## BATCH INJECTION POTENTIOMETRY ASAM ASPARTAT, ASAM GLUTAMAT DAN ARGININ MENGGUNAKAN ELEKTRODA TUNGSTEN OKSIDA
( BATCH INJECTION POTENTIOMETRY ASPARTIC ACID, GLUTAMIC ACID AND ARGININE USING TUNGSTEN OXIDE ELECTRODE )

## Yeni Maulidah Muflihah*, Heny Masruroh, Zulfikar
Jurusan Kimia, FMIPA, Universitas Jember, Jl. Kalimantan 37 Kampus Tegalboto Jember 68121 Telp. (0331) 334293
*email: yeni.maulidah@gmail.com
Received 5 September 2013, Accepted 3 February 2014, Published 04 March 2014

## ABSTRAK
Penggunaan tungsten oksida sebagai elektroda untuk mendeteksi keberadaan asam aspartat, glutamat dan arginin dalam  larutan  secara potensiometri  dilakukan  dalam  sistem batch. Karakterisasi  elektroda  tungsten  oksida  yang  digunakan  meliputi  rentang  linier, limit  deteksi,  sensitivitas  dan  reprodusibilitas.  Pengaruh  jenis  buffer  dan  konsentrasinya dalam analisis juga dipelajari untuk mengoptimasi hasil pengukuran. Dari hasil penelitian, diperoleh  kondisi  optimum  untuk  mendeteksi  arginin  adalah  pada  buffer  fosfat  pH  6,0 dengan konsentrasi 0,5 x 10 -3 M. Koefisien korelasi diperoleh sebesar 0,9864, limit deteksi 5,24  x  10 -6 M,  sensitivitas  16,1  mV/dekade  dengan  reprodusibilitas  0  –  7  %.  Asam glutamat  memiliki  koefisien  korelasi  0,9789,  limit  deteksi  3,80  x  10 -6 M,  sensitivitas 9,2  mV/dekade  dan  reprodusibilitas  0  –  6  %.  Asam  aspartat  memiliki  koefisien  korelasi 0,9949, limit deteksi 7,76 x 10 -6 M, sensitivitas 13,4 mV/dekade dan reprodusibilitas   0 – 5 %.
Kata kunci: asam amino, batch, potensiometri, tungsten oksida

## ABSTRACT
The  presence  of  aspartic  acid,  glutamic  acid  and  arginine  in  solution  can  be detected  by  potentiometric  method  using  tungsten  oxide  electrode  in  a  batch  system. Characterization of tungsten oxide  electrode used  include  linear range,  limit of detection, sensitivity  and  reproducibility.  Buffer  type  and  concentration  effect  also  studied  to optimize  the  measurement  results.  Optimum  conditions  for  detecting  arginine  was  at  pH 6.0  with  a  phosphate  buffer  concentration  of  0.5  x  10 -3 M.  Correlation  coefficient  was obtained for 0.9864, the detection limit of 5.24 x 10 -6 M, sensitivity 16.1 mV/decade with reproducibility 0 –7 %. Glutamic acid has a correlation coefficient of 0.9789, the detection limit  of  3.80  x  10 -6 M,  the  sensitivity  of  9.2  mV/decade  and  reproducibility  of  0  –  6  %. Aspartic acid has a correlation coefficient of 0.9949, the detection limit of 7.76  x 10 -6 M, sensitivity of 13.4 mV/decade and reproducibility of 0 – 5 %.
Key words: amino acid, batch, potentiometry, tungsten oxide

## PENDAHULUAN
Potensiometri merupakan metode pengukuran yang berdasarkan  adanya perbedaan muatan, reaksi redoks dan perubahan pH.  Teknik potensiometri ini  memiliki area aplikasi yang  luas  dan  handal,  waktu  analisis  yang  singkat,  serta  sensitifitas  dan  selektifitas  yang tinggi (Canel et al. , 2006; Chen and Yu, 1999; Wang et al. , 2005 ).
Pengembangan  elektroda  yang  digunakan  dalam  potensiometri  merupakan  area yang  cukup  menjanjikan.  Keberhasilan  penggunaan  tungsten  oksida  sebagai  elektroda selektif  pH  yang  dilakukan  oleh  Fenster et  al. (2008)  menjadi  acuan  dalam    meneliti kemungkinan penggunaan    tungsten oksida sebagai elektroda dalam analisis asam amino. Sifat  tungsten  oksida  yang  responsif  terhadap  adanya  ion  H + dalam  larutan  dapat dikembangkan  untuk  analisis  asam  amino.  Asam  amino  merupakan  salah  satu  jenis senyawa  yang  mampu  menghasilkan  H + dalam  larutan,  sehingga  keberadaannya  dapat dideteksi oleh tungsten oksida secara potensiometri.
Penggunaan tungsten  sebagai elektroda dalam potensiometri  antara  lain dilakukan oleh  Chen and Alexander  (1996)  mendeteksi  asam  karboksilat  dan  berhasil  mendeteksi asam  karboksilat.  Chen and Yu  (1999)  serta  Wang et  al. (2005)  menggunakan  tungsten untuk  menganalisis  asam  askorbat.  Monser  (2004)  juga  menggunakan  elektroda tungsten untuk pengukuran trimetil amin dalam sistem alir.
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mendapatkan  metode  pendeteksian  larutan  asam- asam amino terutama asam aspartat, asam glutamat dan arginin dalam sistem batch secara potensiometri menggunakan elektroda tungsten oksida.

## METODE PENELITIAN
Alat  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  meliputi  peralatan  gelas,  neraca  analitik, multimeter  Sanwa  PC500,  komputer.  Sedangkan  bahan-bahan  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  adalah  arginin  (MERCK),  asam  aspartat  (MERCK),  asam  glutamat (MERCK), Na 2 HPO 4 (pa), NaH 2 PO 4 (pa), asam asetat (pa), sodium asetat (pa), HCl (pa), tris (hidroksi metil) amino metana (pa), aseton (pa), KCl (pa), aquades, aquademin. Bahan untuk elektroda meliputi kawat tungsten dari elemen lampu philips, dan kawat perak.
Pembuatan elektroda tungsten oksida dalam penelitian ini merujuk pada pembuatan elektroda tungsten  oksida  oleh  Chen and Alexander  (1996)  serta  Monser  (2003).  Batang tungsten  dicuci  dengan  menggunakan  aseton,  dipanaskan  dalam  oven  bersuhu  500  °C selama satu jam. Setelah pemanasan permukaan tungsten akan berwarna hijau kekuningan.
Elektroda  selanjutnya  dibasahi  dengan  NaOH  1  x  10 -3 M  selama  24  jam  dan  sebelum dipakai dicuci terlebih dahulu dengan akuades.
Pembuatan  elektroda  Ag/AgCl  dilakukan  dengan  melakukan  elektrolisis  pada larutan  KCl  1,0  M  menggunakan  kawat  perak,  baik  di  katoda  maupun  di  anoda. Elektrolisis  dilakukan  selama  5-10  menit  dengan  potensial  tetap  sebesar  1,5  -  2,0  volt. Elektroda  Ag  yang  terlapisi  AgCl  akan  terbentuk  pada  anoda.  Setelah  elektrolisis  selesai elektroda disimpan dalam larutan KCl 1 M di dalam botol coklat.
Optimasi  kondisi  pengukuran  yang  dilakukan  meliputi  jenis  buffer,  konsentrasi buffer,  dan  pH  buffer.  Pengukuran  beda  potensial  dilakukan  dalam  sistem  batch menggunakan multimeter Sanwa PC 500 yang  terhubung dengan komputer. Bagan sistem pengukuran  ditunjukkan  Gambar  1.  Penggunaan  multimeter  ini  sebagai  pengukur  beda potensial  dengan  pertimbangan  respon  yang  cepat,  daerah  pengukuran  pada  satuan  mili volt,  terhubung  dengan  komputer  dan  memiliki  nilai  impedansi  yang  tinggi.  Elektroda tungsten  oksida  dipergunakan  sebagai  elektroda  kerja  dan  Ag/AgCl  sebagai  elektroda pembanding.  Respon  yang  diperoleh  merupakan  respon  total.  Pembacaan  respon  asam amino merupakan selisih antara respon yang dihasilkan oleh larutan campuran buffer dan asam  amino  dikurangi  dengan  respon  yang  dihasilkan  oleh  buffer.  Setiap  perlakukan dilakukan tiga kali pengulangan.
Optimasi  jenis  bufer  dilakukan  dengan  cara  larutan  bufer  jenis  tertentu  (tris-HCl, fosfat  dan  asetat)  sebanyak  10  mL  dengan  konsentrasi  5  x  10 -4 pada  pH  7  diukur potensialnya,  kemudian  disuntikkan  sebanyak  20  µL  asam  amino  1  x  10 -3 M  dan potensialnya  diukur  kembali.  Sedangkang  optimasi  pH  buffer  dilakukan  dengan  cara  10 mL   buffer pH  dengan konsentrasi 5  x 10 -4 M divariasikan pHnya  pada 5,5; 6,0; 6,5; 7,0 dan  7,5.  Asam  amino  sebanyak  20  µL dengan  konsentrasi  1  x10 -3 M  diinjeksikan  dan potensial diukur kembali.
Optimasi  konsentrasi  komponen  bufer dilakukan  dengan  cara buffer  dengan  jenis dan pH optimal dengan konsentrasi 0,5 x 10 -3 M; 2,0 x 10 -3 M; 4,0 x 10 -3 M; 6,0 x 10 -3 M; dan 8,0 x 10 -3 M dan diukur potensialnya dengan menginjeksikan 20 µL asam amino 1  x 10 -3 M.

## Gambar 1. Pengukuran dalam Sistem Batch

## Karakteristik sensor
Rentang  linier  diperoleh  dari  pembuatan  kurva  kalibrasi  asam  amino  yang dilakukan dengan menginjeksikan sebanyak 20 µL asam amino konsentrasi 10 -1 M, 10 -2 M, 10 -3 M, 10 -4 M, 10 -5 M, dan 10 -6 M ke dalam 10 mL larutan buffer pada kondisi optimum, suhu  ruang  (±27  °C).  Limit  deteksi diperoleh  dengan  mengukur  respon  blanko  (larutan buffer) tanpa sampel asam amino sebanyak 10 kali. Reprodusibilitas atau kebolehulangan atau  kepresisian  hasil  pengukuran  dilakukan  dengan  menginjeksikan  sampel  asam  amino konsentrasi tertentu sebanyak 6 kali dan dihitung simpangannya.

## PEMBAHASAN
Asam  amino  akan  mengalami  disosiasi  didalam  larutan  dan  menghasilkan  ion  H + pada  gugus  karboksilnya.  Tungsten  yang  terlapisi  dengan  oksidanya  dibagian  luar  akan sangat sensitif dengan perubahan konsentrasi ion H + dalam larutan. Perbedaan pH ini akan mengakibatkan  perbedaan  respon  yang  terjadi  sebagai  akibat  adanya  reaksi  di  lapisan oksida tungsten, yang diikuti oleh perubahan tingkat oksidasi tungsten.
Menurut Fenster et al. , 2008, reaksi ketergantungan terhadap konsenrasi H + dalam elektroda tungsten oksida adalah:
WO 3 + xH + + xe HxWO 3 (0<x<1) (1)
Perbedaan  potensial  (∆E)  yang  diperoleh  ketika  asam  amino  diinjeksikan didasarkan pada reaksi sebagai berikut (Chen et al. , 1996) :
WO 3 + 6H + + 6e W + 3 H 2 O (2)
bufer solute H H F RT const E E E log . 1 2 (3)
Dimana E 2 merupakan potensial dari solute (asam amino), E 1 adalah potensial bufer (buffer fosfat), H + bufer adalah konsentrasi H + dari bufer (buffer fosfat) dan H + solute adalah konsentrasi  H + dari  asam  amino  yang  diinjeksikan, R adalah  konstanta  gas, T adalah temperatur  dan F adalah  tetapan  faraday.  Pada  pH  dan  komposisi  buffer  yang  konstan, persamaan 4 dapat disederhanakan menjadi
solute H const E E E log 059 , 0 1 2 (4)
Berdasarkan persamaan 4, elektroda tungsten oksida dengan elektroda pembanding Ag/AgCl  memberikan  perubahan  beda  potensial  yang  linier  terhadap  perubahan konsentrasi asam amino  melalui perubahan konsentrasi H + . Hubungan  ini  mengikuti pola sub  nernstian,  yaitu  ketika  nilai  slope  lebih  kecil  dari  59,1/n  mV  per  dekade  pada  asam amino arginin dan asam aspartat dengan persamaan y = 13,4x + 72,4 untuk asam aspartat dan  y  =  16,1x  +  86,033  untuk  arginin.  Sedangkan  untuk  asam  glutamat  mengikuti persamaan y = 9,1667x + 58,7.
Pengaruh  jenis  buffer  dipelajari  untuk  mengetahui  buffer  yang  bisa  menghasilkan respon  asam  amino  yang  paling  baik.  Jenis  buffer  yang  digunakan  untuk  melakukan optimasi  adalah  buffer  asetat,  buffer  fosfat  dan  buffer  tris-HCl.  Ketiga  jenis  bufer memberikan respon terhadap pengukuran ketiga asam amino, namun respon terbaik untuk ketiga jenis asam amino didapatkan pada bufer fosfat. Pemilihan bufer fosfat sebagai bufer optimum  pada  pengukuran  asam  amino  selain  didasarkan  pada  nilai  respon  yang  paling tinggi,  juga  didasarkan  pada  tidak  adanya  perbedaan  yang  signifikan  untuk  ketiga pengulangan  pada  pengukuran.  Dari  pengukuran  didapatkan  potensial  dari  penggunaan buffer asetat, buffer fosfat dan tris-HCl berturut-turut adalah: 18 mV, 36 mV dan 31 mV. Potensial  yang  diperoleh  ini  merupakan  selisih  potensial  antara  potensial  setelah diinjeksikan asam amino dengan potensial buffer sebelum diinjeksi dengan asam amino.
Hasil  pengukuran  pada  ketiga  asam  amino  (asam  aspartat,  asam  glutamat  dan arginin) dengan variasi buffer fosfat pH 5,5 - 8 pada Gambar 2 didapatkan bahwa respon asam  amino  naik  pada  pH  6,0  dan  selanjutnya  menurun  pada  pH  lebih  tinggi.  Hal  ini karena pada pH  lebih  besar dari 6,0  tungsten oksida cenderung kurang stabil,  yang dapat dilihat  pada  diagram  pourbaix  tungsten,  yang  menunjukkan  adanya  transisi  tungsten  dari bentuk  WO 3 padat  menjadi  bentuk  ion  WO 4 - pada  daerah  potensial  yang  luas  dan  pH tinggi.
Gambar 2. Grafik optimasi pH bufer untuk arginin, asam glutamat dan asam aspartat
Asam  amino  di  dalam  larutan  asam  akan  terprotonasi  dan  molekulnya  bermuatan lebih  positif.  Dalam  larutan  basa  molekul  asam  amino  kehilangan  proton  dan  bermuatan lebih negatif. Pada pH 5,5 – 6,0 (pH rendah) asam amino arginin, asam aspartat dan asam glutamat bermuatan lebih positif, sehingga konsentrasi H + dalam larutan besar dan respon yang dihasilkan tinggi. Pada  pH 6,5  – 7,5  asam  amino  arginin, asam aspartat dan asam glutamat bermuatan lebih negatif sehingga konsentrasi H + dalam larutan rendah dan respon yang  dihasilkan  kecil.  Dari  hasil  penelitian  ini  didapatkan  pada  pH  6,0  respon  elektroda terhadap asam amino paling tinggi.
Pengaruh konsentrasi komponen  buffer terhadap  respon elektroda tungsten oksida dipelajari  dengan  menggunakan  buffer  fosfat  pH  6,0  pada  beberapa  konsentrasi. Pengukuran ketiga asam amino mendapatkan bahwa respon elektroda turun seiring dengan meningkatnya  konsentrasi  komponen  buffer.  Peningkatan  konsentrasi  buffer  akan meningkatkan  kapasitas  buffer  dan  menurunkan  besarnya  perubahan  ion  H + pada penambahan  asam  amino  yang  akan  dideteksi  oleh  elektroda.  Sehingga,  sensitivitas elektroda yang tertinggi yang bisa mendeteksi asam amino diperoleh pada saat konsentrasi buffer paling rendah, dan akan menurun sensitivitasnya dengan kenaikan konsentrasi. Pada penelitian ini, respon tertinggi didapatkan pada konsentrasi komponen buffer 0,5 x 10 -3 M. Pada konsentrasi di atas 0,5 x 10 -3 M, kapasitas buffer semakin besar, dan  buffer semakin tidak  mudah  terganggu  oleh  penambahan  ion  H + dari  asam  amino  sehingga  respon  yang dihasilkan lebih rendah.
0 10 20 30 40 50 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 R es p o n (m V ) pH Arginin Glutamat Aspartat
Gambar 3. Pengaruh konsentrasi komponen buffer terhadap respon elektroda
Karakteristik  elektroda  yang  dipergunakan  pada  penelitian  ini  meliputi  rentang linier,  limit deteksi, sensitivitas dan reprodusibilitas. Karakterisasi sensor dikerjakan pada kondisi  buffer  optimum  yaitu  pada  buffer  fosfat  pH  6,0  dengan  konsentrasi  komponen buffer 0,5 x 10 -3 M.
Hubungan  antara  log  konsentrasi  asam  amino  yang  diinjeksikan  dan  perubahan potensial  memberikan  respon  yang  linier  dengan  slope  13,4  mV  per  dekade  untuk  asam aspartat.  Slope  arginin  sebesar  16,1  mV  per  dekade  dan  slope  asam  glutamat  sebesar 9,2 mV per dekade. Dari harga slope yang diperoleh pada ketiga asam amino,  didapatkan harga slope yang kurang dari nernstian slope, yaitu sebesar 59,1 mV/dekade. Sub nernstian slope  ini  kemungkinan  sebagai  akibat  dari  adanya  perbedaan  laju  perubahan  potensial dengan perubahan konsentrasi asam amino yang diinjeksikan.
Rentang  linier  merupakan  daerah  dimana  kurva  respon  linier  terhadap  slope  yang diperoleh.  Pengaruh  logaritma  konsentrasi  terhadap  potensial  yang  terukur  diamati  pada range  konsentrasi  10 -6 M–10 -1 M.  Grafik  potensial  terhadap  log  konsentrasi  ditunjukkan pada Gambar 4.
0 10 20 30 40 50 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 Re sp on ( m V) Konsentrasi komponen buffer (M) Arginin Glutamat Aspartat
(a)
(b)
(c)
Gambar 4. Kurva kalibrasi asam amino: (a) asam aspartat, (b) arginin, (c) asam glutamat.
Gambar  4  menunjukkan  bahwa  respon  meningkat  sesuai  dengan  peningkatan konsentrasi  asam  amino.  Hubungan  yang  linier  ini  menunjukkan  bahwa  konsentrasi berbanding lurus dengan potensial yang dihasilkan pada range 10 -6 M – 10 -1 M. Persamaan dan koefisien korelasi diperoleh dari hubungan antara log konsentrasi asam amino dengan potensial,  dimana  konsentrasi  asam  amino  yang  digunakan  adalah  10 -5 M  –  10 -1 M. Koefisien korelasi yang diperoleh sebesar 99 % untuk arginin dan asam aspartat, koefisien korelasi  untuk  asam  glutamat  adalah  sebesar  98  %.  Hasil  pengukuran  pada  penelitian  ini menunjukkan  bahwa  tungsten  yang  dipergunakan  dalam  sistem  mampu  bekerja  pada daerah konsentrasi yang cukup luas.
Nilai limit deteksi yang didapatkan untuk asam amino arginin adalah 6,02 x 10 -6 M, untuk asam glutamat adalah 5,13 x 10 -7 M dan untuk asam aspartat adalah 4,79 x 10 -6 M. Nilai  ini  menunjukkan  bahwa  elektroda  mampu  mendeteksi  asam  amino  pada  kosentrasi yang cukup rendah.
Sensitivitas sensor pada penelitian  ini diperoleh  berdasarkan slope kurva kalibrasi dengan  range  10 -5 M  –  10 -1 M  (Gambar  4  ).  Dari  Gambar  4  diperoleh  nilai  sensitivitas 16,1 mV/ dekade untuk asam amino arginin, 9,1667 mV/ dekade untuk asam glutamat, dan 13,4 mV/ dekade untuk asam aspartat.
Reprodusibilitas  merupakan  suatu  metode  pengulangan  yang  dilakukan  agar dihasilkan limit antar pengukuran sekecil mungkin atau data yang dihasilkan harus presisi. Reprodusibilitas dinyatakan dengan Kv (koefisien variasi) pda Tabel 1 yang menunjukkan tingkat kesalahan pengukuran akibat pengulangan.
Tabel 1. nilai Kv asam amino arginin, asam glutamat dan asam aspartat
Konsentrasi asam amino (M) Arginin Asam glutamat Asam aspartat 10 -6 0,00 0,06 0,00 10 -5 0,07 0,04 0,00 10 -4 0,03 0,03 0,03 10 -3 0,02 0,00 0,02 10 -2 0,01 0,00 0,01 10 -1 0,01 0,00 0,00

## KESIMPULAN
Keberadaan  asam  amino,  terutama  asam  glutamat,  asam  aspartat  dan  arginin didalam  larutan  dapat  dideteksi  secara  potensiometri  menggunakan  elektroda  tungsten oksida.  Respon  elektroda  tungsten  oksida  sangat  dipengaruhi  oleh  jenis,  pH  dan
konsentrasi buffer yang digunakan. Jenis buffer yang bisa menghasilkan respon yang tinggi antara  lain  adalah  buffer  fosfat.  Semakin  tinggi  konsentrasi  buffer  akan  menurunkan sensitivitas respon elektroda.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terima  kasih  kepada  PHK  A2  yang  telah  mendanai  penelitian  ini,  segenap  rekan kerja  dan  mahasiswa  yang  memberikan  bantuan  baik  pemikiran  maupun  tenaga  untuk kelancaran penelitian yang kami lakukan

## DAFTAR PUSTAKA
Canel, E., Guitope, A., Doyan, A., and Killick, E. 2006, The Determination Of Protonation Constants  Of  Some  Amino  Acids  And  Their  Ester  By  Potentiometry  In  Different Media, Journal of Solution Chemistry , vol. 35.
Chen,  Z.,  and  Alexander,  P.W.,  1996,  Potentiometric  Detection  Of  Carboxylic  Acids  By Flow Injection Analysis Using A Tungsten Electrode, Analytica Chimica Acta , vol. 332, pp. 187-192.
Chen,  Z.,  and  Xu,  J.C.,  1999,  Potentiometric  Detection  Of  Ascorbate  Using  A  Graphite Carbon Electrode, Talanta, vol. 49, pp. 661-665.
Fenster,  C.,  Smith,  A.J.S.,  Abts,  A.,  Milenkovich,  S.,  and  Hassel,  A.W.,  2008,  Single Tungsten Nanowires as pH Sensitive Electrodes, Electrochemistry Communication , vol. 10, pp.1125-1128.
Miller,  J.C.,  and  Miller,  J.N.,  1993, Statistics  for  Analytical  Chemistry ,  3 rd ed,  Ellis Horwood Ltd., England.
Monser,L., Adhoum, N., and Sadok, S., 2004, Gas Diffusion Flow Injection Determination Of Total Inorganic Carbon In Water Using Tungsten Oxide Electrode, Talanta , vol. 62, pp. 389-394.
Wang, K., Xu, J., Tang, K., and Chen, H., 2005, Solid Contact Potentiometric Sensors For Ascorbic  Acids  Based  On  Cobalt  Phthalalocyanine  Nanoparticles  As  Ionosphere, Talanta, vol. 67, pp. 798-805.