Kimia Analitik Lanjut dan Instrumentasi (M. Situmo rang) Halaman i Kimia Analitik Lanjut dan Instrumentasi (M. Situmor ang) Halaman ii KIMIA ANALITIK LANJUT DAN INSTRUMENTASI Manihar Situmorang Penerbit: FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI MEDAN Jln. Willem Iskandar, Psr V Medan 20222; Telp (061) 6625970; Fax. (061) 6613319-6614002 Kimia Analitik Lanjut dan Instrumentasi (M. Situmorang) Halaman iii Manihar Situmorang KIMIA ANALITIK LANJUT DAN INSTRUMENTASI – Cetakan I, Medan: Penerbit Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Medan 2010 xvi, 228 hlm, 21 cm ISBN: 978-979-16240-2-2 Bibliografi: hal 228 KIMIA ANALITIK LANJUT DAN INSTRUMENTASI Manihar Situmorang ___________________________________________________________ Diterbitkan: Penerbit Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Medan, Jln. Willem Iskandar, Psr V Medan 20222; Telp (061) 6625970; Fax. (061) 6613319-6614002 Hak cipta dilindungi undang-undang Dilarang mengutip atau memperbanyak dalam bentuk apa pun tanpa izin tertulis dari Penerbit Cetakan I: 2010 Kimia Analitik Lanjut dan Instrumentasi (M. Situmor ang) Halaman iv KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Kuasa atas segala penyertaan dan kasihNya yang sudah memberikan kesehatan, berkat dan hikmat kepada penulis sehingga penulisan Buku Ajar Kimia Analitik Lanjut dan Instrumentasi ini dapat dilakukan untuk memenuhi materi bahan kuliah kepada mahasiswa. Pengetahuan terhadap kimia analitik lanjut dan instrumentasinya sangat diperlukan oleh mahasiswa, karena menyangkut penguasaan teori dan instrumentasi yang dapat dipergunakan untuk praktikum dan penelitian di laboratorium. Kimia Analitik lanjut dan Instrumentasi ini merupakan mata kuliah wajib bagi Jurusan Kimia. Berdasarkan Garis-Garis Besar Program Pengajaran (GBPP) mata kuliah Kimia Analitik Lanjut dan Instrumentasi memuat pokok bahasan seperti pengantar kimia analitik lanjut dan instrumen analisis, spektroskopi absorpsi, dasar elektroanalisis, metoda elektroanalisis potensiometri, elektroanalisis voltametri, metode elektroanalisis konduksimetri, dan aplikasi metode analitik menggunakan metode spektroskopi absorbsi untuk penentuan asam urat, pembuatan ion selektif elektroda dalam sensor potensiometri untuk penentuan timbal, dan pembuatan biosensor untuk penentuan glukosa. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada DP2M Dikti Depdiknas yang sudah memberikan dana penelitian melalui Proyek Hibah Bersaing Tahun 2003, Hibah Bersaing Tahun 2007, dan Hibah Kompetitif Penelitian Sesuai Prioritas Nasional Tahun Anggaran 2009. Sebagian dari hasil penelitian tersebut dijadikan sebagai contoh aplikasi metode analisis sebagai bagian dari pengembangan instrumen analisis yang disajikan sebagai Bab tersendiri di dalam buku ini. Isi buku ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan waktu penyusunannya. Saran dan kritik yang membangun dari pembaca diharapkan sehingga dalam edisi berikutnya akan mempunyai banyak perubahan dalam isi maupun aplikasi metode analisis. Kiranya buku ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan bagi mahasiswa yang mengikuti perkuliahan Kimia Analitik lanjut dan Instrumentasi. Medan, 3 Januari 2010 Penyusun, Manihar Situmorang Kimia Analitik Lanjut dan Instrumentasi (M. Situmorang) Halaman ii DAFTAR ISI Halaman Kata Pengantar i Daftar Isi ii Daftar Tabel vii Daftar Gambar x Bab I Pengantar Kimia Analitik Lanjut Dan Instrumen Analisis 1 1.1. Pendahuluan 1 1.2. Jenis Metode Analisis 3 1.3. Instrumen Untuk Analisis Kimia 4 1.4. Metode Analisis Instrumen 6 1.5. Komponen Instrumen Analitik 6 1.6. Ketidakpastian Dalam Pengukuran Analitik 9 1.6.1. Presisi dan Akurasi Pengukuran 12 1.6.2. Jenis-jenis kesalahan pengukuran 13 1.6.3. Hubungan kesalahan dengan presisi dan akurasi 15 1.6.4. Contoh Kesalahan pengukuran yang sering terjadi 16 1.6.5. Menangani kesalahan 18 1.6.6. Penyajian kesalahan dalam data analisis 18 1.6.7. Pemilihan data 20 1.7. Sensitivitas dan Batas Deteksi 21 1.7.1. Sensitivitas Pengukuran 21 1.7.2. Deteksi batas (limit deteksi) 22 Bab II Spektroskopi Absorpsi 24 2.1. Pendahuluan 24 2.2. Spektroskopi Absorpsi 26 2.3. Spektrofotometri Pada Daerah Sinar Tampak 31 2.4. Pengoperasian dan Respon Spektrofotometer 35 2.4.1. Pengukuran respon spektrofotometri 36 2.4.2. Pengukuran Spektrum Sinar Tampak 36 2.5. Hukum Beer 37 2.6. Analisis Campuran Dua Komponen Sekaligus 38 2.7. Penentuan k dari Plot Hukum Beer 40 Kimia Analitik Lanjut dan Instrumentasi (M. Situmorang) Halaman iii 2.8. Presisi Spektrofotometri 41 2.9. Koreksi Sel 44 Bab III Spektrofotometri Penentuan Asam Urat 46 3.1. Pendahuluan 46 3.2. Analisis Penentuan Asam Urat 48 3.3. Metode Penelitian 49 3.3.1. Zat, Bahan dan Peralatan 50 3.3.2. Prosedur Penelitian 50 3.4. Hasil dan Pembahasan 51 3.4.1. Optimasi Spektofotometri Penentuan Asam Urat 52 3.4.2. Analisis Penentuan Asam Urat di Dalam Sampel 53 3.4.2.1. Asam urat dalam daging segar 53 3.4.2.2. Asam urat dalam makanan kaleng 55 3.5. Kesimpulan 57 Bab IV Dasar Elektroanalisis 59 4.1. Pendahuluan 59 4.2. Dasar Elektroanalisis 60 4.2.1. Muatan listrik 62 4.2.2. Arus listrik 62 4.2.3. Voltase, Usaha dan Energi bebas 62 4.2.4. Hukum Ohm 63 4.2.5. Daya 63 4.3. Sel Galvanik 64 4.4. Anoda dan Katoda 65 4.5. Reaksi di dalam sel 66 4.6. Penulisan Notasi sel elektrokimia 70 4.7. Reaksi oksidasi dan Reduksi 71 4.8. Hubungan konsentrasi dengan potensial elektroda 75 4.9. Kegunaan Potensial Elektroda 77 4.10. Menghitung Voltase sel 77 4.11. Menghitung Konstanta Kesetimbangan Reaksi 81 4.12. Menghitung Konstanta Kesetimbangan Reaksi Bukan Redoks 83 Kimia Analitik Lanjut dan Instrumentasi (M. Situmorang) Halaman iv Bab V Metoda Elektroanalisis Potensiometri 85 5.1. Pendahuluan 85 5.2. Komponen Potensiometri 87 5.2.1. Elektroda Referensi 87 5.2.1.1. Elektroda Referensi Kalomel 88 5.2.1.2.Elektroda Referensi Ag/AgCl 89 5.2.2. Elektroda Indikator 89 5.2.2.1. Elektroda Redoks 89 5.2.2.2. Elektroda Tingkat-pertama 90 5.2.2.3. Elektroda tingkat-dua 90 5.2.2.4. Elektroda Ion Selektif (ISE) 91 5.2.2.5. Elektroda Membran Cairan 91 5.2.2.6. Elektroda Solid State atau Elektroda Presipitasi 91 5.2.2.7. Elektroda Gas Sensing 92 5.2.2.8. Elektroda Enzim 92 5.3. Jenis-Jenis Pengukuran Potensiometri 92 5.3.1. Potensiometri Langsung 92 5.3.2. Titrasi Potensiometri 93 5.3.3. Pengukuran pH 93 5.4. Prosedur Umum Pengukuran pH Dengan pH-Meter 97 5.5. Prosedur Umum Pengukuran Potensiometri 99 5.6. Petunjuk Untuk Titrasi Potensiometri 100 5.7. Penentuan Titik Ekivalen Titrasi Potensiometri 101 5.7.1. Metode Dua Arah (Bisection). 102 5.7.2. Metode Konstruksi 102 5.7.3. Metode Tangensial 103 5.7.4. Metode Melingkar (Circle-Fit) 104 5.7.5. Metode Turunan (Derivatif) 104 5.7.6. Metode Gran Plot 106 Bab VI Potensimetri Penentuan Timbal Menggunakan Elektroda Ion Selektif 108 6.1. Pendahuluan 108 6.2. Metode Penelitian 111 6.2.1. Zat Kimia dan Bahan 111 Kimia Analitik Lanjut dan Instrumentasi (M. Situmorang) Halaman v 6.2.2. Peralatan 111 6.2.3. Prosedur penelitian 112 6.3. Hasil Penelitian 114 6.3.1. Sintesis Ionofor Sebagai Komponen ISE 114 6.3.2. Disain Potensiometri Penentuan Timbal 115 6.3.3. Penentuan Timbal Secara Potensiometri 116 6.3.4. Selektifitas Elektroda Terhadap Timbal 118 6.3.5. Keterulangan Elektroda Ion Selektif 121 6.3.6. Stabilitas Membran Elektroda Ion Selektif 122 6.4. Analisis Timbal Dalam Sampel Limbah 123 6.5. Sensor Potensiometri dalam Sistem FIA 126 6.6. Respon elektroda ISE dalam sistem FIA terhadap timbal 128 6.6.1. Pengaruh plastisiser dan matriks di dalam membran ISE 231 6.5.2. Pengaruh Volume injeksi 132 6.5.3. Pengaruh panjang pipa pengaduk 133 6.6.4. Respon ISE terhadap ion pengganggu 135 6.7. Kesimpulan 137 6.8. Daftar Pustaka 138 Bab VII Elektroanalisis Voltametri 141 7.1. Pendahuluan 141 7.2. Polarografi 142 7.2.1. Potensial setengah 151 7.2.2. Peralatan Polarografi 152 7.3. Siklik Voltametri 154 Bab VIII Amperometri Penentuan Glukosa Dalam Makanan Dan Minuman 159 8.1. Pendahuluan 159 8.2. Analisis Kualitas Makanan dan Minuman 161 8.2.1. Analisis Secara Biosensor 163 8.2.2. Miniaturasi Instrumentasi 165 8.3. Metode Penelitian 167 8.3.1. Zat Kimia dan Larutan 168 8.3.2. Instrumentasi Laboratorium 169 Kimia Analitik Lanjut dan Instrumentasi (M. Situmorang) Halaman vi 8.3.3. Penyediaan dan Perlakuan Sampel Untuk Analisis 170 8.3.5. Prosedur dan Tahapan Penelitian 171 8.3.6. Analisis Sampel Secara Biosensor dan Spektrofotometri 175 8.4. Hasil Penelitian dan Pembahasan 177 8.4.1. Matriks Politiramin Sebagai Komponen Biosensor 178 8.4.2. Respon Biosensor Terhadap Glukosa Standar 181 8.4.3. Optimasi Biosensor Glukosa 184 8.4.3.1. Optimasi Ketebalan Matriks Polityramin 184 8.4.3.2. Pengaruh pH terhadap sensitivitas biosensor 187 8.4.4. Keterulangan Biosensor Glukosa 189 8.4.5. Stabilitas Biosensor Glukosa Bedasarkan Penyimpanan 191 8.4.6. Respon Biosensor Glukosa Terhadap Senyawa Pengganggu 193 8.4.7. Akurasi Biosensor Pada Penentuan Glukosa 195 8.4.8. Applikasi Biosensor untuk Penentuan Glukosa Dalam Sampel 196 8.4.8.1. Glukosa dalam buah-buahan dan sayuran 201 8.5.8.2. Glukosa dalam daging dan ikan 201 8.5.8.3. Glukosa dalam Minuman 203 8.6. Kesimpulan 203 8.7. Daftar Pustaka 204 Bab IX Metode Elektroanalisis Konduksimetri 209 9.1. Pendahuluan 209 9.2. Resistivitas dan konduktivitas 209 9.3. Konduksitas Listrik Larutan Elektrolit 211 9.4. Pengukuran Konduktans 215 9.5. Elektroda 217 9.6. Applikasi Koduksimetri 219 9.6.1. Penentuan batas konduktivitas molar 219 9.6.2. Penentuan kelarutan garam yang mudah melarut 220 9.6.3. Penentuan konstanta dissosiasi 220 9.6.4. Titrasi kmonduksimetri 222 Daftar Pustaka 228 Kimia Analitik Lanjut dan Instrumentasi (M. Situmorang) Halaman vii DAFTAR TABEL Tabel 1.1. Beberapa signal analitik yang dipergunakan dalam analisis penentuan 5 Tabel 1.2. Beberapa contoh komponen instrumen analitik yang menggambarkan signal analitik, transduser yang dipergunakan dan pencacah signal yang dipergunakan di dalam instrumen 8 Tabel 1.3. Deskripsi hasil pengukuran Pb dalam sampel secara spektrofotometri dan ilustrasi keberadaan data terhadap presisi dan akurasi 12 Tabel 1.4. Contoh toleransi timbangan dan gelas ukur 17 Tabel 1.5. Pengukuran glukosa standard baku secara elektrokimia dengan menggunakan dua jenis elektroda enzim 19 Tabel 1.6. Critical values of Q (P=0,05) (Diambil dari Miller dan Miller, 1986) Tabel 2.1. Simbol-simbol dan sinonimnya dalam spektroskopi absorpsi 31 Tabel 2.2. Respon relatif dari fototube terhadap cahaya monokromatik pada intensitas konstan 35 Tabel 2.3. Klasifikasi pengukuran spektrofotometri berdasarkan standar pembuatan skala ‘0"%T dan "100" %T 43 Tabel 3.1. Penentuan asam urat di dalam berbagai jenis daging segar secara spektrofotometri (angka adalah hasil rata- rata 3 kali pengukuran) 54 Tabel 3.2. Penentuan asam urat dalam berbagai jenis makanan kaleng menggunakan metode spektrofotometri (Angka adalah hasil rata-rata 3 kali pengukuran) 56 Tabel 4.1. Potensial elektroda standar untuk reaksi setengah sel beberapa senyawa/logam 75