selektif ion (ESI) adalah sensor
kimia yang spesifik dan selektif terhadap
aktivitas ion tertentu dalam larutan contoh
yang akan dianalisis. Sejumlah elektrode memiliki respons yang cepat dan memiliki
rentang pengukuran yang lebar yang tidak
dipengaruhi oleh warna. Penentuan aktivitas
ion ditentukan dari perubahan potensial
keaktifan ion yang dianalisis. ESI memiliki
beberapa kelebihan dalam penggunaannya
untuk analisis lingkungan di antaranya biaya
dalam perancangan analisisnya lebih rendah
dibandingkan dengan metode lain seperti
spektrofotometer serapan atom (SSA) dan
kromatografi ion. ESI juga lebih sederhana,
dapat membaca respons lebih cepat, dan
rentang pengukurannya luas.
Beberapa sifat harus dimiliki oleh membran selektif ion agar elektrode memiliki
selektivitas dan sensitivitas yang baik
terhadap kation dan anion. Sifat-sifat tersebut
meliputi tidak larut dalam air, dapat
menghantarkan listrik, bereaksi secara selektif
dengan ion-ion analit melalui 3 tipe ikatan,
yaitu pertukaran ion, kristalisasi, dan
kompleksasi (Bailey 1983, diacu dalam
Fardiyah 2003).
Metode ESI dengan konstruksi seperti
terlihat pada Gambar 1 menggunakan prinsip
dasar potensiometri. Potensiometri merupakan teknik analisis elektrokimia berdasarkan
hubungan potensial sel dengan konsentrasi
atau aktivitas senyawa kimia dalam sel.
Fenomena yang terjadi pada metode ESI
adalah metode setengah sel oksidasi-reduksi
yang dapat dihitung semua potensial setengah
selnya menggunakan persamaan Nernst
(Skoog et al. 1980).
Metode ini termasuk yang banyak digunakan untuk menentukan kandungan ion-ion
tertentu di dalam suatu larutan (Watoni &
Buchari 2000). Menurut Fardiyah (2003),
potensiometri merupakan salah satu teknik
analisis elektrokimia yang didasarkan pada
hubungan antara potensial sel dan konsentrasi
spesies kimia antara 2 elektrode. Teknik ini
juga didasarkan pada fenomena yang terjadi
1
PENDAHULUAN
Lutetium (
) merupakan salah satu
unsur logam tanah jarang (LTJ) yang banyak
digunakan sebagai bahan teknologi inovatif,
seperti TV berwarna, lampu fluoresens, lampu
hemat energi, bahan pengilap kaca, dan
sebagai serat optik. Keberadaan lutetium
dalam tubuh sangat sedikit, namun bila
terakumulasi dapat menyebabkan kerusakan
pada hati, membran sel, alat reproduksi wanita
dan fungsi sistem saraf (Ganjali et al. 2007).
Oleh karena itu, kemampuan mendeteksi
keberadaan unsur Lu3+ (lutetium(III)) dilingkungan sangat menarik untuk diteliti.
Metode yang dapat digunakan untuk
mendeteksi Lu3+, antara lain analisis aktivasi,
sinar-X, dan spektrometri emisi atom-plasma
gandeng induktif (ICP-AES). Biaya operasional metode tersebut sangat mahal dan tidak
portable, sehingga tidak sesuai untuk analisis
rutin. Spektrofotometer ultraviolet-tampak
(UV-Vis) juga sering digunakan untuk
mendeteksi Lu3+, tetapi alat tersebut tidak
selektif untuk analisis rutin, karena panjang
gelombang masing-masing unsur saling
berimpitan (Shamsipur et al. 2002).
Salah satu metode yang saat ini banyak
dikembangkan untuk mendeteksi Lu3+ ialah
elektrode selektif ion (ESI). Keunggulan metode ESI dibandingkan dengan metode lain
adalah tingkat selektivitas dan sensitivitas
yang tinggi, sehingga tidak memerlukan
proses pemisahan spesies target terlebih
dahulu dari campuran serta portable. Karena
itu, pengembangan metode ESI sangat
menarik untuk diteliti lebih lanjut.
Tingkat keberhasilan metode ESI sangat
dipengaruhi oleh jenis ionofor. Ganjali et al.
(2006, 2007, 2008) telah meneliti pembuatan
ESI Lu3+ dengan menggunakan beberapa
ionofor dari kelompok senyawa organik yang
bersifat basa Schiff, seperti N-(tien-2ilmetilena)piridina-2,6-diamina (Ganjali et al.
2006), senyawa N-(2-furilmetilena)piridina2,6-diamina (Ganjali et al. 2007) dan N,Nbis(2-piridinakarboksamida)-1,3-benzena (Ganjali et al. 2008). ESI Lu3+ berdasarkan
penelitian tersebut memiliki limit deteksi
sekitar 5×10-7 M, respon Nernst sekitar
1.0×10-6–1.0×10-1 M, dan waktu pemakaian
(life time) mencapai 8 minggu.
Ionofor yang digunakan pada penelitian ini
merupakan kelompok senyawa turunan
pirazolon, yaitu 4-dodekanadioilbis-(1-fenil-3metil-5-pirazolon) atau H2DdBP yang telah
terbukti selektif untuk mengekstraksi lanta-
num(III), europium(III), dan lutetium (III)
(Bou-Maroun et al. 2005). Penelitian kali ini
bertujuan membuat ESI menggunakan ionofor
dari H2DdBP yang diharapkan meningkatkan
sensitivitas, selektivitas, dan respons terhadap
ESI.
TINJAUAN PUSTAKA
Elektrode Selektif Ion (ESI)
Elektrode selektif ion (ESI) adalah sensor
kimia yang spesifik dan selektif terhadap
aktivitas ion tertentu dalam larutan contoh
yang akan dianalisis. Sejumlah elektrode memiliki respons yang cepat dan memiliki
rentang pengukuran yang lebar yang tidak
dipengaruhi oleh warna. Penentuan aktivitas
ion ditentukan dari perubahan potensial
keaktifan ion yang dianalisis. ESI memiliki
beberapa kelebihan dalam penggunaannya
untuk analisis lingkungan di antaranya biaya
dalam perancangan analisisnya lebih rendah
dibandingkan dengan metode lain seperti
spektrofotometer serapan atom (SSA) dan
kromatografi ion. ESI juga lebih sederhana,
dapat membaca respons lebih cepat, dan
rentang pengukurannya luas.
Beberapa sifat harus dimiliki oleh membran selektif ion agar elektrode memiliki
selektivitas dan sensitivitas yang baik
terhadap kation dan anion. Sifat-sifat tersebut
meliputi tidak larut dalam air, dapat
menghantarkan listrik, bereaksi secara selektif
dengan ion-ion analit melalui 3 tipe ikatan,
yaitu pertukaran ion, kristalisasi, dan
kompleksasi (Bailey 1983, diacu dalam
Fardiyah 2003).
Metode ESI dengan konstruksi seperti
terlihat pada Gambar 1 menggunakan prinsip
dasar potensiometri. Potensiometri merupakan teknik analisis elektrokimia berdasarkan
hubungan potensial sel dengan konsentrasi
atau aktivitas senyawa kimia dalam sel.
Fenomena yang terjadi pada metode ESI
adalah metode setengah sel oksidasi-reduksi
yang dapat dihitung semua potensial setengah
selnya menggunakan persamaan Nernst
(Skoog et al. 1980).
Metode ini termasuk yang banyak digunakan untuk menentukan kandungan ion-ion
tertentu di dalam suatu larutan (Watoni &
Buchari 2000). Menurut Fardiyah (2003),
potensiometri merupakan salah satu teknik
analisis elektrokimia yang didasarkan pada
hubungan antara potensial sel dan konsentrasi
spesies kimia antara 2 elektrode. Teknik ini
juga didasarkan pada fenomena yang terjadi
1
pada reaksi elektrode, yaitu saat arus melewati
suatu larutan elektrode.
keto sesuai dengan perubahan pH larutan
(Gambar 2).
H
N
N
CH3
N
N
C
CH3
C
O
O
C
C
O
H
O
Gambar 2 Struktur molekul pirazolon.
Gambar 1 Konstruksi ESI.
Informasi tentang komposisi sampel dalam
metode potensiometri ditentukan dari potensial antara 2 elektrode. Metode potensiometri
ini juga berdasarkan pada pengukuran arus
listrik sebagai fungsi perubahan potensial
listrik, yang diterapkan pada sel elektrolisis.
Irzaldi (2010) telah berhasil menyintesis
senyawa pirazolon H2DdBP yang kemudian
digunakan sebagai ionofor pada penelitian ESI
Lu3+ kali ini. Lu3+ merupakan golongan unsur
lantanida. Golongan unsur lantanida dapat
membentuk kompleks dengan ionofor H2Dd
BP seperti pada Gambar 3 (Pavithran dan
Reddy 2005).
CH3
H 3C
CH2 n
N
N
N
O
Ionofor
N
O
O
Ionofor merupakan salah satu penentu
keberhasilan metode ESI. Ionofor merupakan
suatu ligan dalam fase cair membran yang
dapat membentuk kompleks dengan kation
tertentu (Mulder 1996). Di dalam membran
pada umumnya ligan tersebut berbentuk sepit
(chelate) seperti senyawa eter mahkota,
kaliksarena, dan pirazolon. Senyawa sepit
memiliki banyak pasangan elektron bebas,
tetapan kesetimbangan kompleks dengan ion
logam relatif besar, sehingga senyawa ini
lebih stabil. Ito et al. (2001) pertama kali melaporkan senyawa pirazolon 1-fenil-3-metil-4oktadekanoil-5-pirazolon atau HPMODP
sebagai ionofor untuk logam tanah jarang
pada ESI La3+. Hasil penelitian tersebut
menerangkan bahwa ESI ini mampu mengukur ion La3+ pada konsentrasi 10-6−10-2
M. Kemampuan ESI ini masih belum selektif
pada pH tertentu terutama dari gangguan ion
LTJ lain, seperti Yb3+ dan juga dari ion logam
transisi (Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, dan Zn2+),
alkali (Na+, K+), dan logam alkali tanah (Mg2+
,Ca2+, Sr2+, dan Ba2+).
Jarak antar atom yang memiliki pasangan
elektron bebas akan memengaruhi selektivitas
pengukuran ion-ion logam (Umetani 2006).
Hasil analisis dengan spektroskopi Raman
menyebutkan bahwa senyawa pirazolon di
dalam larutan air dapat bersifat sebagai asam
lemah karena struktur molekulnya dapat
berubah-ubah dari struktur enol ke struktur
O
3+
La
La2+
HO
CH3
O
O
O
N
N
N
CH2 n
N
CH3
Gambar 3 Struktur kompleks H2DdBP dengan
ion lantanida.
Pencirian ESI
Pencirian ESI dilakukan dengan mengetahui besaran khas yang dimiliki oleh
setiap elektrode. Hal ini dapat menunjukkan
kualitas untuk analisis ion secara potensiometri. Evaluasi besaran tersebut dilakukan
melalui pengukuran kisaran konsentrasi pengukuran dan kepekaan, waktu tanggap, pH
optimum pengukuran, koefisien selektivitas,
dan waktu pengukuran membran.
Kisaran konsentrasi pengukuran dan kepekaan ESI adalah batas deteksi konsentrasi
terendah dan tertinggi yang menunjukkan
hubungan linear pada kurva antara E(mV) dan
–log [konsentrasi]. Persamaan Nernst pada
suhu 25 oC memiliki nilai teori kepekaan ESI
atau faktor Nernst (s) sebesar 59.1 mV/
dekade untuk ion monovalen, 29 mV/dekade
2
untuk ion divalen, dan 19.87 mV/dekade
untuk ion trivalen (Fardiyah 2003).
Nilai waktu tanggap (t) dalam detik merupakan waktu yang diperlukan untuk pengukuran aktivitas suatu ion dalam rangkaian
sel elektrokimia sampai potensialnya tidak
berubah-ubah secara signifikan. Respons
waktu merupakan waktu yang diperlukan
untuk pengukuran aktivitas suatu ion dalam
rangkaian sel elektrokimia.
Koefisien selektivitas merupakan besaran
khas yang menunjukkan pengaruh aktivitas
ion asing terhadap aktivitas ion utama dalam
pengukuran berbagai aktivitas ion dalam sel
elektrokimia. Koefisien ditentukan dengan
menggunakan 2 metode, yaitu metode larutan
ter-pisah dan metode larutan tercampur.
Dalam metode larutan terpisah, pengukuran
potensial untuk ion-ion pengganggu dengan
konsentrasi tertentu dilakukan terpisah dengan
terlebih dahulu mengukur potensial larutan
standar yang memiliki konsentrasi sama
dengan larutan pengganggu. Sementara untuk
metode tercampur, pengukuran dilakukan
pada larutan yang mengandung ion utama dan
ion pengganggu. Potensial standar reduksi
yang ditunjukkan ESI terhadap aktivitas ion
utama (A) dan ion asing (B) terhadap pengukuran besaran menentukan sejauh mana
pengaruh ion B terhadap pengukuran ion A
pada analisis. Bila nilai koefisien selektivitas
HASHA BWANA ASRI. Pembuatan dan Pencirian Elektrode Selektif Ion Lu3+
dengan Ionofor 4-Dodekanadioilbis-(1-fenil-3-metil-5-pirazolon). Dibimbing oleh
DEDEN SAPRUDIN dan DYAH ISWANTINI PRADONO.
Kinerja elektrode selektif ion (ESI) dipengaruhi oleh jenis ionofor yang
digunakan. Penelitian ini mengembangkan ESI Lu3+ dengan ionofor dodekana
dioilbis-(1-fenil-3-metil-5-pirazolon) (H2DdBP) yang telah terbukti selektif dalam
ekstraksi cair-cair Lu3+. Komposisi terbaik yang didapatkan dari penelitian ini
ialah 33% PVC, 57% asetofenon, 5% H2DdBP, dan 5% asam oleat. Hasil
pengukuran yang linear diperoleh dengan faktor Nernst 16.57 mV/dekade pada
rentang konsentrasi 10-3−10-7 M dalam suasana sangat asam dan waktu respons 15
hingga 250 detik. ESI masih dapat digunakan pada pH 4 dan 7, dengan
penurunan faktor Nernst sebesar 5% selama 30 hari pemakaian. Ion lain seperti
Cu2+, Cd2+, Pb2+, Ni2+, Ca2+, dan La3+ tidak memengaruhi pengukuran ESI.
ABSTRACT
HASHA BWANA ASRI. Preparation and Characterization of Ion Selective Electrodes Lu3+ with 4-Dodecanedioylbis-(1-phenyl-3-methyl-5-pirazolone) as Ionophores. Supervised by DEDEN SAPRUDIN and DYAH ISWANTINI
PRADONO.
The ion selective electrode (ISE) performance is affected by the type of ionophore used. This research developed an Lu3+ ISE with dodecanedioylbis-(1phenyl-3-methyl-5-pirazolone) (H2DdBP) as ionophore which has been proved
selective in Lu3+ liquid-liquid extraction. The best composition of ISE obtained
from this research was 33% PVC, 57% acetophenone, 5% H2DdBP, and 5% oleic
acid. Linear measurement was obtained with Nernst factor of 16.57 mV/decade at
10-3−10-7 M concentration range in very acidic situation and response time was
15 to 250 seconds. ISE still could be used at pH 4 and 7, with 5% Nernst factor
decrease after 30 days usage. Other ions such as Cu2+, Cd2+, Pb2+, Ni2+, Ca2+,
and La3+ did not affect the measurement of ISE.
PENDAHULUAN
Lutetium (
) merupakan salah satu
unsur logam tanah jarang (LTJ) yang banyak
digunakan sebagai bahan teknologi inovatif,
seperti TV berwarna, lampu fluoresens, lampu
hemat energi, bahan pengilap kaca, dan
sebagai serat optik. Keberadaan lutetium
dalam tubuh sangat sedikit, namun bila
terakumulasi dapat menyebabkan kerusakan
pada hati, membran sel, alat reproduksi wanita
dan fungsi sistem saraf (Ganjali et al. 2007).
Oleh karena itu, kemampuan mendeteksi
keberadaan unsur Lu3+ (lutetium(III)) dilingkungan sangat menarik untuk diteliti.
Metode yang dapat digunakan untuk
mendeteksi Lu3+, antara lain analisis aktivasi,
sinar-X, dan spektrometri emisi atom-plasma
gandeng induktif (ICP-AES). Biaya operasional metode tersebut sangat mahal dan tidak
portable, sehingga tidak sesuai untuk analisis
rutin. Spektrofotometer ultraviolet-tampak
(UV-Vis) juga sering digunakan untuk
mendeteksi Lu3+, tetapi alat tersebut tidak
selektif untuk analisis rutin, karena panjang
gelombang masing-masing unsur saling
berimpitan (Shamsipur et al. 2002).
Salah satu metode yang saat ini banyak
dikembangkan untuk mendeteksi Lu3+ ialah
elektrode selektif ion (ESI). Keunggulan metode ESI dibandingkan dengan metode lain
adalah tingkat selektivitas dan sensitivitas
yang tinggi, sehingga tidak memerlukan
proses pemisahan spesies target terlebih
dahulu dari campuran serta portable. Karena
itu, pengembangan metode ESI sangat
menarik untuk diteliti lebih lanjut.
Tingkat keberhasilan metode ESI sangat
dipengaruhi oleh jenis ionofor. Ganjali et al.
(2006, 2007, 2008) telah meneliti pembuatan
ESI Lu3+ dengan menggunakan beberapa
ionofor dari kelompok senyawa organik yang
bersifat basa Schiff, seperti N-(tien-2ilmetilena)piridina-2,6-diamina (Ganjali et al.
2006), senyawa N-(2-furilmetilena)piridina2,6-diamina (Ganjali et al. 2007) dan N,Nbis(2-piridinakarboksamida)-1,3-benzena (Ganjali et al. 2008). ESI Lu3+ berdasarkan
penelitian tersebut memiliki limit deteksi
sekitar 5×10-7 M, respon Nernst sekitar
1.0×10-6–1.0×10-1 M, dan waktu pemakaian
(life time) mencapai 8 minggu.
Ionofor yang digunakan pada penelitian ini
merupakan kelompok senyawa turunan
pirazolon, yaitu 4-dodekanadioilbis-(1-fenil-3metil-5-pirazolon) atau H2DdBP yang telah
terbukti selektif untuk mengekstraksi lanta-
num(III), europium(III), dan lutetium (III)
(Bou-Maroun et al. 2005). Penelitian kali ini
bertujuan membuat ESI menggunakan ionofor
dari H2DdBP yang diharapkan meningkatkan
sensitivitas, selektivitas, dan respons terhadap
ESI.
TINJAUAN PUSTAKA
Elektrode Selektif Ion (ESI)
Elektrode selektif ion (ESI) adalah sensor
kimia yang spesifik dan selektif terhadap
aktivitas ion tertentu dalam larutan contoh
yang akan dianalisis. Sejumlah elektrode memiliki respons yang cepat dan memiliki
rentang pengukuran yang lebar yang tidak
dipengaruhi oleh warna. Penentuan aktivitas
ion ditentukan dari perubahan potensial
keaktifan ion yang dianalisis. ESI memiliki
beberapa kelebihan dalam penggunaannya
untuk analisis lingkungan di antaranya biaya
dalam perancangan analisisnya lebih rendah
dibandingkan dengan metode lain seperti
spektrofotometer serapan atom (SSA) dan
kromatografi ion. ESI juga lebih sederhana,
dapat membaca respons lebih cepat, dan
rentang pengukurannya luas.
Beberapa sifat harus dimiliki oleh membran selektif ion agar elektrode memiliki
selektivitas dan sensitivitas yang baik
terhadap kation dan anion. Sifat-sifat tersebut
meliputi tidak larut dalam air, dapat
menghantarkan listrik, bereaksi secara selektif
dengan ion-ion analit melalui 3 tipe ikatan,
yaitu pertukaran ion, kristalisasi, dan
kompleksasi (Bailey 1983, diacu dalam
Fardiyah 2003).
Metode ESI dengan konstruksi seperti
terlihat pada Gambar 1 menggunakan prinsip
dasar potensiometri. Potensiometri merupakan teknik analisis elektrokimia berdasarkan
hubungan potensial sel dengan konsentrasi
atau aktivitas senyawa kimia dalam sel.
Fenomena yang terjadi pada metode ESI
adalah metode setengah sel oksidasi-reduksi
yang dapat dihitung semua potensial setengah
selnya menggunakan persamaan Nernst
(Skoog et al. 1980).
Metode ini termasuk yang banyak digunakan untuk menentukan kandungan ion-ion
tertentu di dalam suatu larutan (Watoni &
Buchari 2000). Menurut Fardiyah (2003),
potensiometri merupakan salah satu teknik
analisis elektrokimia yang didasarkan pada
hubungan antara potensial sel dan konsentrasi
spesies kimia antara 2 elektrode. Teknik ini
juga didasarkan pada fenomena yang terjadi
1
PENDAHULUAN
Lutetium (
) merupakan salah satu
unsur logam tanah jarang (LTJ) yang banyak
digunakan sebagai bahan teknologi inovatif,
seperti TV berwarna, lampu fluoresens, lampu
hemat energi, bahan pengilap kaca, dan
sebagai serat optik. Keberadaan lutetium
dalam tubuh sangat sedikit, namun bila
terakumulasi dapat menyebabkan kerusakan
pada hati, membran sel, alat reproduksi wanita
dan fungsi sistem saraf (Ganjali et al. 2007).
Oleh karena itu, kemampuan mendeteksi
keberadaan unsur Lu3+ (lutetium(III)) dilingkungan sangat menarik untuk diteliti.
Metode yang dapat digunakan untuk
mendeteksi Lu3+, antara lain analisis aktivasi,
sinar-X, dan spektrometri emisi atom-plasma
gandeng induktif (ICP-AES). Biaya operasional metode tersebut sangat mahal dan tidak
portable, sehingga tidak sesuai untuk analisis
rutin. Spektrofotometer ultraviolet-tampak
(UV-Vis) juga sering digunakan untuk
mendeteksi Lu3+, tetapi alat tersebut tidak
selektif untuk analisis rutin, karena panjang
gelombang masing-masing unsur saling
berimpitan (Shamsipur et al. 2002).
Salah satu metode yang saat ini banyak
dikembangkan untuk mendeteksi Lu3+ ialah
elektrode selektif ion (ESI). Keunggulan metode ESI dibandingkan dengan metode lain
adalah tingkat selektivitas dan sensitivitas
yang tinggi, sehingga tidak memerlukan
proses pemisahan spesies target terlebih
dahulu dari campuran serta portable. Karena
itu, pengembangan metode ESI sangat
menarik untuk diteliti lebih lanjut.
Tingkat keberhasilan metode ESI sangat
dipengaruhi oleh jenis ionofor. Ganjali et al.
(2006, 2007, 2008) telah meneliti pembuatan
ESI Lu3+ dengan menggunakan beberapa
ionofor dari kelompok senyawa organik yang
bersifat basa Schiff, seperti N-(tien-2ilmetilena)piridina-2,6-diamina (Ganjali et al.
2006), senyawa N-(2-furilmetilena)piridina2,6-diamina (Ganjali et al. 2007) dan N,Nbis(2-piridinakarboksamida)-1,3-benzena (Ganjali et al. 2008). ESI Lu3+ berdasarkan
penelitian tersebut memiliki limit deteksi
sekitar 5×10-7 M, respon Nernst sekitar
1.0×10-6–1.0×10-1 M, dan waktu pemakaian
(life time) mencapai 8 minggu.
Ionofor yang digunakan pada penelitian ini
merupakan kelompok senyawa turunan
pirazolon, yaitu 4-dodekanadioilbis-(1-fenil-3metil-5-pirazolon) atau H2DdBP yang telah
terbukti selektif untuk mengekstraksi lanta-
num(III), europium(III), dan lutetium (III)
(Bou-Maroun et al. 2005). Penelitian kali ini
bertujuan membuat ESI menggunakan ionofor
dari H2DdBP yang diharapkan meningkatkan
sensitivitas, selektivitas, dan respons terhadap
ESI.
TINJAUAN PUSTAKA
Elektrode Selektif Ion (ESI)
Elektrode selektif ion (ESI) adalah sensor
kimia yang spesifik dan selektif terhadap
aktivitas ion tertentu dalam larutan contoh
yang akan dianalisis. Sejumlah elektrode memiliki respons yang cepat dan memiliki
rentang pengukuran yang lebar yang tidak
dipengaruhi oleh warna. Penentuan aktivitas
ion ditentukan dari perubahan potensial
keaktifan ion yang dianalisis. ESI memiliki
beberapa kelebihan dalam penggunaannya
untuk analisis lingkungan di antaranya biaya
dalam perancangan analisisnya lebih rendah
dibandingkan dengan metode lain seperti
spektrofotometer serapan atom (SSA) dan
kromatografi ion. ESI juga lebih sederhana,
dapat membaca respons lebih cepat, dan
rentang pengukurannya luas.
Beberapa sifat harus dimiliki oleh membran selektif ion agar elektrode memiliki
selektivitas dan sensitivitas yang baik
terhadap kation dan anion. Sifat-sifat tersebut
meliputi tidak larut dalam air, dapat
menghantarkan listrik, bereaksi secara selektif
dengan ion-ion analit melalui 3 tipe ikatan,
yaitu pertukaran ion, kristalisasi, dan
kompleksasi (Bailey 1983, diacu dalam
Fardiyah 2003).
Metode ESI dengan konstruksi seperti
terlihat pada Gambar 1 menggunakan prinsip
dasar potensiometri. Potensiometri merupakan teknik analisis elektrokimia berdasarkan
hubungan potensial sel dengan konsentrasi
atau aktivitas senyawa kimia dalam sel.
Fenomena yang terjadi pada metode ESI
adalah metode setengah sel oksidasi-reduksi
yang dapat dihitung semua potensial setengah
selnya menggunakan persamaan Nernst
(Skoog et al. 1980).
Metode ini termasuk yang banyak digunakan untuk menentukan kandungan ion-ion
tertentu di dalam suatu larutan (Watoni &
Buchari 2000). Menurut Fardiyah (2003),
potensiometri merupakan salah satu teknik
analisis elektrokimia yang didasarkan pada
hubungan antara potensial sel dan konsentrasi
spesies kimia antara 2 elektrode. Teknik ini
juga didasarkan pada fenomena yang terjadi
1
pada reaksi elektrode, yaitu saat arus melewati
suatu larutan elektrode.
keto sesuai dengan perubahan pH larutan
(Gambar 2).
H
N
N
CH3
N
N
C
CH3
C
O
O
C
C
O
H
O
Gambar 2 Struktur molekul pirazolon.
Gambar 1 Konstruksi ESI.
Informasi tentang komposisi sampel dalam
metode potensiometri ditentukan dari potensial antara 2 elektrode. Metode potensiometri
ini juga berdasarkan pada pengukuran arus
listrik sebagai fungsi perubahan potensial
listrik, yang diterapkan pada sel elektrolisis.
Irzaldi (2010) telah berhasil menyintesis
senyawa pirazolon H2DdBP yang kemudian
digunakan sebagai ionofor pada penelitian ESI
Lu3+ kali ini. Lu3+ merupakan golongan unsur
lantanida. Golongan unsur lantanida dapat
membentuk kompleks dengan ionofor H2Dd
BP seperti pada Gambar 3 (Pavithran dan
Reddy 2005).
CH3
H 3C
CH2 n
N
N
N
O
Ionofor
N
O
O
Ionofor merupakan salah satu penentu
keberhasilan metode ESI. Ionofor merupakan
suatu ligan dalam fase cair membran yang
dapat membentuk kompleks dengan kation
tertentu (Mulder 1996). Di dalam membran
pada umumnya ligan tersebut berbentuk sepit
(chelate) seperti senyawa eter mahkota,
kaliksarena, dan pirazolon. Senyawa sepit
memiliki banyak pasangan elektron bebas,
tetapan kesetimbangan kompleks dengan ion
logam relatif besar, sehingga senyawa ini
lebih stabil. Ito et al. (2001) pertama kali melaporkan senyawa pirazolon 1-fenil-3-metil-4oktadekanoil-5-pirazolon atau HPMODP
sebagai ionofor untuk logam tanah jarang
pada ESI La3+. Hasil penelitian tersebut
menerangkan bahwa ESI ini mampu mengukur ion La3+ pada konsentrasi 10-6−10-2
M. Kemampuan ESI ini masih belum selektif
pada pH tertentu terutama dari gangguan ion
LTJ lain, seperti Yb3+ dan juga dari ion logam
transisi (Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, dan Zn2+),
alkali (Na+, K+), dan logam alkali tanah (Mg2+
,Ca2+, Sr2+, dan Ba2+).
Jarak antar atom yang memiliki pasangan
elektron bebas akan memengaruhi selektivitas
pengukuran ion-ion logam (Umetani 2006).
Hasil analisis dengan spektroskopi Raman
menyebutkan bahwa senyawa pirazolon di
dalam larutan air dapat bersifat sebagai asam
lemah karena struktur molekulnya dapat
berubah-ubah dari struktur enol ke struktur
O
3+
La
La2+
HO
CH3
O
O
O
N
N
N
CH2 n
N
CH3
Gambar 3 Struktur kompleks H2DdBP dengan
ion lantanida.
Pencirian ESI
Pencirian ESI dilakukan dengan mengetahui besaran khas yang dimiliki oleh
setiap elektrode. Hal ini dapat menunjukkan
kualitas untuk analisis ion secara potensiometri. Evaluasi besaran tersebut dilakukan
melalui pengukuran kisaran konsentrasi pengukuran dan kepekaan, waktu tanggap, pH
optimum pengukuran, koefisien selektivitas,
dan waktu pengukuran membran.
Kisaran konsentrasi pengukuran dan kepekaan ESI adalah batas deteksi konsentrasi
terendah dan tertinggi yang menunjukkan
hubungan linear pada kurva antara E(mV) dan
–log [konsentrasi]. Persamaan Nernst pada
suhu 25 oC memiliki nilai teori kepekaan ESI
atau faktor Nernst (s) sebesar 59.1 mV/
dekade untuk ion monovalen, 29 mV/dekade
2
untuk ion divalen, dan 19.87 mV/dekade
untuk ion trivalen (Fardiyah 2003).
Nilai waktu tanggap (t) dalam detik merupakan waktu yang diperlukan untuk pengukuran aktivitas suatu ion dalam rangkaian
sel elektrokimia sampai potensialnya tidak
berubah-ubah secara signifikan. Respons
waktu merupakan waktu yang diperlukan
untuk pengukuran aktivitas suatu ion dalam
rangkaian sel elektrokimia.
Koefisien selektivitas merupakan besaran
khas yang menunjukkan pengaruh aktivitas
ion asing terhadap aktivitas ion utama dalam
pengukuran berbagai aktivitas ion dalam sel
elektrokimia. Koefisien ditentukan dengan
menggunakan 2 metode, yaitu metode larutan
ter-pisah dan metode larutan tercampur.
Dalam metode larutan terpisah, pengukuran
potensial untuk ion-ion pengganggu dengan
konsentrasi tertentu dilakukan terpisah dengan
terlebih dahulu mengukur potensial larutan
standar yang memiliki konsentrasi sama
dengan larutan pengganggu. Sementara untuk
metode tercampur, pengukuran dilakukan
pada larutan yang mengandung ion utama dan
ion pengganggu. Potensial standar reduksi
yang ditunjukkan ESI terhadap aktivitas ion
utama (A) dan ion asing (B) terhadap pengukuran besaran menentukan sejauh mana
pengaruh ion B terhadap pengukuran ion A
pada analisis. Bila nilai koefisien selektivitas