I. TUJUAN
· Mempelajari teknik potensiometri langsung
dalam pengukuran konsentrasi analit.
· Mengukur konsentrasi fluoride dalam larutan
sampel dengan menggunakan elektroda ion selektif.
II. DASAR TEORI
Ion selektif electrode (ISE) adalah electrode membrane yang selektif merespon keberadaaan ion lain
dalam larutan, juga spesifik menyelidiki keberadaan gas dan ion dalam larutan. Yang
paling umum digunakan yaitu ionselektif electrode untuk pH. Ion lain
yang dapat diukur menggunakan ISE seperti,flour,
bromide, cadmium, dan gas-gas dalam larutan seperti NH3, CO2 dan NO2. Ion selektif electroda memberikan
respon potensial tertentu pada ion yang spesifik. Untuk potensial standart
digunakan potensial dari ion H+ yang dipakai pada
pH meter. Perbedaan potensial yang dihasilkan diantara dua electrode akan tergantung
pada aktivitas ion yang spesifik dalam larutan. Aktivitas ion terkait pada
konsentrasi ion spesifik, sehingga memungkinkan untuk analisis ukuran ion yang
spesifik. Beberapa ISE teleh dikembangkan untuk beberapa ion yang berbeda. Ion
selektif elektroda termasuk yang paling umum digunakan (pH electrode) bekerja
dengan prinsip dasar dari sel galvanic. Dengan mengukur potensisl listrik yang
dihasilkan oleh membrane pada ion tertentu dan dibandingkan dengan reference
elecctrode. Kekuatan beda potensial yang dihasilkan sebanding dengan
konsentrasi dari ion yang terukur (selektif). Rumus dasar yang digunakan pada
sel galvanic yaitu :
Esel= EISE– Eref
Potensial sel dibanding dengan potensial ISE dikurangi potensial reference
electrode.
Gambar 1. desain sel galvanic sederhana
Seperti teleh diketahui, ISE yang paling umum digunakan yaitu pH electroda yang
mengandung membrane gelas tipis yang merespon konsentrasi H+ dalam
larutan.Perbedaan pada permukaan membrane ISE ditentukan dari persamaan :
E = K – (2.303RT/nF) log (a)
Dimana :
K = konstanta untuk menghitung semua potensial ion.
R = konstanta gas
T = temperaturen = jumlah electron yang berpindah
F = konstanta
Faradaya = aktivitas ion analit dalam larutan
Dengan memplotkan potensial yang diukur versus
log(a) akan diperoleh kurvalinier. Skema
pengukuran menggunakan ISE yaitu :
Gambar 2. ISE komersial sering menggabungkan dua elektode menjadi satu
unitseperti pada pH meter.
ISE fluoride yang sering digunakan, seperti pada percobaan kali ini berupa solid-state
mono-crystalline membrane. Electrode ini didesign untuk mendeteksiion fluoride (F-) didalam larutan, dan cocok digunakan untuk laboratorium dan aplikasi.
Ion fluoride merupakan ion monovalen dengan massa 18.998 gram, 1000 ppm
sama dengan 0.053 M.
Spesifikasi fisik dari ISE fluoride
:
Panjang body tanpa kontak emas : 130
mm
Panjang body dengan kontak emas :
140 mm
Diameter body : 8 mmDC resistansi
pada 25oC< 2.5 m
Ohm volume minimum sampel : 5 mL
Gambar 3. ISE fluoride komersial
Penentuan konsentrasi suatu analit tertentu menggunakan ion
selektif electrode dapat dilakukan dengan pengukuran langsung terhadap
konsentrasi atauaktivasi ion yang dikenal dengan teknik potensiometri langsung.
Dimana dalamhal ini konsentrasi atau aktivasi ion analit ditentukan melalui
kurva kalibrasi yangdiperoleh dari pengukuran potensial pada konsentrasi ion
standart yang telahdiketahui dengan pasti
III. PENENTUAN TETAPAN SELEKTIVITAS ELEKTRODA
SELEKTIF ION SISTEM POTENSIOMETRI DENGAN METODE MPM**)
Penentuan
tetapan selektivitas elektroda selektif ion dengan menggunakan metode larutan
terpisah maupun larutan tercampur model persamaan Nicolski – Eisenman kurang
tepat untuk ion-ion yang bermuatan lebih dari satu. Metode MPM (matched
potential method) merupakan metode pendekatan baru untuk penentuan tetapan
selektivitas elektroda selektif ion dengan membandingkan aktivitas ion utama
dan ion pengganggu yang ada dalam larutan baku. Metode ini telah mendapatkan
rekomendasi dari IUPAC untuk penentuan tetapan selektivitas sistem potensiometri,
terutama untuk sistem yang melibatkan ion-ion dengan muatan lebih dari satu.
Elektroda
selektif ion merupakan bagian yang sangat penting dalam sistem sensor
elektrokimia terutama dalam analisis secara potensiometri dan voltametri. Hal ini
karena dalam ujung sensor mengandung bahan aktif yang mana terjadi peristiwa secara
termidinamik maupun kinetik. Salah satu faktor yang menentukan kualitas kinerja
adalah tentang selektivitas elektroda, disamping faktor lain yaitu
sensitivitas. Elektroda selektif diharapkan hanya merespon analit yang diukur
dan tidak merespon komponen/zat lain dalam sample. Namun realitasnya keadaan
ini sangat sulit kita jumpai, dimana elektroda hanya merespon analit saja.
Walaupun hanya kecil, biasanya suatu elektroda juga merespon komponen lain
dalam sample. Oleh sebab itu diperlukan suatu tetapan yang memberikan faktor
koreksi pengaruh ion lain. Tetapan yang umum dipakai (khususnya pada pengukuran
sistem potensiometri) adalah tetapan selektivitas K Pot . AB
Banyak
cara/metode digunakan untuk menentukan tetapan selektivitas. Pada awalnya
penentuan tetapan selektivitas ada dua cara yaitu sistem larutan terpisah (Separate
Solution Methods / SIM ) dan sistem larutan bercampur (Fixed Interference Methods
/ FIM). Kedua sistem ini dirintis oleh Moody dan Thomas, dan masing-masing
mempunyai kelemahan dan kelebihan. Untuk mengatasi berbagai kelemahan, hingga
akhir dekade 1990-an, diajukan suatu metode penyempurnaan oleh Nicolski dan
Eisenman. Hasil dari penyempurnaan ini keluarlah persamaan Nicolski-Eisenman,
yaitu:
oPot
EMF = E 1 + RT/zF Ln (ai + ∑ K ij ajzi/zj )
Persamaan
ini sangat cocok untuk penentuan tetapan selektivitas dimana muatan ion utama
(zi) dan ion pengganngu (zj) sama. Apabila zi dan zj tidak sama, ternyata persamaan
ini memberikan nilai yang kurang tetap. Oleh sebab itu metode ini kurang cocok
untuk penentuan tetapan selektivitas elektroda dengan muatan ion utama dan ion
pengganggu tidak sama.
Untuk
mengatasi hal tersebut Gazekpo dan Christian GD mengajukan metode baru pada
pertangahan 1984 yang disebut metode Matched Potential Method (MPM). Metode ini
telah mendapatkan rekomendasi dari IUPAC (1995) dan paling banyak dipakai untuk
penentuan tetan selektivitas potensiometri hingga tahun 2004.
Selektivitas elektroda
Hingga
saat ini kita telah memperhatikan hanya ion-ion tertentu yang mengganggu pada
elektroda selektif ion. Pada bagian ini akan kita tinjau bagaimana memodifikasi
persamaan Nernst untuk dihubungkan dengan ion-ion pengganggu dan menghitung
nilai maksimum ion pengganggu yang kita tolerasi untuk memperoleh pengukuran
dalam analisis yang akurat. Meskipun elektroda selektif ion seharusnya merespon
ion-ion tertentu secara Nernstian, namun sering kali dapat juga merespon ion
lain lebih besar atau lebih kecil yang ada dalam larutan. Hal ini merupakan
fakta yang benar apabila ion-ion lain secara fisik maupun kimia mempunyai sifat
yang mirip dengan ion yang diukur. Sebagai contoh elektroda selektif ion
klorida (Cl-) akan terinterferensi dengan adanya ion yang sejenis seperti
bromida (Br-), tetapi kurang terinterferensi ion lain yang tidak sejenis
seperti ion hidroksida (OH-).
Bagaimana
kita dapat mengkuantitatifkan pengaruh interferensi ion lain pada elektroda
selektif ion? Kita dapat menunjukkan derajat interferensi secara sederhana. Sebagai
contoh, suatu elektroda selektif ion klorida ternyata dapat merespon ion bromida
sebesar 300 kali ion kloridanya, dengan demikian maka aktivitas ion bromida memberikan
efek sama sebesar 300 kali dari aktivitas ion klorida. Kita dapat menulis ulang
persamaan Nernst untuk ion klorida tersebut menjadi:
E(sel)
= E* - (RT/F) ln [a(Cl-) + 300 a(Br-)]
(Ingat
bahwa tanda – menunjukkan bahwa elektroda merespon ion negatif)
Disamping
itu elektroda diatas juga merespon ion hidroksida 100 kali lebih kecil dari ion
klorida. Dalam hal ini persamaan Nernst menjadi:
E(sel)
= E* - (RT/F) ln [a(Cl-) + 0,01 a(OH-)]
Keseluruhan
langkah yang kita lakukan dengan pengalian aktivitas ion pengganggu merupakan
faktor yang kita sebut selektivitas. Pada contoh diatas untuk ion berbagai
pengganggu akan didapatkan persamaan yang berbeda-beda. Oleh sebab itu perlu
dirumuskan penurunan persamaan Nernst umum lain yang memperhatikan nilai
tetapan selektivitas. Kita dapat menghitung perbandingan konsentrasi analit dan
ion pengganggu untuk mendapatkan derajat kesalahan. Jika aktivitas ion
pengganggu melebihi nilai perbandingan yang diperbolehkan, maka kita akan
mempunyai empat pilihan antara lain koefisien selektivitas atau perbandingan :
1. Jika
aktivitas ion penganggu diketahui secara akurat, kemudian kita membuat hubungan
dalam perhitungannya.
2. Jika
kita menggunakan kurva kalibrasi, kita dapat memakai dengan aktivitas ion yang
sama untuk ion pengganggu dan sampel. Ini akan memberikan tingkat interferensi
yang konstan dan tidak akan mengganggu kecermatan dalam pengukuran.
3. Kita
dapat mengubah ion pengganggu dengan proses pengendapan atau reaksi kompleksasi.
Akan tetapi kita harus sangat hati-hati yang mana kita tidak boleh ion utama
ikut terpindahkan dari proses tersebut.
4. Kita
dapat mengatur perbandingan ion analit dengan ion pengganggu pada nilai
perbandingan tertentu dengan menambahkan sejumlah zat yang diketahui secara
tepat jumlahnya. Cara ini dapat dengan baik menghindari adanya ion pengganggu.
Prinsip ini yang sering disebut metode adisi standar.
Pilihan pertama merupakan cara yang
kurang akurat yang mana koefisien selektivitas dapat bervariasi dengan kekuatan
ion total larutan. Maka perlu pengatur nilai kekuatan ion dengan zat pengatur
kekuatan ion, yang akan mengatur nilai K. Kegunaan nilai koefisien
selektivitas, adalah sangat penting untuk mengetahui nilai maksimum ion
pengganggu dalam perhitungan secara kuantitatif pada analisis potensiometri.
Ada beberapa metode untuk menetukan
tetapan selektivitas elektroda (K ij ) sistem potensiometri. Secara umum
dibedakan menjadi dua yaitu sistem larutan terpisah dan sistem larutan
bercampur. Pada sistem larutan terpisah, saat pengukuran ion utama I (jumlah
ion pengganggu j = 0), maka besarnya potensal yang terukur sesuai persaman:
Ei = Eo + RT/zF Ln ai
Pada larutan kedua yang hanya ada ion
pengganggu j, maka besarnya potensial adalah:
Ej = Eo + RT/zF Ln K ij aj
Untuk ai = aj, maka:
Log K Pot ij = Ei - E j / 2,3030 RT/Zf
Pada sistem larutan bercampur besarnya
potensial yang terukur adalah:
E* = Eo + RT/zF Ln (ai + K ij aj )
Metode
MPM (Matched Potential Method)
Metode MPM pertama kali diusulkan oleh
Gadzekpo dan Christian pada tahun 1984. Metode ini diusulkan dengan alas an
untuk ion dengan muatan lebih dari satu, pemakaian persamaan Nicolski –
Eisenman relative kurang cocok. Secara praktis metode ini dilakukan dengan
menambahkan ion utama (i) dalam larutan baku dan diukur potensialnya. Hal yang
sama dilakukan dengan penambahan ion pengganggu (j).
Besarnya tetapan selektivitas ditentukan
berdasarkan rasio dari selisih antara aktivitas ion utama dan ion pengganggu
dari dua buah pengukuran. Secara matematis dirumuskan dengan persamaan:
K = ∆ ai / aj
Secara praktis langkah-langkah penentuan
tetapan selektivitas dengan metode MPM adalah sebagai berikut:
1. Menghitung
persamaan garis regresi ion utama
2. Menentukan
konsentrasi ion pengganggu, missal [B] = 10-2 M, yang akan mempunyai nilai
potensial tertentu melalui pengukuran (bembacaan potensial larutan) (nilai Y)
3. Nilai
Y dimasukkan dalam persamaan pada nomor 1, maka nilai X dapat dihitung.
4. Menghitung
nilai tetapan selektivitas melalui persamaan:
K
= X / 10-2
Dengan
nilai X yang sudah dihitung maka nilai tetapan selektivitas dapat dihitung.
Sebagai
contoh tetapan selektivtas elektroda lanthanum akibat adanya gangguan ion Na+.
Dari sejumlah pengukuran konsentrasi ion La diperoleh persamaan y = 19,93 X + 245,11. Besarnya potensial
larutan Na 10-2 M adalah 142,5 mVolt. Pada potensial yang sama
aktivitas ion utama adalah 7,1.10-6 M. Maka nilai K ij = 7,1.10-6
/ 10-2 = 7,1.10-4.
Kesimpulan
Penentuan tetapan selektivitas
elektroda selektif ion dengan metode MPM sangat sgnifikan terutama untuk
ion-ion yang diukur bermuatan lebih dari satu.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar