ALAT OTOMATISASI PENGUKUR KADAR VITAMIN C
DENGAN METODE TITRASI ASAM BASA
Norlina Binti Ramli
Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri
Maulana Malik Ibrahim, Malang 65144, Indonesia
Dosen Pengampu : Dra. Siti Annijat Maimunah, M.Pd
________________________________________
Abstrak
Metode titrasi biasanya digunakan untuk menentukan nilai kadar vitamin C. Titrasi adalah metode paling sederhana untuk mengukur kadar vitamin C pada larutan. Metode titrasi dapat dilakukan secara manual, namun kelemahannya dapat terjadi perubahan suhu pada larutan, karena proses titrasinya kontak langsung dengan tangan sehingga nilai titrasi yang didapatkan kurang akurat.
Tujuan yang ingin dicapai dalam skripsi ini adalah untuk menghasilkan alat titrasi sederhana yang mampu mengukur kadar vitamin C secara otomatis untuk mengurangi tingkat kesalahan pengukuran kadar vitamin C pada larutan. Metode yang digunakan untuk mengukur kadar vitamin C adalah metode titrasi asam basa yaitu larutan vitamin C yang bersifat asam dititrasi oleh larutan NaOH yang bersifat basa, dimana jumlah asam pada larutan setara dengan jumlah basa.
Penelitian ini mengambil dua puluh sampel larutan vitamin C yang dilarutkan dengan 100 ml aquadest. Data yang diperoleh kemudian dianalisis dan hasilnya dibandingkan dengan hasil pengukuran kadar vitamin C pada alat spektrofotometer untuk menentukan ketelitian pada alat ukur kadar vitamin C dengan menggunakan metode titrasi asam basa.
Dari hasil pegujian terhadap alat ukur kadar vitamin C baik pengontrol mikrokontroller AT89S51, maupun liquid cristal display (LCD) dapat disimpulkan bahwa dengan menggunakan alat kadar vitamin C metode titrasi asam basa dapat mengukur kadar vitamin C sesuai dengan hasil perbandingan nilai kadar vitamin C pada alat spektrofotometer. Pengukuran kadar vitamin C dengan menggunakan metode titrasi asam basa menunjukkan nilai kesalahan relatif sebesar 1,4601%.
Kata kunci: Vitamin C, titrasi, pH meter
________________________________________
1. Pendahuluan
Vitaminn adalah senyawa organik seperti karbohidrat, lemak, protein, mineral dan air yang amat penting bagi perkembangan sel organisme hidup. Vitamin dalam jumlah makro sangat penting untuk mengatur proses metabolisme sel hidup. Manusia, hewan, mikroba amat memerlukan vitamin untuk menjamin kelangsungan hidup mereka.
Asam askorbat (vitamin C) adalah vitamin esensial dan sangat penting bagi tibuh manusia. Asam askorbat sangat dibutuhkan oleh organ tubuh pada biologi manusia. Buah-buahan yang segar, sayuran dan beberapa tablet suplemen asam askorbat sintetik memenuhi segala kebutuhan tubuh. Suplemen asam askorbat dalam jumlah besar dibutuhkan oleh tubuh manusia.
Berbagai macam analisis dilakukan untuk mengetahui kadar vitamin C. Penelitian dengan menggunakan metode spektrofotometri dilakukan pada tahun 1966 sampai tahun 1967. Pada spektofometri, sample (vitamin C) diletakkan pada kuvet yang disinari oleh gelombang yang memiliki panjang gelombang yang mampu diserap oleh molekul asam askorbat.
Analisis vitamin C juga dilakukan dengan metode titrasi 2,6 D (Dichloroindophenol) yang dimulai pada tahun 1964. Pada titrasi ini, persiapan sampel ditambahkan asam oksalat atau asam metafosfat, sehungga mencegah logam katalis lain mengoksidasi vitamin C.
Metode spektrofotometri dan titrasi 2,6 D (Dichloroindophenol) jarang digunakan karena memerlukan biaya yang mahal, titrasi lain yang dapat dilakukan adalah titrasi iodium. Metode ini paling banyak digunakan karena murah dan tidak memerlukan peralatan laboratorium yang canggih. Titrasi ini memakai iodium sebagai oksidator yang mengoksidasi vitamin C dan memakai amilum sebagai indikatornya. Kekurangan dari metode ini yaitu, ketidakakuratan nilai yang diperoleh karena vitamin C dapat dipengaruhi oleh zat lain.
Melihat kekurangan dari metode-metode analisis vitamin C yang sebelumnya, maka peneliti mencoba menganalisis vitamin C dengan menggunakan metode titrasi asam basa. Asam yang dimaksud pada penelitian ini adalahasam askorbat (vitamin C) dan NaOH sebagai oksidatornya. Indikator yang dipalai dalam titrasi asam basa ini adalah indikator Phenolphthalein (PP). Titik ekuivalennya terjadi pada saat pH larutan 7.
Titrasi asam basa adalah salah satu contoh analisis volumetri yang dapat digunakan dalam menghitung kadar vitamin C. Pada titrasi asam basa, larutan vitamin C (asam askorbat) sebagai sebagai reduktor yang dioksidai oleh NaOH, sesudah vitamin C dalam sampel habis teroksidasi, kelebihan NaOH akan segera terdeteksi oleh kelebihan Phenolphthalein (PP) yang dalam suasana basa berwarna merah muda. Kadar vitamin C dapat diketahui dengan perhitungan mol NaOH = mol asam askorbat.
Metode titrasi asam basa dapat dilakukan secara manual, namun kelemahannya dapat terjadi kesalahan pada perhitungan pengukuran sehingga hasil analisa dari titrasi yang dilakukan tidak akurat. Titrasi yang dilakukan secara manual mengharuskan seorang praktikan memegang buret dan mengocok gelas reaksi terus menerus hingga terjadi perubahan warna dan pH mencapai nilai 7, karena pada titrasi asam basa nilai pH yang harus dicapai oleh larutan 7. Namun, kesulitannya yaitu praktikan tidak dapat menentukan pH yang telah dicapai oleh larutan sehingga setelah terjadi perubahan warna, titrasi sejenak dihentikan dan dicelupkan pH meter atau kertas lakmus untuk mengetahui pH larutan tersebut. Apabila pH kurang dari 7, titrasi dilanjutkan hingga pH pada larutan mencapai nilai netral atau mencapai nilai 7. Proses titrasi akan berhenti apabila pH larutan mencapai nilai 7 dan dilakukan perhitungan. Apabila pH melebihi nilai 7, maka harus dilakukan titrasi ulang.
Kesalahan tersebut dapat dihindari dengan cara mengotomatiskan proses titrasi. Berdasarkan latar belakang tersebut, peneliti membuat alat otomatis engukur kadar vitamin C dengan metode titrasi asam basa yang dilengkapi dengan MK89S51 untuk memudahkan perhitungan secara otomatis agar tidak terjadi kesalahan pada perhitungan pengukuran vitamin C. Alat ini juga dilengkapi dengan buret dan pengaduk otomatis agar selama titrasi, konsentrasi pada larutan tetap seragam.
Kelebihan lain dari alat ini, yaitu titrasi akan berhenti secara otomatis saat pH yang terbaca pada MK89S51 menunjukkan nulai pH netral atau 7 sehingga tidak terjadi pengulangan titrasi karena pH yang diukur melebihi nilai pH netral 7.
2. Pembahasan
Vitamin C
Vitamin C mempunyai banyak fungsi dalam tubuh, yaitu sebagai koenzim atau kofaktor. Asam askorbat adalah bahan yang kuat kemampuan reduksinya dan bertindak sebagai antioksidan dalam reaksi-reaksi hidroksilasi. Beberapa turunan vitamin C (seperti asam eritrobik atau asam askorbik palmitat) digunakan sebagai antioksidan di dalam industri pangan untuk mencegah proses menjadi tengik, perubahan warna (browning) pada buah-buahan dan untuk mengawetkan daging.
Vitamin C pada tubuh manusia juga berfungsi sebagai sintesis kolagen, sintesis karnitin, nonadrenalin, serotonin, adsorpsi dan metabolisme besi, adsorpsi kalsium, mencegah infeksi serta mencegah kanker dan penyakit jantung.
Asam askorbat (vitamin C) sangat dibutuhkan oleh organ tubuh pada biologi manusia. Buah-buahn yang segar, sayuran dan beberapa tablet suplemen asam askornat sintetik memenuhi segala kebutuhan tubuh. Stress, merokok, infeksi dan luka bakar membutuhkan cadangan asam askorbat dalam tubuh dan suplemen asam askorbat dalam jumlah besar.
Sintesis adalah salah satu cara untuk membuat vitamin C olahan, dengan cara menggabungkan vitamin C pada buah dengan zat yang lainnya. Al Qur’an memperbolehkan kita untuk membuat dan mengonsumsi makanan olahan seperti anggur yang ditunjukkan pada surat An Nahl ayat 67 :
Artinya:
“Dan dari buah korma dan anggur, kamu buat minuman yang memabukkan dan rezeki yang baik. Sesungguhnya pada yang demikian itu benar-benar terdapat tanda (kebesaran Allah) bagi orang yang memikirkan”.
Asam askorbat atau vitamin C berbentuk kristal putih, tidak berbau, meleleh pada suhu 190˚-192˚ C. Rasanya sedikit masam dan mudah larut dalam air. Oleh karena itu, dalam ekstraksi tidak memerlukan pemanasan seperti pada ekstraksi analisa gula reduksi. Vitamin C stabil dalam bentuk kristal, namun mudah teroksidasi dalam larutan menjadi dehidro askorbat yang juga memiliki fungsi fisiologis dalam tubuh manusia, namun tidak memiliki kemampuan sebagai zat anti sariawan.
Terdapat beberapa metode untuk mengetahui kadar vitamin C pada suatu bahan pangan. Diantaranya adalah metode titrasi dan metode spektrofometri. Ada tiga jenis metode titrasi, yaitu metode Iodium (menggunakan iodium sebagai oksidator yang mengoksidasi vitamin C dan memakai amili=um sebagai indikatornya), metode titrasi 2,6 D (Dichloroindophenol) (sampel ditambahkan asam oksalat atau asam metafosfat, namun metode ini jarang digunakan karena harga larutan 2,6 D dan asam metafosfat sangat mahal), dan metode titrasi asam-basa (menggunakan larutan yang disebut titran dan dilepaskan dari perangkat gelas yang disebut biuret).
Sedangkan pada metode spektrofometri, larutan sampel (vitamin C) diletakkan pada sebuah kuvet yang disinari oleh cahaya UV dengan panjang gelombang yang sama dengan molekul pada vitamin C, yaitu 269 nm.
Titrasi Asam Basa
Titrasi adalah suatu proses atau prosedur dalam analisis volumetrik di dalam suatu titran atau larutan standar (yang yang diketahui konsentrasinya) diteteskan melalui buret ke larutan lain yang dapat bereaksi dengannya (belum diketahui konsentrasinya) hingga tercapai titik akuivalen atau titik akhir. Artinya, zat yang ditambahkan tepat bereaksi dengan zat yang ditambahi. Zat yang akan ditentukan kadarnya disebut sebagai titran dan biasanya diletakkan di dalam erlenmeyer, sedangkan zat yang telah diketahui konsentrasinya disebut sebagai titer, diletakkan di dalam buret.
Syarat-syarat yang diperlukan agar proses titrasi berhasil, yaitu konsentarasi titran (NaOH) harus diketahui (larutan ini disebut larutan standar), titik ekuivalen harus diketahui, dan volume titran yang dibutuhkan untuk mencapai titik ekuivalen harus diketahui setepat mungkin.
Titrasi asam basa akan menjadi setimbang apabila jumlah asam asam setara dengan jumlah basa. Kesetimbangan asam basa adalah salah satu dari ketentuan yang terjadi pada hukum alam yang mendasari penciptaan dan ketentuan makromos. Hal ini berlaku tetap dan tidak berubah-ubah pada hukum dasarnya. Allah SWT berfirman dalam surat A Isra’ ayat 77:
Artinya:
“(Kami menetapkan yang demikian) sebagai suatu ketetapan terhadap rasul-rasul Kami yang Kami utus sebelum kamu dan tidak akan kamu dapati perubahan bagi ketetapan Kami itu”.
Titrasi asam basa melibatkan asam maupun basa sebagai titer ataupun titran. Titrasi asam ditentukan dengan menggunakan larutan basa dan sebaliknya. Titran ditambahkan titer sedikit demi sedikit sampai mencapai keadaan ekuivalen (artinya secara stoikiometri, titran dan titer tepet habis bereaksi). Keadaan ini ini disebut sebagai titik ekuivalen.
Titik ekuivalen terjadi apabila zat yang ditambahkan (vitamin C) tepat bereaksi dengan zat yang ditambahi (NaOH). Terdapat dua cara umum untuk menentukan titik ekuivalen pada titrasi asam basa, yaitu memakai pH meter untuk memonitor perubahan pH selama titrasi dilakukan, kemudian membuat plot antara pH dengan volume titran untuk memperoleh kurva titrasi (titik tengah dari kurva titrasi tersebut adalah titik ekuivalen) dan memakai indikator asam basa (ditambahkan pada titran sebelum proses titrasi dilakukan).
Pada umumnya, cara kedua lebih banyak digunakan karena kemudahan pengamatan, tidak diperlukan alat tambahan dan sangat praktis. Indikator yang dipakai dalam titrasi asam basa adalah indikator yang perubahan warnanya dipengaruhi oleh pH. Untuk memperoleh ketepatan hasil titrasi, maka titik akhir titrasi dipilih sedekat mungkin dengan titik ekuivalen. Keadaan di mana titrasi dihentikan dengan cara melihat perubahan warna indikator atau pH larutan disebut sebagai titik akhit titrasi. Cara menghentikan titrasi dapat dilakukan secara manual atau otomatis dengan menggunakan mikrokontroler.
Titrasi dapat dihentikan saat buret mekanik tertutup pada titik akhir. Dalam beberapa kasus, buret tersebut merupakan buret yang digerakkan dengan suatu pencacah putaran yang menyajikan suatu pembacaan digital secara langsung. Satu tipe titrator automatic, menitrasi sampel ke suatu potensial yang ditentukan sebelumnya.
Selisih antara eletrode indicator pembanding pada titik kesetaraan ditetapkan sebelumnya dan instrumen tersebut disetel agar buretnya tertutup pada potensial ini, dengan pengadukkan baik pun, perlu pengaturan mekanisme pengairan titran kembali, jika buret tersebut tertutup terlalu awal karena disekitar electrode indicator tersebut terdapat konsentrasi lokal yang tinggi dari titran. Antisipasi titik akhir disediakan dengan menaruh ujung buret sangat dekat dengan elektrode indicator maka, larutan di dekat elektroda itu akan berada dalam tahap titrasi yang lebih maju dibandingkan larutan sisanya. Jadi elektrode mencapai kesetaraan lebih awal, maka penetesan titrasi terhenti lebih awal juga. Tetapi konsentrasi larutan tersebut menjadi seragam kembali karena terus diaduk, potensial kembali turun, dan buret terbuka kembali. Proses ini terus berlangsung sampai seluruh larutan mencapai kesetaraan.
Titrasi dihentikan pada saat pH larutan netral atau mencapai nilai 7 sehingga, pada saat itu buret dan pengadukkan gelas reaksi berhenti melakukan proses titrasi. pH larutan tersebut dapt diketahui dengan menggunakan elektroda pH. Elektroda tersebut adalah pH meter.
pH meter biasanya menggunakan sel membran yang terdiri dari elektroda pembanding (elektroda kalomel) dan suatu elektroda membran (kaca) yang keduanya tercelup di dalam larutan cuplikan. Kedua elektroda pembanding dihubungkan dengan voltmeter.
pH meter yang digunakan pada penelitian ini adalah model PE-03 keluaran lutron elektronik. Ketelitian pH tersebut mencapai 0,01 pH, dan potensial yang dikeluarkan pada pH 0,01 adalah 1 mV.
Penguat Operasional
Penguat operasional atau op-amp (operational amplifier) adalah penguat operasional dengan dua masukkan dari sati keluaran yang mempunyai penguatan tegangan yang amat tinggi, yaitu dalam orde 105. Dengan penguatan yang amat tinggi ini, penguat operasional dengan rangkaian balikan lebih banyak digunakan daripada lingkar terbuka.
Op-amp dibuat dalam bentuk rangkaian terpadu atau IC (integrated circuit), di mana dalam satu potong kristal silikon dengan luas kurang dari 1 mm2 terkandung rangkaian penguat lengkap dari banyak transistor, diode, resistor, dan kadang-kadang kapasitor, apabila op-amp digunakan untuk penguat tegangan yang tak terlalu besar, kita harus memasang balikan negatif. Ini dilakukan dengan memasang resistor antara keluaran dengan masukkan membalik karena penguatan tanpa balikan (lingkar terbuka) amat besar, maka penguatan lingkar tertutup (dengan balikan) boleh dikata hanya bergantung pada rangkaian balikan saja dan tidak bergantung pada nilai komponen yang digunakan pada op-amp IC itu sendiri. Anggapan ini mungkin tidak berlaku untuk daerah frekuensi tinggi.
Sensor Konduktivitas
Sensor adalah jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah besaran mekanis, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau pengendalian. Beberapa jenis sensor yang banyak digunakan dalam rangkaian elektronik antara lain sensor cahaya, sensor suhu, dan sensor tekanan.
Sensor secara umum didefinisikan sebagai alat yang mampu menangkap fenomena fisika atau kimia kemudian mengubahnya menjadi sinyal elektrik baik arus listrik ataupun tegangan. Ada dua jenis sensor, yaitu 1) Sensor fisika, untuk mendeteksi besaran suatu besaran berdasarkan hukum-hukum fisika. Contoh sensor fisika adalah sensor cahaya, sensor suara, sensor gaya, sensor kecepatan, sensor percepatan dan sensor suhu. 2) Sensor kimia, alat yang mampu menangkap atau mendeteksi fenomena berupa zat kimia (baik gas maupun cairan) untuk kemudian diubah menjadi sinyal elektrik. Biasanya melibatkan beberapa reaksi kimia. Contoh sensor kimia adalah pH, sensor Oksigen, sensor ledakan, dan sensor gas. Sensor konduktivitas merupakan salah satu jenis sensor kimia, dikarenakan sensor konduktivitas memiliki fungsi untuk mendeteksi nilai konduktivitas suatu bahan atau unsur kimia (NaOH) pada suatu cairan.
Analog to Digital Converter (ADC) 0804
ADC adalah sebuah piranti yang dirancang untuk mengubah sinyal-sinyal analog menjadi bentuk digital. IC ADC 0804 dianggap dapat memenuhi kebutuhan yang akan dibuat. IC ini bekerja secara cermat dengan menambahkan sedikit komponen sesuai dengan spesifikasi yang harus diberikan dan dapat mengkonversikan secara cepat suatu masukan tegangan. Hal-hal yang juga perlu diperhatikan dalam penggunaan ADC ini adalah tegangan maksimum yang dapat dikonversikan oleh ADC dari rangkaian pengkondisi sinyal, resolusi, pewaktu eksternal ADC, tipe keluaran, ketepatan waktu konversinya.
Relay
Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronika yang digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relay merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada batang besi (solenoid) di dekatnya. Relay merupakan komponen elektronika yang bisa dikatakan sebagai sebuah saklar elektromagnetik yang bekerja sesuai dengan hukum keelektromagnetan.
Karakteristik dan keuntungan relay adalah dapat switch AC dan DC, relay dapat switch tegangan tinggi, relay pilihan yang tepat untuk switch arus yang besar dan relay dapat switch banyak kontak dalam 1 waktu. Relay biasanya digunakan untuk menggerakkan arus/tegangan yang besar (misalnya peralatan listrik 4 ampere AC 220 V) dengan memakai arus/tegangan yang kecil (misalnya 0,1 ampere 12 volt DC).
Keypad 4x4
Keypad sering digunakan sebagai media masukan dalam berbagai aplikasi elektronik. Rangkaian keypad berupa kaki baris dan kolom yang dapat dihubungkan dengan piranti luar. Karakteristik keypad 4x4 adalah memiliki 16 tombol (fungsi tergantung aplikasi) dan memiliki konfigurasi 4 baris (input scanning) dan 4 kolom (output scanning).
Liquid Crystal Display (LCD) MI632
LCD (Liquid Crystal Display) merupakan salah satu jenis tampilan yang dapat digunakan untuk menampilkan angka (numerik) atau karakter. LCD terdiri atas tumpukan tipis dari dua lembar kaca dengan pinggiran yang tertutup rapat. Antara dua lembar kaca tersebut diberi bahan kristal cair (Liquid Crystal) yang tembus cahaya. Permukaan luar dari masing-masing keping kaca mempunyai lapisan penghantar tembus cahaya seperti oksida timah atau oksidasi indium.
Disini penulis menggunakan LCD M1632 keluaran Seiko Instrument. LCD Display Module M1632 buatan Seiko Instrument Inc terdiri atas dua bagian, yang pertama merupakan panel LCD sebagai media penampil informasi dalam bentuk huruf/angka dua baris, masing-masing baris bisa menampung 16 huruf/angka. Bagian kedua merupakan sebuah sistem yang dibentuk dengan mikrokontroler yang ditempelkan dibalik panel LCD, berfungsi mengatur tampilan informasi serta berfungsi mengatur komunikasi M1632 dengan mikrokontroler.
Mikrokontroler AT89S51
Mikrokontroler berfungsi untuk mengontrol kerja suatu sistem. Di dalam mikroprosesor, tetapi dengan penambahan perangkat-perangkat lain seperti ROM, RAM, PIO, SIO, Counter dan rangkaian Clock. Mikrokontroler didesain dengan instruksi-instruksi yang lebih luas dan 8 bit instruksi digunakan untuk membaca data instruksi dari internal memory ke ALU. Banyak instruksi yang digabung dengan pin-pin pada chipnya.
Pin AT89S51 dibedakan menjadi pin sumber tegangan, pin oscillator, pin I/O dan pin untuk proses interupsi luar. Fungsi pin-pin AT89S51 yaitu:
a) Pin 40 adalah pin Vcc, yaitu pin positif sumber tegangan 5 Volt DC
b) Pin 20 adalah pin Vss, yaitu pin grounding sumber tegangan
c) Pin 32-39 adalah pin port 0, merupakan port I/O 8 bit full duplex
d) Pin 1-8 adalah pin port 1, merupakan port I/O 8 bit full duplex
e) Pin 21-28 adalah pin port 2, sama seperti port 0
f) Pin 10-17 adalah pin port 3, sama seperti port 1
Penutup
Alat pengukur kadar Vitamin C dengan metode tirasi asam basa ini dapat bekerja dengan baik. Alat ini dapat menjalankan titrasi secara otomatis seperti meneteskan dan menghentikan titran, mengaduk larutan, mengukur larutan serta menghitung kadar viatmin C secara otomatis. Alat otomatisasi titrasi ini dapat membaca masukkan nilai titer pada proses titrasi asam basa menggunakan sensor konduktivitas sebagai masukkannya.
Pembuatan perangkat lunak dari alat ini dapat menghitung kadar vitamin C (asam askorbat) pada larutan. Data masukkan alat ini adalah banyaknya titer 70 yang dibutuhkan selama proses titrasi. Data tersebut digunakan untuk menghitung kadar vitamin C dengan menggunakan persamaan mol NaOH = mol asam askorbat.
Alat ini mampu mengukur kadar vitamin C hingga 9999,99 mg. Adapun kesalahan relatif sebesar 1,4601 % disebabkan beberapa faktor, diantaranya proses pembuatan larutan sample yang tidak sesuai dengan prosedur, pencucian pH yang kurang bersih, penyimpanan larutan dan wadah titrasi yang menyebabkan mudahnya larutan vitamin C teroksidasi sehingga kadar vitamin C pada larutan berubah.
Dengan berhasilnya alat otomatisasi pengukuran kadar vitamin C ini, penelitian ini diharapkan dapat berkembang tidak hanya pengukuran kadar vitamin C. Dengan menggunakan konsep otomatisasi titrasi, dapat menghitung kadar dari zat lain yang terlarut dan dapat dilakukan dengan titrasi, misalnya kadar asam lemak.
Daftar Acuan
Nurhayati, Dany Ika. 2009. Alat Otomatisasi Pengukur Kadar Vitamin C dengan Metode Titrasi Asam Basa (Skripsi). UIN MMI Malang
DENGAN METODE TITRASI ASAM BASA
Norlina Binti Ramli
Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Islam Negeri
Maulana Malik Ibrahim, Malang 65144, Indonesia
Dosen Pengampu : Dra. Siti Annijat Maimunah, M.Pd
________________________________________
Abstrak
Metode titrasi biasanya digunakan untuk menentukan nilai kadar vitamin C. Titrasi adalah metode paling sederhana untuk mengukur kadar vitamin C pada larutan. Metode titrasi dapat dilakukan secara manual, namun kelemahannya dapat terjadi perubahan suhu pada larutan, karena proses titrasinya kontak langsung dengan tangan sehingga nilai titrasi yang didapatkan kurang akurat.
Tujuan yang ingin dicapai dalam skripsi ini adalah untuk menghasilkan alat titrasi sederhana yang mampu mengukur kadar vitamin C secara otomatis untuk mengurangi tingkat kesalahan pengukuran kadar vitamin C pada larutan. Metode yang digunakan untuk mengukur kadar vitamin C adalah metode titrasi asam basa yaitu larutan vitamin C yang bersifat asam dititrasi oleh larutan NaOH yang bersifat basa, dimana jumlah asam pada larutan setara dengan jumlah basa.
Penelitian ini mengambil dua puluh sampel larutan vitamin C yang dilarutkan dengan 100 ml aquadest. Data yang diperoleh kemudian dianalisis dan hasilnya dibandingkan dengan hasil pengukuran kadar vitamin C pada alat spektrofotometer untuk menentukan ketelitian pada alat ukur kadar vitamin C dengan menggunakan metode titrasi asam basa.
Dari hasil pegujian terhadap alat ukur kadar vitamin C baik pengontrol mikrokontroller AT89S51, maupun liquid cristal display (LCD) dapat disimpulkan bahwa dengan menggunakan alat kadar vitamin C metode titrasi asam basa dapat mengukur kadar vitamin C sesuai dengan hasil perbandingan nilai kadar vitamin C pada alat spektrofotometer. Pengukuran kadar vitamin C dengan menggunakan metode titrasi asam basa menunjukkan nilai kesalahan relatif sebesar 1,4601%.
Kata kunci: Vitamin C, titrasi, pH meter
________________________________________
1. Pendahuluan
Vitaminn adalah senyawa organik seperti karbohidrat, lemak, protein, mineral dan air yang amat penting bagi perkembangan sel organisme hidup. Vitamin dalam jumlah makro sangat penting untuk mengatur proses metabolisme sel hidup. Manusia, hewan, mikroba amat memerlukan vitamin untuk menjamin kelangsungan hidup mereka.
Asam askorbat (vitamin C) adalah vitamin esensial dan sangat penting bagi tibuh manusia. Asam askorbat sangat dibutuhkan oleh organ tubuh pada biologi manusia. Buah-buahan yang segar, sayuran dan beberapa tablet suplemen asam askorbat sintetik memenuhi segala kebutuhan tubuh. Suplemen asam askorbat dalam jumlah besar dibutuhkan oleh tubuh manusia.
Berbagai macam analisis dilakukan untuk mengetahui kadar vitamin C. Penelitian dengan menggunakan metode spektrofotometri dilakukan pada tahun 1966 sampai tahun 1967. Pada spektofometri, sample (vitamin C) diletakkan pada kuvet yang disinari oleh gelombang yang memiliki panjang gelombang yang mampu diserap oleh molekul asam askorbat.
Analisis vitamin C juga dilakukan dengan metode titrasi 2,6 D (Dichloroindophenol) yang dimulai pada tahun 1964. Pada titrasi ini, persiapan sampel ditambahkan asam oksalat atau asam metafosfat, sehungga mencegah logam katalis lain mengoksidasi vitamin C.
Metode spektrofotometri dan titrasi 2,6 D (Dichloroindophenol) jarang digunakan karena memerlukan biaya yang mahal, titrasi lain yang dapat dilakukan adalah titrasi iodium. Metode ini paling banyak digunakan karena murah dan tidak memerlukan peralatan laboratorium yang canggih. Titrasi ini memakai iodium sebagai oksidator yang mengoksidasi vitamin C dan memakai amilum sebagai indikatornya. Kekurangan dari metode ini yaitu, ketidakakuratan nilai yang diperoleh karena vitamin C dapat dipengaruhi oleh zat lain.
Melihat kekurangan dari metode-metode analisis vitamin C yang sebelumnya, maka peneliti mencoba menganalisis vitamin C dengan menggunakan metode titrasi asam basa. Asam yang dimaksud pada penelitian ini adalahasam askorbat (vitamin C) dan NaOH sebagai oksidatornya. Indikator yang dipalai dalam titrasi asam basa ini adalah indikator Phenolphthalein (PP). Titik ekuivalennya terjadi pada saat pH larutan 7.
Titrasi asam basa adalah salah satu contoh analisis volumetri yang dapat digunakan dalam menghitung kadar vitamin C. Pada titrasi asam basa, larutan vitamin C (asam askorbat) sebagai sebagai reduktor yang dioksidai oleh NaOH, sesudah vitamin C dalam sampel habis teroksidasi, kelebihan NaOH akan segera terdeteksi oleh kelebihan Phenolphthalein (PP) yang dalam suasana basa berwarna merah muda. Kadar vitamin C dapat diketahui dengan perhitungan mol NaOH = mol asam askorbat.
Metode titrasi asam basa dapat dilakukan secara manual, namun kelemahannya dapat terjadi kesalahan pada perhitungan pengukuran sehingga hasil analisa dari titrasi yang dilakukan tidak akurat. Titrasi yang dilakukan secara manual mengharuskan seorang praktikan memegang buret dan mengocok gelas reaksi terus menerus hingga terjadi perubahan warna dan pH mencapai nilai 7, karena pada titrasi asam basa nilai pH yang harus dicapai oleh larutan 7. Namun, kesulitannya yaitu praktikan tidak dapat menentukan pH yang telah dicapai oleh larutan sehingga setelah terjadi perubahan warna, titrasi sejenak dihentikan dan dicelupkan pH meter atau kertas lakmus untuk mengetahui pH larutan tersebut. Apabila pH kurang dari 7, titrasi dilanjutkan hingga pH pada larutan mencapai nilai netral atau mencapai nilai 7. Proses titrasi akan berhenti apabila pH larutan mencapai nilai 7 dan dilakukan perhitungan. Apabila pH melebihi nilai 7, maka harus dilakukan titrasi ulang.
Kesalahan tersebut dapat dihindari dengan cara mengotomatiskan proses titrasi. Berdasarkan latar belakang tersebut, peneliti membuat alat otomatis engukur kadar vitamin C dengan metode titrasi asam basa yang dilengkapi dengan MK89S51 untuk memudahkan perhitungan secara otomatis agar tidak terjadi kesalahan pada perhitungan pengukuran vitamin C. Alat ini juga dilengkapi dengan buret dan pengaduk otomatis agar selama titrasi, konsentrasi pada larutan tetap seragam.
Kelebihan lain dari alat ini, yaitu titrasi akan berhenti secara otomatis saat pH yang terbaca pada MK89S51 menunjukkan nulai pH netral atau 7 sehingga tidak terjadi pengulangan titrasi karena pH yang diukur melebihi nilai pH netral 7.
2. Pembahasan
Vitamin C
Vitamin C mempunyai banyak fungsi dalam tubuh, yaitu sebagai koenzim atau kofaktor. Asam askorbat adalah bahan yang kuat kemampuan reduksinya dan bertindak sebagai antioksidan dalam reaksi-reaksi hidroksilasi. Beberapa turunan vitamin C (seperti asam eritrobik atau asam askorbik palmitat) digunakan sebagai antioksidan di dalam industri pangan untuk mencegah proses menjadi tengik, perubahan warna (browning) pada buah-buahan dan untuk mengawetkan daging.
Vitamin C pada tubuh manusia juga berfungsi sebagai sintesis kolagen, sintesis karnitin, nonadrenalin, serotonin, adsorpsi dan metabolisme besi, adsorpsi kalsium, mencegah infeksi serta mencegah kanker dan penyakit jantung.
Asam askorbat (vitamin C) sangat dibutuhkan oleh organ tubuh pada biologi manusia. Buah-buahn yang segar, sayuran dan beberapa tablet suplemen asam askornat sintetik memenuhi segala kebutuhan tubuh. Stress, merokok, infeksi dan luka bakar membutuhkan cadangan asam askorbat dalam tubuh dan suplemen asam askorbat dalam jumlah besar.
Sintesis adalah salah satu cara untuk membuat vitamin C olahan, dengan cara menggabungkan vitamin C pada buah dengan zat yang lainnya. Al Qur’an memperbolehkan kita untuk membuat dan mengonsumsi makanan olahan seperti anggur yang ditunjukkan pada surat An Nahl ayat 67 :
Artinya:
“Dan dari buah korma dan anggur, kamu buat minuman yang memabukkan dan rezeki yang baik. Sesungguhnya pada yang demikian itu benar-benar terdapat tanda (kebesaran Allah) bagi orang yang memikirkan”.
Asam askorbat atau vitamin C berbentuk kristal putih, tidak berbau, meleleh pada suhu 190˚-192˚ C. Rasanya sedikit masam dan mudah larut dalam air. Oleh karena itu, dalam ekstraksi tidak memerlukan pemanasan seperti pada ekstraksi analisa gula reduksi. Vitamin C stabil dalam bentuk kristal, namun mudah teroksidasi dalam larutan menjadi dehidro askorbat yang juga memiliki fungsi fisiologis dalam tubuh manusia, namun tidak memiliki kemampuan sebagai zat anti sariawan.
Terdapat beberapa metode untuk mengetahui kadar vitamin C pada suatu bahan pangan. Diantaranya adalah metode titrasi dan metode spektrofometri. Ada tiga jenis metode titrasi, yaitu metode Iodium (menggunakan iodium sebagai oksidator yang mengoksidasi vitamin C dan memakai amili=um sebagai indikatornya), metode titrasi 2,6 D (Dichloroindophenol) (sampel ditambahkan asam oksalat atau asam metafosfat, namun metode ini jarang digunakan karena harga larutan 2,6 D dan asam metafosfat sangat mahal), dan metode titrasi asam-basa (menggunakan larutan yang disebut titran dan dilepaskan dari perangkat gelas yang disebut biuret).
Sedangkan pada metode spektrofometri, larutan sampel (vitamin C) diletakkan pada sebuah kuvet yang disinari oleh cahaya UV dengan panjang gelombang yang sama dengan molekul pada vitamin C, yaitu 269 nm.
Titrasi Asam Basa
Titrasi adalah suatu proses atau prosedur dalam analisis volumetrik di dalam suatu titran atau larutan standar (yang yang diketahui konsentrasinya) diteteskan melalui buret ke larutan lain yang dapat bereaksi dengannya (belum diketahui konsentrasinya) hingga tercapai titik akuivalen atau titik akhir. Artinya, zat yang ditambahkan tepat bereaksi dengan zat yang ditambahi. Zat yang akan ditentukan kadarnya disebut sebagai titran dan biasanya diletakkan di dalam erlenmeyer, sedangkan zat yang telah diketahui konsentrasinya disebut sebagai titer, diletakkan di dalam buret.
Syarat-syarat yang diperlukan agar proses titrasi berhasil, yaitu konsentarasi titran (NaOH) harus diketahui (larutan ini disebut larutan standar), titik ekuivalen harus diketahui, dan volume titran yang dibutuhkan untuk mencapai titik ekuivalen harus diketahui setepat mungkin.
Titrasi asam basa akan menjadi setimbang apabila jumlah asam asam setara dengan jumlah basa. Kesetimbangan asam basa adalah salah satu dari ketentuan yang terjadi pada hukum alam yang mendasari penciptaan dan ketentuan makromos. Hal ini berlaku tetap dan tidak berubah-ubah pada hukum dasarnya. Allah SWT berfirman dalam surat A Isra’ ayat 77:
Artinya:
“(Kami menetapkan yang demikian) sebagai suatu ketetapan terhadap rasul-rasul Kami yang Kami utus sebelum kamu dan tidak akan kamu dapati perubahan bagi ketetapan Kami itu”.
Titrasi asam basa melibatkan asam maupun basa sebagai titer ataupun titran. Titrasi asam ditentukan dengan menggunakan larutan basa dan sebaliknya. Titran ditambahkan titer sedikit demi sedikit sampai mencapai keadaan ekuivalen (artinya secara stoikiometri, titran dan titer tepet habis bereaksi). Keadaan ini ini disebut sebagai titik ekuivalen.
Titik ekuivalen terjadi apabila zat yang ditambahkan (vitamin C) tepat bereaksi dengan zat yang ditambahi (NaOH). Terdapat dua cara umum untuk menentukan titik ekuivalen pada titrasi asam basa, yaitu memakai pH meter untuk memonitor perubahan pH selama titrasi dilakukan, kemudian membuat plot antara pH dengan volume titran untuk memperoleh kurva titrasi (titik tengah dari kurva titrasi tersebut adalah titik ekuivalen) dan memakai indikator asam basa (ditambahkan pada titran sebelum proses titrasi dilakukan).
Pada umumnya, cara kedua lebih banyak digunakan karena kemudahan pengamatan, tidak diperlukan alat tambahan dan sangat praktis. Indikator yang dipakai dalam titrasi asam basa adalah indikator yang perubahan warnanya dipengaruhi oleh pH. Untuk memperoleh ketepatan hasil titrasi, maka titik akhir titrasi dipilih sedekat mungkin dengan titik ekuivalen. Keadaan di mana titrasi dihentikan dengan cara melihat perubahan warna indikator atau pH larutan disebut sebagai titik akhit titrasi. Cara menghentikan titrasi dapat dilakukan secara manual atau otomatis dengan menggunakan mikrokontroler.
Titrasi dapat dihentikan saat buret mekanik tertutup pada titik akhir. Dalam beberapa kasus, buret tersebut merupakan buret yang digerakkan dengan suatu pencacah putaran yang menyajikan suatu pembacaan digital secara langsung. Satu tipe titrator automatic, menitrasi sampel ke suatu potensial yang ditentukan sebelumnya.
Selisih antara eletrode indicator pembanding pada titik kesetaraan ditetapkan sebelumnya dan instrumen tersebut disetel agar buretnya tertutup pada potensial ini, dengan pengadukkan baik pun, perlu pengaturan mekanisme pengairan titran kembali, jika buret tersebut tertutup terlalu awal karena disekitar electrode indicator tersebut terdapat konsentrasi lokal yang tinggi dari titran. Antisipasi titik akhir disediakan dengan menaruh ujung buret sangat dekat dengan elektrode indicator maka, larutan di dekat elektroda itu akan berada dalam tahap titrasi yang lebih maju dibandingkan larutan sisanya. Jadi elektrode mencapai kesetaraan lebih awal, maka penetesan titrasi terhenti lebih awal juga. Tetapi konsentrasi larutan tersebut menjadi seragam kembali karena terus diaduk, potensial kembali turun, dan buret terbuka kembali. Proses ini terus berlangsung sampai seluruh larutan mencapai kesetaraan.
Titrasi dihentikan pada saat pH larutan netral atau mencapai nilai 7 sehingga, pada saat itu buret dan pengadukkan gelas reaksi berhenti melakukan proses titrasi. pH larutan tersebut dapt diketahui dengan menggunakan elektroda pH. Elektroda tersebut adalah pH meter.
pH meter biasanya menggunakan sel membran yang terdiri dari elektroda pembanding (elektroda kalomel) dan suatu elektroda membran (kaca) yang keduanya tercelup di dalam larutan cuplikan. Kedua elektroda pembanding dihubungkan dengan voltmeter.
pH meter yang digunakan pada penelitian ini adalah model PE-03 keluaran lutron elektronik. Ketelitian pH tersebut mencapai 0,01 pH, dan potensial yang dikeluarkan pada pH 0,01 adalah 1 mV.
Penguat Operasional
Penguat operasional atau op-amp (operational amplifier) adalah penguat operasional dengan dua masukkan dari sati keluaran yang mempunyai penguatan tegangan yang amat tinggi, yaitu dalam orde 105. Dengan penguatan yang amat tinggi ini, penguat operasional dengan rangkaian balikan lebih banyak digunakan daripada lingkar terbuka.
Op-amp dibuat dalam bentuk rangkaian terpadu atau IC (integrated circuit), di mana dalam satu potong kristal silikon dengan luas kurang dari 1 mm2 terkandung rangkaian penguat lengkap dari banyak transistor, diode, resistor, dan kadang-kadang kapasitor, apabila op-amp digunakan untuk penguat tegangan yang tak terlalu besar, kita harus memasang balikan negatif. Ini dilakukan dengan memasang resistor antara keluaran dengan masukkan membalik karena penguatan tanpa balikan (lingkar terbuka) amat besar, maka penguatan lingkar tertutup (dengan balikan) boleh dikata hanya bergantung pada rangkaian balikan saja dan tidak bergantung pada nilai komponen yang digunakan pada op-amp IC itu sendiri. Anggapan ini mungkin tidak berlaku untuk daerah frekuensi tinggi.
Sensor Konduktivitas
Sensor adalah jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah besaran mekanis, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau pengendalian. Beberapa jenis sensor yang banyak digunakan dalam rangkaian elektronik antara lain sensor cahaya, sensor suhu, dan sensor tekanan.
Sensor secara umum didefinisikan sebagai alat yang mampu menangkap fenomena fisika atau kimia kemudian mengubahnya menjadi sinyal elektrik baik arus listrik ataupun tegangan. Ada dua jenis sensor, yaitu 1) Sensor fisika, untuk mendeteksi besaran suatu besaran berdasarkan hukum-hukum fisika. Contoh sensor fisika adalah sensor cahaya, sensor suara, sensor gaya, sensor kecepatan, sensor percepatan dan sensor suhu. 2) Sensor kimia, alat yang mampu menangkap atau mendeteksi fenomena berupa zat kimia (baik gas maupun cairan) untuk kemudian diubah menjadi sinyal elektrik. Biasanya melibatkan beberapa reaksi kimia. Contoh sensor kimia adalah pH, sensor Oksigen, sensor ledakan, dan sensor gas. Sensor konduktivitas merupakan salah satu jenis sensor kimia, dikarenakan sensor konduktivitas memiliki fungsi untuk mendeteksi nilai konduktivitas suatu bahan atau unsur kimia (NaOH) pada suatu cairan.
Analog to Digital Converter (ADC) 0804
ADC adalah sebuah piranti yang dirancang untuk mengubah sinyal-sinyal analog menjadi bentuk digital. IC ADC 0804 dianggap dapat memenuhi kebutuhan yang akan dibuat. IC ini bekerja secara cermat dengan menambahkan sedikit komponen sesuai dengan spesifikasi yang harus diberikan dan dapat mengkonversikan secara cepat suatu masukan tegangan. Hal-hal yang juga perlu diperhatikan dalam penggunaan ADC ini adalah tegangan maksimum yang dapat dikonversikan oleh ADC dari rangkaian pengkondisi sinyal, resolusi, pewaktu eksternal ADC, tipe keluaran, ketepatan waktu konversinya.
Relay
Relay adalah komponen elektronika berupa saklar elektronika yang digerakkan oleh arus listrik. Secara prinsip, relay merupakan tuas saklar dengan lilitan kawat pada batang besi (solenoid) di dekatnya. Relay merupakan komponen elektronika yang bisa dikatakan sebagai sebuah saklar elektromagnetik yang bekerja sesuai dengan hukum keelektromagnetan.
Karakteristik dan keuntungan relay adalah dapat switch AC dan DC, relay dapat switch tegangan tinggi, relay pilihan yang tepat untuk switch arus yang besar dan relay dapat switch banyak kontak dalam 1 waktu. Relay biasanya digunakan untuk menggerakkan arus/tegangan yang besar (misalnya peralatan listrik 4 ampere AC 220 V) dengan memakai arus/tegangan yang kecil (misalnya 0,1 ampere 12 volt DC).
Keypad 4x4
Keypad sering digunakan sebagai media masukan dalam berbagai aplikasi elektronik. Rangkaian keypad berupa kaki baris dan kolom yang dapat dihubungkan dengan piranti luar. Karakteristik keypad 4x4 adalah memiliki 16 tombol (fungsi tergantung aplikasi) dan memiliki konfigurasi 4 baris (input scanning) dan 4 kolom (output scanning).
Liquid Crystal Display (LCD) MI632
LCD (Liquid Crystal Display) merupakan salah satu jenis tampilan yang dapat digunakan untuk menampilkan angka (numerik) atau karakter. LCD terdiri atas tumpukan tipis dari dua lembar kaca dengan pinggiran yang tertutup rapat. Antara dua lembar kaca tersebut diberi bahan kristal cair (Liquid Crystal) yang tembus cahaya. Permukaan luar dari masing-masing keping kaca mempunyai lapisan penghantar tembus cahaya seperti oksida timah atau oksidasi indium.
Disini penulis menggunakan LCD M1632 keluaran Seiko Instrument. LCD Display Module M1632 buatan Seiko Instrument Inc terdiri atas dua bagian, yang pertama merupakan panel LCD sebagai media penampil informasi dalam bentuk huruf/angka dua baris, masing-masing baris bisa menampung 16 huruf/angka. Bagian kedua merupakan sebuah sistem yang dibentuk dengan mikrokontroler yang ditempelkan dibalik panel LCD, berfungsi mengatur tampilan informasi serta berfungsi mengatur komunikasi M1632 dengan mikrokontroler.
Mikrokontroler AT89S51
Mikrokontroler berfungsi untuk mengontrol kerja suatu sistem. Di dalam mikroprosesor, tetapi dengan penambahan perangkat-perangkat lain seperti ROM, RAM, PIO, SIO, Counter dan rangkaian Clock. Mikrokontroler didesain dengan instruksi-instruksi yang lebih luas dan 8 bit instruksi digunakan untuk membaca data instruksi dari internal memory ke ALU. Banyak instruksi yang digabung dengan pin-pin pada chipnya.
Pin AT89S51 dibedakan menjadi pin sumber tegangan, pin oscillator, pin I/O dan pin untuk proses interupsi luar. Fungsi pin-pin AT89S51 yaitu:
a) Pin 40 adalah pin Vcc, yaitu pin positif sumber tegangan 5 Volt DC
b) Pin 20 adalah pin Vss, yaitu pin grounding sumber tegangan
c) Pin 32-39 adalah pin port 0, merupakan port I/O 8 bit full duplex
d) Pin 1-8 adalah pin port 1, merupakan port I/O 8 bit full duplex
e) Pin 21-28 adalah pin port 2, sama seperti port 0
f) Pin 10-17 adalah pin port 3, sama seperti port 1
Penutup
Alat pengukur kadar Vitamin C dengan metode tirasi asam basa ini dapat bekerja dengan baik. Alat ini dapat menjalankan titrasi secara otomatis seperti meneteskan dan menghentikan titran, mengaduk larutan, mengukur larutan serta menghitung kadar viatmin C secara otomatis. Alat otomatisasi titrasi ini dapat membaca masukkan nilai titer pada proses titrasi asam basa menggunakan sensor konduktivitas sebagai masukkannya.
Pembuatan perangkat lunak dari alat ini dapat menghitung kadar vitamin C (asam askorbat) pada larutan. Data masukkan alat ini adalah banyaknya titer 70 yang dibutuhkan selama proses titrasi. Data tersebut digunakan untuk menghitung kadar vitamin C dengan menggunakan persamaan mol NaOH = mol asam askorbat.
Alat ini mampu mengukur kadar vitamin C hingga 9999,99 mg. Adapun kesalahan relatif sebesar 1,4601 % disebabkan beberapa faktor, diantaranya proses pembuatan larutan sample yang tidak sesuai dengan prosedur, pencucian pH yang kurang bersih, penyimpanan larutan dan wadah titrasi yang menyebabkan mudahnya larutan vitamin C teroksidasi sehingga kadar vitamin C pada larutan berubah.
Dengan berhasilnya alat otomatisasi pengukuran kadar vitamin C ini, penelitian ini diharapkan dapat berkembang tidak hanya pengukuran kadar vitamin C. Dengan menggunakan konsep otomatisasi titrasi, dapat menghitung kadar dari zat lain yang terlarut dan dapat dilakukan dengan titrasi, misalnya kadar asam lemak.
Daftar Acuan
Nurhayati, Dany Ika. 2009. Alat Otomatisasi Pengukur Kadar Vitamin C dengan Metode Titrasi Asam Basa (Skripsi). UIN MMI Malang
