ION SELEKTIVE ELEKTRODA

BAB I

PENDAHULUAN

1.2 Latar Belakang

            Elektrode kaca penginderaan pH pertama diberikan kepada Cremer, yang pertama kali menggambarkannya pada tahun 1906 di makalahnya (Meyerhoff dan Opdeycke).  

            Pada tahun 1949, George Perley menerbitkan sebuah artikel tentang hubungan komposisi kaca untuk fungsi pH (Frant). Untuk sementara ada berbagai makalah berurusan dengan formulasi berbagai dan kontribusi penting yang dibuat (Covington).

            Pembangunan komersial ISE (Ion Selektif Elektroda) dimulai ketika seorang insinyur bernama John Riseman pikir dia bisa mengembangkan analisa darah-gas berguna. Dia bekerja sama dengan Dr James Ross, seorang elektrokimiawan dari MIT. Bersama-sama mereka membentuk Orion Penelitian (Frant). Pada pertengahan 1960-an, Orion baru terbentuk Penelitian Inc memproduksi elektroda Kalsium untuk digunakan dalam analisis gas darah (Frant, 1994). Sejak itu banyak probe telah dikembangkan untuk analisis sampel yang mengandung ion yang berbeda.

            Elektroda selektif ion adalah elektroda yang responsif terhadap spesi ion. Elektroda ini terbagi menjadi dua bagian yaitu elektroda membran kristal dan elektroda non kristal.Elektroda selektif-ion (ESI) merupakan suatu alat yang digunakan untuk menentukan secara kuantitatif dari ion-ion, molekul-molekul atau spesi-spesi tertentu, karena elektroda tersebut merupakan elektrokimia yang akan berubah secara reversibel terhadap perubahan keaktifan dari spesi-spesi yang diukur. Pada dasarnya cara analisis dengan menggunakan elektroda selektif ion adalah menentukan potensial dari larutan yang akan diukur sehingga penentuan dengan cara ini termasuk di dalam metode potensiometri.Metoda potensiometri telah digunakan untuk mendeteksi titik akhir titrasi.Sekarang, metode ini dapat digunakan secara langsung untuk menentukan konsentrasi suatu ion  (Ion selective electrode)

1.2 Rumusan Masalah

1.      Apa pengertian dari ion selektif elektroda?

2.      Apa prinsip dari ion selektif elektroda?

3.      Bagaimana skema pengukuran ion selektif elektroda?

4.      Bagaimana kalibrasi ion selektif elektroda?

5.      Apa saja sumber kesalahan dalam penggunaan ion selektif elektroda?

1.3 Tujuan

1.      Untuk mengetahui pengertian dari ion selektif elektroda.

2.      Untuk mengetahui prinsip dari ion selektif elektroda.

3.      Untuk mengetahui skema pengukuran ion selektif elektroda.

4.      Untuk mengetahui kalibrasi ion selektif elektroda.

5.      Untuk mengetahui sumber kesalahan dalam penggunaan ion selektif elektroda.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Ion Selektif Elektroda

            Ion selektif electrode (ISE) adalah electrode membrane  yang selektif merespon keberadaaan ion lain dalam larutan, juga spesifik menyelidiki keberadaan gas dan ion dalam larutan. Yang paling umum digunakan yaitu ion selektif elektrode untuk pH. Ion lain yang dapat diukur menggunakan ISE seperti,flour, bromide, cadmium, dan gas-gas dalam larutan seperti NH3, CO2 dan NO2. Ion selektif electroda memberikan respon potensial tertentu pada ion yang spesifik. Untuk potensial standart digunakan potensial dari ion H+ yang dipakai pada pH meter. Perbedaan potensial yang dihasilkan diantara dua electrode akan tergantung pada aktivitas ion yang spesifik dalam larutan. Aktivitas ion terkait pada konsentrasi ion spesifik, sehingga memungkinkan untuk analisis ukuran ion yang spesifik. Beberapa ISE teleh dikembangkan untuk beberapa ion yang berbeda. Ion selektif elektroda termasuk yang paling umum digunakan (pH electrode) bekerja dengan prinsip dasar dari sel galvanic. Dengan mengukur potensisl listrik yang dihasilkan oleh membrane pada ion tertentu dan dibandingkan dengan reference elecctrode. Kekuatan beda potensial yang dihasilkan sebanding dengan konsentrasi dari ion yang terukur (selektif). Rumus dasar yang digunakan pada sel galvanic yaitu:

Esel = EISE– Eref 

Potensial sel dibanding dengan potensial ISE dikurangi potensial reference electrode. Seperti telah diketahui, ISE yang paling umum digunakan yaitu pH electroda yang mengandung membrane gelas tipis yang merespon konsentrasi H+ dalam larutan.Perbedaan pada permukaan membrane ISE ditentukan dari persamaan :

E = K – (2.303RT/nF) log (a)

Dimana :

K = konstanta untuk menghitung semua potensial ion.

R = konstanta gas

T = temperaturen = jumlah electron yang berpindah

F = konstanta

Faradaya = aktivitas ion analit dalam larutan

Dengan memplotkan potensial yang diukur versus log(a) akan diperoleh kurvalinier. Skema pengukuran menggunakan ISE yaitu :

ISE komersial sering menggabungkan dua elektode menjadi satu unit seperti pada pH meter.

ISE fluoride yang sering digunakan, seperti pada percobaan kali ini berupa solid-state mono-crystalline membrane. Electrode ini didesign untuk mendeteksi ion fluoride (F-) didalam larutan, dan cocok digunakan untuk laboratorium dan aplikasi. Ion fluoride merupakan ion monovalen dengan massa 18.998 gram, 1000 ppm sama dengan 0.053 M.

Spesifikasi fisik dari ISE fluoride :

Panjang body tanpa kontak emas : 130 mm

Panjang body dengan kontak emas : 140 mm

Diameter body : 8 mmDC resistansi pada 25oC< 2.5 m

Ohm volume minimum sampel : 5 mL

ISE fluoride komersial

            Penentuan konsentrasi suatu analit tertentu menggunakan ion selektif electrode dapat dilakukan dengan pengukuran langsung terhadap konsentrasi atauaktivasi ion yang dikenal dengan teknik potensiometri langsung. Dimana dalamhal ini konsentrasi atau aktivasi ion analit ditentukan melalui kurva kalibrasi yang di peroleh dari pengukuran potensial pada konsentrasi ion standart yang telah diketahui dengan pasti

2.2 Prinsip Kerja Ion Selektif Elektroda

            Elektroda Selektif ion (ESI) adalah sel paro elektrokimia (elektroda) yang menggunakan membran selektif ion sebagai elemen  pengenal (sensor), karenanya ESI akan lebih merespon analit yang disensornya dibandingkan ion lain yang berada bersama-sama dalam sampel. Membran merupakan lapisan tipis bersifat semipermeabel yang memisahkan 2 fasa dengan permeabilitas yang terkontrol.
Pada saat kontak dengan larutan analit, bahan aktif membran akan mengalami disosiasi menjadi ion-ion bebas pada antarmuka membran dengan larutan. Jika anion yang berada dalam larutan dapat menembus batas antarmuka membran dengan larutan yang tidak saling campur, maka akan terjadi reaksi pertukaran ion dengan ion bebas pada sisi aktif membran sampai mencapai kesetimbangan  elektrokimia.

2.3 Skema Pengukuran

 

            Ion selektif electrode memberikan respon potensial tertentu pada ion yang spesifik. Untuk potensial standart digunakan potensial dari ion H+yang dipakai pada pH meter.

            Perbedaan potensial yang dihasilkan diantara dua electrode akantergantung pada aktivitas ion yang spesifik dalam larutan.Aktivitas ion terkait pada konsentrasi ion yang spesifik, sehingga memungkink untuk analisis ukuran ion yang spesifik. Beberapa ISE telah dikembangkanuntuk bebrapa ion yang berbeda.

Ion selektif electrode termasuk yang paling umum digunakan (pH electrode) bekerja dengan prinsip dasar dari sel galvanic.

Contoh penerapan dalam pH meter

            Dengan mengukur  potensial listrik yang dihasilkan oleh membrane pada ion tertentu dan dibandingkan dengan reference electrode.Kekuatan beda potensial yang dihasilkan sebanding dengan konsentrasi dari ion yang terukur (selektif).

            Elektroda selektif ion Sebuah elektroda dimana potensial membrannya merupakan fungsi konsentasi dari satu ion tertentu.Elektroda selektif ion Sebuah elektroda dimana potensial membrannya merupakan fungsi konsentasi dari satu ion tertentu.

            Adapun klasifikasi elektroda selektif ion berdasarkan membrane yang digunakan adalah sebagai berikut:

·         Membran Kristal

Terdiri atas Kristal tunggal(contoh LiF3- untuk F-) Polikristalin atau Kristal Campuran (contoh Ag2S untuk S2- dan Ag+)

·         Non kristalin membrane

Terdiri atas gelas (contoh gelas silikat untuk Na+ dan H+), cairan (contoh cairan penukar ion untuk Ca+ dan pembawa netral untuk K+) dan cairan polimer (contoh polivinil klorida untuk Na+ dan NO-)

            Dapat dikatakan bahwa elektroda ion selektif terdiri atas membrane yang responsive secara selektif terhadap suatu spesies ion tertentu dan mengadakan kontak bagian luarnya dengan larutan yang ditentukan. Sedang bagian dalam berisi larutan yang mempunyai aktivitas tertentu yang mengadakan kontak dengan elektroda pembanding. 

            Elektroda ini mengandung membran gelas, kristal atau cairan yang mempunyai sifat : perbedaan potensial antara membran dan elektrolit yang kontak dengan membran tersebut ditentukan oleh aktifitas dari ion tertentu.

Berikut ini adalah contoh Ion Selektif elektroda yang menggunakan membrane Kristal :

Elektroda membran yang paling tua dan paling banyak digunakan adalah elektroda gelas. Elektroda ini dikatakan selektif-ion karena hanya spesifik untuk ion H+ . Elektroda ini dapat dilihat pada Gambar.

Elektroda gelas ini terdiri dari membran yang sangat tipis yang terbuat dari gelas yang permeabel terhadap ion H+. Elektroda Ag|AgCl dicelupkan ke dalam larutan buffer yang mengandung ion Cl-. Kadang-kadang digunakan juga elektroda kalomel untuk mengganti elektroda Ag|AgCl. Elektroda gelas terutama digunakan pada pengukuran pH.

2.4 Kalibrasi

            Kalibrasi dilakukan dengan cara merendam elektroda dalam serangkaian solusi konsentrasi dikenal dan merencanakan grafik pembacaan mV versus log kegiatan (atau kegiatan yang sebenarnya pada logaritmik X-axis). Ini harus memberikan garis lurus selama rentang konsentrasi seluruh linier. Namun, seperti disebutkan di atas, aktivitas sulit untuk menentukan dalam solusi yang kompleks dan umumnya lebih berguna untuk unit konsentrasi plot. Dalam hal ini pengaruh koefisien aktivitas variabel dalam larutan dengan kekuatan ion yang tinggi dapat diminimalkan dengan menambahkan Buffer Kekuatan Penyesuaian Ionic untuk semua standar dan sampel - tetapi perhatikan keterbatasan ini rinci dalam bab sebelumnya. Namun demikian, harus dicatat bahwa jika sampel yang akan diukur cenderung memiliki kekuatan ionik total kurang dari sekitar 0.01M untuk ion monovalen (0.001M untuk ion divalen) maka efek aktivitas harus signifikan dan tidak mungkin diperlukan untuk menambah ISAB. Namun, harus dicatat bahwa ISAB mungkin berguna ketika menggunakan elektroda sambungan referensi ganda dengan solusi non-equi-transferrent mengisi luar, dalam rangka untuk mengkompensasi hanyut dalam potensi persimpangan cair, dan pada umumnya sebagian besar ISE sistem memberikan stabil membaca lebih cepat dalam solusi tinggi kekuatan ion.

Kemiringan grafik kalibrasi adalah respon mV per dekade perubahan konsentrasi. Ini biasanya sekitar 54 mV / dekade untuk ion monovalen dan 27 untuk ion divalen dan akan memiliki nilai negatif untuk ion negatif - yaitu konsentrasi yang lebih tinggi berarti lebih banyak ion negatif dalam larutan dan karenanya tegangan yang lebih rendah.

a) Linear Range.

Rentang linear dari elektroda didefinisikan sebagai bagian dari kurva kalibrasi melalui mana regresi linier akan menunjukkan bahwa titik data tidak menyimpang dari linearitas oleh lebih dari 2 mV. Untuk elektroda banyak kisaran ini dapat memperpanjang dari sekitar 0,1 molar ke 10-6 atau bahkan 10-7 molar.

b) Rentang Jumlah Pengukuran.

Rentang pengukuran keseluruhan termasuk bagian linier dari grafik seperti yang ditunjukkan di bawah ini bersama-sama dengan porsi yang lebih rendah melengkung di mana respon terhadap konsentrasi yang bervariasi menjadi semakin kurang sebagai konsentrasi mengurangi. Sampel dapat diukur dalam kisaran yang lebih rendah tetapi harus dicatat bahwa poin kalibrasi lebih dekat jarak yang diperlukan dalam rangka untuk menentukan kurva akurat dan kesalahan persentase per mV pada konsentrasi dihitung akan semakin tinggi sebagai lereng mengurangi.

c) Batas Deteksi.

Untuk ion monovalen, definisi IUPAC adalah: bahwa konsentrasi di mana potensi diukur berbeda dari yang diperkirakan oleh regresi linier oleh lebih dari 18 mV. Batas praktis deteksi dapat dihitung dengan memplot grafik kalibrasi menggunakan beberapa standar di ujung bawah dari rentang konsentrasi, dan di bawahnya. Katakanlah 100, 10, 1, 0,1, 0,05, 0,01 ppm - yaitu setidaknya dua untuk menentukan kemiringan linear dan dua untuk menunjukkan posisi bagian horisontal di bawah batas deteksi, di mana elektroda tidak responsif terhadap perubahan konsentrasi. Batas deteksi ini kemudian ditentukan oleh titik persimpangan dua garis lurus yang ditarik melalui titik-titik.

·         2.5 Sumber Kesalahan

a.         Difusi
Penelitian poin Orion bahwa perbedaan dalam tingkat difusi ion berdasarkan ukuran dapat menyebabkan beberapa error. Dalam contoh Sodium, berdifusi natrium iodida di persimpangan pada tingkat tertentu. Iodida bergerak jauh lebih lambat karena ukurannya lebih besar. Perbedaan ini menciptakan potensi tambahan mengakibatkan kesalahan.Untuk mengkompensasi hal ini jenis kesalahan adalah penting bahwa aliran positif mengisi bergerak solusi melalui persimpangan dan bahwa persimpangan tidak menjadi tersumbat atau mengotori.

b.        Contoh Kekuatan Ionik

       Covington menunjukkan bahwa kekuatan ionik total sampel mempengaruhi koefisien aktivitas dan bahwa penting bahwa faktor ini tetap konstan. Dalam rangka mencapai hal ini, penambahan adjuster kekuatan ion digunakan. Penyesuaian ini besar, dibandingkan dengan kekuatan ion dari sampel, sehingga variasi antar sampel menjadi kecil dan potensi kesalahan berkurang.

c.         Suhu

       Adalah penting bahwa suhu dikontrol sebagai variasi dalam parameter ini dapat menyebabkan kesalahan pengukuran yang signifikan. Gelar perubahan (C) tunggal dalam suhu sampel dapat menyebabkan kesalahan pengukuran lebih besar dari 4%.

d.        pH
Beberapa contoh mungkin memerlukan konversi analit untuk satu bentuk dengan menyesuaikan pH larutan (misalnya amonia). Kegagalan untuk menyesuaikan pH dalam hal ini dapat menyebabkan kesalahan pengukuran yang signifikan.

e.         Gangguan Lain

       Matriks latar belakang dapat mempengaruhi keakuratan pengukuran yang dilakukan dengan menggunakan ISE ini. Covington menunjukkan bahwa beberapa gangguan dapat dihilangkan dengan mereaksikan ion mencampuri sebelum analisis.

BAB III

CARA KERJA

3.1 Cara Kerja

            Prosedur penggunaan ion selektif elektroda untuk mengukur kadar ion sianida dalam larutan.

1.             Buret diisikan dengan larutan standar 1000 mg/L CN^-,

2.             Enam buah labu ukur 50 mL disiapkan, kedalam labu ke dua dimasukkan ujung buret, diputar keran buret dan dikeluarkan 0,050 ml larutan standar 1000 ppm CN^-.

3.             Dengan cara yang sama dikeluarkan 0,200; 0,800; 3,200; dan12,800 mL larutan standar sianida 1000 mg/L kedalam labu ke 3 s/d ke 6.

4.             Masing-masing 5 mL NaOH 1 N ditambahkan, lalu diencerkan sampai batas dengan akuades. Maka akan didapatkan deretan standar 0; 1,0; 4,0; 16,0; 64,0; dan 256,0 mg/L CN^-.

5.             Elektroda kombinasi ion selektif Sianida dipasangkan pada alat pH/ion meter, elektroda dicelupkan beserta termometer kedalam larutan Blanko. Suhunya diukur dan tombol koreksi suhu diatur pada nilai suhu larutan dengan menekan tombol up / down.

6.             Mode ditekan untuk memilih fungsi mV, dibiarkan stabil dan nilai beda potensial dicatat yang ditunjukkan sebagai E dalam mV.

7.             Blanko dikeluarkan, diganti dengan deretan standar 1 ppm, ditunggu stabil, nilai E nya dicatat. Hal yang sama dilakukan terhadap standar lainnya.

8.             Larutan tugas diminta pada Asisten dengan menyerahkan labu ukur 50 ml yang telah diberi identitas praktikan.

9.             Lima ml NaOH 1 N ditambahkan, diencerkan sampai batas dengan akuades.

10.         Deretan standar ini dipindahkan pada gelas piala, elektroda beserta termometer dicelupkan pada larutan tugas, hal yang sama diperlakukan seperti perlakuan standar, nilai potensial yang dihasilkan dicatat.

11.         Dari data pengukuran deretan standar ini dibuat Kurva Kalibrasi standar antara :

E vs – log C                    pada ketas grafik biasa (mm blok)

E vs C                             pada kertas grafik Semi log

12.         Dengan bantuan kurva Kalibrasi Standar diatas, lalu ditentukan kadar ion sianida dari larutan sampel.

BAB IV

KESIMPULAN DAN SARAN

4.1 Kesimpulan

            Ion selektif electrode (ISE) adalah electrode membrane  yang selektif merespon keberadaaan ion lain dalam larutan, juga spesifik menyelidiki keberadaan gas dan ion dalam larutan. Yang paling umum digunakan yaitu ion selektif elektrode untuk pH. Ion lain yang dapat diukur menggunakan ISE seperti,flour, bromide, cadmium, dan gas-gas dalam larutan seperti NH3, CO2 dan NO2.

4.2 Saran

            Penulis menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari kata sempurna oleh karena itu penulis sangat mengharapkan saran dan kritik yang sifatnya membangun agar dalam pembuatan makalah selanjutnya bisa lebih baik lagi, atas perhatiannya penulis ucapkan terimakasih

DAFTAR PUSTAKA

http://instrumendua.blogspot.co.id/2012/11/ion-selektife-elektroda.html

http://tugasinstrumen.blogspot.co.id/2012/11/ion-selektif-elektroda.html

http://chemist-try.blogspot.co.id/2013/04/elektroda-ion-selektif.html

https://www.academia.edu/9192548/Elektroda_ion_selektif

http://iasius.blogspot.co.id/2012/11/percobaan-ion-selektif-elektrode.html