OTOMATISASI TITRASI ASAM BASA BERBASIS MIKROKONTROLER Oleh: Fahrunnisa, Arfan Eko Fahrudin, S.Si., M.Eng., Iwan Sugriwan, S.Si., M.Si. Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lambung Mangkurat Jalan A. Yani Km. 36 Banjarbaru, Kalsel e-mail: ichaseven777@gmail.com ABSTRACT AUTOMATION TITRATION OF BASE ACID BASED ON MICROCONTROLLER (By: Fahrunnisa; Arfan Eko Fahrudin, S.Si., M.Eng.; Iwan Sugriwan, S.Si., M.Si.; 2017; 26 pages) Titration is a process of determining the concentration of a liquid by adding a liquid that has been determined concentration. The completion of the titration process is indicated by the change of color of the sample liquid. In this research, an automation titration of base acid based on microcontroller system is made. The change of color from the sample liquid will be sensed by the photodiode sensor with high power LED (HPL) as the light source. When a constant change of color occurs the stepper motor turns the buret valve to close and the relay switches off the magnetic stirrer. There is a volume difference between the volume of NaOH in the titration process automatically with the volume of NaOH analytically but the automation titration of base acid based on microcontroller system that has been made to work well. This is shown from the test results using the set point 2082 mv volume of NaOH obtained for 5.72 ± 0.18 ml or 5.54 ml up to 5.9 ml. Keywords : automation, the acid base titration, photodiode, microcontroller
I. PENDAHULUAN Titrasi merupakan proses penentuan konsentrasi suatu larutan dengan menambahkan larutan yang sudah ditentukan konsentrasinya (larutan standar) (Syukri, 1999). Indikator adalah suatu zat yang ditambahkan ke dalam larutan pereaksi (dalam labu erlenmeyer) yan g mengalami perubahan warna. Perubahan warna ini menandakan telah tercapainya titik akhir titrasi, yang berarti penetesan larutan pentitrasi dihentikan dan volumenya dicatat. Salah satu reaksi yang sering digunakan dalam titrasi adalah netralisasi asam basa (Brady, 1999). Penelitian tentang titrasi otomatis diantaranya dilakukan oleh Pratama (2007), Ika (2009) dan Sujono (2009). Pratama (2007) mengukur kadar vitamin C dalam larutan menggunakan metode titrasi iodimetri yang terotomatisasi dengan komputer menggunakan modul LabVIEW. Perubahan warna larutan dideteksi dengan sensor cahaya light dependent resistor (LDR) yang ditempatkan di sisi luar gelas uji dan di sisi lain yang berseberangan dengan LDR ditempatkan light emitting diode (LED) sebagai sumber cahaya LDR. Output sistem menggerakkan motor direct current (DC) yang dihubungkan dengan pengaduk. Ika (2009) juga mengukur kadar vitamin C dalam larutan tetapi menggunakan sensor konduktivitas. Sinyal sensor konduktivitas diterima oleh mikrokontroler, apabila mikrokontroler telah membaca ph 7 hingga lima kali maka proses titrasi dihentikan. Sujono (2009) membuat sistem pengukur molaritas larutan dengan metode titrasi asam basa berbasis komputer. Perubahan warna larutan dideteksi oleh sensor LDR dengan menggunakan lampu tabung sebagai sumber cahayanya. Sistem yang dibuat menggunakan motor DC sebagai pengatur bukaan kran buret dan dihubungkan dengan pengaduk. Dalam penelitian ini telah direalisasikan sistem otomatisasi titrasi asam basa berbasis mikrokontroler. Mikrokontroler yang digunakan adalah Arduino UNO. Input dari mikrokontroler Arduino UNO adalah output dari sensor fotodioda yang berfungsi sebagai pendeteksi perubahan warna larutan sampel pada proses titrasi dengan menggunakan high power LED (HPL) sebagai sumber cahayanya. Larutan sampel yang digunakan adalah HCl sedangkan larutan standarnya adalah NaOH. Sistem ini dihubungkan dengan magnetic stirrer dan motor stepper sebagai pengatur bukaan kran buret. II. METODOLOGI Pembuatan dan pengujian sistem otomatisasi berbasis mikrokontroler dilakukan di Laboratorium Fisika 3 Program Studi Fisika FMIPA UNLAM Banjarbaru. Tahapan dalam penelitian ini ditunjukkan pada Gambar 1. Gambar 1. Tahapan penelitian Pembuatan perangkat lunak meliputi program ambil data sensor, program konversi tegangan tegangan sensor analog menjadi digital dan program menampilkan data pada LCD 16x2. Gambaran sistem yang dibuat ditunjukkan pada Gambar 2. Gambar 2. Gambaran sistem otomatisasi
Karakterisasi sensor fotodioda bertujuan untuk mendapatkan nilai set point yang digunakan pada sistem otomatisasi. Karakterisasi dilakukan sebanyak tiga kali pada masingmasing larutan dengan melihat rata-rata tegangan keluaran rangkaian sensor fotodioda ketika mendeteksi larutan yang belum dititrasi dan larutan yang sudah dititrasi. Larutan yang digunakan adalah 40 ml larutan HCL 0,32 M yang dititrasi bervolume 5,75 ml yang diperoleh dari Persamaan 1. V HCl x M HCl = V NaOH x M NaOH. (1) Motor Stepper Keterangan : V HCl = Volume HCl (40 ml) M HCl = Molaritas HCl (0,32 M) V NaOH = Volume NaOH M NaOH = Molaritas NaOH (2,2245 M) Magnet HPL Alat kontrol yang dibuat Nilai yang menjadi set point adalah tegangan ketika rangkaian sensor fotodioda mendeteksi larutan yang sudah dititrasi. Sebagai pembanding dari nilai set point yang didapat maka rangkaian sensor fotodioda tersebut juga diuji menggunakan 40 ml larutan HCL 0,32 M yang dititrasi bervolume mendekati dengan 5,75 ml, dalam hal ini digunakan volume 5,6 ml. Skema otomatisasi sistem titrasi asam basa terlihat pada Gambar 3. Pengujian dilakukan dengan melihat respon sistem yang dibuat dengan nilai set point yang berbeda serta membandingkan volume NaOH sebenarnya yaitu 5,75 ml dengan volume NaOH yang terpakai saat proses titrasi otomatis dengan alat yang dibuat. O N S H Sensor Fotodioda Magnetic Stirrer Gambar 3. Skema otomatisasi sistem III. HASIL DAN PEMBAHASAN Perangkat lunak yang dibuat dan ditanam ke dalam mikrokontroler Arduino Uno telah memungkinkan untuk menjalankan sistem otomatisasi titrasi asam basa dan menampilkan nilai tegangan sensor beserta indikator saat titrasi pada LCD. Cara kerja sistem otomatisasi titrasi asam basa berbasis mikrokontroler ini dimulai ketika menekan tombol switch yang terdapat pada box komponen. Setelah LCD yang terdapat pada box komponen menampilkan Titrasi Mulai maka motor stepper memutar kran buret untuk meneteskan larutan NaOH dan magnetic stirrer untuk mengaduk larutan HCl menyala. Ketika LCD menampilkan
Sedang Titrasi rangkaian sensor fotodioda mendeteksi larutan HCl di dalam erlenmeyer yang ditempatkan pada box sensor dan selama proses titrasi tegangan keluaran sensor fotodioda tersebut juga ditampilkan pada LCD. Jika mikrokontroler telah membaca set point maka motor stepper menutup kran buret dan mengaktifkan relay untuk mematikan magnetic stirrer. Integrasi sistem titrasi asam basa otomatis ditunjukkan pada Gambar 4. Buret Box sensor Magnetic stirrer Gambar 4. Integrasi sistem basa otomatis Box komponen Motor stepper titrasi asam Proses karakterisasi rangkaian sensor fotodioda dilakukan sebanyak tiga kali pada masing-masing sampel larutan. Sampel yang pertama adalah 40 ml larutan HCL 0,32 M yang dititrasi dengan larutan NaOH 2,2245 M bervolume sesuai dengan perhitungan analitis yaitu 5,75 ml sedangkan sampel yang kedua adalah 40 ml larutan HCL 0,32 M yang dititrasi bervolume mendekati dengann perhitungan analitis yaitu 5,6 ml. Larutan HCl yang belum dititrasi berwarna bening dengan tegangan keluaran rata-rataa rangkaian sensor fotodioda sebesar 3072 mv, sedangkan larutan HCl yang telah dititrasi dengan larutan NaOH berwarna keunguan dengan tegangan keluaran rata-rata rangkaian sensor fotodioda seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1. Tabel 1. Hasil karakterisasi rangkaian sensor fotodioda Tegangan No Sampel Larutan Rata-rata (mv) 1 2 Penambahan NaOH 5,75 ml Penambahan NaOH 5,6 ml Tabel 1 merupakan hasil karakterisasi rangkaian sensor fotodioda. Nilai tegangan 2081 mv dan 2066 mv tidak pernah muncul pada data karakteristik sehingga nilai tegangan yang terdekat dengan keduanya yaitu 2082 mv dan 2067 mv menjadi set point untuk sistem kontrol pada penelitian ini. Pengujian dilakukan sebanyak 5 kali pengulangan dengan melihat respon sistem yang dibuat dengan nilai set point yang diperoleh dari hasil karakterisasi serta membandingkan volume NaOH yang terpakai saat proses titrasi otomatis dengan volume NaOH analitis yaitu 5,75 ml. Hasil pengujian sistem otomatis ditunjukkan pada Tabel 2. Tabel 2. Hasil pengujian sistem titrasi asam basa otomatis Volume NaOH dengan titrasi otomatis (ml) No Set point Set point 2082 mv 2067 mv 1 5,6 5,3 2 5,9 5,8 3 5,7 5,6 4 5,9 5,7 5 5,55 5,2 Rata-rata ( ) 5,72 5,52 Standar deviasi (σ) 2081 2066 0,18 0,26
Dari Tabel 2 terlihat bahwa pengujian sistem otomatis dengan set point 2082 mv memiliki ratarata yang lebih mendekati volume NaOH analitis dan standar deviasi yang lebih kecil daripada dengan menggunakan set point 2067 mv. Semakin kecil nilai standar deviasi maka semakin kecil pula penyimpangan nilai pengukuran dari nilai rata-ratanya. Perbedaan volume NaOH pada proses titrasi secara otomatis dengan volume NaOH secara analitis disebabkan karena tidak stabilnya gerakan motor stepper yang mengakibatkan larutan NaOH yang diteteskan berubah-ubah. Tetapi secara umum sistem otomatisasi berbasis mikrokontroler yang telah dibuat dapat bekerja dengan baik. Hal ini ditunjukkan dari hasil pengujian dengan menggunakan set point 2082 mv volume NaOH yang diperoleh sebesar 5,72 ± 0,18 ml atau 5,54 ml sampai dengan 5,9 ml. Ika, D. 2009. Alat Otomatisasi Pengukur Kadar Vitamin C dengan Metode Titrasi Asam Basa. UIN Maulana Malik Ibrahim, Malang. Pratama, A, dkk. 2007. Aplikasi LabVIEW sebagai Pengukur Kadar Vitamin C dalam Larutan Menggunakan Metode Titrasi Iodimetri. Universitas Diponegoro, Semarang. Sujono. 2009. Sistem Pengukur Molaritas Larutan dengan Metode Titrasi Asam Basa Berbasis Komputer. Universitas Budi Luhur, Jakarta. Syukri. 1999. Kimia Dasar 2. ITB, Bandung. IV. KESIMPULAN 1. Rangkaian sensor fotodioda yang telah dibuat mampu mendeteksi perubahan warna pada proses titrasi asam basa. Nilai set point yang digunakan adalah nilai tegangan terdekat dari rata-rata tegangan keluaran larutan HCl yang telah dititrasi yaitu 2082 mv dan 2067 mv. 2. Sistem otomatisasi berbasis mikrokontroler yang telah dibuat dapat bekerja dengan baik. Hal ini ditunjukkan dari hasil pengujian dengan menggunakan set point 2082 mv volume NaOH yang diperoleh sebesar 5,72 ± 0,18 ml atau 5,54 ml sampai dengan 5,9 ml. DAFTAR PUSTAKA Brady, J. E. 1999. Kimia Universitas : Asas & Struktur Edisi Kelima Jilid Satu. Binarupa Aksara, Jakarta.