BAB IV METODE PENELITIAN. karakterisasi elektroda pembanding Ag/AgCl. 2) Pembuatan EPK tanpa

Transkripsi

1 BAB IV METODE PENELITIAN 4.1. Rancangan Penelitian Penelitian ini dibagi empat tahap yang meliputi: 1) Pembuatan dan karakterisasi elektroda pembanding Ag/AgCl. 2) Pembuatan EPK tanpa modifikasi dan optimasi ph pengukuran asam askorbat. 3) Pembuatan EPK termodifikasi Fe 2 O 3 dan optimasi komposisi serta ph pengukuran asam askorbat. 4) Analisis sampel. Keempat tahap tersebut digambarkan dalam bentuk skema seperti pada Gambar Lokasi dan Waktu Penelitian Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Penelitian Program Magister Kimia Terapan Universitas Udayana. Jangka waktu penelitian selama 12 (dua belas) bulan terhitung dari tahap persiapan, pelaksanaan sampai pelaporan hasil penelitian Variabel Penelitian Variabel yang diukur dalam penelitian ini adalah : 1) Variabel bebas yang meliputi komposisi Fe 2 O 3 (%) dan variasi ph 2) Variabel tergantung yaitu sinyal voltamogram. Dalam hal ini sinyal voltamogram meliputi arus puncak (μa) dan potensial puncak (mv). Hubungan antara variabel bebas dan variabel tergantung secara umum dapat dijelaskan seperti pada Gambar

2 31 Pembuatan dan Karakterisasi elektroda Ag/AgCl Tahap 1 Pembuatan elektroda pasta karbon tanpa modifier dan penentuan ph optimum Tahap 2 Uji validitas pengukuran asam askorbat pada elektroda pasta karbon tanpa modifier Pembuatan elektroda pasta karbon yang dimodifikasi dengan Fe 2 O 3 Tahap 3 Penentuan komposisi Fe 2 O 3 dan ph optimum Uji validitas pengukuran asam askorbat pada elektroda pasta karbon termodifikasi Fe 2 O 3 Analisis Sampel Tahap 4 Data kesesuaian hasil analisis Gambar 4.1 Prosedur penelitian Variasi ph Komposisi Fe 2 O 3 Sinyal Voltamogram voltamogram Gambar 4.2 Hubungan antar variabel penelitian

3 Bahan Penelitian Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini ; jenis, spesifikasi dan produsennya disajikan dalam tabel 4.1. Tabel 4.1 : Bahan-bahan Penelitian No Bahan Grade Produsen 1 Asam Askorbat p.a Wako 2 Asam urat p.a Wako 3 Asam asetat p.a Merck 4 Asam Fosfat p.a Merck 5 Asam Borat p.a Merck 6 NaOH p.a Merck 7 Dopamin HCl p.a Wako 8 Fe 2 O 3 Hasil sintesis - 9 Grafit p.a Wako 10 KCl p.a Merck 11 K 3 Fe(CN) 6 p.a Merck 12 K 4 Fe(CN) 6 p.a Merck 13 Kawat Platina Diameter 0,5 mm Nilaco 14 Kawat Perak Diameter 0,5 mm Nilaco 15 Kawat Tembaga Diameter 1,5 mm - 16 Parafin cair p.a Wako 17 Tabung elektroda mikro - Pyrex 18 Sampel tablet obat vitamin C IPI Obat/makanan Supra Ferbindo 19 Sampel tablet hisap vitamin C Xonce Obat/makanan Kalbe Farma 20 Sampel suplemen kapsul Vitalong C Obat/makanan Bernofarm 21 Sampel minuman You C 1000 Obat/makanan Djojonegoro 22 Air suling - -

4 Instrumen Penelitian Instrumen yang digunakan dalam penelitian ini ; jenis, spesifikasi dan merknya disajikan dalam Tabel 4.2 Tabel 4.2 : Instrumen Penelitian No Jenis Instrumen Spesifikasi Merk 1 Adaptor DC 12 V - 2 Mikropipet μl Socorex 3 Mikropipet μl Biohit 4 Neraca Analitik 0,0001 g Shimadzu 5 ph meter - Cyberscan Potensiostat - Ingsens Pengaduk magnetik - Thermoline 8 Wadah sel voltametri 5 ml Pyrex 9 Karet penyangga elektroda Silikon Laboran 4.6. Prosedur Penelitian Penelitian dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut : Pembuatan Elektoda Pembanding Ag/AgCl Pembuatan elektroda pembanding Ag/AgCl diawali dengan pelapisan AgCl pada kawat perak sebagai anoda dalam larutan KCl 0,1 M, dilanjutkan dengan prekondisi kawat Ag yang sudah dilapisi AgCl ke dalam larutan KCl 0,1 M. Tahap pembuatan elektroda Ag/AgCl adalah sebagai berikut: 1. Kawat perak (Ag) sepanjang 8 cm dan kawat platina (Pt) dihubungkan dengan sumber tegangan (adaptor 3 V).

5 34 2. Kedua kawat dimasukkan ke dalam wadah yang berisi larutan KCl 0,1 M dan diletakkan diatas pengaduk magnetik. 3. Elektrolisis dilakukan selama 3 menit, sampai kawat perak tertutup oleh lapisan abu-abu AgCl seluruhnya. Sementara itu, pada permukaan kawat platina (Pt) timbul gelembung gas. Seperti pada Gambar 4.3 berikut : Gambar 4.3 Elektrolisis kawat Ag dalam larutan KCl 1 M 4. Reaksi yang terjadi adalah sebagai berikut: Katoda (Pt) : H + + e - ½ H 2 E = 0 V (IV.1) Anoda (Ag) : Ag + Cl - AgCl + e - E = - 0,222 V (IV.2) 5. Kawat perak yang sudah dielektrolisis dimasukkan ke dalam tabung elektroda yang sudah berisi larutan KCl 0,1 M, pada bagian bawah elektroda ini berisi jembatan garam dari gelas berpori. 6. Bagian atas tabung elektroda ditutup dengan karet silikon dan direkatkan dengan parafilm.

6 Karakterisasi Elektroda Pembanding Ag/AgCl Dalam karakterisasi elektroda pembanding Ag/AgCl ditentukan koefisien difusi (D) dari elektroda tersebut. Karakterisasi dilakukan dengan memasang elektroda pembanding Ag/AgCl yang sudah dibuat pada sel voltametri dengan elektroda kerja cakram paltina (platinum disk) dan elektroda bantu kawat platina. Analit yang digunakan untuk karakterisasi adalah larutan induk K 3 Fe(CN) 6 10 mm dan K 4 Fe(CN) 6 10 mm. Elektrolit pendukung berupa larutan KCl 0,1 M digunakan pada setiap pengukuran. Karakterisasi dilakukan dengan variasi konsentrasi larutan uji yaitu K 3 Fe(CN) 6(aq) 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 dan 0,5 mm. Demikian juga pada larutan uji K 4 Fe(CN) 6(aq). Scanning potensial dilakukan dengan kisaran dari -100 mv sampai dengan 400 mv dengan scanrate bervariasi yaitu , 50, 100 dan 200 mv/s, dalam larutan KCl 0,1 M sebagai elektrolit pendukung. Blanko yang digunakan yaitu KCl 0,1 M diukur sama dengan pengukuran larutan uji sebelumnya. Tabel 4.3: Larutan analit K 3 Fe(CN) 6 berbagai konsentrasi No. Volume K 3 Fe(CN) 6 10 mm (μl) Volume KCl 1 M (μl) Konsentrasi K 3 Fe(CN) 6 (mm) , , , , ,5

7 Pembuatan Elektroda Pasta Karbon Tanpa Modifikasi Pembuatan elektroda pasta karbon tanpa modifikasi dilakukan dengan langkah-langkah seperti pada Gambar 4.4. Panjang = 7 cm 100 mg serbuk grafit 45 μl liquid parafin Kawat Cu Dimasukkan ke dalam tabung elektroda Digerus sampai tercampur rata Ujung bawah tabung elektroda diisi pasta karbon Bagian bawah elektroda pasta karbon digosokan pada wax paper Ujung bawah elektroda = 5 mm diameter = 1 mm Tabung elektroda Pasta karbon Elektroda pasta karbon tanpa modifikasi Gambar 4.4 Skema pembuatan elektroda pasta karbon tanpa modifikasi Penentuan ph Optimum Analisis Asam Askorbat Dengan Elektroda Pasta Karbon Tanpa Modifikasi Penentuan kondisi optimum dalam analisis asam askorbat dilakukan dengan metode voltametri siklik dengan langkah-langkah sebagai berikut : 1. Larutan induk asam askorbat 10 mm dibuat dengan melarutkan 0,0881 gram kristal ke dalam labu takar 50 ml. Perhitungan terlampir pada Lampiran 1.

8 37 2. Larutan buffer Briton Robinson dibuat dengan komposisi CH 3 COOH, H 3 PO 4, H 3 BO 3 konsentrasi masing-masing 0,1 M dan ph = Perhitungan pembuatan buffer terlampir dalam Lampiran Serangkaian blanko dan larutan uji asam askorbat 10-3 M dibuat dengan mengencerkan asam askorbat 10 mm menggunakan larutan buffer Britton Robinson. 4. Pengukuran dilakukan dengan metode voltametri siklik pada rentang potensial dari 100 mv sampai 600 mv dan kembali ke 100 mv, dengan scanrate 100 mv/s. Semua pengukuran dilakukan pada suhu ruangan yaitu 25 0 C yang diatur dengan pendingin ruangan. 5. Voltamogram pada ph dengan arus puncak paling tinggi dipilih sebagai kondisi pengukuran optimum Analisis Asam Askorbat pada ph Optimum dengan Elektroda Pasta Karbon Tanpa Modifikasi Analisis asam askorbat dengan elektroda pasta karbon tanpa modifikasi pada ph optimum dilakukan untuk menentukan limit deteksi, rentang konsentrasi linier, selektivitas dan keberulangan. Untuk menentukan rentang konsentrasi linier, asam askorbat 10 mm diencerkan dengan buffer pada ph optimum hingga volume 5 ml dengan seri konsentrasi μm (tercantum pada Lampiran 3). Setiap larutan diuji dengan metode voltametri pulsa diferensial. Untuk menentukan limit deteksi, dilakukan analisis arus puncak pada kurva linier.

9 38 Selektivitas ditentukan dengan analisis asam askorbat, dopamin dan asam urat 100 μm secara berurutan untuk mengetahui potensial puncak masing-masing analit. Selanjutnya dilakukan analisis multikomponen terhadap larutan yang mengandung asam askorbat, dopamin dan asam urat. Uji keberulangan analisis voltametri asam askorbat pada elektroda pasta karbon tanpa modifikasi dilakukan dengan mengukur arus puncak larutan asam askorbat 100 μm sebanyak 10 kali dengan metode DPV Pembuatan Elektroda Pasta Karbon termodifikasi Fe 2 O 3 Pembuatan elektroda pasta karbon yang dimodifikasi dengan Fe 2 O 3 dilakukan dengan komposisi Fe 2 O 3 yang bervariasi. Variasi komposisi modifier yang dibuat adalah 0,1%, 0,2%, 0,4%, 0,6%, 0,8%, 1,0%, 1,2% dan 1,4 %. Modifikasi dilakukan dengan mencampur secara merata sejumlah tertentu modifier ke dalam pasta karbon. Contoh perhitungan komposisi pasta karbon terdapat pada Lampiran 4. Persen komposisi modifier Fe 2 O 3 yang menghasilkan arus puncak paling tinggi pada analisis voltametri asam askorbat 10-3 M dipilih untuk analisis selanjutnya Penentuan ph Optimum Analisis Asam Askorbat Dengan Elektroda Pasta Karbon Termodifikasi Fe 2 O 3 Penentuan ph optimum dalam analisis asam askorbat dilakukan dengan metode voltametri siklik dengan variasi ph dari 2 sampai 12. Rentang potensial pengukuran dari -100 mv sampai 700 mv, dan kembali lagi ke -100 mv. Arus

10 39 puncak dari tiap-tiap voltamogram dikoreksi dengan voltamogram blanko yang sesuai. Voltamogram pada ph yang menghasilkan arus puncak paling tinggi dipilih sebagai kondisi pengukuran optimum Analisis Asam Askorbat pada Komposisi Fe 2 O 3 dan ph Optimum Analisis asam askorbat dengan elektroda pasta karbon termodifikasi Fe 2 O 3 pada komposisi dan ph optimum dilakukan untuk menentukan rentang konsentrasi linier, limit deteksi, selektivitas dan keberulangan. Untuk menentukan rentang konsentrasi linier, asam askorbat 10 mm diencerkan dengan buffer pada ph optimum hingga volume 5 ml dengan seri konsentrasi μm. Setiap larutan diuji dalam sel voltametri dengan metode voltametri pulsa diferensial. Dibuat persamaan garis regresi linier antara konsentrasi larutan dengan arus puncak yang dihasilkan dari masing masing pengukuran. Untuk menentukan limit deteksi, dilakukan analisis arus puncak pada kurva linier. Selektivitas ditentukan dengan analisis asam askorbat, dopamin dan asam urat 100 μm secara berurutan untuk mengetahui potensial puncak masing-masing analit. Selanjutnya dilakukan analisis multikomponen terhadap larutan yang mengandung asam askorbat, dopamin dan asam urat. Uji keberulangan dalam analisis asam askorbat 100 μm menggunakan elektroda pasta karbon termodifikasi pada kondisi optimum dengan metode DPV sebanyak 10 kali Analisis Asam Askorbat Pada Sampel

11 40 Analisis asam askorbat dilakukan pada sampel kapsul suplemen makanan (Vitalong C), tablet hisap (XonCe), minuman suplemen (You C 1000), tablet obat (vitamin C IPI), dengan metode standar adisi. Penanganan setiap sampel terdapat pada Lampiran 5. Dibuat plot antara arus puncak voltamogram dengan konsentrasi standar adisi Analisis Data Voltamogram hasil karakterisasi elektroda pembanding Ag/AgCl dianalisis sebagai berikut: 1. Jumlah elektron yang terlibat dihitung dengan E = 0,059 V n (IV.3) dengan E = Epc Epa (IV.4) 2. Persentase kesalahan relatif dalam percobaan dapat dihitung dengan rumus: % kesalahan relatif = Ep 59 mv 59 mv x100% (IV.5) Dari data tersebut dipilih data percobaan dengan % kesalahan (% KR) terkecil. Selanjutnya dibuat plot antara υ 1/2 dengan arus puncak, juga dibuat plot antara konsentrasi K 3 Fe(CN) 6 dan K 4 Fe(CN) 6 terhadap arus puncak masing-masing pengukuran menghasilkan persamaan garis Y = a + bx (IV.6) dengan : a = intersep dan b = slope Slope dihitung dengan rumus : b = n xi yi xi yi n xi 2 ( xi) 2 (IV.7) Sedangkan intersep dihitung dengan rumus : a = yi b1 xi n (IV.8) 3. Untuk menghitung koefisien difusi ion (D) menggunakan persamaan Randles- Sevcik yaitu :

12 41 ip = (2,69 x 10 5 )n AD 2 0 C 0 v 1 2 (IV.9) Slope dari persamaan garis yang dibuat adalah Ip/C, sehingga koefisien difusi (D) dapat dihitung dengan persamaan: D 1/2 = slope 2,69 X 10 5 n 3/2 A V 1/2 (IV.10) Data penentuan ph optimum pada analisis asam askorbat disajikan dalam bentuk grafik plot ph terhadap arus puncak voltamogram. Data ph optimum pada analisis voltametri siklik asam askorbat menggunakan elektoda pasta karbon tanpa modifikasi dibandingkan dengan data ph optimum pada analisis voltametri siklik asam askorbat menggunakan elektroda pasta karbon termodifikasi Fe 2 O 3. Hasil yang diperoleh dibandingkan untuk melihat apakah ada pergeseran ph optimum dalam analisis AA menggunakan elektroda kerja tanpa modifikasi dan termodifikasi Fe 2 O 3. Arus puncak voltamogram dalam penentuan rentang konsentrasi linier dibuat plot dengan konsentrasi AA. Data yang menghasilkan kurva linier dengan koefisien linieritas 0,995 dipilih sebagai rentang konsentrasi linier. Limit deteksi ditentukan berdasarkan simpangan baku arus puncak dengan rumus : S a = S y/x i xi2 n i(xi x ) 2 Limit deteksi dihitung dengan rumus : LoD = 3 Sa b (IV.11) (IV.12) Data rentang konsentrasi linier dan limit deteksi dalam analisis voltametri asam askorbat menggunakan elektroda pasta karbon tanpa modifikasi dibandingkan dengan yang menggunakan elektroda pasta karbon termodifikasi. Perbandingan ini untuk melihat peningkatan kinerja elektroda yang telah dimodifikasi.

13 42 Data arus puncak voltamogram analisis keberulangan dihitung % RSD berdasarkan standar deviasinya dengan rumus % RSD = SD Ẍ x 100 % (IV.13) Menurut Horwitz % RSD = 2 1 (0,5logẌ) (IV.14) Data diterima jika % RSD berdasarkan standar deviasi lebih kecil dari pada % RSD menurut Horwitz (Workman dan Howard, 2007). Data voltamogram pengukuran larutan sampel dengan metode standar adisi asam askorbat diolah dengan membuat plot antara konsentrasi larutan standar dan arus puncak seperti pada Gambar 4.5. Ip (μa) Cx C Standar AA (μm) Gambar 4.5 Plot antara konsentrasi AA standar adisi dengan arus puncak voltamogram Konsentrasi asam askorbat dalam percobaan dihitung dengan rumus [AA] = X =- intersep slope (IV.15) Ketepatan dalam pengukuran ditentukan dengan melihat % kesesuaian yaitu : % kesesuaian = hasil terukur hasil teoritis x 100 % (IV.16) Hasil teoritis berdasarkan perhitungan konsentrasi vitamin C sesuai dengan etiket pada sampel.