PENGEMBANGAN SENSOR pH

MENGGUNAKAN PRUSSIAN BLUE - POLIPIROL

Dwi Ustik Diana

Mahasiswa Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas Jember

Telah dikembangkan teknologi pengukuran pH `dengan menggunakan Polipirol -

Prussian Blue sebagai sensor pH. Polipirol merupakan suatu polimer konduktif

yang bersifat mengantarkan arus listrik dan memiliki sifat optik. Prussian Blue

merupakan senyawa komplek antara besi dengan sianida. Teknik yang digunakan

untuk sensor pH ini adalah teknik polimerisasi dengan metode galvanostatik

menggunakan elektroda stainless steel. Hasil Penelitian Menunjukkan Film tipis

yang berwarna coklat kehitaman atau hitam memberikan panjang gelombang

maksimum 250 nm pada daerah basa sehingga film Polipirol (ppy)-Prussian Blue

(PB) yang terbentuk bekerja pada daerah basa dengan range pH 7-pH 8 dengan

persamaan garis Y=0,329X-2,33 dan reproduksibilitas 0.010.

Kata Kunci: Polipirol, Prussian Blue, Elektropolimerisasi dan Metode

Galvanostatik.

PENDAHULUAN

Berdasarkan definisinya pH merupakan ukuran keasaman atau kebasaannya. Jika

kita pandang air yang 100% murni, air itu diionisasi sehingga mengandung kadar

10-7 mol ion hidrogen dan kadar 10-7 mol ion hidroksil setiap mol air. Karena

keduanya mempunyai nilai yang sama, larutan itu netral dan pH dinyatakan

sebagai eksponen negatif kadar ion hidrogen, yaitu 7.Harus selalu diingat bahwa

1

suatu larutan berair, produk kadar ion hidroksil harus selalu berada pada kisaran

10-14. Air netral mempunyai pH 7,0. Batas-batas praktis skala pH adalah 0 dan

14. pH sama dengan 0 untuk asam kuat dan pH adalah 14 untuk basa kuat

(Sutanto, 1987).

Metode yang paling umum untuk mengukur pH adalah dengan

menggunakan elektroda sel gelas dan elektroda sel kalomel atau gabungan

keduanya (elektroda kombinasi) yang digunakan dengan instrumen potensiometer.

pH. Elektroda gelas bekerja berdasarkan prinsip bahwa potensial dapat

diamati antara dua larutan yang berbeda konsentrasi ion hidrogennya, kalau

mereka dipisahkan oleh dinding gelas tipis. Potensial ini adalah fungsi dì¥Á` 7

¯ `` ø· ¿` ` ` ` ` ` · `` ` ` ` ¯ ` ` _@` `

2

` bjbjU· U· ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` `

„` ` 7|` ` 7|` ` ß;` ` ` ` ` ` · ````````

¯ · ` -

` ` ` ` ` ` ` d` ` ` ` ` ` ` ÿÿ· `

` ` ` ` ` ` ` ` ÿÿ· ``` ` ` ` ` ` ` ÿÿ· ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` l` ` `

` ` î˜ `````` î˜ ` ` î˜ ```` ` ` î˜ ``` ` ` ` ¨ `````` ¨ ``` ` `

` ¨ `` $` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` V

` ` ` ` ` ` d#` ` ` ` ` ` d#` ` ` ` ` ` d#` ` P` ` ` ´#` ` ,` ì¥Á` 7

¯ `` ø· ¿` ` ` ` ` ` · `` ` ` ` ¯ ` ` _@` `

3

4

¯ · ` -

„` ` 7|` ` 7|` ` ß;` ` ` ` ` ` · ```````` ` ` ` ` ` ` ` d` ` ` ` ` ` ` ÿÿ· `

` ` ` ` ` ` ` ` ÿÿ· ``` ` ` ` ` ` ` ÿÿ· ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` l` ` `

` ` î˜ `````` î˜ ` ` î˜ ```` ` ` î˜ ``` ` ` ` ¨ `````` ¨ ``` ` `

` ¨ `` $` ` ` ` ` ` ` ` ` ` ` V

` ` ` ` ` ` d#` ` ` ` ` ` d#` ` ` ` ` ` d#` ` P` ` ` ´#` ` ,` steel.

Teknologi pengukuran pH yang sedang dikembangkan adalah menggunakan

(PB)-Polipirol sebagai sensor pH. Gabungan antara (PB)-Polipirol ini merupakan

suatu metode baru dan sederhana yang diharapkan mempunyai penyerapan yang

tinggi terhadap pH (Koncki.1998).

Polipirol merupakan suatu polimer konduktif yang bersifat menghantarkan

arus listrik dan merupakan kelas yang relatif baru. Polimer jenis ini mempunyai

beberapa keistimewaan, yaitu mempunyai konduktifitas yang baik, sifat mekanik

yang baik dan relatif mudah dibuat (Subekti, 1993).

Prussian Blue (PB) merupakan senyawa kompleks antara besi dengan

sianida. Prussian Blue pertama kali diproduksi di Jerman oleh Diesboch. Prussian

Blue dapat digunakan dalam sensor elektrokimia karena sifat katalis

(Koncki,1998).

METODE PENELITIAN

Tempat penelitian ini dilakukan di laboratorium Elektronika Dasar, Laboratorium

Biokimia, laboratorium Kimia Analitik Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam dan laboratorium Biomolekul, Universitas Jember.

Pelaksanaan penelitian adalah pada bulan Februari 2002 - Juni 2002.

Prosedur pembuatan film PB dan Polipirol

Polimerisasi secara elektrokimia dapat berlangsung secara potensiostatik

(tegangan tetap) atau secara galvanostatik (arus tetap). Desain sel elektrokimia

tergantung pada tipe eksperimen yang dipilih. Metode yang digunakan adalah

galvanostatik karena peralatan yang diperlukan sederhana dan mudah dirangkai.

Skema dari elektrokimia yang digunakan dalam penelitian ini diperlihatkan pada

5

gambar 1. Tabung reaksi didesain untuk dapat menampung larutan sebanyak 500

cm3.

Pada tutup atas terdapat dua lubang, yaitu untuk memasukkan elektroda

kerja dan elektroda counter. Elektroda yang digunakan adalah stainless steel

dimana potensial oksidanya lebih dari yang dimiliki pirol. Kemudian pada kedua

elektroda tersebut kita lapisi mika tipis yang bagian tengahnya dilubangi supaya

lebih mudah mengupas film yang terbentuk.

elektrolit

atas

tinngi larutanelektrolit

tempat reaksi penjepit

berlangsung

2 cm

Gambar 1. Skema Sel Elektrokimia

Desain sel elektrokimia disini menggunakan elektroda stainless steel

dengan ukuran 5x5x0,2 cm3. Sebagai pecatu daya digunakan sumber arus yang

bervariasi model Keithly 220. Kerapatan arus yang digunakan adalah besarnya

arus yang diberikan dibagi dengan luas elektroda. Larutan encer dibuat dari air

murni dan PB sebagai pendukung elektrolit.

Film tipis dibuat dengan mencampurkan 5 ml pirol dengan 0,1 M

K3Fe(CN)6 dan ditambah aquades 500 ml yang diletakkan dalam tabung reaksi

1000 ml kemudian diaduk sehingga homogen dan dialiri arus 32 mA. Film

ditumbuhkan selama satu jam.

Menyiapkan larutan buffer menggunakan pH meter sesuai dengan

variasi pH larutan asam, larutan basa atau larutan netral (air) sesuai dengan

6

panjang gelombang maksimum yang diperoleh. larutan buffer dibuat dalam range

pH 7- pH 11.

Optimasi Parameter

Penentuan max air, Larutan NaOH 0,1 M dan HCl 0,1 M

Mengukur absorban dari larutan NaOH 0,1 M dan HCl 0,1 M kemudian

memasukkan dalam kuvet yang sudah dilapisi film (PB -Polipirol), sehingga

diperoleh max .

Karakterisasi

Range pH

Linier range dapat dilihat dari kurva kalibrasi dengan mengeplotkan pH

PB/Polipirol pada sumbu X dan absorbansi pada sumbu Y. Kesesuaian garis kurva

kalibrasi dapat ditentukan dengan persamaan garis

Y = bX + a .........................................................(1)

Dari sini nantinya akan diketahui range pH dengan cara mengeplotkan pH pada

kurva kalibrasi yang dibuat dengan interval larutan standar yang sudah

diketahuinya.

Reprodusibel

Reprodusibel adalah suatu metode pengulangan percobaan yang dilakukan agar

dihasilkan limit antar percobaan sekecil mungkin. Dengan metode ini diharapkan

memberikan nilai 95 % setiap pendekatan untuk satu kali pengulangan atau lebih

yang berbeda. Reprodusibel dapat diukur dari standart deviasi (Caulcut, R. Dan

boddy)

HASIL DAN PEMBAHASAN

1.Pembuatan Film Polipirol (Ppy) - Prussian Blue (PB)Film Polipirol (Ppy) - Prussian Blue (PB) dibuat dengan

mencampurkan 5 ml pirol dengan 0,1 M Prussian Blue (PB) atau K3Fe(CN)6 dan

7

ditambahkan dengan aquadest 500 ml yang diletakkan dalam tabung reaksi 1000

ml kemudian dialiri arus. Dalam tabung tersebut terjadi pencampuran antara pirol,

prussian blue dan aquadest sehingga terbentuk film tipis berwarna coklat

kehitaman atau hitam setelah sekitar 1 jam tabung tersebut dialiri arus.

Film yang terbentuk pada elektroda, kemudian dicuci dengan larutan

elektrolit sisa dan dikeringkan dalam desikator. Film tersebut tipis, transparan dan

serba sama. Gambar 2 dan 3 masing-masing memperlihatkan morfologi

permukaan Ppy-PB dengan perbesaran 400x dan 4000x. Pada gambar 2

memperlihatkan film Ppy-PB tidak merata. Bintik putih memperlihatkan pirol

sedangkan daerah gelap adalah PB. Film tersebut tidak merata karena pori-pori

pirol tidak sama besar sehingga hanya bagian tertentu saja yang tertutupi oleh PB.

´

Gambar 2. Film Polipirol (Ppy) - Prussian Blue (PB) pada Arus I=32 mA dengan Mikroskop Optik

Perbesaran 400X

˚

a Posisi Pinggir b. Posisi Tengah

8

Gambar 3. Film Polipirol (Ppy) - Prussian Blue (PB) Pada Posisi Tengah dan Posisi Pinggir Pada Arus

I=32 mA dengan Mikroskop Optik Perbesaran 4000X

2. Penentuan Panjang Gelombang MaksimumSetelah film dikeringkan dalam desikator, kemudian film tersebut

dipotong dan dimasukkan kedalam kuvet UV-VIS untuk diukur pada panjang

gelombang 200-800 nm. Penentuan panjang gelombang maksimumini dilakukan

dengan berbagai macam uji yaitu uji sifat asam, basa dan netral, diperoleh panjang

gelombang seperti pada gambar 4, 5 dan 6.

Untuk sampel film yang digunakan pada uji sifat asam (HCl 0,1M) diperoleh

profil spektrum seperti pada gambar 4 dimana absorbansi mengalami penurunan

dari 200 nm hingga 280 nm dan konstan pada 350 – 390 nm, demikian pula pada

400 nm hingga 800 nm absorbansi relatif konstan. Pada daerah basa (NaOH 0,1

M) diperoleh profil spektrum seperti pada gambar 5 dimana absorbansi

mengalami penurunan dari 200 nm hingga 380 nm dan konstan pada 400 nm

hingga 800 nm. Pada daerah netral (air) diperoleh diperoleh profil spektrum

seperti pada gambar 6 dimana absorbansi mengalami penurunan dari 200 nm

hingga 390 nm dan konstan pada 400 nm hingga 800 nm.

· EMBED Excel.Chart.8 \s· ´ ·

Gambar 4. Uji Indikator Asam

· EMBED Excel.Sheet.8 · ´ ·

Gambar 5. Uji Indikator Basa

· EMBED Excel.Chart.8 \s· ´ ·

Gambar 6.Uji Indikator Netral

3. Penentuan Panjang Gelombang Maksimum Untuk Masing-Masing Uji.

Berdasarkan tiga uji di atas yaitu sifat keasaman, basa dan netral

diperoleh bentuk grafik seperti dibawah. Gambar basa menunjukkan respon atau

kecenderungan yang lebih dibandingkan sifat lainnya. Sehingga disimpulkan

9

bahwa film tersebut cenderung bersifat basa dan dari gambar tersebut diperoleh

panjang gelombang 250 nm.

· EMBED Excel.Chart.8 \s· ´ ·Gambar 7. Uji Indikator Asam, Basa dan Netral.

Gambar 7 menunjukkan bahwa respon sensor terhadap pengukuran film

Polipirol (Ppy) - Prussian Blue (PB) dalam larutan HCl 0,1 M , NaOH 0,1 M dan

air memberikan nilai absorbansi maksimum pada panjang gelombang 250 nm dan

cenderung bersifat basa. Hal ini disebabkan pada panjang gelombang 250 nm,

grafik basa mempunyai penyerapan yang lebih tinggi dibandingkan uji indikator

asam maupun netral.

4. Penentuan pH Kerja Sensor

pH kerja sensor digunakan untuk mengetahui range pH pada daerah asam

atau basa. Seperti telah dijelaskan diatas bahwa pengukuran film Polipirol (Ppy)

- Prussian Blue (PB) yang terbentuk bekerja pada daerah basa sehingga dibuat

pengukuran pH dari 7 sampai 11.

Dari data pengamatan tabel 1 dibuat kurva hubungan antara pengaruh pH

terhadap nilai absorbansi Film Polipirol (Ppy) - Prussian Blue (PB) pada panjang

gelombang 250 nm, seperti terlihat pada gambar 8.

· EMBED Excel.Chart.8 \s· ´ ·Gambar 8. Pengukuran Film Polipirol (Ppy) - Prussian Blue (PB)

Gambar 8 menunjukkan bahwa hasil pengukuran nilai absorbansi pada

Film Polipirol (Ppy) - Prussian Blue (PB) pada daerah UV dengan panjang

gelombang 250 nm, menunjukkan respon yang cukup baik dari range pH 7 - pH

8. Hal ini disebabkan pada keadaan pH 7 membutuhkan basa (NaOH) yang

bersifat sebagai donor (pembawa) pasangan elektron. Sehingga akan terbentuk

ikatan sebagai berikut:

o oo O oo o

x x

o oo O oo o

x xH H H

10

Absorbans

OH

Reaksi yang terjadi adalah :

I

Ppy-PB

+

+

OH-

-

IOH

(Ppy-PB)OH

Reaksi diatas adalah reaksi yang terjadi pada pH7-pH8 sehingga karena reaksi

tersebut diatas mengakibatkan absorbansi meningkat.

Kurva hubungan antara pengaruh pH dari 7 sampai 9 terhadap nilai

absorbansi Film Polipirol (Ppy) - Prussian Blue (PB) pada panjang gelombang

250 nm

0.35

0.3

0.25

0.2

0.15

0.1

0.05

0

7 7.2 7.4 7.6 7.8 8 8.2 8.4 8.6 8.8 9

pH

Gambar 9. Hasil Pengukuran Nilai Absorbansi dari pH 7 sampai pH 8

Gambar 9 menunjukkan bahwa hasil pengukuran nilai absorbansi pada Film

Polipirol (Ppy) - Prussian Blue (PB) pada panjang gelombang 250 nm dari pH 7

sampai pH8 meningkat dan pada pH 8.2 sampai 9 respon menurun.

5. Karakterisasi

Range pHRange pH dapat dilihat dari kurva kalibrasi dengan mengeplotkan pH

elektroda sebagai sumbu X dan Y sebagai absorbansi. Data pengamatan dapat

11

pH Abs.1 Abs.2 Abs.3 Abs.rata-rata STD Rentang hasilpengukuran

7 0,010 0,015 0,015 0,013 0,003 -2(1,33 + 0,30)x 10

dilihat pada gambar 18. Dari gambar 18 diperoleh persamaan garis Y= 0,3297x-

2.3256 dengan koefisien korelasi sebesar 0,9716. Nilai koefisien korelasi R yang

diperoleh mendekati nilai 1. Hal ini menunjukkan bahwa dari harga pH dan

besarnya absorbansi mempunyai korelasi yang sangat tinggi pada interval pH 7-

pH 8.

Gambar 10. Kalibrasi Pengukuran pH Versus Absorbansi padaPanjang Gelombang 250 nm pada interval pH antara 7dan 8.

ReproduksibilitasReproduksibilitas dapat ditentukan dengan menggunakan standart deviasi

dengan menentukan ketelitian dalam metode analisis diuji dengan menganalisis

absorbansi. Ketelitian dalam penelitian menggambarkan reproduksibilitas hasil

analisis. Nilai standart deviasi minimum adalah 0,003 pada pH 7, standart deviasi

maksimum 0,038 pada pH 7,6 sedangkan nilai standart deviasi rata-rata 0,010.

Perhitungan nilai reproduksibilitas dapat dilihat pada table 1.

Tabel 1. Perhitungan Nilai Reproduksibilitas dengan Standart deviasi

12

7,2 0,020 0,020 0,030 0,023 0,006 -2(2,30 + 0,60)x 107,4 0,100 0,100 0,110 0,103 0,006 -2(10,3 + 0,60)x 107,6 0,190 0,120 0,180 0,163 0,038 -2(16,3 + 3,8)x 107,8 0,260 0,250 0,260 0,256 0,006 -2(25,6 + 0,60)x 10

8 0,325 0,325 0,320 0,323 0,003 -2(32,3 + 0,30)x 100,010

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil penelitian “ Pengembangan Sensor pH Menggunakan

Polipirol - Prussian Blue ” dapat diambil kesimpulan sebagai berikut bahwa

Panjang Gelombang Optimal untuk pembuatan sensor pH berbasis Polipirol dan

Prussian Blue adalah 250 nm pada daerah sedikit basa dengan range pH 7- pH 8

dan Pengukuran mempunyai nilai reproduksibilitas yang baik dengan standart

deviasi rata-rata 0,010.

13

DAFTAR PUSTAKA

Bird T.,1993. Kimia Fisik Untuk Universitas. Gramedia.Jakarta.

Brink O.G. 1985. Dasar-Dasar Ilmu Instrumen. Bina Cipta. Jakarta.

Bocchi V. dan Gardini G.P. Chemical Synthesis of Conducting Polypyrrole andSome Composite. Journal of The Chemical Society. ChemicalCommunication.

Caulcutt, R., and Boddy, R 1983. Statistic for Analitical Chemistry. Chapman andHall. London.

Diaz A.F. dan Croeley,1981, Elektrooxidation of Aromatic Oligomer andConducting Polymers. Journal of Electroanalitical Chemistry 121.

Funt B.L..1986. Electrochemical Initietion Encyclopedia of polymers Science andEngineering. Wiley. New York.

Genies E.M. dan Bidan G., 1983. Spectroelectrochemical Study of Pyrrole Film,.Journal of Electrochemical Chemistry.

Hort E.V. and Smith R.F..1968. Pyrrole Encyclopedia of Chemical Tehnology.Wiley USA.

James D. Ingle, JR and Stanley R.Crouch, 1988. Spectrochemical Analysis.Prentice Itall Internasional Inc, Mexico-Canada.

Kanazawa K.K. and Diaz A.F.. 1979. Polypyrrole: An ElectrochemicallySynthesized Conducting Organic Polimer. Sinthetic Metal 1.

Khopkar,S,m. 1990. Konsep Dasar Kimia Analitik. Universitas Indonesia Press.

Jakarta.

Koncki, 1998. Composite Film Of Prussian Blue and N-Substituted Polypirrole:

Fabrication and Aplication To Optical Determination Of pH. Journal OfChemical Society.

Marzenco Zymunt.1986. Separation and Spectrofotometric Determination OfElements. John Wiley and Sons.

Nazzal and Steet,G.B.. 1984. Weight Determination Of Pyrrole-based Polymer.Journal Of Chemical Society.

Sastromidjojo. H.1991. Spektroskopi. UGM. Press. Yogyakarta.

Subekti. A..1993. Pengembangan Struktur Band Energi pada polipirol denganmenggunakan Data Absorbsi Optik. Pusat Penelitian FKIP Univ. Jember.Jember.

Sutanto.1987. Teknik Instrumentasi.Universitas Indonesia. Jakarta.

Sukarjo. 1990. Kimia Anorganik. Rineka Cipta. Jakarta.

15