Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013 Optimasi Penentuan Besi, Kobalt dan Nikel dalam Air Laut secara Voltammetri Stripping Adsorptif(AdSV) Deswati, Hamzar Suyani, Umiati Loekman dan Hilfi Pardi Jurusan Kimia Unand, Laboratorium Kimia Analitik email : deswati_ua@yahoo.co.id Abstrak. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan kondisi optimum dari masing-masing ion logam berat (Fe, Co dan Ni ) tersebut, sehingga dapat diaplikasikan untuk analisis logam berat dalam sampel berupa air laut. Oleh sebab itu dipelajari parameterparameter berikut : variasi konsentrasi kalkon, varaiasi ph larutan, potensial akumulasi dan waktu akumulasi. Untuk menentukan ketelitian dan ketepatan metoda dengan menentukan nilai standar deviasi relatif nya (SDR) dan perolehan kembali (recovery). Dari hasil penelitian yang telah dilakukan didapatkan kondisi optimum pengukuran Fe(III), Co(III) dan Ni(II) secara voltammetri stripping adsorptif adalah : konsentrasi kalkon optimum yang didapatkan untuk Fe(III) dan Ni(II) 0,6 mm sedangkan untuk Co(III) 0,7 mm, pada ph 6 untuk Fe(III), dan ph 7 untuk Co(III) dan Ni(II), potensial akumulasi -0,7 Volt untuk Fe(III) dan Ni(II) sedangkan -0,4 Volt untuk Co(III) dan waktu akumulasi Fe(III) 50 detik, Co(III) 70 detik dan Ni(II) 60 detik. Pada kondisi optimum tersebut diperoleh standard deviasi dengan 8 kali pengulangan (n = 8) pada pengukuran masing-masing larutan standar Fe III, Co III,dan Ni II 1 μg L adalah :,52 %, 1,77 % dan 0,52 %. Metoda ini diaplikasikan untuk penentuan Fe(III), Co(III) dan Ni(II) secara langsung dalam air laut perairan Bungus Teluk Kabung Kota Padang. Konsentrasi sample yang diperoleh adalah : 697,62 μg L untuk Fe III, 255,64 μg L untuk Co III dan 5 9,66 μg L untuk Ni II, dengan nilai perolehan kembali (recovery) untuk masing-masing Fe(III), Co(III) dan Ni(II) adalah : adalah : 100,50 %, 102,64 % dan 97,39 %. Kata Kunci : voltammetri, stripping, adsorptif, logam berat PENDAHULUAN Beberapa unsur yang termasuk dalam kategori logam berat seperti : As, Cr, Cd, Pb. Fe Cu, Co, Hg, Se, Sb, Mn, Zn dan Ni berasal dari limbah industri dan hasil aktivitas penduduk, khususnya di kota besar. Adanya logam-logam berat dalam lingkungan termasuk bahan makanan sangat berbahaya, karena mempunyai tingkat toksisitas yang tinggi [1]. Metoda yang ada untuk analisis ion-ion logam diantaranya metoda Flame Atomic Absorption Spectrometry (FAAS) dan metoda inductively coupled plasma atomic emision spectrophotometry (ICP-AES). Namun, kedua metoda ini membutuhkan biaya yang mahal dan kurang praktis selain itu juga tidak dapat mengukur kadar ionion logam yang sangat kecil tersebut [2]. Walaupun sebelumnya telah dilakukan prekonsentrasi (pemekatan) untuk mengurangi atau menghilangkan kadar garam yang cukup tinggi dari sampel berupa air laut dengan menggunakan metoda ekstraksi pelarut [3]. Oleh sebab itu, diperlukan suatu metoda alternatif yang dapat mengatasi keterbatasan kedua metoda tersebut. Voltammetri dipilih sebagai alternatif metoda karena memiliki banyak kelebihan antara lain : kadar garam yang tinggi dari air laut tidak mengganggu dalam analisis, memiliki sensitivitas tinggi, limit deteksi rendah pada skala ug/l (ppb), penggunaan mudah dan preparasi sampel yang mudah, analisis cepat, infra struktur yang murah [4,5,6]. Disamping itu, dengan metoda ini Semirata 2013 FMIPA Unila 81
Deswati dkk: Optimasi Penentuan Besi, Kobalt dan Nikel dalam Air Laut secara Voltammetri Stripping Adsorptif(AdSV) dimungkinkan mempelajari spesi kimia dari logam berat, yang tidak bisa dilakukan dengan metoda lain, Metoda ini bisa dilakukan untuk penentuan secara simultan Cu dan Pb dalam air laut dengan menggunakan kalkon sebagai pengompleks. Hampir semua metoda penentuan logam dalam jumlah yang sangat kecil memerlukan waktu yang cukup lama pada tahap pre-konsentrasi sebelum pengukuran. Pada Voltammetri Sripping Adsorptif tahap pre-konsentrasinya waktunya lebih singkat, umumnya kurang dari 1 menit. Masaalah dalam penelitian ini adalah keberadaan ion-ion logam berat Fe, Co dan Ni dalam perairan dan lingkungan sangat berbahaya, karena merupakan logam yang bersifat toksik sehingga merusak lingkungan dan kehidupan biota dari perairan tersebut, jika kadarnya telah melampaui ambang batas yang ditetapkan. Diketahui kadar ion-ion logam tersebut dalam perairan, sangat kecil sekali (runut) dalam orde µg/l sampai dengan mg/l, sementara matrik sampel misalnya kadar garam dalam air laut sangat tinggi[4,5,6]. Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan di atas, oleh sebab itu perlu dilakukan penelitian dengan judul : Optimasi Penentuan Besi, Kobalt dan Nikel dalam Air Laut secara Voltammetri Stripping Adsorptif (AdSV). METODE PENELITIAN Alat dan Bahan yang Digunakan Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah Metrohm 797 Computrace dengan elektroda kerja HMDE, elektroda pembanding berupa Ag/AgCl/KCl, dan elektroda Pt sebagai elektroda pendukung; ph meter Griffin model 80, Griffin & George Loughborough, Inggris; dan neraca analitis Mettler AE 200, Toledo OH-USA; serta peralatan gelas yang biasa digunakan dilaboratorium. Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah NH4Cl, kalkon, HNO3 pekat, FeCl3,CoCl3, Ni(NO3)2.6H2O, HCl, NH4OH, etanol-air, gas N2, akuabides dan sampel(air laut). Prosedur Kerja Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mendapatkan kondisi optimum dari masingmasing ion logam Fe, Co dan Ni secara Voltammetri Stripping Adsorptif. Oleh sebab itu dipelajari pengaruh dari beberapa parameter berikut yaitu, pengaruh variasi konsentrasi kalkon yaitu dari 0,2 mm sampai dengan 0,9 mm, variasi ph larutan dari ph 3 sampai dengan ph 9, potensial akumulasi dari 0,2 V sampai dengan -1,1 V dan variasi waktu akumulasi dari 20 detik sampai dengan 100 detik. Untuk melihat ketelitian dan ketepatan metoda juga ditentukan standar deviasi relative dan perolehan kembali (recovery). HASIL DAN PEMBAHASAN Variasi konsentrasi kalkon Pada penelitian ini dilakukan penentuan hubungan antara konsentrasi kalkon dengan arus puncak terhadap larutan standar Fe(III), Co(III) dan Ni(II) masing-masing 1 μg L. dapun variasi konsentrasi kalkon dalam 20 ml larutan uji antara lain : 0,1 mm, 0,2 mm, 0,3 mm, 0,4 mm, 0,5 mm, 0,6 mm, 0,7 mm, 0,8 mm dan 0,9 mm. Hasilnya dapat dilihat pada Gambar 1 Gambar 1. Kurva hubungan antara konsentrasi kalkon terhadap arus puncak Kondisi pengukuran: 82 Semirata 2013 FMIPA Unila
Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013 Dari Gambar 1 dapat dilihat, arus puncak mengalami peningkatan dengan bertambahnya konsentrasi kalkon, di bawah 0,4 mm untuk Fe(III) arus puncak yang dihasilkan sangat kecil sekali. Hal ini disebabkan karena masih sedikit sekali ion Fe(III) yang bereaksi dengan kalkon untuk membentuk senyawa kompleks, sedangkan untuk ion Co(III) dan Ni(II) arus yang dihasilkan sudah cukup besar berarti sudah terbentuk komplek antara ion-ion logam tersebut dengan kalkon. Pada konsentrasi kalkon di atas 0,4 mm sampai dengan 0,6 mm terjadi peningkatan arus puncak terutama untuk Fe(III) dan Ni(II), sedang untuk Co(III) sampai 0,7 mm, berarti sudah terbentuk komplek antara ion-ion logam tersebut dengan kalkon dan teradsorpsi pada elektroda kerja (HMDE). Konsentrasi kalkon diatas 0,6 mm untuk ion Fe dan Ni dan 0,7 mm untuk ion Co(III) terjadi penurunan arus puncak. Hal ini disebabkan karena terjadinya kompetisi antar ligan untuk teradsorpsi pada permukaan elektroda pada tahap deposisi (prekonsentrasi) untuk membentuk kompleks dengan ion logam. Arus puncak yang dihasilkan karena hasil reduksi kompleks logam-ligan yang teradsorpsi pada permukaan elektroda kerja pada tahap stripping. Arus puncak yang dihasilkan tersebut tergantung dari konsentrasi kalkon yang digunakan. Semakin tinggi konsentrasi kalkon yang diberikan semakin sulit komplek logam-ligan direduksi sehingga arus puncak yang dihasilkan semakin kecil. Untuk itu konsentrasi kalkon 0,6 mm dipilih sebagai kondisi optimum Fe(III) dan Ni(II), sedangkan untuk Co(III) 0,7 mm. Variasi ph larutan Pembentukan kompleks antara ion Fe(III), Co(III) dan Ni(II) dengan kalkon pada tahap akumulasi dipengaruhui oleh kondisi ph larutan. Pada kondisi ph yang tepat diharapkan semakin banyak kompleks Fe-kalkon, Co-kalkon maupun Ni-kalkon yang terjadi pada permukaan elektroda sehingga akan menghasilkan arus puncak yang optimum pada saat pengukuran. Pengaruh ph larutan terhadap arus puncak (Ip) dipelajari untuk larutan standar Fe(III), Co(III) dan Ni(II) dengan konsentrasi masing-masing 10 μg/l, dengan memvariasikan ph dari 3 9. Gambar 2, menunjukkan bahwa tinggi arus puncak dipengaruhi oleh kondisi ph larutan dari masing-masing ion logam. Pada ph 3 sampai dengan ph 6 untuk ion Fe(III) tinggi arus puncak yang dihasilkan mengalami peningkatan, sedangkan untuk ion Co(III) dan Ni(II) sampai pada ph 7. Hal ini disebabkan karena dengan semakin meningkatnya ph larutan, maka semakin banyak ion Fe(III), Co(III) dan Ni(II) dalam bentuk ion-ion bebasnya. Akibatnya ion-ion tersebut terjebak pada permukaan elektroda kerja dan membentuk kompleks logamkalkon, sehingga arus puncak yang dihasilkan semakin meningkat. Kondisi ph larutan juga mempengaruhi kestabilan kompleks yang terbentuk, juga akan mempengaruhi konsentrasi analit yang terdeposisi pada elektroda kerja sekaligus arus puncak yang dihasilkan. Tinggi arus puncak optimum terjadi pada ph 6 untuk ion Fe(III) dan ph 7 untuk Co(III) dan Ni(II). Gambar 2. Kurva hubungan antara ph terhadap arus puncak Kondisi pengukuran: Semirata 2013 FMIPA Unila 83
Deswati dkk: Optimasi Penentuan Besi, Kobalt dan Nikel dalam Air Laut secara Voltammetri Stripping Adsorptif(AdSV) Pada ph 6 sampai dengan ph 9 untuk Fe(III) dan ph 7 sampai dengan ph 9 untuk Co(III) dan Ni(II) arus puncak mengalami penurunan, hal ini disebabkan karena pembentukan kompleks antara ion Fe(III), Co(III) dan Ni(II) dengan kalkon menjadi terganggu oleh ion OH - yang semakin banyak di dalam larutan dengan meningkatnya ph. Variasi potensial akumulasi Pada penelitian ini dilakukan penentuan hubungan antara potensial akumulasi dengan arus puncak dari Fe(III), Co(III), dan Ni(II) yang diuji pada rentang 0,2 Volt sampai dengan 1,1 Volt. Potensial akumulasi adalah potensial pada saat analit terdeposisi pada elektroda kerja. Hasilnya dapat dilihat pada Gambar 3. Pada kurva di atas dapat dilihat, pada setiap variasi potensial akumulasi yang diuji, memberikan nilai arus puncak yang berbeda. Untuk ion logam Fe(III) dan Ni(II) pada potensial -0,2 Volt sampai -0,7 Volt arus puncak yang dihasilkan semakin meningkat, sedangkan untuk ion Co(III) pada rentang potensial 0,2 Volt sampai 0,4 Volt. Pada rentang potensial -0,4 Volt sampai -1,1 Volt kurva turun secara signifikan terutama untuk ion logam Co(III). Hal ini menunjukkan terjadi proses deposisi (akumulasi) kompleks analit pada permukaan elektroda kerja yang mencapai maksimum pada -0,4 Volt untuk Co(III) sedangkan untuk Fe(III) dan Ni(II) pada 0,7 Volt. Pada potensial -0,4 Volt merupakan potensial akumulasi optimum untuk Co(III) sedangkan untuk Fe(III) dan Ni(II) -0,7 Volt, karena arus puncak yang dihasilkan paling maksimum. Variasi waktu akumulasi Waktu akumulasi adalah waktu pada saat analit terakumulasi atau terdeposisi pada permukaan elektroda kerja berupa Elektroda Merkuri Tetes Menggantung (HMDE). Waktu deposisi berpengaruh pada saat tahap akumulasi (prekonsentrasi). Pada tahap prekonsentrasi waktu akumulasi berguna untuk meningkatkan sensitivitas dan menurunkan limit deteksi [10]. Lamanya waktu akumulasi Fe(III), Co(III) dan Ni(II) mempengaruhi kestabilan kompleks yang terbentuk pada permukaan elektroda. Pada penelitian ini, dilakukan penentuan hubungan antara waktu akumulasi dengan arus puncak yang diuji, dengan memvariasikan waktu akumulasi sebagai berikut : 30, 40, 50, 60,70, 80, 90 dan 100 detik. Hasilnya dapat dilihat pada Gambar 4. Gambar 3. Kurva hubungan antara potensial akumulasi terhadap arus puncak Kondisi pengukuran: Gambar 4. Kurva hubungan antara waktu akumulasi terhadap arus puncak Kondisi pengukuran: 84 Semirata 2013 FMIPA Unila
Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung, 2013 Gambar 4, menunjukkan bahwa lama waktu akumulasi berpengaruh terhadap tinggi arus puncak Fe(III), Co(III) dan Ni(II). Tinggi arus puncak semakin meningkat pada waktu akumulasi yang semakin lama, kecuali untuk ion Fe(III) karena lamanya waktu akumulasi pengaruhnya non significant Pada pengukuran dengan waktu akumulasi 30 detik sampai dengan waktu 50 detik kenaikan arus puncak yang dihasilkan tidak begitu besar. Hal ini disebabkan karena ion Fe(III), Co(III) dan Ni(II) yang terakumulasi di elektroda kerja masih sedikit. Arus puncak sedikit meningkat pada waktu akumulasi 60 detik sampai dengan 70 detik. Pada waktu akumulasi 60 detik arus puncak yang dihasilkan meningkat cukup tinggi khususnya untuk ion Ni(II). Waktu 50 detik digunakan sebagai waktu akumulasi optimum untuk penentuan selanjutnya untuk ion Fe(III) dan 60 detik untuk Ni(II) sedangkan untuk Co(III) 70 detik. Waktu akumulasi lebih dari 70 detik tidak terjadi lagi kenaikan arus puncak, malah mengalami penurunan. Waktu akumulasi (deposisi ) yang lebih lama akan menyebabkan elektroda jenuh. KESIMPULAN Dari hasil penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa kondisi optimum pengukuran Fe(III), Co(III) dan Ni(II) secara voltammetri stripping adsorptif adalah : konsentrasi kalkon optimum yang didapatkan untuk Fe(III) dan Ni(II) 0,6 mm sedangkan untuk Co(III) 0,7 mm, pada ph 6 untuk Fe(III), dan ph 7 untuk Co(III) dan Ni(II), potensial akumulasi -0,7 Volt untuk Fe(III) dan Ni(II) sedangkan -0,4 Volt untuk Co(III) dan waktu akumulasi Fe(III) 50 detik, Co(III) 70 detik dan Ni(II) 60 detik. Pada kondisi optimum tersebut diperoleh standard deviasi dengan 8 kali pengulangan (n = 8) pada pengukuran masing-masing larutan standar Fe(III), Co(III),dan Ni(II) 10 μg/l adalah : 0,52 %, 1,77 % dan 0,52 %. Metoda ini diaplikasikan untuk penentuan Fe(III), Co(III) dan Ni(II) secara langsung dalam air laut perairan Bungus Teluk Kabung Kota Padang. Konsentrasi sample yang diperoleh adalah : 697,62 μg/l untuk Fe(III), 255,64 μg/l untuk Co(III) dan 509,66 μg/l untuk Ni(II), dengan nilai perolehan kembali (recovery) untuk masing-masing Fe(III), Co(III) dan Ni(II) adalah : adalah : 100,50 %, 102,64 % dan 97,39 %. DAFTAR PUSTAKA Sanusi. H.S., Syamsu. S dan Sardjirun. S., (1985). Kandungan dan distribusi logam berat pada berbagai komoditi ikan laut disalurkan lewat TPI Pasar Ikan Jakarta, Skripsi Fakultas Perikanan Institut Pertanian Bogor. Richard. J.C., Brown Martin. J and Milton. T., (2005), Analytical technique for trace element analysis :an Overview, Trend in Anal. Chem., 24(3) : 266 274. Deswati., (2010), Penggunaan sand filter dalam rangka memperbaiki kualitas air dan meminimalisasi kandungan logam berat di perairan UPTD Balai Benih Ikan Pantai (BBIP) Teluk Buo, Dampak., 7 (2) : 26 33. Deswati. Suyani. H and Safni., (2012), The Method of the development of analysis Cd, Cu, Pb and Zn in sea water by adsorptive stripping oltammetry (AdSV) in the presence of calcon as complexing agent, Indo. J. Chem., 12 (1) : 20-27. Ensafi. A.A., Abbasi S., Mansour H.R., (2001), Differential pulse adsorption stripping voltammetric determination of copper(ii) with 2-mercaptobenzimidazol at Hanging Mercury-Drop Electrode, Anal. Sci., 17 : 609-612. Zang. S and Huang. W., (2001), Simultaneous determination of Cd(II) Semirata 2013 FMIPA Unila 85
Deswati dkk: Optimasi Penentuan Besi, Kobalt dan Nikel dalam Air Laut secara Voltammetri Stripping Adsorptif(AdSV) and Pb(II) using a chemically modified electrode, Anal. Sci., 17 : 983-985. Deswati. Suyani. H, Imelda dan Yulia., (2009), Studi optimasi penentuan Cr(VI) dalam air laut secara voltammetri stripping adsorptif, J. Ris. Kim., 3 (1) : hal 22-30. Deswati. Suyani. H dan Hilfi., (2011), Penentuan timbal dan tembaga dalam air laut dengan simultan dengan menggunakan kalkon sebagai pengomplek secara voltammetri stripping adsorptif, Proseding Seminar Nasional Himpunan Kimia Indonesia, 22 Oktober di Padang. Amini. M.K and Kabiri. M., (2005), Determination of trace amounts of nickel by differential pulse adsorptive cathodic stripping voltmmetry using calconcarboxylic acid as a chelating agent, J. Iran. Chem Soc., 2 : 32-39. Wang. J., (2000). Analytical Electrochemistry, 2 nd ed, A John Willey and Sons, Inc., Publication, New York, 81-84 and 108-110. 86 Semirata 2013 FMIPA Unila