## Disain Analisis Sistem Alir Sederhana untuk Penentuan Besi dengan Metode Spektrofotometri

## Simple Design of Flow Analysis System for Determination of Iron by Spectrophotometric method
Wiwin Setiani, Tri Mulyono * ), Asnawati Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Jember (UNEJ) Jln. Kalimantan 37, Jember 68121 * Email: aztrimulyono@yahoo.com

## ABSTRACT
The  purpose  of  this  research  is  to  make  a  series  of  analyzes  using  a  flow  system  with  a  bottle Marriote  as  pump  and  spectrophotometric  method  for  determining  the  content  of  iron  in  water samples. Determination of iron by this method used 1,10-fenantrolin complexing or 2,2-bipyridyl. In this method, Fe 3+ is reduced to Fe 2+ prior complexed with iron to form a specific color and then flowed it through a marriote bottle next to the spectrophotometer detector. The average flow rate of the liquid in the bottle Marriote amounted to 0.037 mL / sec. Limit detection obtained in the both of batch and simple flow systems are 0.00017 ppm and 0.00023 ppm respectively. Sensitivity obtained  in  both  of  batch  and  simple  flow  systems  are  0.027  and  0.035  respectively.  Flow  rate precision  values  are  expressed  Marriote  bottle  with  Kv  values  <5%.  Values  accuracy  was expressed  as  percent  of  recovery  of  99%  in  the  batch  method,  whereas  the  simple  flow  system analysis method was 98.5%. Results of t-test analysts suggest that iron determination using flow systems analysis (FIA) with the replacement pump bottle Marriote was not different significantly from the results obtained with in the batch system.
Keywords : botol marriote, flow injection analysis , metode batch , spektrofotometri

## PENDAHULUAN
Besi  merupakan  salah  satu  elemen  kimiawi yang  banyak  terdapat  di  perairan  dan  tanah. Besi di perairan terdapat sebagai Fe 2+ dan Fe 3+ (Alvarts  & Santika, 1986). Analisis penentuan besi  secara  umum  dilakukan  melalui  metode spektrofotometri  (Basset,  Denny,  Jeffery,  and Mendham,  1994).  Spektrofotometri  dapat dianggap sebagai perluasan suatu pemeriksaan visual dengan studi  yang lebih  mendalam dari absorbsi  energi  (Patramurti,  2005).  Analisis tersebut umumnya menggunakan pengompleks 1,10-Fenantrolin atau 2,2-bipyridyl (Khasanah, Hartiti,  dan  Indahsari,  2001).  Metode  ini dilakukan dengan mereduksi Fe 3+ menjadi Fe 2+ terlebih dahulu sebelum dikomplekskan dengan pengompleks  besi  yang  membentuk  suatu warna  yang  spesifik  (Underwood,  &  Day, 1999) Analisis spektrofotometri campuran Fe 2+ dan Fe 3+ secara umum merupakan metode tidak langsung yang dilakukan secara bertahap. Orto- fenantrolin  (atau  o-fenantrolin)  sebagai  agen
pengompleks dapat berikatan dengan  Fe 2+ dan Fe 3+ membentuk  kompleks  berwarna  berbeda, sehingga  diharapkan  Fe 2+ dan  Fe 3+ dalam campuran  bisa  ditentukan  secara  langsung sebagai  senyawa  kompleks  dengan  metode spektrofotometri (James & Courch. 1988). Dalam Flow  Injection  Analysis (FIA) terdapat  beberapa  komponen  penting  antara lain propelling  unit,  injection/insertion  unit, transport and reaction unit , dan detektor. Pada penelitian  ini  yang  paling  penting  yaitu  pada bagian propelling  unit.  Propelling  unit disini dicontohkan  misalnya  pompa peristaltic, pompa syringe , dan botol bertekanan. Pada  metode  analisis  ini  membutuhkan pereaksi  dalam  jumlah  banyak,  biaya  cukup mahal  dan  buangan  yang  dihasilkan  tidak terlalu banyak sehingga mengurangi pencemaran  bagi  lingkungan.  Berdasarkan uraian  tersebut,  maka  penelitian  ini  bertujuan untuk  mengetahui  metode  analisis  alternatif yang  berupa  metode  analisis  sistem  alir  bisa layak  digunakan.  Hasil  penelitian  diharapkan
sebagai  sumber  informasi  tentang  metode analisis alternatif.

## METODE
Alat dan Bahan Alat:
Spektrofotometer UV-Vis (Spektronik 21-D), neraca analitik  (OHAUS  NO.AP  310-0,  alat-alat  gelas, seperangkat alat analisis sistem alir ( Flow Injection Analysis ), NI PCI 6221, PC, injector manual.
Bahan: Fe(NH 4 ) 2 (SO 4 ) 2 .6H 2 O  (Merck;  BM  392  gram/mol), aquades,  sampel  air  sumur  yang  diambil  dari  air sumur yang berada di Kec.Sumbersari (Jln. Jawa II- Jember),  larutan  H 2 SO 4 p.a  95%  (Merck),  larutan hidroksilamin-HCl  10%  (Merck),  fenantrolin (Merck;  BM  198  gram/mol),  CH 3 COOH  99,8% (Merck; BM 60,05 gram/mol), padatan CH 3 COONa (Merck; BM 82 gram/mol).
Pembuatan Botol Marriote Botol Marriote dibuat  dari  botol  cimory  250  mL dengan  tutup  yang  diberi  dua  lubang  untuk  A sebagai  inlet  udara  (udara  masuk)  dan  C  sebagai pipa  yang  disambung  dengan  slang  infus  lengkap dengan  krannya  digunakan  untuk  mengalirkan larutan  dalam  botol.  Sedangkan  untuh  h  yang dimaksud yaitu tinggi dari letak botol.
Gambar 1 . Bottle Mariotte
Keterangan : A = inlet udara (pipa) h = perbedaan ketinggian antara atas air dan bawah tabung B = botol plastik (botol Cimory 250 mL) C = pipa Botol Mariotte  1, botol Mariotte  2 dan  botol Mariotte 3 masing-masing berisi carrier dan reagen yang  berupa  larutan  buffer,  larutan  hidroksilamin- HCl  dan  fenantrolin.  Dari  ketiga  botol Mariotte tersebut  dialirkan  larutan  buffer  yang  langsung bertemu  dengan  laju  tertentu.  Sampel  diinjeksikan pada  bagian injection/insertion unit yang  kemudian bertemu  dengan  larutan  hidroksilamin-HCl. Kemudian  larutan  fenantrolin  mengalir  dan
bercampur  dengan  sampel  yang  sudah  bercampur dengan larutan buffer dan larutan hidroksilamin-HCl sebelumnya  dan  terjadi  reaksi  yang  selanjutnya menuju  ke  detektor  dan  menghasilkan  sinyal  yang dideteksi  oleh  detektor  spektrofotometer  UV-Vis (Spektronik  21-D)  yang  sudah  terhubung  oleh  PC. Dan  akhirnya  memproses  data  tersebut  dan menampilkan  data  dalam  bentuk  grafik.  Gambar disain analisis tersebut dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar  2 . Disain  analisis  sistem  alir menggunakanbotol Marriote
Penentuan Besi Total Penentuan  besi  total  dengan  menggunakan  metode batch dapat  dilakukan  dengan  cara  25  mL  sampel dipipet  dan  dimasukkan  ke  dalam  beaker  glass  50 mL lalu ditambahkan 1 mL hidroksilamin-HCl 10%, dan  didihkan  hingga  volume  mencapai  10  mL. Kemudian  didinginkan  pada  suhu  kamar.  Larutan hasil pendidihan tersebut dimasukkan ke dalam labu ukur 50 mL ditambah 2 mL 1,10-fenantrolin, buffer asetat  5  mL,  dan  diencerkan  sampai  tanda  batas (Christian,  1994).  Setelah  itu  di  ukur  dengan spektrofotometer  pada  panjang  gelombang  510  nm dan menghasilkan suatu data yang kemudian terbaca oleh PC. Penentuan  besi  total  dengan  analisis  sistem  alir dapat dilakukan dengan cara 25 mL sampel dipipet dan dimasukkan ke dalam beaker glass 50  mL lalu ditambahkan  1  mL  hidroksilamin-HCl  10%,  dan didihkan  hingga  volume  mencapai  10  mL. Kemudian  didinginkan  pada  suhu  kamar.  Larutan hasil  pendidihan  tersebut  dimasukkan  ke  dalam injection/insertion  unit dan  kemudian  dialirkan reagennya.
Setelah itu diukur dengan spektrofotometer dengan reagen yang berupa buffer asetat  pada  botol Marriote 1  dan  1,10-fenantrolin pada  botol Marriote 2.  Kemudian  sampel  di inject sehingga semua larutan bertemu disatu titik yaitu T connector. Kemudian  semua  larutan  tersebut bercampur  dan  terjadi  reaksi  yang  selanjutnya menuju  ke  detektor  yang  berupa  spektrofotometer dengan  panjang  gelombang  510  nm  dan menghasilkan  suatu  data  yang  kemudian  terbaca oleh PC.
Penentuan Besi (II) Penentuan  besi  (II)  dengan  metode batch dapat dilakukan  dengan  cara 25  mL  sampel  dipipet dimasukkan  ke  dalam  labu  ukur  50  mL,  lalu ditambahkan 2 mL 1,10-fenantrolin dan 5 mL buffer
asetat  secara  berurutan,  diaduk  kuat-kuat. Diencerkan  hingga  mencapai  tanda  batas  dan dikocok  sampai  larutan  menjadi  homogen.  Larutan dibiarkan selama  10  menit.  Setelah  itu  di  ukur dengan  spektrofotometer  pada  panjang  gelombang 510 nm dan menghasilkan suatu data yang kemudian terbaca oleh PC.
Penentuan  besi  (II)  dengan  metode  analisis sistem  alir  dapat  dilakukan  dengan  cara  25  mL sampel  dipipet  dimasukkan injection/insertion  unit dan  kemudian  dialirkan  buffer  asetat  dan  1,10- fenantrolin  secara  berurutan.  Kemudian  semua larutan  tersebut  bercampur  dan  terjadi  reaksi  yang selanjutnya  menuju  ke  detektor  yang  berupa spektrofotometer  dengan  panjang  gelombang  510 nm  dan  menghasilkan  suatu  data  yang  kemudian terbaca oleh PC.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Penentuan  Laju  Alir (Flow  Rate) Botol
Marriote Pada penelitian ini dilakukan optimasi laju alir pada  botol  Marriote  yang  akan  digunakan sebagai pengganti pompa dalam analisis sistem alir. Dari hasil laju alir tersebut dapat dikatakan bahwa  variasi  tinggi  (h)  pada  botol Marriote tidak berpengaruh terhadap laju alirnya (Tabel
1). Hal tersebut sesuai dengan teori pada botol Marriote yaitu tekanan  di  bagian  bawah saluran  masuk  udara  selalu  sama  dengan tekanan  luar  reservoir,  yaitu  tekanan  atmosfer sehingga ketinggian dari botol itu sendiri tidak berpengaruh terhadap laju alir yang dihasilkan.
Tabel  1. Data volume  laju  alir  pada  botol
marriote
Flow Injection Analysis (FIA) didasarkan pada injeksi sampel cair yang digerakkan oleh sistem  aliran  kontinyu.  Dalam  aliran  kontinyu injeksi  sampel  membentuk  suatu  zona  yang akan  dicatat  dalam  bentuk  absorban  dan parameter-parameter  fisik  yang  lain  sesuai dengan  detektor  yang  digunakan.  Alat  ini memiliki  beberapa  kelebihan  antara  lain
operasinya  mudah  dan  mempunyai  kecepatan yang  tinggi  dalam  menganalisis,  serta keakuratan  dan  ketelitiannya  lebih  terjamin. Sedangkan  metode batch yaitu  metode  secara umum untuk penentuan besi. Dalam metodenya dilakukan  pencampuran  antara  sampel  dan pereaksi. Pengukuran  panjang  gelombang maksimum yang dilakukan pada rentang 2 nm memberikan  nilai  absorbansi  yang  naik  dari panjang  gelombang  500-510  nm  namun mengalami  penurunan  setelah  mencapai panjang  gelombang  510  nm.  Hal  tersebut dikarenakan  pada  panjang  gelombang  yang berbeda,  zat  sampel  menyerap  cahaya  dengan absorbansi  yang  berbeda  pula.  Sesuai  dengan hukum  Lambert-Beer,  A  =  ε  b  c,  dimana absorbansi  sebanding  dengan  konsentrasi larutan.  Semakin  besar  konsentrasi  larutan, maka  absorbansi  yang  diperoleh  juga  semakin besar. Namun  pada  keadaan  tertentu  nilai absorbansi kembali menurun dengan bertambahnya panjang gelombang (gambar 3). Hal  ini  berarti  pada  panjang  gelombang tersebut kemampuan molekul-molekul menyerap  cahaya  kembali  menurun.  Dari penelitian  dapat  dikatakan  bahwa larutan standar  tersebut  menyerap  cahaya  secara maksimal  yang  terjadi  pada  panjang gelombang 510 nm.
Gambar 3. Profil Serapan Panjang Gelombang  Maksimum  [Fe(phen) 3 ] 2+ pada Konsentrasi  5  ppm  dengan  Interval  2  nm. Pembuatan  kurva  kalibrasi  ini  dilakukan dengan  dua  metode  yaitu  metode batch dan metode  analisis  sistem  alir  sederhana.  Pada pembuatan  kurva  kalibrasi  ini  digunakan konsentrasi larutan standar Fe (II) 1; 2; 3; 4 dan 5  ppm  yang  diukur  pada  panjang  gelombang maksimum yakni 510 nm. Hasil kurva kalibrasi dengan  menggunkan  kosentrasi  dalam rentangan 1 ppm – 5 ppm untuk kedua metode ditunjukan pada gambar 4 dan gambar 6.
Gambar  4. Kurva  kalibrasi  dengan  metode batch pada λ=510 nm.
Sementara  itu  hasil  pengukuran  dengan metode FIA sederhana diperlihatkan gambar 5. Terlihat  pada  gambar  5  bahwa  semakin  besar konsentrasi  yang  dinjeksikan  semakin  tinggi puncak absorbansi.
Gambar  5. Absorbansi  pada  setiap  variasi konsentrasi dengan metode analisis sistem alir sederhana
Gambar  6. Kurva  kalibrasi  dengan  metode analisis  sistem  alir  sederhana pada λ=510 nm
Karakteristik Data a. Limit Deteksi Limit  deteksi  merupakan  konsentrasi  terkecil atau  jumlah  terendah  suatu  analit  yaitu  besi yang  masih  dapat  memberikan  signal signifikan. Limit deteksi pada pengukuran besi menggunakan disain ini yaitu 0,00023 ppm dan dengan  menggunakan  metode batch yaitu 0,00017 ppm.
b. Sensitivitas Sensitivitas  dinyatakan  sebagai slope dari kurva  kalibrasi  dengan  range  konsentrasi tertentu.  Harga  sensitivitas  yang  tinggi  berarti bahwa  perubahan  konsentrasi  yang  kecil  dari analit  sudah  dapat  memberikan  respon  atau sinyal  analitis  yang  besar  (James  &  Courch, 1988).  Slope  kurva  kalibrasi  pada  metode analisis  sistem  alir  sederhana  diperoleh persamaan  garis  lurus  yang  diberikan  pada persamaan y = 0,035x+0,018 dan pada metode batch diperoleh  persamaan  y  =  0,027x+0,019. Berdasarkan  pada  persamaan  tersebut,  nilai sensitivitas  yang  didapatkan  pada  kedua metode adalah 0,035 dan 0,027.
c. Presisi Presisi  merupakan  kebolehulangan  suatu  hasil pengukuran  suatu  botol Marriote untuk mendeteksi besi dengan sistem alir. Nilai setiap pendekatan  untuk  satu  kali  pengulangan  atau lebih  yang  berbeda  adalah  95%  (Caulcutt, 1995) dan hasilnya diperlihatkan pada tabel 2.
Tabel 2. Hasil pengukuran  sampel dengan tiga kali pengulangan
Berdasarkan data penelitian dapat disimpulkan bahwa  botol Marriote
yang  digunakan mempunyai nilai presisi yang baik karena nilai dari Kv masih di bawah 5 % yaitu 4,4 %.
d. Uji Recovery
Penentuan  suatu  zat  dengan  salah  satu
metode  tertentu  selalu  terbuka  kemungkinan adanya gangguan komponen dalam campurannya,  sehingga  kadar  sebenarnya  dari analit  dalam  sampel  tidak  dapat  diketahui dengan  pasti.  Dari  perhitungan  diperoleh  nilai persen recovery yaitu  98,5%  untuk  metode analisis  sistem  alir  dan  99%  untuk  metode batch . Pengukuran Sampel Besi Air yang berwarna kuning dapat diindikasikan secara  umum  dengan  kandungan  Fe  yang tinggi.  Selain  itu  kondisi  sumur  yang  tertutup mengakibatkan  air  tidak  banyak  mengandung oksigen  terlarut  dan  menyebabkan  kandungan Fe 2+ cukup  besar.  Berdasarkan  hasil  analisis diperoleh  kadar  Fe 2+ ,  Fe total ,  dan  Fe 3+ (Alvarts &  Santika.  1986).  Kadar  Fe 3+ dalam  sampel dapat  diperoleh  dengan  mengurangi  kadar Fe total dengan  kadar  Fe 2+ .  Fe total merupakan jumlah  keseluruhan  ion  besi  yang  terlarut dalam air. Dalam air ion besi ditemukan dalam bentuk  ion  ferro  (Fe 2+ )  dan  ferri  (Fe 3+ )  (Yuni, 2002).  Mengatasi  hal  tersebut,  maka  seluruh unsur  besi  dalam  sampel  harus  dibuat  dengan biloks  yang  sama  yaitu  (2+),  sehingga dibutuhkan  suatu  zat  pereduksi.  Zat  pereduksi yang dipakai adalah hidroksilamin hidroklorida.  Hidroksilamin  dalam  larutan berfungsi agar ion besi yang mempunyai biloks +3 tereduksi menjadi biloks +2. Hal yang perlu diperhatikan  dalam  penambahan  zat  pereduksi yang berupa hidroksilamin-HCl yaitu penambahan  zat  pereduksi  harus  setelah sampel  dikontrol  pHnya  agar  menjadi  asam sekali  atau  basa  sekali  yaitu  dengan penambahan  larutan  buffer.  Berdasarkan  data hasil  analisis,  Fe 3+ dalam  sampel  memiliki kadar  yang  lebih  tinggi  dari  kadar  Fe 2+ . Keberadaan  ion  Fe 2+ jika  ditinjau  dari  pH memang  kurang  stabil  dan  mengakibatkan kadar Fe 2+ berkurang karena pH yang melebihi 7 sehingga bersifat sedikit basa, sehingga dapat mempengaruhi  keberadaan  Fe 2+ .  Terjadinya peningkatan kadar Fe 2+ di dalam air disebabkan oleh  karbondioksida  dengan  jumlah  yang relatif  banyak.  Hal  tersebut  dicirikan  dengan rendahnya  pH  dan  disertai  dengan  kadar oksigen terlarut yang rendah. Uji-t  merupakan  uji  perbandingan  dua metode  yang  telah  ditentukan  yaitu  antara metode  analisis  sistem  alir  sederhana  dengan menggunakan botol Marriote untuk menganalisis besi total pada sampel air dengan metode batch . H 0 pada uji-t menyatakan kedua rata-rata  simpangan  adalah  identik  (metode
analisis  sistem  alir  sederhana  dengan menggunakan  botol Marriote dan  metode batch adalah  tidak  berbeda  nyata),  maka  jika t hitung lebih kecil dari t tabel maka H 0 diterima. Uji- t  untuk  analisis  kedua  metode  tertera  pada Lampiran  H  dihasilkan -4.  Hasil  perhitungan uji-t  keseluruhan  memberikan  harga  t hitung < t tabel ,  dengan  derajat  kebebasan  n=  1,  α=  0,05 t tabel =  6,314.  Nilai  tersebut  dapat  diasumsikan bahwa  kedua  sistem  analisis  tidak  berbeda secara  nyata  (H 0 diterima),  sehingga  dapat digunakan  sebagai  analisis  sistem  alir sederhana alternatif untuk analisis besi dengan metode spektrofotometri.

## KESIMPULAN
Telah dihasilkan dan dapat diaplikasikan disain analisis  sistem  alir  sederhana  dengan menggunakan  botol Mariotte untuk  penentuan besi  dengan  metode  spektrofotometri  dengan karakteristik rata-rata laju alir cairan pada botol Marriote adalah  sebesar 0,037  mL/det, batas deteksi  pengukuran  0,00017  0,00023  ppm, sensitivitasnya  0,035  serta  akurasinya  98,5%. Sedangkan hasil perhitungan uji-t (dibandingkan dengan sistem batch) menunjukkan  bahwa  harga  t hitung <  t tabel , sehingga  dapat  disimpulkan  bahwa  kedua metode  di  atas  tidak  mempunyai  perbedaan yang  signifikan  dalam  penentuan  kandungan besi dalam sampel air.

## DAFTAR PUSTAKA
Alvarts,  G  and  Santika.  1986. Water  is Bussines  Everyone’s .  England  :  John-
Willey Inc. Basset, J.,  Denny,  R.  C.,  Jeffery,  G.  H,
Mendham.  J.  1994. Buku  Ajar  Vogel Kimia  Analisis  Kuantitatif  Anorganik .. Penerbit Buku Kedokteran EGC : Jakarta. Patramurti,  C.  2005. Penetapan  Kadar Campuran  Oktil  Metoksi  Sinamat  dan Oksibenson  dengan  Metode  High
Performance Liquid Chromatography and
Spectrophotometry  Ultraviolet. Sigma .
Vol 8.
Khasanah,  M.,  Hartiti, dan Indahsari,  M.  K. 2001.  Penggunaan  Sianida  Sebagai Penopeng  pada  Penentuan  Besi  secara Spektrofotometri  dengan  Pereaksi  1,10- fenantrolin. Skripsi. Fakultas Matematika dan  Ilmu  Pengetahuan  Alam.  Surabaya  : Universitas Airlangga.
Underwood,  A.  L  dan  Day.  R.  A.  Jr.  1999 .
Analisis  Kimia  Kuantitatif. Jakarta  : Erlangga. James,  E.  D.  Jr  and  Courch.  1988. Spectrometry  Chemical  Analysis. USA  : Prentice hall International Inc.
Caulcutt,  R.  1995. Statistic  for  Analytical Chemist . London: Chapman and Hall. Yuni, S. 2002. Efektivitas Metode Pengolahan Air Untuk Menurunkan Kadar Fe. Jurnal Ilmiah , 2 (4): 13-18.