EFEK PAPARAN RADIASI UV-C TERHADAP KARAKTERISTIK RAPAT ARUS DIFUSI ION PADA MEMBRAN KITOSAN SKRIPSI BIDANG MINAT BIOFISIKA Putu Ika Paramitha Putri JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA 2015 i
FAKTA INTEGRITAS Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka Bukit Jimbaran, Agustus 2015 Pembuat Fakta Integritas Putu Ika Paramitha Putri NIM. 1108205023 ii
EFEK PAPARAN RADIASI UV-C TERHADAP KARAKTERISTIK RAPAT ARUS DIFUSI ION PADA MEMBRAN KITOSAN [SKRIPSI] Sebagai syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains bidang Fisika pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Udayana Putu Ika Paramitha Putri 1108205023 Pembimbing I Pembimbing II Ni Nyoman Rupiasih, S.Si., M.Si., Ph.D Drs. Made Sumadiyasa, M.Si. NIP. 196904081994122001 NIP. 196401161992031002 iii
LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR Judul : Efek Paparan Radiasi UV-C Tehadap Karakteristik Rapat Arus Difusi Ion Pada Membran Kitosan Bidang Minat : Biofisika Nama : Putu Ika Paramitha Putri Nim : 1108205023 Telah Disetujui Oleh : Pembimbing I Pembimbing II Ni Nyoman Rupiasih, S.Si., M.Si., Ph.D Drs. Made Sumadiyasa, M.Si. NIP. 196904081994122001 NIP. 196401161992031002 Mengetahui, Ketua Jurusan Fisika FMIPA UNUD Ir. S. Poniman, M.Si NIP.195606061987031001 iv
LEMBAR PERSETUJUAN EFEK PAPARAN RADIASI UV-C TERHADAP KARAKTERISTIK RAPAT ARUS DIFUSI ION PADA MEMBRAN KITOSAN Disusun oleh : Nama Bidang Minat : Putu Ika Paramitha Putri : Biofisika NIM : 1108205023 Telah diujikan pada hari Rabu, tanggal 22 Juli 2015 dan dinyatakan telah memenuhi syarat untuk diterima. Susunan Tim Penguji : Ketua : Ni Nyoman Rupiasih, S.Si., M.Si., Ph.D ( ) Sekretaris : Drs. Made Sumadiyasa, M.Si ( ) Anggota : Nyoman Wendri, S.Si., M.Si ( ) Ida Bagus Made Suryatika, S.Si., M.Si. ( ) I.G.A Widagda, S.Si., M.Kom ( ) Mengetahui Ketua Jurusan Fisika FMIPA UNUD Ir. S Poniman, M.Si NIP.195606061987031001 v
EFEK PAPARAN RADIASI UV-C TERHADAP KARAKTERISTIK RAPAT ARUS DIFUSI ION PADA MEMBRAN KITOSAN [SKRIPSI] Karya tulis ini tidak dipublikasikan tetapi tersedia di perpustakaan di lingkungan Universitas Udayana; diperkenankan dipakai sebagai referensi kepustakaan tetapi pengutipan harus menyebutkan sumbernya sesuai dengan kebiasaan ilmiah. Karya tulis ini merupakan hak milik intelektual Universitas Udayana vi
KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas limpahan rahmat dan hidayah-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Efek Paparan Radiasi UV-C Tehadap Karakteristik Rapat Arus Difusi Ion Pada Membran Kitosan. Penulis mengucapkan terimakasih kepada seluruh pihak yang telah membantu dan mendukung terbentuknya skripsi ini. Ucapan terimakasih tersebut penulis sampaikan kepada: 1. Ibu Ni Nyoman Rupiasih, S.Si., M.Si., Ph.D, selaku dosen pembimbing I yang telah memberikan bimbingan, dukungan dan pengetahuan tentang konsep yang sangat banyak, serta tema pokok yang telah diberikan demi terselesaikannya skripsi. 2. Bapak Drs. Made Sumadiyasa, M.Si, selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan bimbingan dan koreksi yang sangat bermanfaat demi terselesaikannya skripsi ini. 3. Bapak Ir. S. Poniman, M.Si selaku Ketua Jurusan Fisika FMIPA Universitas Udayana yang telah mengesahkan skripsi ini. 4. Bapak dan Ibu dosen Fisika FMIPA Universitas Udayana yang telah memberikan masukan dan pengetahuan. 5. Bapak Drs. I Made Wena, M.Si, Ibu Ni Nyoman Suani dan Made Adi Paramartha Putra, selaku orang tua dan adik yang selalu mendukung dan mendoakan demi terselesaikannya skripsi ini Penulis menyadari bahwa pemaparan materi dalam skripsi ini kurang sempurna dan masih terdapat keterbatasan dalam penyampainnya. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pembaca agar skripsi ini menjadi baik lagi Bukit Jimbaran, Agustus 2015 Penulis vii
ABSTRAK Telah dilakukan penelitian tentang efek paparan radiasi UV-C terhadap karakteristik rapat arus difusi ion dari membran kitosan. Membran kitosan yang digunakan adalah membran dengan variasi matrik 1%, 2%, 3%, dan 4%, lama paparan radiasi yaitu 5, 15, 30, dan 60 menit, dan larutan elektrolit yang digunakan adalah NaCl dengan variasi konsentrasi 0,1 mm, 1 mm, 10 mm, 100 mm, dan 1000 mm. Percobaan transport ion dilakukan dengan menggunakan model sebuah ruang cell yang terdiri dari 2 ruang yaitu ruang 1 (C1) dan 2 (C2), dan beda tegangan diukur menggunakan elektroda kalomel Activon AEP 111 pada temperatur ruang ± 28,1 o C. Dari hasil penelitian diperoleh bahwa rapat arus difusi ion bertambah seiring dengan bertambah besarnya: a) perbandingan konsentrasi larutan di ruang 1 dan 2, b) jumlah kitosan pembentuk membran (1%, 2%, 3%, dan 4%), dan c) waktu paparan radiasi. Semakin lama waktu paparan radiasi UV-C pada membran kitosan menyebabkan beda tegangan meningkat, sehingga rapat arus difusi ion menjadi semakin besar. Oleh karena itu, radiasi UV-C dapat mempengaruhi sifat konduktansi ion dari membran kitosan. Kata Kunci : Membran kitosan, radiasi UV-C, larutan elektrolit, rapat arus difusi ion ABSTRACT It has been conducted research on the effects of exposure to UV-C radiation on the characteristics of the current density of ion diffusion in the chitosan membranes. Chitosan membrane used is a membrane with matrix variation of 1%, 2%, 3%, and 4%, long exposure to radiation, namely 5, 15, 30, and 60 minutes, and the electrolyte solution used was NaCl with various concentrations of 0,1 mm, 1 mm, 10 mm, 100 mm, and 1000 mm. Ion transport experiments conducted by using a model of a space cell consisting of two rooms that one chamber (C1) and 2 (C2), and a voltage difference is measured using Activon AEP 111 calomel electrode at room temperature ± 28.1 C. The result showed that the current density of ion diffusion of the membranes increases with increasing magnitude: a) the ratio of the concentration of the solution in room 1 and 2, b) the amount of membrane-forming chitosan (1%, 2%, 3%, and 4%), and c) time radiation exposure. The longer the time of exposure to UV-C radiation on different chitosan membrane causes the voltage is increased, so that the ion diffusion current density becomes larger. Therefore, UV-C radiation can affect the properties of chitosan membrane ion conductance. Keyword: Chitosan membrane, UV-C radiation, electrolyte solution, current density of ion diffusion viii
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL... i FAKTA INTEGRITAS... ii LEMBAR PERSYARATAN GELAR... iii LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR... iv LEMBAR PERSETUJUAN... v PEDOMAN PENGGUNAAN... vi KATA PENGANTAR... vii ABSTRAK... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiv BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 3 1.3 Batasan Masalah...... 3 1.4 Tujuan Penelitian...... 3 1.5 Sistematika Penulisan... 4 1.6 Manfaat Penelitian... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5 2.1 Kitosan... 5 2.2 Membran... 6 2.2.1 Jenis-jenis membran... 7 2.3 Karakterisasi Gugus Fungsional Membran Kitosan... 9 2.4 Mekanisme Transpor Ion Membran... 10 2.5 Radiasi Ultraviolet (UV)... 13 2.6 Interaksi Radiasi UV dengan Materi... 14 ix
BAB III METODE PENELITIAN... 15 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian... 15 3.2 Alat dan Bahan... 15 3.2.1 Alat... 15 3.2.2 Bahan... 15 3.3 Diagram Alur Penelitian... 17 3.3.1 Pembuatan membran kitosan... 17 3.3.2 Penyinaran membran kitosan... 18 3.3.3 Karakterisasi membran kitosan... 18 3.3.4 Pelaksanaan eksperimen pengukuran potensial membran... 19 3.4 Pengolahan Data... 20 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 22 4.1 Hasil Penelitian... 22 4.2 Pembahasan... 22 4.2.1 Karakteristik membran kitosan... 22 4.2.2 Efek paparan radiasi UV-C terhadap rapat arus difusi ion pada membran kitosan... 27 BAB V PENUTUP... 44 5.1 Kesimpulan... 44 5.2 Saran... 44 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN x
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Rentang bilangan gelombang untuk beberapa gugus fungsi umum pada spektra inframerah... 9 Tabel 2.2 Karakteristik gugus fungsi kitin dan kitosan... 10 Tabel 3.1 Karakteristik serbuk kitosan... 16 Tabel 4.1 Tebal rata-rata membran kitosan... 22 Tabel 4.2 Gugus-gugus fungsi membran kitosan 1%, 2%, 3% dan 4% kontrol dan diradiasi UV-C sebagai hasil identifikasi menggunakan FTIR.. 27 Tabel 4.3 Nilai beda tegangan rata-rata (Vrata-rata) membran kitosan kontrol maupun sudah diradiasi UV-C pada saat pelaksanaan transport ion dengan larutan NaCl.... 28 Tabel 4.4 Perhitungan standar deviasi... 33 Tabel 4.5 Hasil perhitungan rapat arus difusi ion (J) membran kitosan pada larutan NaCl.... 35 xi
DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Struktur kitin... 5 Gambar 2.2 Struktur kitosan... 6 Gambar 2.3 Peristiwa difusi... 11 Gambar 2.4 Kurva karakteristik arus-tegangan membran penukar kation... 13 Gambar 3.1 Skema pelaksanaan penelitian... 17 Gambar 3.2 Rangkaian alat pengukur beda tegangan membran... 20 Gambar 4.1 Membran kitosan (a) 1%, (b) 2%, (c) 3%, dan (d) 4%.... 23 Gambar 4.2 Spektra FTIR membran kitosan tidak diradiasi UV-C (kontrol) : 1% (M1-0), 2% (M2-0), 3% (M3-0), dan 4% (M4-0)... 24 Gambar 4.3 Spektra FTIR membran kitosan 1% kontrol dan diradiasi UV-C... 25 Gambar 4.4 Spektra FTIR membran kitosan 2% kontrol dan diradiasi UV-C... 25 Gambar 4.5 Spektra FTIR membran kitosan 3% kontrol dan diradiasi UV-C... 26 Gambar 4.6 Spektra FTIR membran kitosan 4% kontrol dan diradiasi UV-C... 26 Gambar 4.7 Grafik antara beda tegangan rata-rata (Vrata-rata) dengan nilai C1/C2.... 29 Gambar 4.8 Grafik hubungan antara beda tegangan rata-rata (Vrata-rata) dengan nilai C1/C2 hasil trendline tipe logaritmik. x adalah C1/C2 dan y 1-0, y 2-0, y 3-0, dan y 4-0 adalah beda tegangan pada membran kitosan 1%, 2%, 3%, dan 4% kontrol: M1-0, M2-0, M3-0, dan M4-0... 29 Gambar 4.9 Grafik antara beda tegangan rata-rata dengan jenis membran kitosan: M1-0, M2-0, M3-0, dan M4-0.... 30 Gambar 4.10 Grafik hubungan antara beda tegangan rata-rata (Vrata-rata) dengan nilai C1/C2 hasil trendline tipe logaritmik. x adalah C1/C2 dan y 1-0, y 1-5, y 1-15, y 1-30, dan y 1-60 adalah beda tegangan pada membran kitosan 1% kontrol (M1-0) dan sudah xii
Gambar 4.11 Gambar 4.12 Gambar 4.13 Gambar 4.14 Gambar 4.15 Gambar 4.16 Gambar 4.17 diradiasi UV-C: M1-5, M1-15, M1-30, dan M1-60... 31 Grafik hubungan antara beda tegangan rata-rata (Vrata-rata) dengan nilai C1/C2 hasil trendline tipe logaritmik. x adalah C1/C2 dan y 2-0, y 2-5, y 2-15, y 2-30, dan y 2-60 adalah beda tegangan pada membran kitosan 2% kontrol (M2-0) dan sudah diradiasi UV-C: M2-5, M2-15, M2-30, dan M2-60... 31 Grafik hubungan antara beda tegangan rata-rata (Vrata-rata) dengan nilai C1/C2 hasil trendline tipe logaritmik. x adalah C1/C2 dan y 3-0, y 3-5, y 3-15, y 3-30, dan y 3-60 adalah beda tegangan pada membran kitosan 3% kontrol (M3-0) dan sudah diradiasi UV-C: M3-5, M3-15, M3-30, dan M3-60... 32 Grafik hubungan antara beda tegangan rata-rata (Vrata-rata) dengan nilai C1/C2 hasil trendline tipe logaritmik. x adalah C1/C2 dan y 4-0, y 4-5, y 4-15, y 4-30, dan y 4-60 adalah beda tegangan pada membran kitosan 4% kontrol (M4-0) dan sudah diradiasi UV-C: M4-5, M4-15, M4-30, dan M4-60... 32 Grafik antara rapat arus difusi ion dengan gradient konsentrasi ( C 1 C2) pada membran kitosan 1% ( M1-0), 2% (M2-0), x 3% (M3-0) dan 4% (M4-0).... 36 Grafik antara rapat arus difusi ion dengan gradient konsentrasi ( C 1 C2) pada membran kitosan 1% kontrol (M1-0) dan x teradiasi UV-C selama 5, 15, 30, dan 60 menit (M1-5, M1-15, M1-30, dan M1-60).... 36 Grafik antara rapat arus difusi ion dengan gradient konsentrasi ( C 1 C2) pada membran kitosan 2% kontrol (M2-0) dan x teradiasi UV-C selama 5, 15, 30, dan 60 menit (M2-5, M2-15, M2-30, dan M2-60)..... 37 Grafik antara rapat arus difusi ion dengan gradient konsentrasi xiii
Gambar 4.18 Gambar 4.19 Gambar 4.20 Gambar 4.21 Gambar 4.22 Gambar 4.23 Gambar 4.24 ( C 1 C2) pada membran kitosan 3% kontrol (M3-0) dan x teradiasi UV-C selama 5, 15, 30, dan 60 menit (M3-5, M3-15, M3-30, dan M3-60).... 37 Grafik antara rapat arus difusi ion dengan gradient konsentrasi ( C 1 C2) pada membran kitosan 4% kontrol (M4-0) dan x teradiasi UV-C selama 5, 15, 30, dan 60 menit (M4-5, M4-15, M4-30, dan M4-60).... 38 Grafik antara rapat arus difusi ion dengan beda tegangan rata- rata pada membran kitosan kontrol: M1-0, M2-0, M3-0, dan M4-0.... 39 Grafik antara rapat arus difusi ion dengan beda tegangan rata- rata pada membran kitosan 1% kontrol (M1-0) dan sudah diradiasi UV-C selama 5 (M1-5), 15 (M1-15), 30 (M1-30), dan 60 menit (M1-60).... 39 Grafik antara rapat arus difusi ion dengan beda tegangan rata- rata pada membran kitosan 2% kontrol (M2-0) dan sudah diradiasi UV-C selama 5 (M2-5), 15 (M2-15), 30 (M2-30), dan 60 menit (M2-60).... 40 Grafik antara rapat arus difusi ion dengan beda tegangan rata- rata pada membran kitosan 3% kontrol (M3-0) dan sudah diradiasi UV-C selama 5 (M3-5), 15 (M3-15), 30 (M3-30), dan 60 menit (M3-60).... 40 Grafik antara rapat arus difusi ion dengan beda tegangan rata- rata pada membran kitosan 4% kontrol (M4-0) dan sudah diradiasi UV-C selama 5 (M4-5), 15 (M4-15), 30 (M4-30), dan 60 menit (M4-60).... 41 Grafik antara rapat arus difusi ion dengan waktu paparan radiasi UV-C untuk membran kitosan 1%: (a) konsentrasi 0,1 mm : 0,1 mm, 1 mm : 0,1 mm dan 10 mm : 0,1 mm, dan (b) konsentrasi 100 mm : 0,1 mm dan 1000 mm : 0,1 mm.... 41 xiv
Gambar 4.25 Gambar 4.26 Gambar 4.27 Grafik antara rapat arus difusi ion dengan waktu paparan radiasi UV-C untuk membran kitosan 2%: (a) konsentrasi 0,1 mm : 0,1 mm, 1 mm : 0,1 mm dan 10 mm : 0,1 mm, dan (b) konsentrasi 100 mm : 0,1 mm dan 1000 mm : 0,1 mm..... 42 Grafik antara rapat arus difusi ion dengan waktu paparan radiasi UV-C untuk membran kitosan 3%: (a) konsentrasi 0,1 mm : 0,1 mm, 1 mm : 0,1 mm dan 10 mm : 0,1 mm, dan (b) konsentrasi 100 mm : 0,1 mm dan 1000 mm : 0,1 mm.... 42 Grafik antara rapat arus difusi ion dengan waktu paparan radiasi UV-C untuk membran kitosan 4%: (a) konsentrasi 0,1 mm : 0,1 mm, 1 mm : 0,1 mm dan 10 mm : 0,1 mm, dan (b) konsentrasi 100 mm : 0,1 mm dan 1000 mm : 0,1 mm.... 43 xv