PENENTUAN KADAR FENOL DALAM AIR MENGGUNAKAN SENSOR FENOL (DETERMINATION OF PHENOL IN WATER USING PHENOL SENSOR)

Transkripsi

1 PENENTUAN KADAR FENOL DALAM AIR MENGGUNAKAN SENSOR FENOL (DETERMINATION OF PHENOL IN WATER USING PHENOL SENSOR) Aulia Ayuning Tyas, Zuhrotul Aini, Wulan Sekilas Wari, Rizal Nur Huda, Ani Mulyasuryani Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Brawijaya Jl. Veteran Malang Abstrak Tujuan penelitian adalah untuk mengetahui kondisi optimum serta penggunaan sensor fenol dalam menentukan kadar fenol dalam air. Metode penelitian dilakukan dengan membuat sensor fenol menggunakan Screen Printed Carbon Electrode (SPCE) yang dilapisi dengan membran kitosan yang telah diembankan ionofor CTAPh (Cethyltrimethylammonium phenoxide). Kinerja sensor fenol diamati pada berbagai variasi konsentrasi ionofor, ketebalan membran dan ph larutan. Konsentrasi ionofor yang dipelajari adalah 0,5%; 1%; 1,5%; 2%; dan 2,5%. Ketebalan membran diatur pada ketebalan 60µm, 80µm, 100µm, 110µm. Larutan fenol dikondisikan pada ph 9, 10, 11, 12. Hasil penelitian menunjukkan kinerja sensor fenol optimum pada konsentrasi 1,5%, ketebalan membran 60µm, dan ph larutan 11. Sensor fenol yang dihasilkan pada penelitian ini memiliki bilangan Nernst sebesar 54,437mV/dekade, kisaran konsentrasi M (0,001-1ppm), kosentrasi terkecil yang digunakan 0,001 ppm dan waktu respon 60 detik. Sensor fenol dapat digunakan untuk menentukan kadar fenol dalam sampel air dengan kadar dibawah batas deteksi metode standar. Kata kunci: elektroda selektif ion, ionofor, Screen Printed Carbon Electrode (SPCE), sensor fenol Abstract The aim of the research was to study the effect of ionophore concentration, membrane thickness, and ph solution in sensor performance and its application to sample. Method of the research used phenol sensor that can be made by coating Screen Printed Carbon Electrode (SPCE) with ionophore CTAPh (Cethyltrimethylammonium phenoxide) in chitosan membrane.this research used various ionophore concentration (0.5%; 1.0%; 1.5%; 2.0%; and 2.5%), membrane thickness (60µm, 80µm, 100µm, 110µm) and ph solution (9, 10, 11, 12). The research showed that the best phenol sensor performance at 1.5%, 60µm membrane thickness and ph solution 11. The research also showed that the best phenol sensor has 60 seconds response time, the Nernstian factor is mV/dekade, concentration range between M (0,001-1ppm). Phenol sensor can be used to determine phenol in water which lower than limit detection of standard method. Keywords: ion selective electrode, ionophore, phenol sensor, Screen Printed Carbon Electrode (SPCE) 53

2 Jurnal Penelitian Saintek, Vol. 20, Nomor 1, April 2015 PENDAHULUAN Fenol potensiometri, merupakan jenis polutan potensial yaitu permukaan mengukur membran beda bagian berbahaya yang berasal dari limbah industri dalam dengan permukaan membran bagian dan maksimum luar. Salah satu komponen utama dari konsentrasi fenol dalam perairan berdasarkan sensor fenol adalah membran yang memiliki SK Menteri KLH Nomor 82 Tahun 2001 konduktansi ion sesuai dengan jenis ion sebesar 2,00 mg/l. Metode standar analisis analit. Membran berfungsi memisahkan fenol dalam air menggunakan metode sampel spektrofotometri UV-Vis memiliki batas sehingga untuk menghasilkan potensial deteksi 0,002 mg/l, namun pengukuran secara selektif perlu mengisi bagian dalam dengan metode ini perlu mengetahui kadar membran dengan ion yang diinginkan pada fenol dalam sampel terlebih dahulu sehingga aktivitas tetap (Wang, 2006). Bahan aktif diperlukan metode alternatif yang lebih dalam membran ini disebut ionofor yang sederhana dan selektif tanpa mengetahui berfungsi mempengaruhi kesetimbangan kadar fenol terlebih dahulu. Beberapa ion analit sehingga dapat mempengaruhi metode untuk menentukan kadar fenol yaitu potensial sel serta kinerja dari elektroda dengan elektroda selektif ion. selektif ion (Buhlmann dan Chen, 2012). rumah tangga. Batas dari bagian dalam elektroda Elektroda selektif ion (ESI) yang pernah Sensor fenol dibuat dengan mengembankan dikembangkan oleh Chan, et al. (1989) ionofor CTAPh pada membran kitosan yang mendeteksi fenol secara tidak langsung kemudian dilapiskan pada SPCE. Potensial dengan cara menderivatisasi fenol menjadi sel yang dihasilkan adalah (Wang, 2006): fenoksiasetat menggunakan asam kloroasetat Esel = Eind Ereff+ Elj (1) yang kemudian diembankan pada membran PVC. ESI ini memiliki karakter bilangan Nernst 68,9 mv/dekade, kisaran konsentrasi 3,2x10- Persamaan di atas dapat diturunkan menjadi persamaan berikut: 4 hingga 10-1 M, ph larutan 7,5 hingga 11, Esel= K 0,0592 log[fenol]analit dan waktu respon 1 menit. ESI ini berbentuk Esel = K + 0,0592pfenol (2) tiga dimensi sehingga untuk penggunaannya kurang praktis sehingga diperlukan sensor fenol berbasis SPCE (Screen-Printed Carbon Dengan nilai K = 0,0592 log[fenol] membran + Easy Ereff + Elj (3) Elctrode) yang memiliki bentuk dua dimensi sehingga lebih praktis. Parameter kinerja elektroda selektif ion Sensor fenol didasarkan pada elektroda adalah bilangan Nernst, kisaran kon-sentrasi, selektif ion yang menggunakan prinsip waktu respon dan batas deteksi. Kinerja 54

3 Penentuan Kadar Fenol dalam Air (Tyas, A.A. dkk) elektroda selektif ion yang baik menghasilkan P.A, fenol P.A, cetyltrimethylammonium bilangan Nernst mendekati nilai teoritis, bromide (CTAB), glutaraldehid 0,01% (v/v), yaitu sebesar 59,16 mv/dekade serta kisaran asam asetat glasial, perak nitrat, CTAPh konsentrasi yang masih memenuhi persamaan yang dipersiapkan dari reaksi fenol dengan Nernst. Faktor-faktor yang berpengaruh pada CTAB dan NaOH. kinerja elektroda selektif ion adalah ketebalan Alat-alat yang digunakan adalah membran pada elektroda dan jumlah ionofor seperangkat rotary evaporator vacuum IKA (Gea et al., 2005). Pada saat ketebalan membran RV10 digital, konektor elektroda Quasense, meningkat maka dapat meningkatkan harga SPCE Quasense B T3, potensiometer bilangan Nernst. Oleh karena itu, konsentrasi SANWA CD800a, ph meter Senz TI- ionofor yang diembankan pada membran 13MO597, dan peralatan gelas. dan pengaruh ketebalan membran terhadap Cara kerja penelitian mengacu pada pembuatan sensor fenol akan dipelajari pada Suryantoro (2014). Kitosan ditimbang penelitian ini. sebanyak 0,1 g dan ditambahkan 10 ml asam Ion yang dideteksi pada sensor fenol asetat 2% kemudian larutan diaduk selama adalah ion fenoksida. Ion fenoksida merupakan 24 jam. Padatan CTAPh ditimbang sebanyak basa konjugat dari fenol. Jumlah ion fenoksida 0,005g (0,05%); 0,01g (1%); 0,015g (1%); dalam air dipengaruhi oleh ph larutan. Fenol 0,02g (2%); dan 0,025g (2,5%) kemudian memiliki nilai tetapan disosiasi asam sebesar ditambahkan 1 ml larutan kitosan dan 10 1,3x10-10 (Rappoport, 2003). Jika ph larutan μl larutan gluteraldehid 0,01%, kemudian kurang dari pka, maka molekul fenol dalam diaduk selama 24 jam. Larutan tersebut air lebih banyak daripada ion fenoksida. Jika kemudian dilapiskan pada elektroda karbon ph larutan lebih dari pka, maka ion fenoksida pada SPCE sebanyak 10 μl, kemudian dalam air lebih banyak daripada molekul dikeringkan dalam oven dengan temperatur fenol Jika ph larutan bersifat basa, maka 50oC selama 1 jam. akan terdapat banyak ion OH- dalam larutan. Pengaruh ketebalan membran di- Oleh sebab itu, perlu diketahui pengaruh lakukan dengan melapiskan kitosan yang ph larutan terhadap kinerja sensor fenol telah diembankan ionofor CTAPh dengan sehingga dapat digunakan untuk analisis ketebalan membran 60 μm (2,5 μl), 80 μm (5 kadar fenol dalam air. μl), 100 μm (7,5 μl), 110 μm (10 μl) pada masing-masing SPCE. Setelah pelapisan METODE PENELITIAN terakhir, dilakukan pemanasan dalam oven Bahan-bahan yang digunakan dalam temperatur 50oC selama 1 jam. Pengaruh penelitian ini yaitu kitosan, akuades, kloroform ph larutan dilakukan dengan mengukur 55

4 Jurnal Penelitian Saintek, Vol. 20, Nomor 1, April 2015 potensial larutan fenol dari konsentrasi 10-8 dapat mempengaruhi pengukuran potensial hingga 10-1 M pada ph 9, 10, 11, dan 12 sel larutan uji sehingga dapat menurunkan yang telah diatur dengan NaOH. sensitivitas. Ionofor 0,5% dan 2,5% menunjukkan bilangan Nernst yang lebih HASIL DAN PEMBAHASAN teoritis tetapi pengaruh ionofor 0,5% dan Pengaruh Konsentrasi Ionofor 2% kurang berpengaruh yang ditunjukkan Pada penelitian ini digunakan ionofor dengan koefisien korelasi yang kecil. CTAPh yang diembankan dalam membran Hal ini disebabkan ketidakrataan ionofor kitosan dengan konsentrasi 0,5% sampai dalam membran sehingga kesetimbangan 2,5% dan ketebalan membran 110 μm, ionofor dengan ion fenoksida dalam larutan ph larutan uji fenol yang digunakan yaitu menjadi tidak merata. Pengaruh jumlah 7,6. Kinerja dari sensor fenol diantaranya seluruh ionofor dalam membran terhadap adalah ionofor sensitivitas sensor. Sensitivitas yang dapat berkesetimbangan sensor ditinjau dari bilangan Nernst dan dengan ion fenoksida dalam larutan tidak koefisien korelasi (r). Bilangan Nernst yaitu sebanding dengan potensial sel yang terukur rasio antara perubahan potensial sel dan sehingga harga koefisien korelasinya kecil. konsentrasi analit (Bakker dan Meyerhoff, Konsentrasi ionofor 1,5% menghasilkan 2000). Koefisien korelasi menunjukkan bilangan Nernst 2,196 mv/dekade pada pengaruh konsentrasi ionofor yang diguna- kisaran konsentrasi M dan koefisien kan terhadap potensial sel. korelasi sebesar 0,968 sehingga ionofor Berdasarkan pengukuran potensial sel, CTAPh 1,5% merupakan konsentrasi ionofor ionofor 1% dan 2% memberikan bilangan optimum yang digunakan untuk sensor fenol Nernst dan koefisien korelasi yang kecil (Tabel 1). Kepekaan sensor fenol ini dapat hal ini disebabkan jumlah ionofor dalam ditingkatkan dengan faktor fisik seperti membran menentukan komposisi membran, jumlah lapisan atau ketebalan membran komposisi membran yang kurang tepat pada pembuatan sensor fenol. Tabel 1. Kinerja Sensor Fenol pada Berbagai Konsentrasi Ionofor CTAPh Konsentrasi Ionofor Bilangan Nernst Kisaran Konsentrasi Korelasi (% b/v) (mv/dekade) (M) 0,5 3, , , , ,5 2, , , , ,5 4, ,951 56

5 Penentuan Kadar Fenol dalam Air (Tyas, A.A. dkk) Pengaruh Ketebalan Membran μm dapat ditingkatkan dengan ph larutan Ketebalan membran yang digunakan yang diatur supaya seluruh fenol dalam adalah 60 μm, 80 μm, 100 μm, dan 110 larutan dapat terdeteksi sebagai ion fenoksida. μm dengan konsentrasi ionofor 1,5% sesuai hasil optimasi sebelumnya dan ph Pengaruh ph Larutan Uji larutan uji 7,6. Peningkatan ketebalan Larutan uji fenol yang digunakan adalah membran dapat meningkatkan sensitivitas ph 9 hingga 12. Kinerja sensor fenol secara sensor, hal ini disebabkan jumlah ionofor tidak lansgung dipengaruhi oleh ph larutan, yang berkesetimbangan dengan ion analit karena sensor fenol menggunakan prinsip meningkat. Ketebalan membran yang terlalu elektroda selektif ion sehingga analit hanya tinggi dapat menghambat potensial sel dapat diukur dalam keadaan ionnya. Ion yang yang terukur akibat adanya kesetimbangan dideteksi oleh sensor fenol merupakan ion ionofor dengan ion fenoksida dalam larutan fenoksida. Fenol memiliki tetapan disosiasi sehingga ketebalan membran menjadi kurang asam sebesar 1,3x10-10 sehingga keadaan fenol memberikan pengaruh pada potensial sel. dalam larutan dipengaruhi oleh ph larutan Ketebalan membran optimum yang digunakan (Rappoport, 2003). Jika ph larutan kurang pada penelitian ini ditinjau dari bilangan dari pka maka molekul fenol akan lebih Nernst dan koefisien korelasi. Bilangan Nersnt banyak daripada ion fenoksida, sedangkan meningkat dengan meningkatnya ketebalan jika ph larutan lebih dari pka maka ion membran namun ketebalan membran yang fenoksida akan lebih banyak daripada molekul paling berpengaruh terhadap sensitivitas fenol. Hal ini akan mempengaruhi jumlah sensor fenol adalah ketebalan 60 μm yang ion fenoksida yang dapat berkesetimbangan ditunjukkan dengan harga koefisien korelasi dengan ionofor dalam membran sehingga tertinggi dengan bilangan Nernst 9,855 mv/ akan mempengaruhi kepekaan dari sensor dekade dan kisaran konsentrasi M fenol. (Tabel 2). Kepekaan dari elektroda dengan Berdasarkan hasil penelitian, peningkatan konsentrasi ionofor 1,5% dan ketebalan 60 ph larutan uji fenol dapat meningkatkan Tabel 2. Kinerja Sensor Fenol pada Berbagai Ketebalan Membran Ketebalan Membran Bilangan Nernst Kisaran Konsentrasi (μm) (mv/dekade) (M) , , , , Korelasi 0,969 0,900 0,943 0,937 57

6 Jurnal Penelitian Saintek, Vol. 20, Nomor 1, April 2015 sensitivitas sensor fenol. Hal ini disebabkan ionofor 1,5%, ketebalan membran 60 μm peningkatan ph larutan akan meningkatkan dan ph larutan 11 sehingga diperoleh kinerja jumlah ion fenoksida dalam larutan sehingga sensor fenol dengan bilangan Nernst sebesar seluruh fenol dapat terdeteksi sebagai ion 54,437 mv/dekade, kisaran konsentrasi fenoksida oleh sensor fenol. Pada ph 12 yang dapat diukur adalah 10-8 hingga 10-5 M menghasilkan sensitivitas yang sangat rendah, (0,001-1 ppm) dan konsentrasi fenol terkecil hal ini dimungkinkan terdapat gangguan dari ion yang digunakan adalah 0,001 ppm. hidroksida dalam larutan sehingga sensitivitas sensor fenol mendeteksi ion Pada kurva hasil pengukuran potensial fenoksida sel terhadap waktu respon, potensial sel menjadi menurun. Sensor fenol ini optimum mulai konstan pada waktu 60 detik. Hal ini pada ph larutan 11 karena menghasilkan menunjukkan bilangan Nernst yang mendekati teoritis yaitu fenoksida 22,410mV/dekade pada kisara konsentrasi 10- membutuhkan waktu 60 detik untuk mencapai M dan koefisien korelasi terbesar yaitu kesetimbangan. Semakin kecil konsentrasi 0,978 yang menunjukkan bahwa ph 11 lebih larutan fenol, potensial sel lebih cepat mengalami berpengaruh dapat meningakibatkan kinerja kesetimbangan daripada konsentrasi yang lebih sensor fenol (Tabel 3). besar karena jumlah ion dalam larutan lebih bahwa kesetimbangan ion di dalam dan di luar membran sedikit sehingga ion fenoksida di luar membran Karakterisasi Sensor Fenol Karakterisasi sensor fenol dilakukan lebih mudah berkesetimbangan dengan ionofor dalam membran. pada kondisi optimum yaitu konsentrasi Tabel 3. Kinerja Sensor Fenol pada Berbagai ph Larutan Uji Fenol Bilangan Nernst Kisaran Konsentrasi ph Larutan Uji Fenol (mv/dekade) (M) , , , , Tabel 4. Kinerja Sensor Fenol Parameter Waktu respon Kisaran konsentrasi Bilangan Nernst Konsentrasi terkecil yang digunakan 58 Korelasi 0,842 0,954 0,978 0,380 Harga 60 detik M (0,001-1 ppm) 54,437 mv/dekade 0,001 ppm

7 Penentuan Kadar Fenol dalam Air (Tyas, A.A. dkk) Gambar 1. Kurva Hubungan Potensial Sel terhadap Waktu ([+:10-8 M]; [ : 5x10-7 M]; [ : 10-7 M]; [ : 5x10-6 M]; [ : 10-6 M]; [ : 5x10-5 M]; [ :10-5 M]) Penentuan Kadar Fenol dalam Sampel Air Penentuan kadar fenol menggunakan sensor fenol pada sampel air dilakukan dengan metode adisi standar. Hasil penentuan ini kemudian dibandingkan dengan metode standar spektrofotometri yang dilakukan oleh Laboratorium Lingkungan Jasa Tirta I sehingga diperoleh hasil yang tampak pada Tabel 5. Kadar fenol dalam sampel perairan A dan D dapat dideteksi menggunakan sensor fenol sedangkan metode standar tidak mampu mendeteksi kadar fenol dalam sampel. Hal ini menunjukkan bahwa sensitivitas sensor fenol lebih besar daripada metode standar. Kadar fenol dalam sampel perairan B dan C yang ditentukan kadarnya menggunakan sensor fenol lebih besar daripada menggunakan metode standar. Hal ini disebabkan sampel yang ditentukan kadarnya menggunakan metode standar harus sampel baru karena fenol mudah terhidrolisis pada temperatur ruang sehingga fenol tidak dapat terdeteksi. Tabel 5. Kadar Fenol dalam Sampel Menggunakan Sensor Fenol dan Metode Standar Sampel Kadar Fenol (ppm) Sensor Fenol Metode Standar A 1,067x10-6 <0,002 B 0,361 <0,002 C 0,009 <0,002 D 1,142x10-10 <0,002 *A: selokan Universitas Brawijaya, Malang; B: Sungai Cangkil, Sidoarjo, Jawa Timur; C: Sungai Porong, Sidoarjo, Jawa Timur; D: sungai di Jalan Raya Purwosari Km. 62, Tejowangi, Purwosari, Jawa Timur. 59

8 Jurnal Penelitian Saintek, Vol. 20, Nomor 1, April 2015 KESIMPULAN Sensor fenol merupakan elektroda dua dimensi yang dapat dibuat dengan cara melapiskan membran kitosan yang telah diembankan ionofor CTAPh (Cethyltrimethylammonium nal of Analytica Chimica Acta, 416, Buhlmann, P. and Chen, L.D IonSelective Electrodes with IonophoreDoped Sensing Membrans. Chichester: John Wiley and Sons. phenoxide) pada SPCE. Penggunaan sensor fenol lebih praktis untuk menentukan kadar fenol dalam sampel. Kinerja sensor fenol yang optimum pada konsentrasi ionofor 1,5%, ketebalan membran 60 μm, dan ph larutan 11. Kinerja sensor fenol memiliki bilangan Nernst sebesar 54,437 mv/dekade, kisaran konsentrasi M (0,001-1 ppm), konsentrasi terkecil Chan, W.H., Lee, A.W.M., Wong, M.S Some Observations on the Determination of Phenol using Ion Selective Electrodes. Microchemical Journal, 40, Gea, S., Andriyani, Lenny, S Pembuatan Elektroda Selektif Ion Cu(II) dari Kitosan Polietilen Oksida. Skripsi. Universitas Sumatra Utara, Medan, Indonesia. yang digunakan 0,001 ppm dan waktu respon 60 detik. Sensor fenol ini dapat mendeteksi kadar fenol dalam sampel di bawah limit Rappoport, Z The Chemistry of Phenols. Chichester: John Wiley and Sons. deteksi metode standar. Ucapan Terimakasih Ucapan terimakasih ditujukan kepada Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi Kementerian RISTEK-DIKTI melalui Universitas Brawijaya Malang yang telah memberikan dana hibah penelitian pada Program Kreativitas Mahasiswa tahun DAFTAR PUSTAKA Bakker, E., and Meyerhoff, M.E Ionophore-based Membran Electrodes: New Analytical Concepts and Nonclassical Response Mechanisms. Jour- 60 Republik Indonesia Peraturan Pemerintah Republik Indonesia Nomor 82 Tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air, 14 Desember 2001, Lembaran Negara Republik Indonesia Tahun 2001Nomor 82, Sekretariat Negara, Jakarta. Suryantoro, A. Mulyasuryani, A., Sabarudin, A Pengaruh Konsentrasi Cetyltrimethylammonium Benzoat dan ph Larutan terhadap Kinerja Elektroda Selektif Ion Benzoat Berbasis Screen Printed Carbon Electrode. Student Journal, 2(1), Wang, J Analytical Electrochemistry. 3rd Edition. Hoboken: Wiley-VCH.