Download - Elektroda Selektif Ion
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
1/38
TEKNIK ANALISIS CEMARAN ANION NON-TEKNIK ANALISIS CEMARAN ANION NON-
ORGANIK DALAM AIR LIMBAHORGANIK DALAM AIR LIMBAH
MENGGUNAKAN ELEKTRODA SELEKTIF IONMENGGUNAKAN ELEKTRODA SELEKTIF ION
OlehOleh
Mei BasukiMei Basuki
PUSAT PENELITIAN KIMIAPUSAT PENELITIAN KIMIALEMBAGA ILMU PENGETAHUAN INDONESIALEMBAGA ILMU PENGETAHUAN INDONESIA
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
2/38
Elektroda Selektif Ion (ESI)Elektroda Selektif Ion (ESI)
elektroda membran yang dapat mendeteksi ionelektroda membran yang dapat mendeteksi iondan/atau gas tertentu (analit) secara selektif dalamdan/atau gas tertentu (analit) secara selektif dalamsuatu larutan yang mengandung ion ion dan/atausuatu larutan yang mengandung ion ion dan/ataugas terlarut lainnyagas terlarut lainnya
Pendahuluan
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
3/38
ESI yang paling umum dikenal dan digunakanESI yang paling umum dikenal dan digunakan
adalah elektroda pHadalah elektroda pH
Contoh ion-ion yang dapat dideteksi oleh ESIContoh ion-ion yang dapat dideteksi oleh ESI
ialah , florida (Fialah , florida (F--
),bromida (Br),bromida (Br--
), kadmium), kadmium(Cd(Cd2+2+), tembaga (Cu), tembaga (Cu 2+2+), dan gas yang terlarut), dan gas yang terlarut
seperti amoniak (NHseperti amoniak (NH33), karbon dioksida (CO), karbon dioksida (CO22),),
oksida nitrogen, dan oksigen (Ooksida nitrogen, dan oksigen (O22))
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
4/38
Penggunaan ESI dalam analisis lingkunganmemberikan beberapa keuntungan :
+ tidak mahal dan mudah digunakan, baik di+ tidak mahal dan mudah digunakan, baik dilapangan maupun di laboratoriumlapangan maupun di laboratorium
+ rentang konsentrasi lebar, < 1 s/d 1000 an ppm+ rentang konsentrasi lebar, < 1 s/d 1000 an ppm
+ tidak terpengaruh warna atau turbiditas+ tidak terpengaruh warna atau turbiditas
+ ideal untuk memantau polutan atau kualitas air+ ideal untuk memantau polutan atau kualitas air
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
5/38
Kurva Hubungan Kadar Ion Nitrat Vs. Potensial
(Semi-Log)
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
0,1 1 10 100 1000 10000
Kadar Nitrat (ppm)
Potensial(m
V)
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
6/38
+ Rangkaian peralatan sederhana, terdiri dari sebuah+ Rangkaian peralatan sederhana, terdiri dari sebuah
voltmeter, elektroda dan bahan kimia penyesuai larutanvoltmeter, elektroda dan bahan kimia penyesuai larutan
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
7/38
ESI (termasuk elektroda pH) bekerja berdasarkan prinsip
dasar sel galvani (Meyerhoff dan Opydicke)
Cara Kerja ESI
Elektrode
Pembanding
Elektrode Ion
Selektif
Aliran Arus Listrik
Dengan mengukur potensial listrik pada membran yang dihasilkanoleh ion tertentu dan membandingkannya dengan potensial eletroda
pembanding maka konsentrasi analit dapat ditentukan.
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
8/38
Teori Dasar Pengukuran ESI
Elektroda pHElektroda pH
mengukur konsentrasi ion hidrogen (keasaman satumengukur konsentrasi ion hidrogen (keasaman satu
larutan)larutan) pH: -log [HpH: -log [H++]]
contoh, pH = 7 menujukan konsentrasi ion hidrogencontoh, pH = 7 menujukan konsentrasi ion hidrogen
sebesar = 1 x 10sebesar = 1 x 10 -7-7 mole per liter.mole per liter.
komponen penting dari elektroda pH adalah membrankomponen penting dari elektroda pH adalah membrangelas yanggelas yang hanyahanyabisa dilaluibisa dilalui (permeabel) ion
hidrogen, tidak dapat dilalui ion lain.
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
9/38
dimana,dimana,
EE = potensial total (mV) yang terbentuk antara ESI dengan= potensial total (mV) yang terbentuk antara ESI denganelektroda pembanding (EP)elektroda pembanding (EP)
EEoo = konstanta (karakteristik untuk pasangan ESI/EP)= konstanta (karakteristik untuk pasangan ESI/EP)
RR = konstanta gas (8,314 joules/derajat/mol)= konstanta gas (8,314 joules/derajat/mol)
TT = temperatur absolut= temperatur absolut
nn = muatan ion= muatan ion
FF = konstanta Faraday (96500 coulomb)= konstanta Faraday (96500 coulomb)
log [A] = logaritma konsentrasi analit.log [A] = logaritma konsentrasi analit.
[A]logxnF
RT303,2EE 0 +=
Pengukuran konsentrasi berdasarkan pada persamaan Nernst,Pengukuran konsentrasi berdasarkan pada persamaan Nernst,
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
10/38
nilai kemiringan kurva antara E vs log [A]nilai kemiringan kurva antara E vs log [A]nF
2,303RT
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
11/38
Kurva Kalibrasi Semi-Log Ion Nitrat
(Kadar Nitrat 0,1 - 2000 ppm)y = -20,819Ln(x) + 82,218
R2 = 0,972-100,00
-80,00
-60,00
-40,00
-20,00
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
0,1 1 10 100 1000 10000
Kadar Nitrat (ppm)
Potensial(mV)
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
12/38
- pembuatan kurva kalibrasi secara manual tidak perlupembuatan kurva kalibrasi secara manual tidak perlu
dilakukan, karena biasanya elektroda pH dihubungkandilakukan, karena biasanya elektroda pH dihubungkan
dengan pH meter khusus yang dapat melakukan kalibrasidengan pH meter khusus yang dapat melakukan kalibrasi
secara otomatis.secara otomatis.- pH meter menghitung nilai kemiringan kurva danpH meter menghitung nilai kemiringan kurva dan
menghitung nilai pH dan menampilkannya pada layarmenghitung nilai pH dan menampilkannya pada layar
Prinsip dasar ini sama untuk ESI yang lain.Prinsip dasar ini sama untuk ESI yang lain.
Penggunaan praktis :
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
13/38
Aplikasi ESI secara GlobalAplikasi ESI secara Global
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
14/38
AplikasiAplikasi
Aplikasi Elektroda Selektif IonAplikasi Elektroda Selektif Ion
RentangRentangPenggunaanPenggunaan
ESIESI
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
15/38
Jenis ESIJenis ESI
EIS tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuranEIS tersedia dalam berbagai bentuk dan ukuran
(tergantung pada pabrik pembuat ESI)(tergantung pada pabrik pembuat ESI)
hampir tidak ada keterangan lengkap tentang konstruksihampir tidak ada keterangan lengkap tentang konstruksi
bagian dalam ESI (rahasia pabrik)bagian dalam ESI (rahasia pabrik)
hampir semua ESI berbentuk silinder, terbuat darihampir semua ESI berbentuk silinder, terbuat dariplastik, dengan ukuran diameter antara 5 -15 mm,plastik, dengan ukuran diameter antara 5 -15 mm,
panjang 10 -15 cmpanjang 10 -15 cm
UmumUmum
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
16/38
membran ion selektif terletak pada salah satu ujung silinder,membran ion selektif terletak pada salah satu ujung silinder,
sedemikian rupa sehingga larutan analit hanya dapat kontaksedemikian rupa sehingga larutan analit hanya dapat kontak
dengan membran bagian luar.dengan membran bagian luar.
Bagian dalam membran dihubungkan dengan alat ukur potensialBagian dalam membran dihubungkan dengan alat ukur potensial
(Voltmeter) melalui kawat logam.(Voltmeter) melalui kawat logam.
Teknologi Elektroda Selektif IonTeknologi Elektroda Selektif Ion
KonvensionalKonvensional KiniKini
Jenis MembranJenis MembranPVCPVC
Jenis MembranJenis MembranKristalKristal Elektroda PadatElektroda Padat
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
17/38
contoh 1 :contoh 1 : ESI fluorida (FESI fluorida (F--))
membran terdiri dari kristalmembran terdiri dari kristallantanum fluoridalantanum fluorida
Membran ion selektif :Membran ion selektif :
1.1. membran kristalmembran kristal
2.2. film plastik atau karet yang diimpregnasi dengan molekulfilm plastik atau karet yang diimpregnasi dengan molekulorganik sebagai pembawa ion.organik sebagai pembawa ion.
contoh 2 :contoh 2 : ESI kalium (K+)ESI kalium (K+)
membran berupa film PVCmembran berupa film PVCyang diimpregnasi denganyang diimpregnasi dengan
antibiotik valinomycin yangantibiotik valinomycin yang
dapat membentuk kompleksdapat membentuk kompleks
dengan kalium.dengan kalium.
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
18/38
Kation : amonium (NHKation : amonium (NH44++), Ba), Ba2+2+, Ca, Ca2+2+, Cd, Cd2+2+, Cu, Cu2+2+, Pb, Pb2+2+,,
HgHg2+2+, K, K++, Na, Na++, Ag, Ag++..
Anion : BrAnion : Br--, CO, CO332-2- , Cl, Cl--, CN, CN--, F, F--, I, I--, NO, NO33
--,,
NONO22--, ClO, ClO44
--, S, S--, SCN, SCN--..
Contoh lain :Contoh lain :
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
19/38
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
20/38
A. SKEMA GAMBAR ELEKTRODA PEMBANDINGAN PENGHUBUNG
GANDA
B. SKEMA GAMBAR ELEKTRODA PEMBANDINGAN TUNGGAL
A B
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
21/38
A.KETERANGAN ELEKTRODA PEMBANDING PENGHUBUNG
GANDA
1. Konduktor
2. Penutup;
3. Tabung gelas;
4. Elektroda Ag/AgCl;8 Larutan isian di dalam tabung bagian dalam (amonium sulfat);
9 Larutan isian di dalam tabung bagian luar (KCl);
10 Bagian penghubung cairan dalam tabung inner (keramik);
11 Gelas pelindung cairan penghubung pada dinding luar elektroda;
12 Lubang untuk memasukkan Larutan Isian {(NH4)2SO4} dalam TabungBagian Dalam;
13 Lubang untuk memasukkan Larutan Isian KCl dalam tabung.
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
22/38
Variabel yang mempengaruhi pengukuranVariabel yang mempengaruhi pengukuran
1. Elektroda Pembanding (EP)1. Elektroda Pembanding (EP)
- memiliki nilai potensial tertentumemiliki nilai potensial tertentu
-
ion-ion dalam larutan pengisi tidak bereaksi dengan ion-ionion-ion dalam larutan pengisi tidak bereaksi dengan ion-ion
dalam larutan contoh.dalam larutan contoh.
2. Temperatur2. Temperatur
- pengukuran harus dilakukan pada temperatur yang tetap.pengukuran harus dilakukan pada temperatur yang tetap.
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
23/38
Kemiringan kurva (S) ~Kemiringan kurva (S) ~
10010000
CC
505000 CC
0000 CC
Titik isopotensial
mVmV
CC
Bila TBila T , maka S, maka S nF
2,303RT
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
24/38
-
plotting nilai konsentrasi vs potensial (mV) menghasilkan kurvaplotting nilai konsentrasi vs potensial (mV) menghasilkan kurvayangyang hampirhampirlurus. Sebenarnya terjadi pelengkungan kurva padalurus. Sebenarnya terjadi pelengkungan kurva padadaerah konsentrasi tinggi.daerah konsentrasi tinggi.
- penyebab kelengkungan adalah bahwa pada membran ESI, nilaipenyebab kelengkungan adalah bahwa pada membran ESI, nilai
potensial tidak bergantung pada konsentrasi total, tapi padapotensial tidak bergantung pada konsentrasi total, tapi padakonsentrasi efektif (keaktifan)konsentrasi efektif (keaktifan)
- dengan bertambahnya konsentrasi, gaya-gaya mekanik dandengan bertambahnya konsentrasi, gaya-gaya mekanik dan
listrik (karena kerumunan ion) menurunkan mobilitas ion dalamlistrik (karena kerumunan ion) menurunkan mobilitas ion dalamlarutan, dan menghasilkan konsentrasi efektif (keaktifan), a)larutan, dan menghasilkan konsentrasi efektif (keaktifan), a)
3. Kekuatan Ion3. Kekuatan Ion
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
25/38
a =a = f.f.CC
HH++ atau OHatau OH-- dapat bereaksi dengan ion dalam larutan sehinggadapat bereaksi dengan ion dalam larutan sehinggamengurangi jumlah ion bebas yang diukur pada permukaan ESI.mengurangi jumlah ion bebas yang diukur pada permukaan ESI.
aa = keaktifan= keaktifan
ff = koefisien keaktifan= koefisien keaktifan
CC = konsentrasi= konsentrasi
4. pH Larutan4. pH Larutan
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
26/38
E = Eo + S log a
Dari persamaan Nernst :
mVmV
CC
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
27/38
Persamaan diatas dapat ditulisPersamaan diatas dapat ditulis
f dibuat konstan dengan cara menyamakan kekuatan ion dalamf dibuat konstan dengan cara menyamakan kekuatan ion dalamcontoh dan standar melalui penambahan garam yang tidakcontoh dan standar melalui penambahan garam yang tidak
bereaksi dengan analit secara berlebih. Larutan garam diatasbereaksi dengan analit secara berlebih. Larutan garam diatasdisebut sebagai Ionic Strength Adjusts (ISA)disebut sebagai Ionic Strength Adjusts (ISA)
E = Eo + S log CE = Eo + S log C
Bila temperatur konstan, maka S akan tetapBila temperatur konstan, maka S akan tetap
Jika f dapat di buat tetap, maka S log f akan menjadi konstan,Jika f dapat di buat tetap, maka S log f akan menjadi konstan,
sehinggasehingga
E = Eo + S log f CE = Eo + S log f C
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
28/38
pemberian reagen untuk menghilangkan ion yang dapatpemberian reagen untuk menghilangkan ion yang dapat
mengganggu pada reaksi di permukaan elektroda perlumengganggu pada reaksi di permukaan elektroda perlu
dipertimbangkan.dipertimbangkan.
contoh :contoh :
- penambahan Agpenambahan Ag22SOSO44 untuk mengendapkan Cluntuk mengendapkan Cl-- padapada
penentuan NOpenentuan NO33--
- penambahan EDTA (zat pengkompleks) untukpenambahan EDTA (zat pengkompleks) untuk
mengomplekskan Femengomplekskan Fe2+2+ pada pembentukan Fpada pembentukan F--
5. Ion Pengganggu5. Ion Pengganggu
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
29/38
Prosedur PengukuranProsedur Pengukuran
- larutan diaduk 50-100 rpm selama ESI tercelup dalam larutanlarutan diaduk 50-100 rpm selama ESI tercelup dalam larutan
- hindari terjadinya perpindahan panas antara pengaduk danhindari terjadinya perpindahan panas antara pengaduk danlarutanlarutan
- pembacaan meter pada saat nilai potensial cukup stabil.pembacaan meter pada saat nilai potensial cukup stabil.(biasanya setelah beberapa menit).(biasanya setelah beberapa menit).
a.a. Penambahan ISA/ISABPenambahan ISA/ISAB
penambahan ISA dimaksudkan agar semua ion analit memilikipenambahan ISA dimaksudkan agar semua ion analit memilikikekuatan semua ion yang sama, sehingga menghindari terjadinyakekuatan semua ion yang sama, sehingga menghindari terjadinya
kesalahan karena perbedaan keaktifan dan konsentrasi.kesalahan karena perbedaan keaktifan dan konsentrasi.
b. Pengukuran potensialb. Pengukuran potensial
c. Pencucian Elektrodac. Pencucian Elektroda
diantara pengukuran satu dan berikutnya, elektrode harus dibersihkandiantara pengukuran satu dan berikutnya, elektrode harus dibersihkandengan cra menyemprot dengan deionized water dandengan cra menyemprot dengan deionized water danmengeringkannya dengan kertas tisu.mengeringkannya dengan kertas tisu.
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
30/38
Metode AnalisisMetode Analisis
dengan menambahkan larutan standar kedalam larutan contohdengan menambahkan larutan standar kedalam larutan contoh- matriks larutan bervariasi dari satu contoh dan contoh lainnyamatriks larutan bervariasi dari satu contoh dan contoh lainnya- contoh hanya satucontoh hanya satu- larutan mengandung banyak Zat pengompleks.larutan mengandung banyak Zat pengompleks.
a. Pengukuran Langsunga. Pengukuran Langsung
paling sederhana dan paling banyak digunakanpaling sederhana dan paling banyak digunakan
membuat kurva kalibrasi, melalui pengukuran larutan standarmembuat kurva kalibrasi, melalui pengukuran larutan standar
dari berbagai konsentrasidari berbagai konsentrasi
mengukur potensial larutan contohmengukur potensial larutan contoh
tentukan konsentrasi dari kurva kalibrasitentukan konsentrasi dari kurva kalibrasi
b. Adisib. Adisi
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
31/38
Kurva Kalibrasi Semi-Log Ion Nitrat
(Kadar Nitrat 5 - 500 ppm) y = -23,811Ln(x) + 103,8
R2 = 0,9993
-60,00
-40,00
-20,00
0,00
20,00
40,00
60,00
80,00
100,00
120,00
0,1 1 10 100 1000
Kadar Nitrat (ppm)
Potensial(mV)
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
32/38
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
33/38
Adisi standar :Adisi standar :
CCss = konsentrasi analit= konsentrasi analit
CCstdstd = konsentrasi standar= konsentrasi standar
yy = volume standar/volume analit= volume standar/volume analit
E1 = Eo + S log S Cs
+
+==
y1
CyCflogsEE stds02
( )
+
+==
s
stds
12 Cy1
CyClogSEEE
( ) y10y1
CyC
s
E
stds
+
=
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
34/38
Adisi Sampel :Adisi Sampel :
+
++=
y1
CCySlogEE sstd02
E1 = Eo + S log CstdE1 = Eo + S log Cstd
( )
++==
std
sstd12
Cy1CCylogSEEE
( )
+= y10y1CC s
E
stds
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
35/38
Pemeliharaan ESIPemeliharaan ESI
- Pelihara dan hindari kerusakan pada permukaan membranPelihara dan hindari kerusakan pada permukaan membran
- Bila elektroda sering digunakan, penyimpanan elektrodaBila elektroda sering digunakan, penyimpanan elektrodadapat dilakukan dengan menggantungnya padadapat dilakukan dengan menggantungnya pada
electrode holder dan membiarkan membran terbuka dielectrode holder dan membiarkan membran terbuka diudara, lindungi dengan gelas kimiaudara, lindungi dengan gelas kimia
- Untuk penyimpanan waktu lama (dalam lemari atauUntuk penyimpanan waktu lama (dalam lemari ataulaci) lindungi permukaan membran dengan penutuplaci) lindungi permukaan membran dengan penutup
plastik/ karetplastik/ karet
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
36/38
METODE YANG SUDAH DIKENAL DAN DIREKOMENDASI
Species Measured ASTM EPA APHA AOAC USGS
ACIDITY D1067-88 305.1, 305.2 2310B 984.24 I-1020
ALKALINITY D1067-88 310.1 2320B 973.43 I-1030
AMMONIA D1426-89 350.3 4500-NH3 (F), (G) I-1524BROMIDE D1246-88 60 FR 37974 (6)*
CARBON DIOXIDE D513-88A
CHLORIDE D512-89 60 FR 37974 (6)* 4500-CL (D) 971.27, 980.25
CHLORIDE-LEACHABLE
F1277-90
CHLORIDE BYTITRATION
962.05, 962.07,963.05, 966.10,
969.10
CHLORIDE TOTALIN COAL
D4208-88
CHLORINE-RESIDUAL 59 FR 62456* 4500-CL (I)
CHLORINE IN ORGANICS E256-91
CONDUCTIVITY D1125-91 120.1 2510B
CYANATE 4500-CN (L)
CYANIDE D2036-89A 60 FR 37974 (6)* 4500-CN (E) (F)
FLUORIDED3868-79
D1179-88BD1179-88A
59 FR 62456
60 FR 37974 (6)*4500-F (C)
984.37975.08973.10
I-1327
I-2327
LanjutanLanjutan
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
37/38
FLUORIDE IN AIRD3269D3268D4765
FLUORINE IN COAL D3761-91
IODIDE D3869KJELDAHL NITROGEN D3590-89A 351.4 4500-Norg (A) (B)
NITRATE 59 FR 62456
60 FR 37974 (6)*4500-NO3 (D) (G) 986.31
ORP D1498-76 2580
OXYGEN D888-87D 360.1 4500-O (G)
POTASSIUM 3500-K (E)SALINITY 2520B
SODIUM D2791 976.25
SULFIDE D4658 60 FR 37974 (6)*
SULFUR IN COAL D4239-94
pH D1293-84 150.1 4500-H
981.12, 943.02,
945.10, 950.07,960.19, 962.19,970.21, 973.04,973.40, 973.41,979.02, 981.12
I-1586
pH TITRATIONS 949.02, 955.01,
960.19
(1) "Annual Book of ASTM Standards, Water and Environmental Technology," American Society for Testing and Materials,(1992). ASTM Home Page
Lanjutan Lanjutan
-
7/22/2019 Elektroda Selektif Ion
38/38
Kemajuan TerakhirKemajuan Terakhir
a. Hubungan elektroda komputer tanpa pengukur potensiala. Hubungan elektroda komputer tanpa pengukur potensial(Meterless Electrode-Computer Interfaces)(Meterless Electrode-Computer Interfaces)
- ESI dihubungkan langsung pada PC tanpa melaluiESI dihubungkan langsung pada PC tanpa melalui
pengukur potensial (Voltmeter)pengukur potensial (Voltmeter)
- Boks elektronik sebagai penghubung antara PC denganBoks elektronik sebagai penghubung antara PC dengan
berbagai jenis elektrodaberbagai jenis elektroda
- Fasilitasi pemrosesan data, penampilan danFasilitasi pemrosesan data, penampilan dan
penyimpanan hasil.penyimpanan hasil.b. Perangkat lunak pemroses data banyak tersediab. Perangkat lunak pemroses data banyak tersedia
c. Analisis multikomponen dimungkinkan.c. Analisis multikomponen dimungkinkan.