Determination of Optimum Ph and Temperature of Coated Wire Mercury Ion Selective Electrode (CWE Mercury) Using Chitosan Membranes in Cosmetics

  Majalah kesehatan FKUB

Penentuan pH dan Temperatur Optimal terhadap Elektroda Selektif Ion (ESI) Merkuri Tipe Kawat

Terlapis Bermembran Kitosan pada Sediaan Kosmetik

  Atikah*, Ema Pristi*, Alvan Febrian*, Dian Novita W*

  

ABSTRAK

Penggunaan elektroda selektif ion (ESI) dalam analisis kimia sangat luas, salah satunya digunakan untuk

pengujian anion maupun kation. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pH dan temperatur optimal ESI

merkuri tipe kawat terlapis bermembran kitosan. ESI dibuat dari kawat platina (Pt) yang dilapisi membran yang

terbuat dari campuran bahan aktif kitosan-Hg, berpendukung polimer polivinylchloride (PVC), dan pemlastis

dioktilphtalat (DOP) dalam pelarut tetrahidrofuran (THF) dengan perbandingan 1:3 (b/v). Penentuan pengaruh pH

₂₊ dilakukan dengan mengukur larutan Hg pada rentang konsentrasi 1x10-8

• –1x10-1 M pada pH 3-8 menggunakan ₂₊

  bufer fosfat. Pengukuran pengaruh temperatur dilakukan dengan mengukur larutan Hg pada rentang

  _o konsentrasi 1x10-8

  C. Hasil penelitian menunjukkan bahwa ESI merkuri tipe

• –1x10-1 M pada temperatur 20-50 _o kawat terlapis berbasis kitosan memiliki pH optimal pada pH 6 dan memiliki temperatur optimal pada 20 C.
• –30 Kata Kunci : Elektroda selektif ion (ESI) tipe kawat terlapis, Kitosan, Membran, Merkuri, Potensiometri.

  

Determination of Optimum Ph and Temperature of Coated Wire Mercury Ion Selective Electrode

(CWE Mercury) Using Chitosan Membranes in Cosmetics

ABSTRACT

  Ion selective electrode (ISE) is widely used in analytical chemistry which can use in anion and cation exami-

nation. The aim of this study was to determine the optimum pH and temperature of coated wire mercury ion

selective electrode (CWE mercury) using membranes made from chitosan as an active material, polyvinyl chloride

(PVC) as supporting material mixture, and dioctylphthalate (DOP) with a ratio was dissolved in tetrahydrofuran

(THF) solvent (1:3 w/v). In this study, the determination of the pH optimum was done by measuring the potential

solution of mercury chloride in the concentration range 10-8-10-1 M at pH range 3-8, and the determination of

temperature was done by measuring the potential solution of mercury chloride in the concentration range 10-8-10-

_o

1 M at 20-30

  C. The research results showed that CWE mercury based-chitosan membrane has pH optimum at _o pH 6 and had optimum temperature at 20-30 C.

  Keywords : Coated wire ion selective electrode (CWE), Chitosan, Membrane, Mercury, Potentiometry.

• Program Studi Farmasi, FKUB

  Majalah kesehatan FKUB PENDAHULUAN

  Kosmetik bermerkuri sebenarnya bukan hal baru. Beberapa waktu lalu, kosmetik ini telah ramai digunakan. Merkuri mampu menghambat produksi melanin. Akibat jumlah melanin kulit berkurang, maka kulit terlihat tampak lebih putih.

1 Merkuri termasuk logam

2 Pada penelitian ini, dilakukan

  dengan akuades. Sebanyak 6,7875 g

  2 O

  Larutan induk merkuri yang akan dibuat yaitu larutan dengan konsentrasi 0,25 M, larutan ini digunakan untuk optimasi perendaman membran. Langkah yang dilakukan adalah melarutkan HgCl.H

  Pembuatan Larutan Induk Merkuri

  C).

  Pada penelitian ini, rancangan yang digunakan adalah eksperimental laboratorik berdasarkan pada potensiometri yang menggunakan ESI merkuri tipe kawat terlapis bermembran kitosan untuk menentukan pH dan temperatur optimal. pH yang digunakan adalah 3, 4, 5, 6, 7, dan 8 sedangkan temperatur yang digunakan 20, 30, 40, 50 (

  BAHAN DAN METODE Desain Penelitian

  C pada temperatur sampel dapat mengubah harga faktor Nernst 1 mV/dekade. Selain itu, dengan adanya panas dari temperatur yang ditingkatkan menyebabkan kondisi membran menjadi tidak stabil dan kaku karena terjadi penurunan secara irreversible ketebalan membran. Berdasarkan uraian di atas, maka pada penelitian ini perlu dipelajari pengaruh pH dan temperatur terhadap ESI merkuri sehingga dapat diaplikasikan dengan baik untuk penentuan kadar merkuri dalam sampel krim kosmetik.

  o

  menyebutkan bahwa faktor-faktor yang mempengaruhi persamaan Nernst adalah komposisi membran, koefisien selektivitas, pH, ion asing, waktu perendaman, waktu respon, temperatur, limit deteksi, rentang pengukuran, dan usia pakai. Pengukuran potensial menggunakan ESI merkuri memerlukan pH dan temperatur optimal. Menurut Wibratha (2007), untuk sensor kation, ion hidrogen dapat membentuk kompleks dengan bahan aktif sedangkan pada pH alkali konsentrasi ion hidroksida yang sangat tinggi dapat menjadi pengganggu bagi sensor anion. Oleh karena itu, perlu ditentukan kisaran pH optimal agar sensor dapat bekerja tanpa adanya gangguan ion hidrogen. Temperatur optimal juga perlu dipelajari, karena dengan perubahan 10

  6 Berbagai sumber

  harus memenuhi berbagai persyaratan, salah satunya respon harus sedekat mungkin dengan persamaan Nernst.

  delivery), rekayasa jaringan, dan pengawet makanan.

  Kitosan secara luas digunakan untuk menghilangkan ion logam berat. Penelitian tentang kitosan sebagai adsorben ion logam telah banyak dilakukan diantaranya untuk menghilangkan dan membentuk kompleks dengan ion Fe(II), Cu(II), Pb(II), Zn(II), Ni(II), Mn(II), dan Hg(II) untuk mengurangi pencemaran akibat limbah logam berat yang ada. Pemanfaatan lain dari kitosan di antaranya system penghantaran obat (drug

  adalah elektroda yang selektif terhadap ion dimana elektroda inilah yang nantinya mengenali ion-ion merkuri. Keunggulan elektroda selektif ion antara lain adalah sederhana, selektif, cepat, murah dan bila telah dilakukan karakterisasi dapat digunakan untuk analisis tanpa melakukan pemisahan terlebih dahulu.

  electrode), yaitu elektroda yang potensialnya tergantung pada aktivitas ion yang ditentukan.

  pengembangan analisis merkuri pada sampel krim kosmetik menggunakan metode potensiometri. Potensiometri adalah salah satu metode analisis tertua yang masih digunakan secara luas. Penerapan potensiometri umumnya melibatkan penggunaan sel elektrokimia yang tersusun atas elektroda pembanding (refference electode), yaitu elektroda yang potensialnya tetap selama pengukuran dan elektroda indikator (indicator

  berat berbahaya, yang dalam konsentrasi kecilpun dapat bersifat racun. Ion merkuri akan berikatan dengan sulfhidril dari protein enzim dan protein seluler sehingga mengganggu fungsi enzim dan transport sel. Adanya hambatan dan paparan yang terus menerus oleh merkuri dapat menyebabkan kerusakan permanen pada otak, hati, dan ginjal.

3 Elektoda indikator yang akan digunakan

4 Membran untuk melapisi elektroda selektif ion (ESI) yang akan digunakan adalah kitosan.

5 Dalam pengujian ESI elektroda indikator

2 O dimasukkan ke dalam labu ukur

  Pembuatan ESI Merkuri Tipe Kawat Terlapis Bermembran Kitosan

  Pembuatan Larutan Bufer Fosfat pH 3-8

  3

  pekat, akuades, dan alkohol sebanyak 3 kali. Lalu dikeringkan pada suhu ruang. Selanjutnya, campuran membran dilapiskan pada kawat platina dengan cara mencelupkan ujung kawat platina ± 1,5 cm ke dalam campuran membran hingga membran menempel pada kawat. Kemudian membran dikeringkan pada suhu ruang selama 30 menit dan dilanjutkan pemanasan pada suhu 50

  o

  0,1 M 50,0 ml sampai pH meter menunjukkan pH 3

  4

  Larutan bufer fosfat pH 3

  Pembuatan larutan uji merkuri 1x10-1

  Campuran kitosan gel yang telah dibuat sebelumnya dilapiskan pada kawat platina. Kawat platina yang digunakan berukuran 5 cm dengan diameter 0,5 cm. Pertama-tama, ujung kawat dicuci bersih dari kotoran dan lemak menggunakan HNO

  Pembuatan Larutan Uji Merkuri 1x10-1 – 1x10-8 M.

  100,0 ml dan ditambahkan akuades sampai garis batas.

  HgCl.H

  Majalah kesehatan FKUB

• – 1x10-8 M digunakan untuk mengukur harga potensial ESI merkuri tipe kawat terlapis. Larutan induk merkuri 0,25 M diambil sebanyak 40,0 ml, dimasukkan ke dalam labu ukur 100,0 ml dan ditambahkan akuades sampai garis tanda batas. Larutan dikocok sampai homogen, dan diperoleh larutan merkuri dengan konsentrasi 1x10-1 M. Larutan uji merkuri 1x10-2
• –1x10-8 M dibuat dengan pengenceran bertingkat dengan rumus M1 x V1 = M2 x V2.

  C dalam oven selama 12 jam. Setelah dingin, elektroda direndam larutan merkuri 0,25 M selama 40 menit lalu dibilas dengan akuades dan dikeringkan pada suhu ruang selama 10- 60 menit.

• – 8 dibuat untuk menjadikan larutan yang akan diuji agar mempunyai pH yang diinginkan. Larutan ini dibuat dengan menambahkan NaOH 0,1 M dengan volume tertentu ke dalam larutan H

  Pengukuran pH Optimal pada ESI Merkuri

3 PO

• –8. Penambahan volume NaOH 0,1 M berbeda-beda tergantung kebutuhan.
• – 1x10-8 M diambil sebanyak 5,0 mL dan dimasukkan ke dalam botol sampel. Kemudian larutan dikondisikan pada pH 3-8 dengan penambahan bufer yang sebelumnya telah dibuat sambil distirer agar homogen.

• – 1x10-8 M. Besar penyimpangan dari harga faktor Nernst digunakan untuk menentukan pH optimal ESI merkuri berbasis kitosan.

  Pembuatan Membran Kitosan

  Larutan uji merkuri 1x10-1

  Pembuatan Larutan Uji Merkuri 1x10-1 – 1x10-8 M pH 3-8

  Untuk mengetahui pH optimal ESI merkuri, dilakukan pengukuran larutan merkuri pada berbagai pH pada rentang 3-8 dengan konsentrasi merkuri 1x10-1

  Pengukuran Temperatur Optimal pada ESI Merkuri

  Untuk mengetahui temperatur optimal ESI merkuri, dilakukan pengukuran larutan uji merkuri konsentrasi 1x10-1

• – 1x10-8 M pada temperatur 20, 30, 40, 50 (

  o

  C). Besar penyimpangan dari harga faktor Nernst yang digunakan untuk menentukan temperatur optimal ESI merkuri berbasis kitosan.

  HASIL Respon terhadap pH 3-8

  Respon potensial yang dipengaruhi oleh pH dapat dilihat pada Tabel 1.

  Kitosan ditimbang sebanyak 1 g dan ditambahkan 40,0 ml asam asetat 3 % (v/v). Kemudian diaduk menggunakan stirer selama 24 jam. Lalu ditambahkan dengan NaOH 0,1 M hingga pH kitosan menjadi pH 5. Komposisi membran yang akan digunakan adalah kitosan : PVC : DOP dengan perbandingan 3 : 39 : 58. Pencampuran yang pertama dilakukan adalah antara kitosan dengan DOP serta ditambahkan PVC dan dilarutkan ke dalam 3,0 ml pelarut THF. Selanjutnya diaduk dengan stirer selama 3 jam sampai diperoleh larutan yang homogen dan tidak terdapat gelembung udara.

  Majalah kesehatan FKUB

  Tabel 1. Pengaruh pH terhadap respon poten- Temperatur Optimal ESI Merkuri sial Berikut ini merupakan gambar grafik pengukuran potensial yang dipengaruhi oleh

  o pH Faktor Nernst (mV/dekade)

  temperatur 20, 30, 40, dan 50 (

  C) dengan sumbu y adalah faktor Nernst (mV/dekade),

  3 5,5 4 15,8

  dan sumbu x adalah temperatur.

  5 18,1 6 27,5

  40 )

  7 17,8 e

  30 30; 25,7 8 13,7 kad e

  20 /d

  20; 25,5 50; 22,2 mV

  10 Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa pH 40; 15,9 st (

  optimal berada pada pH 6 yang memiliki nilai

  rn e Nernstian 27,5 mV/dekade.

  20

  40

  60 r N temperatur (oC) Respon terhadap Temperatur 20, 30, 40, fakto

  Series1 O dan 50 ( C). batas bawah

  Respon potensial yang dipengaruhi oleh

  faktor Nernst teoritis temperatur dapat dilihat pada Tabel 2. batas atas

  Tabel 2. Pengaruh temperatur _o

  o Temperatur (

C) Faktor Nernst (mV/dekade)

  Gambar 2. Pengaruh temperatur 20-50 C

  20 25,5 30 25,7 PEMBAHASAN 40 15,9 50 22,2 pH Optimal ESI Merkuri

  Dari Gambar 1 di atas, diketahui ada Dari tabel di atas dapat dilihat bahwa penyimpangan faktor Nernst dari nilai teoritis. temperatur optimal berada pada suhu 20

• – 30

  Hal ini menunjukkan bahwa pH berpengaruh

  o

  C yang memiliki nilai Nernstian 25,5 dan 25,7 terhadap kinerja ESI merkuri berbasis kitosan. mV/dekade.

  Nilai teoritis dari faktor Nernst dengan ion divalen adalah sebesar 29,5±5 mV/dekade

  pH Optimal ESI Merkuri

  konsentrasi. Sehingga batas minimal dari Berdasarkan pengukuran potensial, dibuat faktor Nernst adalah 24,5 mV/dekade dan grafik dengan sumbu y merupakan faktor batas maksimal dari faktor Nernst adalah 34,5 Nernst (mV/dekade) dan sumbu x merupakan mV/dekade. Jadi apabila nilai potensial yang pH. Grafik ditunjukkan pada Gambar 1. dihasilkan kurang atau melebihi dari batas minimal dan maksimal maka bisa dikatakan

  40

  bersifat Nernstian. Pada pH asam (3-5) terjadi

  e) 3+

  30 protonasi gugus NH menjadi sehingga 2 –NH

  6; 27,5 ekad

• ion H melimpah sebagai ion kontra dalam

  20 4; 15,8 7; 17,8 V/d

  larutan dan dalam membran. Kondisi ini

  5; 18,1

  10 2+

  8; 13,7

  mempengaruhi proses pertukaran ion Hg

  st (m 3; 5,5 rn

  2+

  pada membran sebagai koion dan ion Hg

  Ne

  5

  10

  pada gugus aktif membran untuk melakukan

  r 2+ kto pH pertukaran ion dengan ion Hg pada analit. Fa

  Menurunnya sifat selektivitas membran

  Series1 2+ batas bawah

  mempengaruhi proses pertukaran ion Hg

  faktor Nernst teoritis

  akibatnya respon potensial semakin turun,

  batas atas

  yang ditunjukkan oleh faktor Nernst yang rendah.

  Pada pH optimal (pH 6) pertukaran ion Gambar 1. Pengaruh pH 3-8 pada membran mencapai kesetimbangan. Pada pH ini, Hg

• sehingga dalam larutan terdapat ion Hg
• .
• , kitosan membentuk gugus -NH

  dan kompetisi Hg

  o

  C dengan faktor Nernstian 25,5 dan 25,7 mV/dekade.

  SARAN

  semakin berkurang sehingga proses pertukaran ion Hg

  2+

  pada antarmuka membran-larutan semakin cepat tercapai dan respon potensial yang dihasilkan bersifat Nernstian. Pada pH basa (pH 7-8) konsentrasi ion OH

  2+

  dalam membran dan larutan sehingga kesetimbangan ion Hg

  2+

  dengan H

  2+

  2+

  yang berikatan pada gugus aktif membran akan semakin banyak, sehingga memungkinkan adanya ikatan kovalen koordinasi dengan Hg

  2+

  sehingga ion Hg

  2

  Karena adanya OH

  juga ion OH

  2+

  mulai membentuk [HgOH]

  2+

  Majalah kesehatan FKUB

  Penelitian ini menyimpulkan pH optimal ESI merkuri berada pada pH 6 dengan faktor Nernstian 27,5 mV/dekade. Temperatur optimal ESI merkuri berada pada suhu 20-30

• juga semakin berkurang. Hal ini mempengaruhi proses pertukaran ion Hg

  Pada penelitian selanjutnya perlu dilakukan pengembangan untuk aplikasi sampel krim kosmetik. Selain itu, perlu dibuat cetakan agar membran yang dibuat memiliki ketebalan yang sama.

• dalam larutan semakin tinggi. Selain itu, saat pH > 7 jumlah ion Hg

DAFTAR PUSTAKA 1.

  o

  2+

  7. Murray C, Dutcher JR. Effect of Changes in Relative Humidity and Temperature on Ultrathin Chitosan Films. Canada: University of Guelph. 2006.

  2009.

  6. Gandjar IG, Rohman A. Kimia Farmasi Analisis. Yogyakarta: Pustaka Pelajar.

  5. Sonia. Modifikasi Nano Partikel Perak dengan Kitosan Sebagai Pendeteksi Logam Berat. Depok: FMIPA Universitas Indonesia. 2012.

  Surakarta: FMIPA Universitas Sebelas Maret. 2004.

  Pembuatan dan Karakterisasi Elektroda Selektif Ion (ESI) Tembaga (II) dengan Pasta Karbon Berbahan Aktif CuS.

  4. Masykur A, Sayekti W, Hajar P.

  3. Putra PK. Validasi Metoda Penentuan Kadar Uranium dalam Bahan Bakar Uranium Oksida Menggunakan Metoda Davies-Gray Termodifikasi Secara Titrasi Potensiometri. Jakarta: BATAN. 2009.

  2. Alfian Z. Merkuri: antara Manfaat dan Efek Penggunaannya Bagi Kesehatan Manusia dan Lingkungan. Medan: Universitas Sumatera Utara. 2006.

  Medan: FKM Universitas Sumatera Utara. 2009.

  Deviana N. Pengetahuan, Sikap dan Tindakan Mahasiswa Mengenai Kosmetik Mengandung Merkuri (Hg) di Akademi Kebidanan Hafsyah Medan Tahun 2009.

  2+

  pada antarmuka membran larutan tidak sempurna yang mengakibatkan respon potensial tidak Nernstian ditunjukkan pada grafik yang semakin turun.

  Temperatur Optimal ESI Merkuri

  Berdasarkan Gambar 2, temperatur optimal berada pada suhu 20

• –30

  untuk berdifusi ke permukaan membran dan berikatan dengan gugus tetap membran semakin cepat, sehingga proses pertukaran ion menjadi kurang sempurna. Kurang sempurnanya pertukaran ion memberikan respon potensial yang rendah. Selain itu, temperatur yang semakin tinggi juga berpengaruh pada fleksibilitas membran. Kondisi membran jadi tidak stabil dan kaku karena terjadi penurunan ketebalan membran secara irreversible.

  2+

  C) memberikan energi panas yang berlebih sehingga gerakan ion Hg

  o

  dalam larutan analit maka semakin besar pula respon potensial terhadap ESI merkuri, sehingga harga Nernst yang dihasilkan bersifat Nernstian. Pada temperatur yang tinggi (> 40

  2+

  antara permukaan membran dan ion Hg

  2+

  dalam membran- larutan mencapai kesetimbangan. Semakin banyak jumlah ion Hg

  C. Pada temperatur ini membran memberikan kinerja yang baik karena adanya penambahan energi kinetik, pertukaran ion semakin meningkat sehingga aktivitas ion Hg