laporan praktikum analisis instrumen VOLTAMETRI

PENGUKURAN ARUS PADA SENYAWA K 3Fe(CN)6 MENGGUNAKAN METODE VOLTAMETRI SIKLIK

Shofi Fajriah Ilmi 1, Ika Rachmawati 2, Zulhan Arif M.Si 3  Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan dan Ilmu Pengetahuan Alam  Institut Pertanian Bogor, Kampus Kampus IPB Dramaga-Indonesia Abstrak  Elektroda pasta karbon telah banyak digunakan dalam pengukuran kadar suatu  sampel dalam larutan dengan menggunakan voltametri. Pada percobaan ini telah dibuat elektroda pasta karbon untuk pengukuran larutan K 3 Fe(CN)6 menggunakan teknik voltametri  siklik, digunakan larutan elektrolit KCl. Dari percobaan diperoleh parameter yang baik untuk pengukuran volatmetri siklik ini yaitu daerah pemayaran -0,5-1 V, kecepatan  pemayaran pada kecepatan 100 mV/s, dan konsentrasi analat analat sebesar 0,1000 M . M .

Pendahuluan Metode yang digunakan untuk menganalisis sampel saat ini sangat beragam. Hal ini dilakukan untuk memperoleh informasi mengenai sampel yang diteliti. Dalam elektroanalisis dipelajari cara-cara analisis sampel dengan metode pendekatan menggunakan teknik elektro. Salah satu metode yang ada di dalamnya ialah metode voltametri. Voltametri adalah metode elektrokimia yang mengamati kelakuakn arus- potensial. Potensial divariasi secara sistematis dari spesi kimia yang mengalami oksidasi- reduksi di permukaan elektroda. Arus yang dihasilkan sebanding dengan konsentrasi spesi kimia di dalam larutan. Semua unsur yang dapat mengalami oksidasi reduksi di permukaan elektroda dapat dianalisis secara voltametri.

Keunggulan voltametri dibandingkan metode lainnya adalah penyediaan cuplikan yang sederhana dan waktu analisis yang cepat. Penyediaan cuplikan yang diperlukan  biasanya hanya han ya pelarutan pelaruta n tanpa t anpa pemekatan dan pemisahan pemi sahan unsurunsur - unsur mayornya, sehingga mengurangi sumber kesalahan dengan batas deteksi sampai 0,1 µg/L dengan peralatan yang tidak begitu mahal (Adrian 1995). Namun tetap saja ada kekurangan yaitu dalam analisis  biasanya analisis voltametri berasal dari dekomposisi tidak sempurna sehingga masih ada ion- ion yang tidak dalam keadaan bebas, masih terikat dengan matriks sehingga tidak dapat terdeteksi. Pelarutan dan dekomposisi bahan biasa dilakukan dengan campuran asam kuat dengan hidrogen peroksida (Iswani 2002) Sel voltametri terdiri dari elektroda kerja, elektroda pembantu, dan elektroda  pembanding dimana ketiganya tercelup dalam sel voltametri yang berisi larutan sampel seperti ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1 Skema sel voltametri Potensial luar (V) diberikan antara elektroda kerja dan elektroda pembanding. Bila ada reaksi oksidasi maupun reduksi pada elektroda kerja, arus yang dihasilkan dilewatkan ke elektroda  pembantu, sehingga reaksi yang terjadi pada elektroda pembantu akan berlawanan dengan reaksi yang terjadi pada elektroda kerja. Voltametri siklik adalah teknik yang digunakan untuk memperoleh informasi kualitatif tentang reaksi elektrokimia. Voltametri siklik merupakan suatu metode pengukuran elektrokimia potensiodinamik. Bentuk gelombang potensial yang digunakan pada analisis elektrokimia merupakan bentuk gelombang linear, yaitu potensial yang secara kontinyu diubah sebagi fungsi linear terhadap waktu. Volatmetri siklik dilakukan dengan memayar  potensial dari V1 ke V2 dan mengembalikannya ke V1 pada kecepatan payar tertentu.

Gambar 2 Profil waktu vs tegangan pada voltametri siklik Hasil pengukuran voltametri siklik dapat digunakan untuk menentukan sifat termodinamika proses redoks, sifat kinetik reaksi transfer elektron dan reaksi adsorpsi. Scan  potensial dan kurva yang dihasilkan pada voltametri siklik ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3 Ilustrasi arus oksidasi dan reduksi, potensial puncak oksidasi dan reduksi.

Elektroda pasta karbon merupakan elektroda murah yang permukaannya dapat diperbaharui sehingga modifikasi elektroda pasta karbon banyak dipilih sebagai elektroda  pengganti raksa Elektroda pasta karbon dapat dimodifikasi dengan mencampurkan modifier sebagai salah satu bahan elektroda (bulk modified ) maupun dengan melapisi permukaan elektroda dengan film tipis dari modifier/ surface modifier (Widodo dkk 2006). Prosedur percobaan Alat dan Bahan Alat yang digunakan pada percobaan ini adalah software E-Chem, labu takar, gelas  piala, dan seperangkat alat gelas. Bahan yang digunakan meliputi grafit, parafin, lempeng tembaga, elektroda reference, elektroda pembantu, KCl 1 M dan K 3Fe(CN)6 . Metode Pembuatan elektrode pasta karbon Ditimbang grafit sebanyak 70 mg dan dicampurkan dengan parafin cair 30 mg dalam wadah kecil, lalu dipindahkan ke dalam mortar dan digerus hingga membentuk pasta yang homogen (penggerusan dilakukan selama kurang lebih 30 menit). Sebuah tabung kaca dengan diameter 2.5 mm digunakan sebagai badan elektrode. Kawat tembaga digunakan sebagai  penghubung elektrode ke sumber listrik dimasukkan ke dalam tabung hingga tersisa ruang kosong sekitar 3 mm pada ujung tabung (untuk merekatkan kawat dengan tabung digunakan lem lilin). Kemudian pasta dimasukkan ke ujung tabung tersebut hingga penuh dan padat. Permukaan elektrode kemudian digosok menggunakan kertas minyak. Penentuan jendela potensial Larutan K 3Fe(CN)6 dimasukkan ke dalam sel pengukuran. Elektrode kerja karbon dihubungkan ke penjepit buaya berwarna hijau, elektrode pembanding Ag/AgCl ke penjepit  berwarna kuning, dan elektroda platina dihubungkan ke penjepit berwarna merah. Elektrode dicelupkan ke dalam larutan dalam sel pengukuran Potensiostat dipastikan telah menyala dan  program Echem dibuka dan dipilih teknik voltametri siklik. Teknik pengukuran diatur sehingga laju alir menjadi 100 mV/s, jendela potensial diatur dari 0 Volt hingga 1 Volt. Pengaruh kecepatan payar terhadap arus puncak Teknik pengukuran diatur dan laju payar divariasikan pada 100 mV/s, 150 mV/s, 200 mV/s, dan 250 mV/s pada jendela potensial yang telah ditentukan pada langkah sebelumnya. Pengukuran dilakukan 3 kali ulangan. Pengaruh konsentrasi analat terhadap arus puncak Larutan analat dibuat berbagai macam konsentrasi, yaitu 1 mM, 5 mM, dan 8 mM dari larutan induk 1 mM K 3Fe(CN)6 dengan pelarut KCl 1 M. Pengukuran dilakukan pada  jendela potensial dan kecepatan payar yang sesuai. Pengukuran masing-masing konsentrasi dilakukan 3 kali ulangan. Hasil yang diperoleh diolah dan ditentukan nilai arus oksidasi dan reduksinya. Selanjutnya voltamogram yang didapatkan diolah dalam software Origin.

Pembahasan Percobaan ini menggunakan senyawa Fe(CN) 63-  dengan larutan KCl sebagai larutan elektrolit. Larutan elektrolit berfungsi sebagai medium penghantar dengan transfer muatan melalui pergerakan ion-ion elektrolit tersebut. Elektroda yang digunakan pada pengukuran ini adalah elektroda karbon sebagai elektoda kerja, elektroda Ag/AgCl sebagai elektroda  pembanding, dan elektroda platina sebagai elektroda pembantu. Elektroda karbon yang digunakan dibuat seteliti mungkin agar memperoleh voltamogram yang baik. Elektroda  pembantu yang digunakan adalah platina (Pt). elektroda padat Pt ini memiliki kelebihan yaitu dapat digunakan pada daerah potensial yang lebih luas. Platina dapat digunakan pada +1,2 V  –   (-0,2) Volt (vs EKJ) dalam suasana asam dan +0,7 V  –   0,1 V dalam suasana basa. Faktorfaktor yang memengaruhi pengukuran ion dengan metode voltametri siklik ini adalah  scan rate, waktu akumulasi, elektroda tidak reproducible, sampling rate dan noise. Percobaan ini akan menentukan jendela potensial, kecepatan payar, dan konsentrasi analat terhadap arus puncak. Cara kerja dari voltameter pada percobaan ini adalah dialirkan gas nitrogen ke dalam larutan selama beberapa saat. Hal ini dilakukan untuk membebaskan larutan dari oksigen terlarut. Adanya oksigen terlarut dalam larutan akan menyebabkan reaksi redoks pada permukaan elektroda sehingga akan terlihat puncak-puncak oksigen pada voltamogram. Puncak- puncak oksigen tersebut akan mengganggu analisis jika memberikan  puncak pada potensial yang mirip dengan potensial analit. Pengujian awal dilakukan untuk menentukan jendela potensial yang baik pada proses  pengukuran. Penentuan jendela potensial dilakukan untuk mengetahui kisaran jendela  potensial yang cocok untuk pengukuran analit sampel dengan kecepatan payar tertentu. Jika voltamogram dengan jendela potensial yang telah ditentukan menghasilkan voltamogram yang terpotong atau tidak membentuk siklik yang baik, maka jendela potensial yang dipakai tidak cocok (Fatimah & Endarko 2013). Senyawa yang dianalisis adalah Fe(CN) 63- dalam larutan elektrolit KCl dan diperoleh jendela potensial yang baik pada daerah pemayaran -0,51,0 V ditunujukkan pada Gambar 4.

I (µA)

E(V)

Gambar 4 Voltamogram siklik jendela potensial -0,5-1,0 V larutan KCl 0,1 M

Selanjutanya penentuan kecepatan yang baik pada analisis ini. Digunakan pengujian kecepatan payar 50 mV/s, 100 mV/s, dan 200 mV/s dan diperoleh kecepatan payar yang  paling baik adalah 100 mV/s. Pengaruh kecepatan payar terhadap arus oksidasi maupun arus reduksi dapat dilihat dengan seberapa besar arus yang dihasilkan. Kecepatan payar tinggi akan menghasilkan arus oksidasi dan arus reduksi yang semakin meningkat dan sebanding dengan jendela potensial yang digunakan pada analisis. I

A

EV

Gambar 5 Voltamogram siklik Fe(CN) 63- pengaruh kecepatan payar terhadap arus  puncak (B) 50 mV/s (D) 100 mV/s (E) 200 mV/s Tabel 1 Data arus oksidasi dan arus reduksi pada konsentrasi Fe(CN)63- 0,02 M terhadap  perbedaan laju payar. Beda payar (mV/s) 50 100 150 200 250

Arus oksidasi (µA) 52.600 142.680 179.594 206.453 238.805

Arus reduksi (µA) -121.197 -174.450 -219.523 -250.055 -286.414

300.000     ) 250.000    A    µ     (    i 200.000    s    a     d    i 150.000    s     k    O    s 100.000    u    r    A 50.000

y = 0.8724x + 33.172 R² = 0.9278

0.000 0

50

100

150

200

250

300

Beda payar (mV/s)

Gambar 6 Data arus oksidasi dan arus reduksi pada konsetrasi K 3Fe(CN)6 0,02 M terhadap  perbedaan laju payar.

Selanjutnya pengaruh konsentrasi analit terhadap arus puncak dapat juga diamati secara voltametri siklik pada gambar 7. Perilaku redoks pada senyawa Fe(CN) 63-  ini diuji dengan melihat pengaruh konsentrasi analit terhadap arus oksidasi dan arus reduksi senyawa tersebut. Arus yang diukur pada analisis voltametri terjadi akibat adanya reaksi redoks pada  permukaan elektroda. Arus oksidasi terbentuk saat potensial dipayar ke nilai yang lebih  positif dan terjadi reaksi oksidasi. Arus oksidasi biasanya bernilai sama dengan arus reduksinya, pengaruh konsentrasi berbanding lurus terhadap arus reduksi dan arus oksidasinya. Semakin tinggi konsentrasi senyawa analit maka arus oksidasi dan arus reduksi semakin tinggi (Taufik 2013).

I (µA)

E(V)

Gambar 7 Voltamogram pengaruh konsentrasi analit terhadap arus (B) Konsentrasi 0,02 M (D) Konsentrasi 0.04 M (F) Konsentrasi 0,06 M (H) Konsentrasi0,08 M (J) Konsentrasi 0,10 M Tabel 2 Data arus oksidasi dan arus reduksi pada kecepata n payar 100 mV/s [K 3Fe(CN)6] (M)

0.0200 0.0400 0.0600 0.0800 0.1000

Arus oksidasi (µA) 102.420 294.359 319.200 456.000 597.600

Arus reduksi (µA) -124.640 -379.358 -513.200 -652.000 -836.200

300.000 250.000 y = 0.8724x + 33.172 R² = 0.9278

    )    A    µ 200.000     (    i    s    a     d    i 150.000    s     k    O    s    u 100.000    r    A

50.000 0.000 0

50

100

150

200

250

300

Konsentrasi (M)

Gambar 8 Kurva hubungan konsentrasi K 3Fe(CN)6 terhadap arus oksidasi pada kecepatan  payar 100 mV/s Faktor kesalahan yang mungkin terjadi dalam percobaan adalah ketidak homogenan  pencampuran antara pasta karbon dengan parafin, pengisian pasta karbon ke dalam batang kaca yang tidak rapat dan merata, ketidakstabilan arus listrik yang mengalir pada voltameter sehingga menghasilkan noise saat pemayaran, dan kontaminasi zat lain pada analat. Simpulan

Perilaku redoks senyawa K 3Fe(CN)6 dapat diamati menggunakan metode voltametri. Perilaku reaksi redoks senyawa K 3Fe(CN)6 terhadap arus puncak diamati dengan variasi kecepatan payar, dan konsentrasi analat. Berdasarkan data yang diperoleh dapat disimpulkan  bahwa kecepatan payar dan konsentrasi analit berbanding lurus dengan tingginya arus puncak yang dihasilkan pada anode dan katode. Daftar Pustaka

Adrian W Bott. 1995. Voltammetry determination of trace concentration of metals environment. Current Spearation 14(1):1-4.

in the

Fatimah I, Endarko.2013.Fabrikasi dan karakterisasi elektroda untuk system capasitive deionization (CDI) pada proses desalinasi larutan NaCl dengan metode  Freezingthawing  Jurnal Teori Dan Aplikasi Fisika 1(02): 137-144. Iswani. 2002. Preparasi Contoh Lingkungan dan Makanan untuk Mendukung Deteksi Logam Berat secara Elektrokimia Pelarutan Kembali. Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar dan Teknologi nuklir, P3TM-BATAN. Taufik M. 2013. Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Kuersetin untuk Analisis Ion Tembaga(II) Secara Voltammetri. Bogor (ID): Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor.

Widodo D.S, Kuncaka A, dan Siswanta D. 2006. Sintesis organik dengan pendekatan elektrokimia : reduksi kurkumin. Jurnal Semnas Kimia. 2(1):13-15.