Pratikum Oksigen Terlarut

PRATIKUM

ELEKTROANALISIS

SENSOR AMPEROMETRIK UNTUK OKSIGEN

TERLARUT

Nama : Ach. Haris Efendy

NIM : 101810301021

Hari / tanggal :

Kelompok : A / 6

Asisten :

LABORATORIUM KIMIA ANALITIK

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS JEMBER 2012

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Umumnya pengukuran potensial suatu gas menggunakan sensor secara

potensiometri, anomali terjadi pada pengukuran gas oksigen yang ternyata memakai

sensor amperometri. Sensor yang digunakan untuk mengukur gas oksigen ini hanya

terdiri dari sepasang elektroda yang tercelup dalam larutan elektrolit dan dipisahkan

dari sampel dengan adanya membran hidrofobik. Jadi tidak sembarangan gas dapat

melewati membran ini.

Fokus kajian yang terukur pada sensor amperometri ini adalah oksigen dan

bukan gas lain. Hal ini dikarenakan oksigen mudah bereaksi dengan hampir semua

unsur menjadi oksida. Maka dari itu, percobaan kali mengunakan sampel air yang

mengandung oksigen, dimana air ini diperoleh dari air sumur, air kolam, air mineral

dan lain-lain. Dan oksigen memiliki kemampuan untuk beroksida dengan zat

pencemar seperti komponen organik sehingga zat pencemar tersebut tidak

membahayakan.

Tingkat pencemaran air dapat terlihat dari kadar oksigen dalam air tersebut.

Pencemaran berat pada air merupakan kondisi dimana oksigen yang tersedia pada air

tersebut tidak cukup untuk menguraikan komponen kimia berbahaya pada air itu.

Oleh karena itu, pengukuran oksigen yang terlarut dalam air tersebut dapat diukur

menggunakan sensor amperometri yang spesifik terhadap oksigen.

1.2 Tujuan

Mahasiswa memahami prinsip kerja pengukuran amperometrik dan memiliki

ketrampilan dalam melakukan analisis pengukuran oksigen terlarut secara

elektrokimia amperometri.

BAB 2. TINJAUN PUSTAKA

Sensor adalah alat yang menerima stimulus dan merespon dengan sinyal

elektrik. Stimulus yang dimaksud di sini adalah kuantitas, sifat, atau kondisi

yang dirasakan dan dikonversi dalam bentuk sinyal elektrik. Sehingga fungsi sensor

adalah merespon input berupa sifat-sifat fisik dan mengubahnya menjadi sinyal

elektrik yang cocok dengan rangkaian elektronik. Atau dapat juga dikatakan, sensor

adalah penerjemah dari nilai-nilai non-elektrik ke nilai elektrik. Sedangkan elektrik

yang dimaksud di sini adalah sinyal yang dapat dihubungkan, dikuatkan, dan

dimodifikasi dengan menggunakan rangkaian elektronik. Output dari sensor dapat

berupa tegangan, arus atau hambatan (Anonim, 2012).

Sebagian besar sensor untuk gas bekerja secara potensiometri, namun sensor

untuk gas oksigen yang sangat populer bekerja secara amperometri, khususnya sensor

yang dibuat pertama kali oleh Clark dkk, yang sampai hari banyak ditemui

diberbagai aplikasi. Sensor ini terdiri dari sepasang elektroda yang tercelup

dalam larutan elektrolit (lihat Gambar 5.1) dan dipisahkan dari larutan sampel

dengan membran hidrofobik yang dapat dilalui oleh gas (gas permeable). Membran

yang digunakan umumnya teflon, silicon rubber, atau polyethylene, sementara

larutan elektrolitnya berupa larutan potassium klorida and buffer. Oksigen berdifusi

melalui membran dan direduksi pada permukaan elektroda kerja (katoda) (Tim

Penyusun, 2012).

Sifat umum dari air adalah sebagai pelarut, dimana air dapat melarutkan

hampir semua komponen yang terdapat dialam walaupun dengan derajat kelarutan

yang berbeda – beda. Air yang terdapat pada permukaan bumi tidak pernah dalam

keadaan murni, dan zat – zat yangn terkandung didalamnya adalah zat – zat

tersuspensi dan zat – zat yang terlarut. Disamping zat – zat padatan yang dapat larut

dan tidak dapat larut dalam air juga terdapat gas – gas yang dapat larut dalam air

seperti karbondioksida, oksigen dan nitrogen sulfide (Djajadiningrat, 1993).

Dalam keperluan sehari – hari penggolongan atas kualitas air menjadi sangat

penting. Baku mutu air pada sumber air adalah batas kadar yang diperboleh bagi zat

atau bahan pencemar yang terdapat dalam air, tetapi air tersebut tetap dapat

digunakan sesuai dengan kriterianya. Menurut kegunaannya air pada sumber air

dibedakan menjadi empat golongan, yaitu :

1. Golongan A yaitu air yang dapat digunakan sebagai air minum secara

langsung tanpa harus diolah terlebih dahulu.

2. Golongan B yaitu air yang dapat digunakan sebagai air baku untuk diolah

sebagai air minum.

3. Golongan C yaitu air yang dapat digunakan untuk keperluan perikanan dan

pertanian.

4. Golongan D yaitu yang dapat digunakan untuk keperluan pertanian, dan

dimanfaatkan untuk usaha perkotaan, industri, dan listrik tenaga air (Fardiaz,

1992).

Oksigen terlarut (Dissolved Oxygen = DO) dibutuhkan oleh semua jasad

hidup untuk pernapasan, proses metabolisme atau pertukaran zat yang kemudian

menghasilkan energi untuk pertumbuhan dan pembiakan. Disamping itu, oksigen juga

dibutuhkan untuk oksidasi bahan-bahan organik dan anorganik dalam proses aerobik.

Sumber utama oksigen dalam suatu perairan berasal sari suatu proses difusi dari

udara bebas dan hasil fotosintesis organisme yang hidup dalam perairan tersebut

(Salmin, 2000).

Pada lapisan permukaan, kadar oksigen akan lebih tinggi, karena adanya

proses difusi antara air dengan udara bebas serta adanya proses fotosintesis. Dengan

bertambahnya kedalaman akan terjadi penurunan kadar oksigen terlarut, karena

proses fotosintesis semakin berkurang dan kadar oksigen yang ada banyak digunakan

untuk pernapasan dan oksidasi bahan-bahan organik dan anorganik Keperluan

organism terhadap oksigen relatif bervariasi tergantung pada jenis, stadium dan

aktifitasnya. Kebutuhan oksigen untuk ikan dalam keadaan diam relative lebih sedikit

apabila dibandingkan dengan ikan pada saat bergerak atau memijah. Jenis-jenis ikan

tertentu yang dapat menggunakan oksigen dari udara bebas, memiliki daya tahan

yang lebih terhadap perairan yang kekurangan oksigen terlarut (Wardoyo, 1978).

Berikut ini gambar prinsip kerja Sensor Amperometrik untuk oksigen:

Arus elektrolitik yang dihasilkan sebanding dengan laju difusi oksigen

ke katoda, dengan kata lain juga sebanding dengan tekanan parsial oksigen

dalam sampel, sehingga sensor jenis ini memberikan respon linear terhadap

perubahan konsentrasi atau tekanan parsial oksigen. Katoda dapat berupa platina,

emas, atau perak, dimana pemilihan jenis logam ini akan berpengaruh pada penentuan

besarnya beda potensial yang diterapkan. Umumnya potensial yang digunakan

dipilih (untuk setiap jenis logam katoda) adalah potensial yang menahan katoda

berada pada daerah stabil yang hanya dibatasi oleh laju difusi (the diffusion-

limited plateau region) untuk proses reduksi oksigen. Untuk keperluan praktis

pengukuran oksigen terlarut, satu set alat yang dilengkapi dengan sensor dan

sumber polarisasi dikenal dengan nama DO meter (dissolved oxygen meter) (Tim

Penyusun, 2012).

Kandungan oksigen terlarut (DO) minimum adalah 2 ppm dalam keadaan

nornal dan tidak tercemar oleh senyawa beracun (toksik). Kandungan oksigen terlarut

minimum ini sudah cukup mendukung kehidupan organisme (Swingle, 1968).

Parameter Oksigen Terlarut memberikan indikasi tentang tingkat kesegaran

air akibat adanya proses biodegradasi dan asimilasi pada badan air. Pada umumnya

model OT adalah dianalisis berdasarkan kinetika reaksi orde satu (Thoman, 1987).

Namun pada saat ini diketahui, bahwa model kualitas air (terutama OT) yang lebih

komplek diperlukan untuk menunjukkan interaksi parameter fisika/kimia dan biologi

yang lebih akurat (Biswas, 1981).

BAB 3. METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Alat dan Bahan

Alat

DO Meter

Tabung Kalibrator

Bahan

Akuades

Sampel Air (Air kolam, air sumur, air mineral)

3.2 Skema Kerja

Klibrasi DO meter

Dibuka penutup membran, dan dibasahi busa didalamnya

kemudian ditutup lagi.

Membran dicuci dengan aquades.

Dilap (jangan diusap, cukup ditutul).

Dicelupkan kedalam larutan OX 921 lalu alat dinyalakan

didiamkan selama kira-kira 3 menit.

Dibilas dengan aquades.

Digoyang-goyang sampai air tidak tersisa.

Dimasukkan kedalam membran yang sudah diisi larutan OX

920 (jangan sampai ada gelembung).

Alat dinyalakan.

Dihubungkan dengan tabung kalibrator

Tekan Cal, Run Enter, tunggu sampai s1,18

Dilakukan pengukuran

Sensor

Hasil

Pengukuran Oksigen Terlarut

Dimasukkan kedalam gelas ukur

Dimasukkan probe DO meter

Ditunggu beberapa saat hingga pembacaan stabil

Dicatat suhu dan slopenya

Elektroda diangkat

Dimasukkan lagi kealam gelas ukur

Tekan AR pada DO meter kemudian RUN ENTER

Dilakukan hal yang sama sebanyak tiga kali pengulangan

Dilakukan hal yang sama pada sampel air dari sumber yang

berbeda

Sampel Air

Hasil

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil

Sampel Air Slope g/mL Slope rata-rata Suhu (oC) Suhu rata-rata

Rembangan

4,4

4,43

29,1

29 oC 4,4 29,0

4,5 28,9

Armed

3,3

3,36

28,9

28,83 oC 3,4 28,8

3,4 28,8

Manstrib

4,3

4,3

28,9

29,23 oC 4,3 28,9

4,3 29,9

Kolam budaran

mipa

5,2

5,26

29,2

29,2 oC 5,3 29,2

5,3 29,2

4.2 Pembahasan

Percobaan kali ini merupakan percobaan mengukur oksigen yang terlarut

dalam air. Dimana oksigen ini menentukan kadar dan mutu air. Pengukuran oksigen

terlarut dalam air diukur menggunakan cara Amperometri yang merupakan salah satu

parameter penting dalam analisis kualitas air. Cara penentuan oksigen terlarut dengan

metoda elektrokimia adalah cara langsung untuk menentukan oksigen terlarut dengan

alat DO meter. Prinsip kerjanya adalah menggunakan probe oksigen yang terdiri dari

katoda dan anoda yang direndam dalarn larutan elektrolit. Pada alat DO meter, probe

ini biasanya menggunakan katoda perak (Ag) dan anoda timbal (Pb). Secara

keseluruhan, elektroda ini dilapisi dengan membran plastik yang bersifat semi

permeable terhadap oksigen. Reaksi kimia yang akan terjadi adalah :

Katoda : O2 + 2H2O + 4e- 4HO

-

Anoda : Pb + 2HO- PbO + H2O + 2e

-

Aliran reaksi yang terjadi tersebut tergantung dari aliran oksigen pada katoda. Difusi

oksigen dari sampel ke elektroda berbanding lurus terhadap konsentrasi oksigen

terlarut.

Sampel yang digunakan ada empat sampel diantaranya; air kolam Mipa, air

pada daerah Rembangan, air pada daerah Armed dan air pada daerah Manstrib.

Sampel ini sudah mewakili golongan air yang digunakan untuk air minum, untuk

pertanian, perikanan, dan pemandian. Alasan memilih keempat sampel datas adalah

untuk membandingkan seberapa banyak kadar oksigen dalam sampel. Air kolam

Mipa dipilih karena air ini tidak diganti setiap hari, hanya pada saat tertentu saja air

ini diganti dan mengindikasikan kualitas air yang kurang baik. Sampel kedua berasal

dari daerah Rembangan tepatnya pada daerah pemandian, ini diambil untuk

membuktikan apakah air disana sudah dikatakan sesuai atau belum. Sampel ketiga

berasal dari armed, alasan pengambilan sampel juga sama untuk melihat seberapa

besar tingkat mutunya. Sampel terakhir berasal dari daerah Manstrib dimana disini

banyak mahasiswa yang bertempat tinggal dan setiap hari menggunakan air ini untuk

memenuhi kebutuhannya.

Percobaan ini diawali dengan mengkalibrasi alat DO meter. Kalibrasi ini

bertujuan untuk menguji alat agar memberikan data yang sesuai. Jika pada proses

kalibrasi muncul angka E7 itu artinya membran dalam keadaan rusak atau perlu

dibersihkan lagi menggunakan larutan 921. Apabila masih muncul E7 maka kalibrasi

harus dilakukan berulang-ulang sampai muncul data suhu. Selain data suhu, juga

muncul data oksigen yang terlarut dalam satuan ppm. Kandungan oksigen terlarut

(DO) minimum adalah 2 ppm dalam keadaan nornal dan tidak tercemar oleh senyawa

beracun (toksik). Kandungan oksigen terlarut minimum ini sudah cukup mendukung

kehidupan organisme.

Dari percobaan didapat data sebagai berikut:

Sampel Air Slope rata-rata

gram/mL

Suhu rata-rata

(oC)

Rembangan 4,3 29

Armed 3,36 28,83

Manstrib 4,3 29,23

Air Kolam Mipa 5,26 29,2

Dari keempat sampel air ternya kandungan oksigen terlarut terendah yakni

pada daerah Armed, dan kandungan oksigen terlarut tertinggi pada air kolam ikan

Mipa. Hal ini diperkuat dengan adanya organisme hidup yang ada dikolam tersebut

seperti ikan, ganggang, dan organisme lainnya. Dan daerah Armed memberikan data

oksigen terlarut sebesar 3,36 ppm, ini menunjukkan lebih sedikit oksigen yang

terlarut dari pada di kolam Mipa.

Penentuan kualitas air juga didukung dengan data suhu pada sampel tersebut.

Karena salah satu faktor yang mempengaruhi kelarutan oksigen dalam air adalah

suhu. Semakin rendah suhu air maka kandungan oksigen yang terlarut akan semakin

besar. Semakin besar suhu pada sampel yang diukur maka semakin sedikit kandungan

oksigen terlarutnya. Pada suhu yang rendah, tekanan yang besar dapat memaksa lebih

banyak molekul oksigen masuk kedalam ruang diantara molukel air.

Empat sampel air yang digunakan secara umum menunjukkan suhu yang

sama pada 29 oC. Anomali terlihat dari data DO pada kolam Mipa, dimana pada suhu

29 oC ternyata kelarutan oksigen didalamnya cukup besar. Dan air Armed dengan

suhu 28,8 oC kelarutan oksigennya lebih kecil. Pada kolam mipa dengan suhu 29

oC

kadar oksigen terlarutnya besar karena disitu terdapat ikan sebagai organisme hidup.

Andai ikan yang ada pada kolam tersebut banyak yang mati, itu berarti kualitas air

tidak baik dan sedikit sekali oksigen yang terlarut. Selanjutnya air Armed sebesar

3,36 ppm dengan suhu 28,8 oC masih dalam kewajaran, karena batas minimum

kualitas air adalah 2 ppm. Dari pengukuran ini dapat dikatakan bahwa semua sampel

air yang digunakan berkualitas baik yang uumumnya mengandung 4 sampai 6 ppm

oksigen.

Percobaan pengukuran secara amperometri ini penting diperhatikan suhu dan

salinitas sampel air yang akan diperiksa. Peranan suhu dan salinitas ini sangat vital

terhadap akurasi penentuan oksigen terlarut. Disamping itu, sebagaimana lazimnya

alat yang digital, peranan kalibrasi alat sangat menentukan akurasinya hasil

penentuan. Berdasarkan data-data hasil percobaan diatas, penentuan oksigen terlarut

dengan cara DO meter masih dapat dipercaya hasilnya jika sifat penentuannya hanya

bersifat kisaran.

BAB 5. PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Pengukuran oksigen terlarut dalam air menggunakan cara Amperometri.

Prinsip kerjanya DO meter adalah menggunakan probe oksigen yang terdiri

dari katoda dan anoda yang direndam dalarn larutan elektrolit, biasanya

menggunakan katoda perak dan anoda timbal.

Sampel air Rembangan, kolam Mipa, Armed dan Manstrib pada suhu 29 oC

meberikan data oksigen terlarut rata-rata 4 ppm dan memiliki kualitas yang

baik.

cara DO meter masih dapat digunakan untuk penentuan kualitas air yang

bersifat kisaran.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2012. http://id.wikipedia.org.wiki/Sensor. diakses pada Mei 2012.

Biswat, Asit K.1981. Models for Water Quality Management. Mc Graw Hills,

USA. pp 134.

Djajadiningrat, S.T., Harsono, A.H. ( 1993 ). Penilaian Secara Tepat Sumber –

Sumber. Pencemaran Air, Tanah, dan Udara. Yogyakarta: Gadjah Mada

University Press.

Salmin. 2000. Kadar Oksigen Terlarut di Perairan Sungai Dadap, Goba, Muara

Karang dan Teluk Banten. Dalam : Fora – minifera Sebagai Bioindikator

Pencemaran, Hasil Studi di Perairan Estuarin Sungai Dadap, Tangerang

(Djoko P. Praseno, Ricky Rositasari dan S. Hadi Riyono, eds.) P3O - LIPI hal

42 – 46.

Swingle, H.S. 1968. Standardization of Chemical Analysis for Water and Pond Muds.

F.A.O. Fish, Rep. 44, 4 , 379 - 406 pp.

Thoman and Mueler. 1987. Principles of Surface Water Quality Modelling and

Control. Harper & Row Publisher Inco, NewYork, USA. pp 266 and 462

Tim Kimia Analitik. 2012. Petunjuk Praktium Elktroanalisis. Jember: Laboratorium

Kimia Analitik FMIPA UJ.

Wardoyo, S.T.H. 1978. Kriteria Kualitas Air Untuk Keperluan Pertanian dan

Perikanan. Dalam : Prosiding Seminar Pengendalian Pencemaran Air. (eds

Dirjen Pengairan Dep. PU.), hal 293-300.