PENGGUNAAN METODE POTENSIOMETRI DAN SPEKTROMETRI

UNTUK MENGUKUR KADAR SPESI NITROGEN (Nitrat: NO3- dan

Amonium: NH4+) DALAM TANAH PERTANIAN DENGAN TIGA

EKSTRAKTAN

SKRIPSI

Oleh :

Siti Nur Hilaliyah

NIM 081810301002

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS JEMBER

2013

PENGGUNAAN METODE POTENSIOMETRI DAN SPEKTROMETRI

UNTUK MENGUKUR KADAR SPESI NITROGEN (Nitrat: NO3- dan

Amonium: NH4+) DALAM TANAH PERTANIAN DENGAN TIGA

EKSTRAKTAN

SKRIPSI

Diajukan guna memenuhi salah satu tugas untuk menyelesaikan Program Strata 1

(S1) dan mencapai gelar sarjana sains

Oleh :

Siti Nur Hilaliyah

NIM 081810301002

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS JEMBER

2013

ii

PERSEMBAHAN

Skripsi ini saya persembahkan untuk:

1. Agama dan ilmu pengetahuan, jadikanlah keduanya jalan untuk bahagia dunia

dan akhirat;

2. Orang tua tercinta, Ibu Hj. Astutik S.pd dan Bapak H. Moch Bisyri yang telah

mengajarkan arti hidup, kemandirian, memberi doa dan nasehat-nasehat serta

mengatasi rasa takut;

3. Adik tersayang, Indatur Rochmah yang telah memberikan kritik yang

membangun, membantu serta mendukungku selama ini;

4. Guru-guruku sejak TK Masyitoh, SDN Klurak Candi, SMPN 1 Candi, SMAN

3 Sidoarjo, serta dosen-dosen di Jurusan Kimia FMIPA UNEJ yang telah

memberikan ilmu dan membimbing dengan penuh kesabaran;

5. Almamater Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas

Jember.

iii

MOTTO

Dan Kami telah menghamparkan bumi dan menjadikan padanya gunung dan Kami

tumbuhkan padanya segala sesuatu menurut ukuran

(QS. Al-Hidjr : 19)

Dia mengetahui apa yang masuk ke dalam bumi dan apa yang keluar dari padanya

dan apa yang turun dari langit dan apa yang naik kepadanya. Dan Dia bersama

kamu dimana saja kamu berada. Dan Allah Maha Melihat apa yang kamu kerjakan

(QS. Al Hadiid: 4)

Rahasia Kesuksesan adalah selalu bersyukur atas segala yang kita miliki, sekecil

apapun itu dan tidak membenci hidup atas hasil yang belum pernah diberikannya

kepada kita

( Walters, J.D)

iv

PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Siti Nur Hilaliyah

NIM : 081810301002

menyatakan dengan sesungguhnya bahwa skripsi yang berjudul : PENGGUNAAN

METODE POTENSIOMETRI DAN SPEKTROMETRI UNTUK MENGUKUR

KADAR SPESI NITROGEN (Nitrat: NO3- dan Amonium: NH4+) DALAM TANAH

PERTANIAN DENGAN TIGA EKSTRAKTAN adalah benar-benar hasil karya sendiri,

kecuali jika dalam pengutipan substansi disebutkan sumbernya, dan belum pernah

diajukan pada institusi manapun, serta bukan karya jiplakan. Saya bertanggung jawab

atas keabsahan dan kebenaran isinya sesuai dengan sikap ilmiah yang harus dijunjung

tinggi.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya, tanpa adanya tekanan

dan paksaan dari pihak manapun serta bersedia mendapat sanksi akademik jika

ternyata dikemudian hari pernyataan ini tidak benar.

Jember, Februari 2013

Yang menyatakan,

Siti Nur Hilaliyah NIM. 081810301002

v

SKRIPSI

PENGGUNAAN METODE POTENSIOMETRI DAN SPEKTROMETRI UNTUK MENGUKUR KADAR SPESI

NITROGEN (Nitrat: NO3- dan Amonium: NH4+) DALAM TANAH PERTANIAN DENGAN TIGA EKSTRAKTAN

Oleh :

Siti Nur Hilaliyah NIM 081810301002

Pembimbing :

Dosen Pembimbing Utama : Drs. Siswoyo, M.Sc., Ph.D.

Dosen Pembimbing Anggota : Drs. Zulfikar, Ph.D.

vi

PENGESAHAAN

Skripsi berjudul Penggunaan Metode Potensiometri Dan Spektrometri Untuk

Mengukur Kadar Spesi Nitrogen (Nitrat: NO3- Dan Amonium: NH4+) Dalam Tanah

Pertanian Dengan Tiga Ekstraktan telah diuji dan disahkan oleh Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember pada:

hari, tanggal :

tempat :Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember.

Tim Penguji

Ketua,

Drs. Siswoyo, M.Sc., Ph.D. NIP. 196605291993031003

Sekretaris,

Drs. Zulfikar, Ph.D. NIP. 196310121987021001

Anggota I,

Dr. Bambang Piluharto, S.Si., M.Si NIP. 197107031997021001

Anggota II,

Asnawati, S.Si., M.Si NIP. 196808141999032001

Mengesahkan

Dekan,

Prof. Drs. Kusno, DEA, Ph.D NIP. 196101081986021001

vii

RINGKASAN

Penggunaan Metode Potensiometri Dan Spektrometri Untuk Mengukur Kadar

Spesi Nitrogen (Nitrat: NO3- Dan Amonium: NH4+) Dalam Tanah Pertanian

Dengan Tiga Ekstraktan; Siti Nur Hilaliyah, 081810301002; 2013: 53 halaman;

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam.

Unsur hara merupakan zat-zat penting yang tersedia dialam yang dapat

mempengaruhi pertumbuhan tanaman. Nitrogen merupakan salah satu unsur hara

penting yang dibutuhkan tanaman. Defisiensi nitrogen akan mempengaruhi

pertumbuhan tanaman, dimana pada pohon berbuah, rontoknya daun yang terlalu

awal, kematian tunas-tunas lateral, rangkaian buah yang kurang baik dan

perkembangan buah yang tidak biasa merupakan tanda-tanda defisiensi nitrogen.

Kandungan nitrat dan amonium dalam tanah banyak dilakukan dengan

menggunakan metode spekrofotometri. Metode potensiometri merupakan salah satu

metode yang banyak digunakan untuk menentukan kandungan ion-ion tertentu di

dalam suatu larutan, namum belum banyak diterapkan untuk analisis pada sampel

tanah. Metode potensiometri berdasarkan ion selective electrode (ISE) memiliki

selektivitas, sensitifitas, keakuratan, dan ketepatan yang relative besar. Elektroda

selektif ion nitrat dan amonium selektif terhadap ion nitrat dan amonium sehingga

dapat digunakan untuk mendeteksi ion-ion tersebut secara potensiometri. Oleh karena

itu tujuan dari penelitian ini adalah untuk mencari metode alternatif baru yang lebih

efisien untuk dapat digunakan mengukur kandungan hara pada tanah khususnya

Nitrat dan Amonium yaitu dengan metode potensiometri berdasarkan ion selektive

electrode (ISE). Penentuan ekstraktan optimum dilakukan untuk mendapatkan hasil

yang terbaik dengan variasi jenis ekstraktan yaitu (KCl, CaSO4 dan CaCl2). Dan

untuk mengetahui kelayakan metode ini maka hasil penelitian dibandingkan dengan

metode lain yaitu spektrofotometri.

viii

Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental laboratoris, menggunakan

sampel tanah dari 3 jenis lokasi berbeda-beda pada masing-masing unsur nitrat dan

ammonium. Pada hasil penelitian terlihat bahwa ekstraktan optimum baik untuk nitrat

maupun amonium yaitu CaCl2 karena nilai beda potensial yang dihasilkan lebih tinggi

daripada laiinya. Nilai beda potensial CaCl2 bisa lebih tinggi dari ektraktan lainnya

karena CaCl2 mudah terionisasi. Sedangkan untuk variasi waktu tidak memiliki

perbedaan yang signifikan sehingga dipilih waktu yang terendah dengan

pertimbangan efisiensi waktu.

Kesimpulan yang diperoleh dari hasil penelitian adalah kedua metode berbeda

signifikan, dimana hasil konsentrasi yang didapat berbeda dan tidak memiliki trend

yang sama. Hal ini juga dibuktikan dengan uji-t, dimana nilai dari t-hitung lebih besar

dari t-tabel sehingga dapat disimpulkan bahwa kedua metode tersebut berbeda

signifikan. Namun untuk pengukuran amonium menggunakan ekstraktan jenis air,

kedua metode ini tidak berbeda signifikan. Sedangkan untuk uji karakteristik

diperoleh linier range 0.9831 dan 0.9959 untuk nitrat dan amonium. Sensitifitas

sebesar 47.716 mV/dec untuk nitrat dan 51.015 untuk amonium. Limit deteksi

sebesar 0.73 untuk nitrat dan 0.14 untuk amonium. Reprodusibilitas elektroda nitrat

maupun amonium cukup baik karena setiap kali melakukan pengulangan, kesalahan

yang dihasilkan kurang dari 5%.

ix

PRAKATA

Puji syukur ke hadirat ALLAH SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya

sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul Penggunaan Metode

Potensiometri Dan Spektrometri Untuk Mengukur Kadar Spesi Nitrogen (Nitrat:

NO3- Dan Amonium: NH4+) Dalam Tanah Pertanian Dengan Tiga Ekstraktan.

Skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan

pendidikan strata satu (S1) pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Jember.

Penyusunan skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena itu

penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih kepada :

1. Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Unej, Prof. Kusno

DEA, Ph.D atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menyelesaikan

tugas akhir ini;

2. Drs. Siswoyo, M.Sc., Ph.D. selaku dosen pembimbing utama dan Drs. Zulfikar,

Ph.D.selaku dosen pembimbing anggota yang telah meluangkan waktu, pikiran,

tenaga, dan perhatiannya dalam penulisan tugas akhir ini;

3. Dr. Bambang Piluharto, S.Si., M.Si dan Asnawati, S.Si., M.Si sebagai dosen

penguji yang banyak memberikan masukan, perhatian, dan waktunya selama

penulisan tugas akhir ini;

4. Ayah, Ibu, kakak-kakak dan adik tercinta atas semangat, inspirasi dan kerja

kerasnya;

5. Rekan-rekan kerja di Laboratorium Instrumen Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, atas semangat dan kekompakan kalian selama penelitian;

6. Mas Dulkolim dan Mas Darma selaku Teknisi Lab instrumen dan organik yang

super baik, Mbak Sari selaku Teknisi Laboratorium Fisik atas bantuan-

bantuannya;

x

7. Patner kerja penelitian seperjuangan Citra Awalul Laili dan Restu Tri Utami atas

bantuan-bantuan dan kerja sama yang super baik;

8. Sahabat-sahabatku yang telah memberikan semangat, dukungan dan motivasi;

9. Teman terdekatku terima kasih atas perhatian, dukungan, dan pengorbanan demi

kebahagiaan serta kebaikan bersama;

10. Teman-teman Kimia 2008 dan semua pihak yang telah memberikan bantuan dan

dukungan dalam penulisan skripsi ini.

Penulis juga menerima segala kritik dan saran yang membangun dari semua

pihak demi kesempurnaan skripsi ini. Akhirnya penulis berharap, semoga skripsi ini

dapat bermanfaat.

Jember, Februari 2013 Penulis

xi

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL .................................................................................. i

HALAMAN PERSEMBAHAN ................................................................. ii

HALAMAN MOTTO ................................................................................ iii

HALAMAN PERNYATAAN .................................................................... iv

HALAMAN PEMBIMBINGAN ............................................................... v

HALAMAN PENGESAHAN .................................................................... vi

RINGKASAN ............................................................................................. vii

PRAKATA ................................................................................................. ix

DAFTAR ISI ... .......................................................................................... x

DAFTAR TABEL ...................................................................................... xiii

DAFTAR GAMBAR .................................................................................. xiv

DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................. xv

BAB 1. PENDAHULUAN .......................................................................... 1

1.1 Latar Belakang ....................................................................... 1

1.2 Rumusan Masalah .................................................................. 4

1.3 Batasan Masalah ...................................................................... 4

1.4 Tujuan Penelitian ................................................................... 4

1.5 Manfaat Penelitian .................................................................. 5

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA ................................................................ 6

2.1 Tanah ...................................................................................... 6

2.2 Nitrogen ................................................................................... 7

2.2.1 Nitrat ............................................................................... 10

2.2.2 Amonium ......................................................................... 10

2.3 Metode Standar Untuk Analisa Nitrogen ............................... 11

2.4 Potensiometri ........................................................................... 13

xii

2.4.1 Elektroda Selektif Ion ...................................................... 13

2.5 Spektrometri ........................................................................... 15

2.5.1 Spektrofotometri UV-Vis ................................................. 16

2.6 Ekstraksi .................................................................................. 17

2.6.1 Ekstraktan ........................................................................ 19

2.7 Aplikasi ESI pada Tanah Pertanian ....................................... 20

BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN ................................................... 22

3.1 Waktu dan Tempat ................................................................. 22

3.2 Alat dan Bahan ........................................................................ 22

3.2.1 Alat .................................................................................. 22

3.2.2 Bahan............................................................................... 22

3.3 Rancangan Penelitian ............................................................. 23

3.3.1 Diagram Alir Penelitian ................................................... 23

3.3.2 Konsep Penelitian ............................................................ 24

3.4 Pengambilan Sampel (Sampling) ............................................ 25

3.4.1 Waktu Pengambilan Sampel............................................. 25

3.4.2 Cara Pengambilan Sampel................................................ 25

3.5 Prosedur Ekstraksi ................................................................. 25

3.5.1 Penetapan Kadar Air ........................................................ 25

3.5.2 Penatapan Ekstraktan Optimum ...................................... 25

3.5.3 Penetapan Waktu Optimum .............................................. 26

3.6 Penentuan Sampel dengan Potensiometri .............................. 27

3.6.1 Larutan Standar Potensiometri ......................................... 27

3.6.2 Pengukuran Sampel Potensiometri ................................... 27

3.7 Pengukuran dengan Spektrometri .......................................... 28

3.7.1 Larutan Standar Spektrometri ........................................... 28

3.7.2 Pengukuran Sampel Spektrometri .................................... 28

3.8 Karakteristik Larutan Sampel................................................ 29

3.8.1 Linier Range .................................................................... 29

xiii

3.8.2 Limit Deteksi ................................................................... 29

3.8.3 Sensitifitas ....................................................................... 30

3.8.4 Reprodusibilitas ............................................................... 30

3.9 Analisis Data ............................................................................ 30

3.9.1 Uji-t ................................................................................. 30

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 32

4.1 Penentuan Ekstraktan Optimum ........................................... 33

4.2 Penentuan Waktu Optimum .................................................. 38

4.3 Karakteristik Pengukuran Nitrat dan Amonium .................. 41

4.4 Penentuan Kadar Air ............................................................ 46

4.5 Perbandingan Metode Potensiometri dan Spektrofotometri . 46

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 54

5.1 Kesimpulan ............................................................................. 54

5.2 Saran ....................................................................................... 54

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................. 55

LAMPIRAN ............................................................................................... 57

xiv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

2.1 Pengukuran Potensiometri ................................................................. 14

2.5 Skema Komponen Spektrofotometer ................................................. 16

2.6 Gambar Ekstraksi .............................................................................. 18

2.6.1 Ekstraksi Cair-Cair ................................................................... 18

2.6.2 Ekstraksi Padat ......................................................................... 18

4.1 Histogram Hasil Penentuan Ekstraktan Optimum Nitrat .................... 34

4.2 Histogram Hasil Penentuan Ekstraktan Optimum Amonium .............. 34

4.3 Grafik Penentuan KCl Sebagai Pengganggu ..................................... 35

4.3a Grafik Penentuan KCl Sebagai Pengganggu Nitrat ................ 35

4.3b Grafik Penentuan KCl Sebagai Pengganggu Amonium ......... 36

4.4 Grafik Penentuan Waktu Optimum Nitrat .......................................... 39

4.4a Grafik Penentuan Waktu Optimum Nitrat dengan CaCl2 ........ 39

4.4b Grafik Penentuan Waktu Optimum Nitrat dengan Air.. .......... 39

4.5 Grafik Penentuan Waktu Optimum Amonium ................................... 40

4.5a Grafik Penentuan Waktu Optimum Amonium dengan CaCl2. ..... 40

4.5b Grafik Penentuan Waktu Optimum Amonium dengan Air.......... 40

4.6 Kurva Kalibrasi Nitrat ....................................................................... 42

4.7 Kurva Kalibrasi Amonium ................................................................. 43

4.8 Kurva Perbandingan Nitrat ................................................................ 49

4.8a Hasil perbandingan kedua metode menggunakan CaCl2 ............. 49

4.8b Hasil perbandingan kedua metode menggunakan air .................. 50

4.9 Kura Perbandingan Amonium ........................................................... 51

4.9a Hasil perbandingan kedua metode menggunakan CaCl2 ............. 51

4.9b Hasil perbandingan kedua metode menggunakan air .................. 52

xv

DAFTAR TABEL

Halaman

4.1 Hasil Pengukuran Pengenceran Larutan Standar CaCl2 ...................... 37

4.1a Hasil NO3- dengan CaCl2............................................................ 37

4.1b Hasil NH4+ dengan CaCl2 .......................................................... 37

4.2 Nilai Kv Nitrat dan Amonium ........................................................... 45

4.3 Hasil Perbandingan Konsentrasi Nitrat .............................................. 48

4.4 Hasil Perbandingan Konsentrasi Amonium ........................................ 51

4.5 Nilai Uji Statistik t-test ...................................................................... 53

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

A. Prosedur Preparasi Bahan ................................................................. 58 A.1 Larutan Standart ISE Nitrat 1000 ppm ........................................... 58

A.2 Larutan Standart Amonium 1000 ppm .......................................... 58

A.3 Larutan Standart Spektro Nitrat 1000 ppm .................................... 59

A.4 Larutan CuSO4 1 M ....................................................................... 59

A.5 Larutan (NH4)2SO4 2 M ................................................................ 59

A.6 Larutan CaCl2 ............................................................................... 59

A.7 Larutan KCl ................................................................................. 60

A.8 Larutan CaSO4 .............................................................................. 60

A.9 Larutan HCl 1 M .......................................................................... 60

A.10 Larutan Fenol .............................................................................. 60

A.11 Larutan Natrium Nitro Prusida ................................................... 60

A.12 Larutan Sitrat Alkali .................................................................... 60

A.13 Larutan Pengoksidasi .................................................................. 60

B. Respon Elektroda Terhadap Variasi jenis Ekstraktan ..................... 61

B.1 Nitrat ............................................................................................. 61

B.2 Amonium....................................................................................... 62

C. Respon Elektroda Terhadap Variasi Waktu Pengadukan ............... 63

C.1 Nitrat ............................................................................................. 63

C.2 Amonium....................................................................................... 65

D. Perhitungan Limit Deteksi ................................................................. 67

D.1 Nitrat ............................................................................................. 67

D.2 Amonium ...................................................................................... 67

E. Perhitungan Reprodusibilitas ............................................................ 69

F. Perhitungan Kadar Air ...................................................................... 70

xvii

G. Perhitungan Nilai X Nitrat dan Amonium ........................................ 71

G.1 Nitrat ............................................................................................. 71

G.2 Amonium ...................................................................................... 71

H. Data Konsentrasi Nitrat dan Amonium ............................................ 72

H.1 Nitrat Secara Spektrofotoetri ......................................................... 72

H.2 Nitrat Secara Potensiometri ........................................................... 73

H.3 Amonium Secara Spektrofotometri ................................................ 74

H.4 Amonium Secara Potensiometri ..................................................... 75

I. Perhitugan T-Test .............................................................................. 76

I.1 Nitrat ............................................................................................. 76

I.2 Amonium ........................................................................................ 77

1

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Indonesia dikenal sebagai negara agraris karena sebagian besar penduduk

Indonesia mempunyai pencaharian di bidang pertanian atau bercocok tanam. Data

statistik pada tahun 2001 menunjukkan bahwa 45% penduduk Indonesia bekerja di

bidang agrikultur. Hal ini didasarkan pada kenyataan bahwa negara ini memiliki

lahan seluas lebih dari 31 juta ha yang telah siap tanam, dimana sebagian besarnya

dapat ditemukan di Pulau Jawa. Pertumbuhan tanaman pertanian dan perkebunan

secara langsung terkait dengan tingkat kesuburan dan kualitas tanah. Oleh karena itu

ketersediaan unsur hara dan nutrient pada tanah di bidang pertanian perlu ditinjau

secara terus menerus.

Fungsi tanah dalam bidang pertanian adalah sebagai tempat tumbuh, penyedia

hara, air dan lingkungan bagi akar dan batang tanaman dalam melakukan aktifitas

fisiologinya. Pertumbuhan tanaman yang baik memerlukan kualitas tanah tertentu,

berupa kesuburan tanah baik berupa fisik, kimia maupun biologis (Ajud, 2002).

Kesuburan tanah ialah kemampuan yang memungkinkan tanah untuk menyediakan

unsur hara yang memadai, baik dalam jumlah maupun keseimbangannya bagi

pertumbuhan tanaman dan produksi.

Unsur hara merupakan zat-zat penting yang tersedia di alam yang dapat

mempengaruhi pertumbuhan tanaman. Unsur-unsur yang pada umumnya dibutuhkan

tanaman dibagi dalam dua kelompok, berdasarkan pada jumlah yang dibutuhkan

tanaman. Unsur hara makro diperlukan relatif dalam jumlah besar, biasanya diatas

500 ppm dalam tanaman. Unsur hara mikro diperlukan hanya dalam jumlah sangat

kecil, biasanya kurang dari 50 ppm dalam tanaman (Henry, 1998). Unsur hara utama

yang banyak dibutuhkan tanaman adalah unsur nitrogen (nitrat: NO3- dan ammonium:

NH4+), Phosporus (phosphate : PO43-, hydrophosphate : HPO42-, dihydrophosphate :

H2PO4-) dan Potasium (potash : K+) adalah elemen yang paling penting (Lin J, et al.,

2

2008). Tidak terpenuhinya salah satu maka akan menurunkan kualitas dan kuantitas

hasil produksi tanaman.

Nitrogen (N) merupakan unsur yang berlimpah didalam udara dalam bentuk

N2 , tetapi bentuk tersebut tidak bisa diserap atau dimanfaatkan oleh tanaman dan agar

bisa dimanfaatkan tanaman maka unsur N yang ada diudara tersebut terlebih dahulu

harus berfiksasi dengan unsur H ataupun oksigen dan air. Nitrogen yang berlimpah

menaikkan pertumbuhan dengan cepat dengan perkembangan yang lebih besar pada

batang dan daun-daun hijau gelap. Defisiensi Nitrogen akan mempengaruhi

pertumbuhan tanaman, dimana pada pohon berbuah, rontoknya daun yang terlalu

awal, kematian tunas-tunas lateral, rangkaian buah yang kurang baik dan

perkembangan buah yang tidak biasa merupakan tanda-tanda defisiensi nitrogen

(Henry, 1998). Menurut Winarso, S., (2003) sebagian besar N didalam tanah dalam

bentuk senyawa organik tanah dan tidak tersedia bagi tanaman. Fiksasi N organik ini

sekitar 95% dari total N yang ada di dalam tanah. Nitrogen dapat diserap tanaman

dalam bentuk ion NO3- dan NH4+.

Salah satu cara mengetahui tingkat kesuburan tanah yaitu dengan mengambil

sampel tanah untuk ditest formulasi pemupukan (Lin J, et al., 2008) yang disebut

dengan uji tanah. Uji tanah dapat dilakukan dengan menggunakan metode analisis

spektrometri. (Reza M, et al., 2010) terdapat beberapa metode analisis seperti Atomic

Absorption, UVVis Spectrometry dan Inductively Coupled Plasma (ICP) yang

banyak digunakan untuk penentuan kandungan unsur hara pertanaian.

Spektrometry UV-Vis sering digunakan untuk menentukan kandungan unsur

hara khususnya nitrogen di tingkat konsentrasi rendah. Spektrometry UV-Vis

merupakan salah satu teknik analisis spektroskopik yang memakai sumber radiasi

elektromagnetik sinar tampak dengan menggunakan instrumen spektrofotometer yang

akan mengukur serapan molekul organik atau anorganik yang diberikan sumber

cahaya dengan rentang panjang gelombang di daerah UV-Vis 180-770 nm (Mulja dan

Suharman, 1995). Metode ini larutan yang digunakan harus dikomplekskan terlebih

dahulu dengan reagen yang menghasilkan senyawa berwarna sehingga membentuk

3

suatu warna yang spesifik (Hendayana S, 1994). Pegukuran nitrat akan diberikan

reagen HCl sedangkan pengukuran amonium akan diberikan reagen pengompleks

larutan fenol, natrium nitro prusida dan larutan pengoksidasi (SNI 01-3554-2006).

Hal ini membutuhkan perlakuan yang banyak dan cukup memakan waktu, serta

memerlukan biaya yang sedikit mahal. Oleh karena itu penulis ingin membuat suatu

pengembangan metode uji tanah dengan cara menentukan kandungan unsur hara

khususnya spesi nitrogen (nitrat dan amonium), dengan menggunakam elektroda

selektif ion berdasarkan metode potensiometri. Spesi-spesi nitrogen dipilih karena

nitrogen merupakan unsur utama penyusun protein tanaman dan pembentukan

senyawa penting di dalam sel tanaman, sedangkan ESI (elektroda selektif ion) dengan

metode potensiometri umumnya digunakan untuk uji liquid, namun berdasarkan

selektifitas, sensitifitas dan keakuratan penulis mencoba mengembangkan metode ini

untuk analisis tanah pertanian.

Analisis tanah pertanian menggunakan ESI (elektroda selektif ion) secara

potensiometri dilakukan dengan cara mengekstrak tanah terlebih dahulu, dimana

ekstraktan untuk unsur hara nitrogen yang digunakan adalah KCl 2 M, CaCl2 0,01 M dan CaSO4 0,01 M (Griffin Gray et al., 2009). Metode penetapan senyawa nitrogen

dilakukan dengan metode ekstraksi dengan menggunakan KCl dengan dasar bahwa

NH4+ dan NO3- dalam tanah dapat dibebaskan oleh KCl 1 N menjadi amonium

klorida dan kalium nitrat. Nitrat dapat juga diekstraksi dengan menggunakan CaCl2.

Metode ekstraksi CaCl2 yang digunakan pada penentuan nitrat, sedangkan untuk

penentuan amonium menggunakan metode ekstraksi KCl (Umariah 2007 dalam

Harry N).

Elektroda Selektif Ion (ESI) merupakan suatu sensor elektrokimia yang

banyak digunakan karena memiliki selektivitas, sensitifitas, keakuratan, dan

ketepatan yang relatif tinggi. Keefektifan ESI dikarenakan gangguan terhadap kerja

ESI umumnya hanya sedikit dan mudah diatasi. Contoh larutan keruh (berwarna

sampat batas tertentu) tidak menyulitkan pengukuran dan prosedur analisisnya

sederhana, sehingga pengukuran hanya memerlukan waktu singkat, alat-alat

4

sederhana dan mudah dilakukan. Oleh karena itu ESI dapat digunakan untuk

pengukuran analisis (Agustiani W, 2007).

Detektor potensiometri merupakan salah satu teknik analisis elektrokimia

yang didasarkan pada hubungan antara potensial sel dengan konsentrasi spesi kimia

dari potensial antara dua elektroda. Metode ini didasarkan pada pengukuran arus

listrik sebagai fungsi perubahan potensial listrik yang diterapkan pada sel elektrolisis.

Sel elektrolisis terdiri atas elektroda kerja, elektroda pembanding dan elektroda

pendukung (Agustiani W, 2007). Detektor potensiometri juga selektif dan sensitif

terutama untuk penentuan senyawa-senyawa organik. Oleh karena itu penentuan

unsur nitrogen pada tanah akan dilakukan menggunakan ESI dengan metode

potensiometri.

1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang diatas maka perumusan masalah yang dapat

dikemukakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1.2.1 Bagaimana variasi jenis ekstraktan (KCl, CaSO4 dan CaCl2) pada analisis

kadar spesi Nitrogen (nitrat dan ammonium), dalam tanah pertanian untuk

mendapatkan hasil yang terbaik

1.2.2 Bagaimana perbandingan metode potensiometri dan spektrometri untuk

pengukuran spesi Nitrogen (nitrat dan ammonium), pada tanah pertanian

1.3 Batasan Masalah Batasan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1.3.1 Elektroda Selektif Ion (ESI) yang digunakan adalah elektroda komersial

1.3.2 Sampel tanah yang digunakan diambil di lahan pertanian Agrotechnopark

Fakultas Pertanian Universitas jember

1.3.3 Pengambian sampel tanah dilakukan tanpa memperhatikan musim

5

1.4 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut :

1.4.1 Mengetahui variasi jenis ekstraktan (KCl, CaSO4 dan CaCl2) pada analisis

kadar spesi Nitrogen (nitrat dan ammonium), dalam tanah pertanian untuk

mendapatkan hasil yang terbaik

1.4.2 Mengetahui perbandingan metode potensiometri dan spektrometri untuk

pengukuran spesi (nitrat dan ammonium), pada tanah pertanian

1.5 Manfaat Penelitian Manfaat penelitian ini, sebagai berikut :

1.5.1 Menjadi alat dukung dalam implementasi pertanian presisi

1.5.2 Mempelajari metode terbaru untuk analisis tanah pertanian

1.5.3 Dapat memudahkan pekerjaan orang-orang yang menganalisis tanah pertanian

untuk mengetahui unsur hara khususnya spesi nitrogen pada tanah

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tanah Tanah merupakan hasil evolusi dan mempunyai susunan teratur yang unik yang

terdiri dari lapisan-lapisan atau horizon-horizon yang berkembang secara genetik (Henry,

1998). Tanah adalah medium dari tanaman secara normal memperoleh unsur haranya.

Unsur hara tersebut adalah karbon (C), nitrogen (N), posfor (P). Tiga komponen

utama tanah yang menyediakan unsur hara bagi pertumbuhan tanaman adalah bahan

organik, turunan bahan batuan induk, dan serpih-serpih lempung. Unsur hara

pertama-tama dibebaskan ke dalam larutan tanah (air tanah) sebelum dipindahkan ke

dalam sistem perakaran tanaman (Rao, 1994).

Fungsi tanah dalam bidang pertanian adalah sebagai tempat tumbuh, penyedia

hara, air dan lingkungan bagi akar dan batang tanaman dalam melakukan aktifitas

fisiologinya. Pertumbuhan tanaman yang baik memerlukan kualitas tanah tertentu,

berupa kesuburan tanah baik berupa fisik, kimia maupun biologis (Ajud, 2002).

Kesuburan tanah ialah kemampuan yang memungkinkan tanah untuk menyediakan

unsur hara yang memadai, baik dalam jumlah maupun keseimbangannya bagi

pertumbuhan tanaman dan produksi.

Pertumbuhan dan perkembangan tanaman ditentukan oleh sejumlah faktor

dari tanah dan iklim, dan oleh faktor-faktor yang berasal dari tanaman itu sendiri.

Tanah yang berhasil menghasilkan tanaman dengan baik, pasti mempunyai sesuatu

yang lain, suatu penyediaan yang cukup dari semua unsur-unsur yang penting

(esensial) atau unsur-unsur hara. Unsur-unsur yang pada umumnya dibutuhkan

tanaman dibagi dalam dua kelompok, berdasarkan pada jumlah yang dibutuhkan

tanaman. Unsur hara makro diperlukan relatif dalam jumlah besar, biasanya di atas

500 ppm dalam tanaman. Unsur hara mikro diperlukan hanya dalam jumlah sangat

kecil, biasanya kurang dari 50 ppm dalam tanaman (Henry, 1998).

7

Unsur hara utama yang banyak dibutuhkan tanaman adalah unsur Nitrogen

(nitrat: NO3- dan amonium: NH4+), Phosporus (phosphate : PO43-, hydrophosphate :

HPO42-, dihydrophosphate : H2PO4-) dan Potasium (potash : K+) adalah elemen yang

paling penting (Lin J, et al., 2008). Tidak terpenuhinya salah satu maka akan

menurunkan kualitas dan kuantitas hasil produksi tanaman.

2.2 Nitrogen

Nitrogen merupakan unsur hara utama bagi pertumbuhan tanaman, yang pada

umumnya sangat diperlukan untuk pembentukan atau pertumbuhan bagian-bagian

vegetatif tanaman, seperti daun, batang dan akar (Sutedjo, 2002). Unsur N banyak

tersedia atau berlimpah di dalam udara dalam bentuk N2 , tetapi bentuk tersebut tidak

bisa diserap atau dimanfaatkan oleh tanaman dan agar bisa dimanfaatkan tanaman

maka unsur N yang ada di udara tersebut terlebih dahulu harus berfiksasi dengan

unsur hidrogen ataupun oksigen dan air. Menurut Winarso, S., (2003) sebagian besar

N didalam tanah dalam bentuk senyawa organik tanah dan tidak tersedia bagi

tanaman. Fiksasi N organik ini sekitar 95% dari total N yang ada di dalam tanah.

Contohnya, konsentrasi N total (organik dan anorganik) dalam tanah yang ditanami

Kedelai jauh lebih besar apabila dibandingkan dengan konsentrasi N anorganiknya, N

dapat diserap tanaman dalam bentuk ion NO3- dan NH4+ (Purwadi, E. 2011). Bentuk

nitrogen dalam tanah dapat dibedakan menjadi 2 yaitu: nitrogen dalam bentuk

organik yang terdiri dari protein (asam amino) dan urea, termasuk nitrogen yang

ditemukan dalam makhluk hidup serta dalam tanaman dan hewan. Nitrogen dalam

bentuk anorganik, terdiri dari ammonium, gas ammonia, nitrit, dan nitrat.

Surnber N utama tanah adalah dari bahan organik melalui proses mineralisasi

NH4+ dan NO3-. Selain itu N dapat juga bersumber dari atmosfir melalui curah hujan,

penambatan (fiksasi) oleh mikroorganisme tanah baik secara sembiosis dengan

tanaman maupun hidup bebas. Walaupun sumber ini cukup banyak secara alami,

namun untuk memenuhi kebutuhan tanaman maka diberikan secara sengaja dalam

8

bentuk pupuk, seperti Urea, ZA, dan sebagainya maupun dalam bentuk pupuk

kandang ataupun pupuk hijau. Berikut sumber N dalam tanah :

a. Hujan

b. Pemupukan

c. Mineralisasi N dari bahan organik dan imobilisasinya

Pengikatan Nitrogen dalam bentuk organik disebut Imobilisasi dan

pelepasannya secara lambat disebut Mineralisasi. Perubahan-perubahan bentuk Nitrogen dalam tanah dari bahan organik tejadi dalam beberapa tahap :

1). Aminasi Adalah Pembentukkan senyawa amino dari bahan organik (protein) oleh

bermacam-macam (heterogenus) mikroorganisme. Protein R-NH2 + CO2 + Energi

(Kanisius, 1983).

2). Amonifikasi

Adalah Pembentukkan amonium dari senyawa-senyawa amino. Amonifikasi

adalah tersedianya senyawa amonia (NH3) dalam tanah sebagai hasil penguraian

bahan organik, misalnya :

- Bahan organik diuraikan oleh makrofauna dan mikroba menjadi senyawa asam

amino (R-NH2) menjadi NH3-

R-NH2+ + HOH ROH- +NH3 +Energi

- Amonia yang terlepas ini, selanjutnya bereaksi dengan air atau asam organik tanah

dan membentuk ion ammonium (NH4)

NH3 + HOH NH4+ + OH-

Amonifikasi dapat terjadi pada lingkungan oksigen atau tanpa oksigen dan

dapat diperkuat dengan pengapuran, pengairan pada tanah. Pengolahan tanah yang

baik dan penambahan pupuk hijau yang kaya N (Kanisius, 1983).

9

3). Nitrifikasi

Sebagian dari amonia yang berada bebas dalam tanah oleh golongan autotrob

dioksidasi menjadi NO3. Energi yang terlepas dari reaksi diambil oleh bakteri dan

mereka mendapat unsur karbon untuk menyusun sel tumbuhnya dari karbondioksida

udara. Nitrifikasi merupakan proses pengubahan nitrogen amonium secara biologis

menjadi nitrogen-nitrat. Reaksi pembentukan nitrit dari amonia dikatilisis oleh bakteri

Nitrosomonas, sedangkan perubahan nitrit menjadi nitrat dikatalisis oleh bakteri

Nitrobaker. Nitrifikasi bersifat reversible, di bawah kondisi anaerob, karena reduksi

nitrat menjadi sumber energi bagi bakteri memperbanyak diri (Kanisius, 1983).

Nitrifikasi ada dua tingkat, yakni : Nitritasi dan Nitratasi

- Nitritasi adalah perubahan amonia menjadi nitrit, yang dilakukan oleh bakteri

Nitrosomonas dan Nitrosococus

NH3 + HOH NH4OH

2 NH4+ + 3O2 2NO2- + 2H2O + 4H+

Amonia bereaksi dengan air membentuk amoniak yang melepaskan ion-ion

amonium dan hidroksil. Ion amonium dioksidasi membentuk ion-ion nitrit dan ion

hidrogen.

- Nitratasi adalah perubahan nitrit menjadi nitrat yang dilakukan oleh bakteri

Nitrobakter

2 NO2- + O2 2NO3-

Bakteri nitrifikasi banyak dijumpai pada lapisan tanah olah terutama pada

tanah-tanah yang subur. Faktor-faktor yang merangsang kegiatan nitrifikasi adalah

temperatur optimal 27,5o dengan tata udara yang baik, kandungan air cukup, adanya

senyawa karbonat, bahan organik dan reaksi tanah optimal pada pH 78 (Kanisius,

1983).

d. Fiksasi Nitrogen

Fiksasi nitrogen Merupakan proses konversi langsung N2 dari atmosfer

menjadi nitrat oleh cahaya. Penambahan sebagian besar nitrogen secara alami ke

10

tanah ditambahkan melalui fiksasi biologis simbiotik dan non simbiotik. Fikasasi

nitrogen secara biologis merupakan reaksi reduksi yang memerlukan penambahan

energi oleh adenosine triphosphat (ATP). Asam piruvat adalah donor hidrogen, dan

fiksasi terjadi dalam suatu rangkaian tahap-tahap yang mereduksi N2 menjadi NH3

(Henry, 1998).

N2 + 8H+ + 8e- + 16 MgATP 2 NH3 + H2 + 16 MgADP + 16 Pi

(Henry, 1998).

2.2.1 Nitrat

Nitrat (NO3-) adalah bentuk utama nitrogen dan merupakan unsur hara utama

bagi pertumbuhan tanaman dan algae. Nitrat merupakan ion yang mudah bergerak

(mobile) di dalam tanah. Hal ini disebabkan oleh sifatnya yang mudah sekali larut dan

tidak terjerap (adsorbsi) oleh koloid tanah. Nitrat menunjukkan bentuk kimia nitrogen

yang paling mudah teroksidasi dalam sistem alam ((Mukhlis;Fauzi, 2003).

Nitrat memiliki formula kimia NO3-, yang berarti bermuatan negatif (anion)

dan sangat mudah berpasanagan dengan ion bermuatan positif (kation), seperti dalam

garam kalium nitrat, KNO3 atau natrium nitrat, NaNO3. Nitrat merupakan salah satu

anion yang paling mudah larut dalam air (NECI, 2005 dalam skripsi Trisno N). Ion

nitrat memiliki struktur segitiga ekuilateral, dengan atom oksigen mengelilingi atom

nitrogen pusat (Encyclopedia Britannica, 1973 dalam skripsi Trisno N). Nitrat tidak

berasa, tidak berwarna, dan tidak berbau, sehingga keberadaan nitrat dalam

lingkungan, khususnya pada air, hanya dapat dianalisa secara laboratorium.

2.2.2 Amonium

Amonium adalah suatu ion hasil hidrolisis amonia, dimana amonia merupakan

hasil hidrolisis dari urea yang ada dalam urin. Amonium adalah ion NH4+ yang

bersifat tidak berwarna, berbau menyengat dan berbahaya bagi kesehatan. Garam-

garam amonium umumnya adalah senyawa-senyawa yang mudah larut dalam air.

Melalui pemanasan, semua garam amonium terurai menjadi amonia dan asam yang

11

sesuai, kecuali jika asamnya tak mudah menguap. Gas amonia akan dilepaskan ketika

campuran senyawa dipanaskan.

NH4+ + OH- NH3 + H2O

(Svehla, 1985).

Amonium bersifat basa sebagai substansi bergabung dengan ion hidrogen

(protons). Amonium dalam larutan berada dalam kesetimbangan seperti berikut :

NH3 + H2O NH4+ + OH-

Amonium bereaksi sebagai basa karena adanya pasangan bebas yang aktif

dari nitrogen. Nitrogen lebih elektronegatif dari hidrogen sehingga menarik ikatan

elekton pada molekul amonia kearahnya. Atau dengan kata lain dengan adanya

pasangan bebas terjadi muatan negatif sekitar atom nitrogen. Kombinasi dari

negatifitas ekstra tersebut dan daya tarik pasangan bebas, menarik hydrogen dari air.

Dalam hubungannya dengan urin, sifat fisika bau (amonia) tidak berwarna dan

dalam sifat kimia amonia mempunyai dua reaksi yaitu :

1). Reaksi subtitusi : masuknya ion H+ (dari molekul H2O) dalam amonia, misal :

NH3 + H2O NH4OH NH4+ + OH-

2). Reaksi oksidasi : reaksi Amonia dengan Oksigen membentuk Nitrogen dan Air.

reaksinya : 4 NH3 + 3 O2 2 N2 + 6 H2O

(Svehla, 1985).

2.3 Metode Standar Untuk Analisa Nitrogen

Analisis standar N total kebanyakan dilakukan dengan metode kjeldhal.

Metode kjeldhal merupakan prosedur analisis yang tertua diantara semua metode

analisis. Analisis N total tanah didasari oleh prinsip mengubah N-organik menjadi N-

amonium oleh asam sulfat yang dipanaskan sekitar 380oC dan dengan menggunakan

Cu-sulfat + Selenium + Na-sulfat sebagai katalisator. Proses ini disebut digestasi dan

hasilnya disebut digest; secara keseluruhan disebut Kjeldhal Digestasi. Asam digest

yang mengandung amonium dibasakan dengan NaOH sehingga ion amonium

dikonversi menjadi ammoniak. Lalu didestilasi menjadi amonium hidroksida.

12

NH4OH ditentukan jumlahnya dengan mentitrasi dengan HCl. Analisa protein cara

Kjeldhal pada dasarnya dapat dibagi menjadi tiga tahapan yaitu proses destruksi,

proses destilasi dan tahap titrasi :

1. Tahap Destruksi

Tahap ini sampel dipanaskan, dalam asam sulfat pekat sehingga terjadi

destruksi menjdi unsur-unsurnya. Elemen karbon, hidrogen teroksidasi menjadi CO,

CO2, dan H2O. Nitrogen akan berubah menjadi (NH4)2SO4. asam sulfat yang

diperunakan untuk destruksi diperhitungkan adanya bahan protein lemak dan

karbohidrat. Katalisator sering ditambahkan untuk memperepat proses destruksi yaitu

selenium. Selenium dapat mempercepat proses oksidasi karena zat tersebut selain

menaikkan itik didih juga mudah mengadakan perubahan dari valensi tinggi ke

valensi rendah atau sebaliknya. Penggunaan selenium lebih reaktif dibandingkan

merkuri dan kupri sulfat tetapi selelnium mempunyai kelemahan yaitu karena sangat

cepatnya oksidasi maka nitrogennya justru mungkit ikut hilang. Hal ini dapat diatasi

dengan pemakaian selenium yang sangat sedikit yaitu kurang dari 0,25 gram. Proses

destruksi sudah selesai apabila larutan menjadi jernih atau tidak berwarna.

2. Tahap Destilasi

Tahap destilasi, ammonium sulfat dipecah menjadi ammonia dengan

penambahan NaOH sampai alkalis dan dipanaskan. Agar selama destilasi tidak terjasi

superheating ataupun pemercikan cairan atau timbulnya gelembung gas yang besar

maka dapat ditambahkan logam zink. Amonium yang dibebaskan selanjutnya akan

ditangkap oleh larutan asam standar. Asam standar yang dapat dipakai adalah asam

klorida atau asam borat 4% dalam jumlah yang berlebihan. Agar kontak antara asam

dengan ammonia lebih baik maka diusahakan ujung tabung tercelup sedalam

mungkin dalam asam. Asam dalam keadaan berlebih agar dapat diketahui maka

diberi indikator misalnya BCG + MR atau PP. Destilasi diakhiri bila semua ammonia

telah teroksidai sempurna denmgan ditandai destilat tidak bereaksi basa.

13

3. Tahap Titrasi

Apabila penampung destilasi digunakan asam borat maka banyaknya asam

borat yang bereaksi dengan ammonia dapat diketahui dengan titrasi dengan

menggunakan asam klorida 0,1N dengan indikator BCG + MR, akhir titrasi ditandai

dengan perubahan warna larutan dari biru menjadi merah muda. Selisih jumlah titrasi

sampel dan blanko merupakan jumlah ekuivalen nitrogen (Sudarmaji, 1989)

2.4 Potensiometri

Potensiometri merupakan salah satu teknik analisis elektrokimia yang

didasarkan pada hubungan antara potensial sel dengan konsentrasi spesi kimia dari

potensial antara dua elektroda. Metode ini didasarkan pada pengukuran arus listrik

sebagai fungsi perubahan potensial listrik yang diterapkan pada sel elektrolisis. Sel

elektrolisis terdiri atas elektroda kerja, elektroda pembanding dan elektroda

pendukung (Agustiani W, 2007). Elektroda pembanding merupakan elektroda yang

harga potensial selnya diketahui, konstan dan sama sekali tidak peka terhadap

komposisi larutan yang sedang diselidiki. Elektroda indikator merupakan pasangan

elektroda pembanding yang potensialnya tergantung pada konsentrasi zat yang

sedang diteliti (Underwood, 1986). Dimana beda potensial dua elektroda yang tidak

terpolarisasi diukur pada kondisi arus mendekati nol. Pengukuran dalam

potensiometri, yang merupakan sensor kimia adalah elektroda indikator. Elektroda ini

dibagi menjadi dua golongan yaitu elektroda logam dan elektroda membran. Yang

digunakan dalam penelitian ini adalah elektroda indikator membran sering disebut

elektroda selektif ion (ISE) (Khopkar, 1990).

2.4.1 Elektroda Selektif Ion

Elektroda Selektif Ion (ISE) merupakan setengah sel elektrokimia, yang

terdiri dari sebuah membran selektif ion, larutan pengisi internal, dan sebuah

elektroda referensi internal atau terdiri dari membran selektif ion dan sebuah solid

contact. Elektroda Selektif Ion (ESI) merupakan suatu sensor elektrokimia yang

14

banyak digunakan karena memiliki selektivitas, sensitifitas, keakuratan, dan

ketepatan yang relative besar. Keefektifan ESI dikarenakan gangguan terhadap kerja

ESI umumnya hanya sedikit dan mudah diatasi. Contoh larutan keruh (berwarna

sampat batas tertentu) tidak menyulitkan pengukuran dan prosedur analisisnya

sederhana, sehingga pengukuran hanya memerlukan waktu singkat, alat-alat

sederhana dan mudah dilakukan. Oleh karena itu ESI dapat digunakan untuk

pengukuran analisis rutin (Agustiani W, 2007). Metode potensiometri dengan ion

selektif elektroda dapat digunakan untuk menganalisis ion nitrat dan amonium.

Elektroda selektif Ion ini memiliki membran polimer matriks PVC yang dirancang

untuk mendeteksi ion nitrat dan ammonium dalam larutan air dan cocok untuk

lapangan dan aplikasi laboratorium (Nico, tanpa tahun).

Menentukan konsentrasi ion-ion dalam larutan secara langsung melalui

pengukuran potensial elektroda selektif ion (ESI), dimana digunakan dua elektroda

yaitu elektroda pembanding dan elektroda indikator. Skema pengukurannya :

Elektroda selektif ion yang digunakan pada penelitian ini merupakan elektroda

komersial yang dikombinasikan dengan elektroda reference dan dialirkan pada volt

meter (Khopkar, 1990) dimana yang diukur adalah ekstrak dari spesi nitrogen yaitu

nitrat dan ammonium pada tanah pertanian. Beda potensial akan terukur karena inner

Gambar 2.1 Pengukuran Potensiometri

Elektroda Pembanding Elektroda Indikator V

15

solution atau membrane electrode spesifik dengan analit yang diukur sehingga ion

analit akan berdifusi ke membran dan menyebabkan adanya perubahan

kesetimbangan antara elektroda reference dan elektroda kerja yang diterjemahkan

sebagai beda potensial pengukuran.

2.5 Spektrometri

Analisis spektrometri adalah salah satu metode analisis dalam ilmu kimia

yang didasarkan pada identifikasi dan kuantifikasi spesies analit berdasarkan sifat

optisnya. Dalam metode ini spektrum radiasi elektromagnetik dimanfaatkan sebagai

entitas perantara untuk analisis kualitatif dan kuantitatif ketika berinteraksi dengan

spesies analit yang dapat melalui proses absorpsi, emisi, fluoresensi atau proses

lainnya (Siswoyo, 2007). Dalam metode spektrometri, larutan sampel menyerap

radiasi elektromagnetik dari sumber yang tepat, dan jumlah yang diserap terkait

dengan konsentrasi analit dalam larutan. Transisi elektronik yang terjadi di daerah

tampak dan ultraviolet dari spektrum adalah karena penyerapan radiasi oleh jenis

tertentu dari kelompok, obligasi, dan kelompok fungsional dalam molekul. Panjang

gelombang penyerapan dan intensitas tergantung pada jenis. Panjang gelombang

serapan adalah ukuran dari energi yang dibutuhkan untuk transisi. Intensitasnya

tergantung pada probabilitas transisi yang terjadi ketika sistem elektronik dan radiasi

berinteraksi dan pada polaritas keadaan tereksitasi ( Christian, 1994).

2.5.1 Spektrfotometri UV-Vis

Spektrofotometri sinar tampak adalah salah satu teknik analisis spektroskopik

yang memakai sumber radiasi elektromagnetik sinar tampak dengan menggunakan

instrument spektrofotometer (Mulja dan Suharman, 1995).

Spektrofotometer UV-Vis adalah sejenis peralatan yang digunakan untuk

mengukur serapan molekul organik atau anorganik yang diberikan sumber cahaya

dengan rentang panjang gelombang di daerah UV-Vis (180-770 nm) (Siswoyo,

2007).

16

Semua molekul dapat menyerap radiasi dalam daerah UV-Vis karena mereka

mengandung electron, baik sekutu maupun menyendiri, yang dapat dieksitasikan ke

tingkst energi yang lebih tinggi (Underwood, 1999). Adsorbsi cahaya oleh suatu

molekul merupakan bentuk interaksi antara gelombang cahaya (foton) dan

atom/molekul. Energi cahaya diserap oleh ataom/molekul dan digunakan oleh

elektron di dalam atom/molekul tersebut untuk bertransisi ke tingkat energi elektronik

yang lebih tinggi. Proses absorbsi cahaya UV-Vis berkaitan dengan promosi elektron

dari suatu orbital molekul dengan tingkat energi elektronik tertentu ke orbital molekul

lain dengan tingkat nergi elektronik yang lebih tinggi (Siswoyo, 2007).

Kompenen yang penting dari suatu spektrofotometer, secara skema dapat

ditunjukan sebagai berikut :

1. Suatu sumber energi cahaya yang berkesinambungan yang meliputi daerah

spektrum dalam mana instrument itu dirancang untuk beroperasi.

2. Suatu monokromator, yakni suatu piranti untuk memencilkan pita sempit

panjang-panjang gelombang dari spectrum lebar yang dipancarkan oleh

sumber cahaya.

3. Suatu wadah untuk sampel.

4. Suatu detector, yang berupa transduser yang mengubah energy cahaya

menjadi suatu isyarat listrik.

Skema 1. Komponen Spektrofotometer

17

5. Suatu pengganda (amplifier) dan rangkaian yang berkaitan yang membuat

isyarat listrik itu memadai untuk dibaca.

6. Suatu sistem baca yang diperagakan besarnya isyarat listrik (Underwood,

1999).

2.6 Ekstraksi

Ekstraksi merupakan proses pemisahan dua zat atau lebih dengan

menggunakan pelarut yang tidak saling campur. Berdasarkan fase yang terlibat,

terdapat dua jenis ekstraksi, yaitu ekstraksi cair-cair dan ekstraksi padat-cair

(Harborne, 1987).

a. Ekstraksi Cair-cair

Ekstraksi cair-cair dikenal sebagai ekstraksi pelarut yang merupakan metode

pemisahan senyawa berdasarkan kelarutannya dalam dua cairan yang berbeda dan

tidak saling larut, biasanya air dan pelarut organik. Ekstraksi cair-cair adalah teknik

dasar dalam laboratorium kimia, di mana dilakukan dengan menggunakan corong

pisah. Ekstraksi cair-cair dimana solute akan dipisahkan dari cairan pembawa (diluen)

menggunakan solvent cair. Campuran diluen dan solvent ini disebut heterogen,

dimana jika dipisahkan terdapat 2 fase, yaitu fase diluen (rafinat) dan fase solvent

(ekstrak). Seperti pada gambar berikut :

Gambar 2.6.1 Ekstraksi Cair-cair

18

Ekstraksi pelarut digunakan dalam pemrosesan nuklir, pengolahan bijih, produksi

senyawa organik halus, pengolahan parfum, produksi minyak nabati dan biodiesel,

serta industri lainnya (Harborne, 1987).

b. Ekstraksi Padat-cair

Jenis ekstraksi yang penulis gunakan untuk menentukan jumlah hara pada

tanah yaitu ekstraksi padat-cair. Ekstraksi padat-cair (leaching) adalah proses

pemisahan zat padat yang terlarut dari campurannya dengan pelarut yang tidak saling

larut. Pemisahan umumnya melibatkan pemutusan yang selektif, dengan atau tanpa

difusi. (Perry, 1997). Leaching merupakan proses peluruhan bagian yang mudah

terlarut (solute) dari suatu padatan dengan menggunakan suatu larutan (pelarut) pada

temperatur dan proses alir tertentu. Proses sederhana ekstraksi ini bisa dilakukan

hanya dengan mencampurkan bahan dengan pelarutnya yang kemudian disaring

menggunakan kertas saring dengan corong biasa untuk memisahkannya.

Proses ekstraksi ini dilakukan untuk mendapatkan bagian yang mudah terlarut

karena lebih berharga dari padatannya, misalnya bahan tambang, minyak nabati, dan

lain-lain, ataupun untuk menghilangkan bahan kontaminan yang mudah terlarut dari

padatan yang lebih berharga, misalnya pigmen dari kontaminan kimiawi yang bisa

Gambar 2.6.2 Ekstraksi Padat

Padatan Pelarut

19

atau mudah dilarutkan (Harborne, 1987).

Pemindahan komponen dari padatan ke pelarut pada ekstraksi padat-cair

melalui tiga tahapan, yaitu difusi pelarut ke pori-pori padatan atau ke dinding sel, di

dalam dinding sel terjadi pelarutan padatan oleh pelarut, dan tahapan terakhir adalah

pemindahan larutan dari pori-pori menjadi larutan ekstrak. Ekstraksi padat-cair

dipengaruhi oleh waktu ekstraksi, suhu yang digunakan, pengadukan, dan banyaknya

pelarut yang digunakan (Harborne, 1987). Tingkat ekstraksi bahan ditentukan oleh

ukuran partikel bahan tersebut. Bahan yang diekstrak sebaiknya berukuran seragam

untuk mempermudah kontak antara bahan dan pelarut sehingga ekstraksi berlangsung

dengan baik (Sudarmadji & Suhardi, 1989), dimana bahan pengekstraksi disebut

juga dengan ekstraktan.

2.6.1 Ekstraktan

Tes tanah membutuhkan ekstraktan untuk menentukan jumlah hara dalam

tanah. Sebuah ekstraktan tanah adalah larutan yang terbuat dari air dengan

konsentrasi tertentu dari bahan kimia. Ekstraktan tersebut akan ditambahkan ke dalam

tanah sehingga akan bercampur untuk jangka waktu yang ditentukan. Campuran ini

kemudian dituangkan melalui kertas saring dan ekstraktan sekarang mengandung

unsur hara yang terlarut. Unsur hara dalam ekstraktan tersebut dianalisis

menggunakan peralatan laboratorium yang tepat untuk melihat berapa banyak unsur

hara yang hilang dari tanah. Jumlah unsur hara yang diekstrak akan mewakili

sebagian kecil dari nutrisi total yang tersedia (Mitchell, 2000). Ekstraktan adalah

pelarut yang digunakan untuk ekstraksi.

Tan (1991) menyatakan bahwa pemilihan ekstraktan (bahan pengekstraksi)

yang baik didasarkan pada dua pertimbangan yaitu : (1) pereaksi yang digunakan

tidak merubah sifat fisika dan kimia bahan yang diekstrak, (2) pereaksi harus dapat

memisahkan senyawa dari tanah secara kuantitatif. Ekstraktan yang digunakan dalam

penelitian ini adalah KCl 2 M, CaCl2 0,01 M, dan CaSO4 0,01 M (Griffin Gray et al.,

2009). Metode penetapan senyawa nitrogen dilakukan dengan metode ekstraksi

20

dengan menggunakan KCl dengan dasar bahwa NH4+ dan NO3- dalam tanah dapat

dibebaskan oleh KCl 1 N menjadi amonium klorida dan kalium nitrat. Nitrat dapat

juga diekstraksi dengan menggunakan CaCl2. Metode ekstraksi CaCl2 yang

digunakan pada penentuan nitrat, sedangkan untuk penentuan amonium

menggunakan metode ekstraksi KCl (Umariah 2007 dalam Harry N).

2.8 Aplikasi ESI pada Tanah Pertanian

Aplikasi elektroda selektif ion (ESI) pada tanah pertanian dapat dilakukan

dengan tujuan mengukur unsur hara pada tanah pertanian. Elektroda Selektif Ion

(ESI) merupakan metoda yang digunakan untuk menentukan konsentrasi suatu ion

secara kuantitatif dengan menggunakan membran sebagai sensor kimia yang

potensialnya berubah secara reversibel terhadap perubahan aktivitas ion yang

ditentukan. Penggunaan elektroda selektif ion biasanya dilakukan dalam

potensiometri. Metode potensiometri merupakan salah satu metode yang banyak

digunakan untuk menentukan kandungan ion-ion tertentu di dalam suatu larutan,

namun belum banyak diterapkan untuk analisa sampel tanah. Dalam jurnal (Abdul, et

al., 2000) telah dilakukan penerapan metode potensiometri pada penentuan

kandungan karbon organik total tanah menggunakan elektroda selektif CO2 sebagai

elektroda penunjuk. Prinsip penentuan kandungan karbon organik total tanah adalah

mengubah karbon organik total menjadi CO2 yang selanjutnya CO2 yang dihasilkan

diukur konsentrasinya berdasarkan perubahan potensial elektroda yang ditunjukkan

oleh elektroda selektif CO2. Konsentrasi CO2 yang didapatkan sebanding dengan

konsentrasi karbon organik total tanah. Sebelum digunakan untuk pengukuran tanah,

terlebih dahulu dilakukan karakterisasi terhadap elektroda selektif CO2. Kelayakan

hasil pengukuran karbon organik total tanah dengan metode potensiometri akan

dibandingkan dengan metode titrimetri. Hasil pengukuran dari kedua metode tersebut

menunjukkan bahwa metode potensiometri dapat digunakan untuk menentukan

kandungan karbon organik total tanah dengan hasil yang diperkirakan lebih akurat

dibandingkan dengan metode titrimetri biasa. Sekarang penulis mencoba

21

mengembangkan aplikasi tentang elektroda seletif ion dengan metode potensiometri

untuk mengukur kadar nitrogen dalam tanah pertanian, dimana untuk mengoreksi

kelayakan dari metode tersebut maka digunakan metode spektrometri sebagai

pembandingnya.

BAB 3. METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat

Penelitian dilakukan pada bulan September 2012. Pengambilan sampel

dilaksanakan di tanah pertanian Fakultas Pertanian Universitas Jember, tanah

perumahan di Jl.Kalimantan dan tanah pekarangan di belakang Jurusan Kimia

Universitas Jember. Sedangkan analisa sampel dilakukan di Laboratorium Kimia

Analitik Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Jember.

3.2 Alat dan Bahan 3.2.1 Alat

Kertas saring, erlenmeyer, gelas kimia, corong, spektrofotometri UV-Vis,

elektroda komersial untuk nitrat dan ammonium, volt meter, labu ukur, pipet volume,

pipet tetes, pipet mikro, cawan, buret, oven, desikator, hot plate, stirrer magnetik dan

anak nya, Potensiometer, pH meter, bulb pipet, lemari asam, botol semprot dan

neraca timbang.

3.2.2 Bahan

Padatan KNO3 (E-Merck), Padatan NaNO3 (E-Merck), larutan HCl (E-

Merck), serbuk NH4Cl anhidrat (Riedel-de-Han), aquademin, aquades, larutan fenol

(E-Merck), larutan etanol (E-Merck), serbuk natrium nitroprusida (E-Merck), serbuk

tri natrium sitrat (E-Merck), kristal NaOH (E-Merck), larutan natrium hipoklorit,

larutan H2SO4 (E-Merck), serbuk KCl (E-Merck), serbuk CaCl2 (Riedel-de-Han),

serbuk CaSO4 (E-Merck), larutan CHCl3 (E-Merck), resin kation asam, NaAsO2 (E-

Merck) dan larutan ISA nitrat ((NH4)2SO4) serta ammonium (CuSO4).

23

3.3 Rancangan Penelitian

3.3.1 Diagram Alir Penelitian

dibandingkan

Filtrat

Variasi Larutan Ekstraktan:

1. KCl 2 M

2. CaCl2 0,01 M

3. CaSO4 0,01 M

4. Air

Analisis Potensiometri

Analisis Spektrofotometri UV-Vis

Data 1

Variasi Waktu:

5, 15, 25, 35, dan 45 menit

Linier Range

Larutan Standart

Ekstraksi Tanah

Filtrat Hasil Optimasi

Larutan Standart

Data 2

Sensitivitas Reprodusibilitas Uji t Limit Deteksi

Pengambilan Sampel Tanah

Penentuan Kadar Air

24

3.3.2 Konsep Penelitian

Tanggal Aktifitas Hasil Yang Diharapkan

10 September 2012 Pengambilan sampel tanah Didapatkan sampel tanah yang

diinginkan untuk dianalisis

agar diketahui kadar nitrat dan

amonium dalam tanah

10 September 2012 Pengolahan sampel tanah

dengan cara melakukan

pengeringan pada suhu

kamar dan pengayakan

Sampel tanah yang siap untuk

diuji dan dapat ditentukan

kadar air tanah tersebut

10 September 2012 Optimasi ekstraktan

(Sampel tanah yang didapat

diekstrak menggunakan

beberapa ekstraktan yaitu

KCl, CaCl2 dan CaSO4)

Diperoleh data ekstraktan yang

optimum kemudian ekstraktan

yang optimum digunakan

untuk mencari waktu ekstraksi

optimum yaitu dengan

mevariasikan waktu (lamanya

pengendapan); 5, 10, 15, 20, 25

dan 30 menit, serta efisiensi

ekstraktan yang dilakukan

menggunakan elektroda

selektif ion potensiometri

sehingga didapatkan data

optimum. Hasil optimum

tersebut diulangi kembali

untuk perlakuan pengukuran

dengan metode spektrometri

12 November 2012 Ekstraktan yang optimum

dibandingkan dengan 2

Agar didapatkan data yang

kemudian dianalisis linier

25

metode untuk analisis tanah

yaitu potensiometri dan

spektrometri

range, limit deteksi, sensitivitas

dan reprodusibilitas. Dan untuk

membandingkan kedua metode

dilakukan juga uji-t

3.4 Pengambilan Sampel (Sampling)

3.4.1 Waktu Pengambilan Sampel

Pengambilan sampel dilakukan di Agrotechnopark Fakultas Pertanian

Universitas Jember, Tanah didaerah Jl.Kalimantan dan Tanah diarea belakang jurusan

Kimia Universitas Jember pada bulan September sampai Desember.

3.4.2 Cara Pengambilan Sampel

Sampel diambil menggunakan scoop atau cangkul pada kedalaman 20 cm

yang kemudian diletakkan pada sebuah wadah.

3.5 Prosedur Ekstraksi

3.5.1 Penetapan Kadar Air

Sebanyak 5,00 g sampel tanah dimasukkan kedalam cawan dan dikeringkan

dalam oven pada suhu 105oC selama 4 jam. Setelah dioven selama 4 jam dimasukkan

ke dalam desikator kemudian ditimbang dengan neraca analitik. Bobot tanah yang

hilang adalah bobot air. (105) = ( )( ) 100 % Keterangan:

a = berat cawan saja

b = berat cawan dan berat sampel tanah

c = berat cawan dan berat sampel tanah setelah dioven dan dimasukkan ke dalam

desikator

26

3.5.2 Penetapan Ekstraktan Optimum

a. KCl 2,0 M

Penggunaan ekstraktan ini digunakan rasio perbandingan 1 : 2,5 yaitu 20,00 g

tanah dilarutkan dengan 50 mL KCl 2,0 M kemudian dilakukan pengadukan selama

45 menit. Dilakukan penyaringan sehingga didapatkan ekstrak dari tanah tersebut dan

dilakukan pengukuran secara potensiometri.

b. CaCl2 0,01 M

Sebanyak 20,00 g tanah dimasukan ke dalam gelas kimia dan ditambahkan

larutan CaCl2 0,01 M sebanyak 50 mL. Setelah itu dilakukan pengadukan selama 45

menit dan disaring menggunakan kertas saring sehingga ekstrak didapatakan. Ekstrak

dari tanah tersebut dan dilakukan pengukuran secara potensiometri.

c. CaSO4 0,01 M

Penggunaan ekstraktan ini digunakan rasio perbandingan 1 : 2,5 yaitu 20,00 g

tanah dilarutkan dengan 50 mL CaSO4 0,01 M kemudian dilakukan pengadukan

selama 45 menit. Dilakukan penyaringan sehingga didapatkan ekstrak dari tanah

tersebut dan dilakukan pengukuran secara potensiometri.

d. Air

Sebanyak 20,00 g tanah dimasukan ke dalam gelas kimia dan ditambahkan

Aquademin sebanyak 50 mL. Setelah itu dilakukan pengadukan selama 45 menit dan

disaring menggunakan kertas saring sehingga ekstrak didapatakan. Ekstrak dari tanah

tersebut dan dilakukan pengukuran secara potensiometri.

3.5.3 Penetapan Waktu Optimum

Ekstraktan optimum digunakan sebagai ekstraktan untuk penentuan waktu

optimum. Variasi yang digunakan 5, 15, 25, 35 dan 45 menit. Masing-masing waktu

27

dilakukan dengan tiga kali pengulangan. Waktu optimum menunjukkan nilai beda

potensial yang optimum.

(Ket : Hasil optimum diulangi lagi untuk pengukuran secara spektrofotometri UV-

Vis)

3.6 Penentuan Sampel Dengan Potensiometri

3.6.1 Larutan Standart Potensiometri

1) Nitrat

Larutan baku nitrat dibuat dengan mengencerkan NaNO3 anhidrat sebanyak

1,37 gram dalam 1 Liter dengan aquademin didalam labu ukur. Larutan baku nitrat

divariasi konsentrasi 0; 0.01; 0.1; 1; 10; 20; 30; 40; 50; 60 mg/L. Larutan baku

dengan variasi konsentrasi dimasukkan ke dalam beaker glass sebanyak 50 mL

kemudian ditambahkan 1 mL larutan ISA ( larutan 2M (NH4)2SO4)) pada masing-

masing larutan baku. Kemudian celupkan elektroda nitrat dan elektroda referensi ke

dalam larutan tersebut. Tunggu kurang lebih 5 menit sampai nilai potensial yang

terbaca pada mV meter stabil.

2) Amonium

Larutan baku dibuat dengan dengan mengencerkan 2,97 gram NH4Cl pada

labu ukur 1 L. Larutan baku amonium divariasi konsentrasi 0; 0.01; 0.05; 0.1; 0.5; 1;

5; 10; 50 mg/L, kemudian dipipet 50 ml pada setiap konsentrasi dan dimasukkan ke

dalam beaker gelas. Ditambahkan 1 mL larutan ISA ( larutan 1M CuSO4) pada

masing-masing larutan standart. Kemudian celupkan elektroda amonium dan

elektroda referensi ke dalam larutan tersebut. Tunggu kurang lebih 5 menit sampai

nilai potensial yang terbaca pada mV meter stabil.

28

3.6.2 Pengukuran Sampel Potensiometri

1) Nitrat

Ekstrak yang didapat dimasukkan ke dalam beaker gelas sebanyak 50 mL

kemudian ditambahkan 1 mL larutan ISA ( larutan 2M (NH4)2SO4)) pada masing-

masing sampel. Kemudian celupkan elektroda nitrat dan elektroda referensi ke dalam

larutan tersebut. Tunggu kurang lebih 5 menit sampai nilai potensial yang terbaca

pada mV meter stabil.

2) Amonium

Ekstrak yang didapat dimasukkan ke dalam beaker gelas sebanyak 50 mL

kemudian ditambahkan 1 mL larutan ISA ( larutan 1 M CuSO4) pada masing-masing

sampel. Kemudian celupkan elektroda amonium dan elektroda referensi ke dalam

larutan tersebut. Tunggu kurang lebih 5 menit sampai nilai potensial yang terbaca

pada mV meter stabil.

3.7 Pengukuran dengan Spektrometri 3.7.1 Larutan Standar Spektrometri

1) Nitrat

(SNI 01-3554-2006) Larutan baku nitrat dibuat dari penimbangan 1,63 gram

KNO3 (E-Merck) kemudian di oven pada suhu 105oC selama 4 jam dan dilarutkan

pada labu ukur 1000 mL aquademin. Larutan baku divariasi konsentrasi 0; 0,1; 0,2;

0,4; 0,6; 0,8 dan 1 mg/L ke dalam labu ukur 50 mL. Dimasukkan dalam Erlenmeyer

100 mL dengan ditambahkan 1 mL HCl 1 N ke dalam masing-masing variasi.

Dilakukan pengukuran absorban pada panjang gelombang 220 nm dan 275 nm

sebagai faktor pengoreksi.

2) Amonium

(SNI 01-3554-2006) Larutan baku amonium dibuat dari penimbangan 2,97

gram NH4Cl yang dilarutkan dalam labu ukur 1000 mL aquademin. Larutan baku

29

divariasi konsentrasi sebesar 0; 0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 dan 1 mg/L ke dalam labu ukur

25 mL, kemudian pada masing-masing variasi ditambahkan 1 mL larutan natrium

nitro porusida dan 2,5 mL larutan pengoksidasi. Erlenmeyer masing-masing ditutup

dengan aluminium foil 15 menit kemudian diukur absorbannya pada panjang

gelombang 640 nm.

3.7.2 Pengukuran Sampel Spektrometri

1) Nitrat

Ekstrak yang didapat diambil 50 mL, kemudian ditambahkan 1 mL HCl 1N ke

dalam masing-masing sampel. Dilakukan pengukuran absorban pada panjang

gelombang 220 nm dan 275 nm sebagai faktor pengoreksi.

2) Amonium

Ekstrak yang didapat diambil 25 mL, kemudian ditambahkan 1ml larutan

natrium nitro porusida dan 2,5 mL larutan pengoksidasi. Erlenmeyer masing-masing

ditutup dengan aluminium foil 15 menit kemudian diukur absorbannya pada panjang

gelombang yang sudah optimum pada panjang gelombang 640 nm.

3.8 Karakteristik Larutan Sampel

3.8.1 Linier Range

Linier range dapat digambarkan dari kurva kalibrasi dengan memplotkan

antara sumbu x dan sumbu y, dimana sumbu x adalah konsentrasi nitrat dan

ammonium. sedangkan sumbu y adalah potensial yang dihasilkan.

Respon yang linier ditunjukkan melalui persamaan garis sebagai berikut :

y = bx + a

dimana b adalah kemiringan kurva kalibrasi (slope) dan a adalah perpotongan

terhadap sumbu y (Caulcut, 1995).

30

3.8.2 Limit Deteksi

Salah satu analisa data dari detektor adalah kemampuannya untuk

mendeteksi konsentrasi suatu analit. Semakin kecil konsentrasi yang bisa dideteksi,

semakin baik analisa data dari detektor tersebut. Batas deteksi biasanya dinyatakan

dalam mikrogram (g) atau gamma (Svehla, 1985). Limit deteksi adalah konsentrasi

analit terkecil yang dapat memberikan sinyal atau dideteksi oleh detektor, dapat

dirumuskan sebagai berikut:

YLOD = YB + 3 SB

Dimana :

YLOD = limit deteksi, SB = standart deviasi kurva kalibrasi

YB = intersep kurva kalibrasi, (Miller dan Miller, 1991).

3.8.3 Sensitifitas

Sensitifitas dinyatakan sebagai slope dari kurva yang diperoleh dengan range

tertentu (Miller dan Miller, 1991). Menurut IUPAC, sensitifitas yang dinyatakan

dengan slope merupakan sensitifitas kurva. Kateman (1993) menyatakan sensitifitas

sebagai rasio perubahan konsentrasi analit. Nilai sensitifitas yang besar berarti bahwa

perubahan konsentrasi yang kecil dari analit dapat memberikan respon yang berarti.

3.8.4 Reprodusibilitas

Pengulangan percobaan yang dilakukan pada reprodusibilitas diharapkan akan

dihasilkan limit antar percobaan yang sekecil mungkin, dengan nilai setiap

pendekatan untuk satu kali pengulangan atau lebih yang berbeda adalah 95%

(Caulcutt, 1995). Hasil pengulangan dapat dinyatakan sebagai koefisien variasi dari

simpangan induk. = . 100% dimana : SD = standart deviasi, x = signal rata-rata sampel dan Kv = koefisien variasi

(Miller dan Miller, 1991)

31

3.9 Analisis Data

3.9.1 Uji-t

Analisis data untuk menguji hasil dari metode analitik dengan

membandingkan dua metode dapat menggunakan uji statistik salah satunya yaitu uji-

t. Uji-t dapat diperoleh dengan menghitung nilai x untuk respon metode pertama dan

nilai y untuk respon metode kedua. Nilai t-eksperimen diperoleh melalui persamaan

berikut : S = {(n 1)S + (n 1)S )(n + n 2) t = x x S 1n + 1n

dimana = mean data metode pertama

= mean data metode kedua

S1 = standar deviasi ratarata metode pertama,

S2 = standar deviasi ratarata metode kedua

S = standar deviasi total

n1 = jumlah pengulangan percobaan metode pertama

n2 = jumlah pengulangan percobaan metode kedua

(Miller dan Miller, 1991).

Jika nilai t-eksperimen lebih kecil dibandingkan dengan nilai t-tabel, maka

secara statistik kedua metode tersebut tidak mempunyai perbedaan signifikan pada

selang kepercayaan 95 % ( = 0,05) (Sudjana, 1996).

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada penelitian ini dilakukan pengukuran terhadap unsur nitrogen pada tanah

yaitu nitrat dan amonium berdasarkan metode potensiometri. Pengukuran nitrat dan

amonium diekstrak menggunakan berbagai jenis ekstraktan dengan proses filtrasi,

dimana dilakukan optimasi jenis ekstraktan sehingga didapatkan ekstraktan optimum

dengan variasi waktu pengadukan untuk mendapatkan waktu yang efisien. Sebagai

pembanding telah dilakukan pula penentuan nitrat dan amonium dalam tanah dengan

metode spektrofotometri. Sampel yang digunakan yaitu tiga jenis sampel tanah,

dimana tanah yang digunakan yaitu tanah dari lokasi berbeda-beda. Ada tiga lokasi

tanah yang digunakan yaitu tanah perumahan di Jl.Kalimantan no.46 Jember sebagai

tanah A, tanah perkarangan daerah belakang kampus FMIPA Kimia Universitas

Jember sebagai tanah B dan tanah pertanian Agrotechno Park Universitas Jember

sebagai tanah C.

Sampel tanah untuk pengukuran ekstraktan optimum nitrat dan amonium

dieksrak tiga kali dengan masing-masing variasi jenis ekstraktan sehingga didapatkan

12 sampel siap ukur per tanah. Sedangkan sampel tanah untuk menentukan waktu

optimum diekstrak tiga kali dengan masing-masing variasi waktu sehingga

didapatkan 15 sampel siap ukur per tanah. Ekstraktan optimum dan waktu optimum

yang sudah didapatkan akan digunakan juga untuk pengukuran nitrat dan amonium

dengan menggunakan metode spektrofotometri. Kemudian hasil pengukuran nitrat

dan amonium secara spektrofotometri tersebut dibandingkan dengan pengukuran

secara potensiometri, dimana analisis statistik yang digunakan yaitu uji-t. Penentuan

ekstraktan dan waktu optimum dilakukan dengan teknik potensiometri, dimana

sampel yang memberikan respon beda potensial tinggi diasumsikan sebagai hasil

yang terbaik. Beda potensial akan terukur karena inner solution atau membrane

electrode spesifik dengan analit yang diukur sehingga ion analit akan berdifusi ke

33

membran dan menyebabkan adanya perubahan kesetimbangan antara elektroda

reference dan elektroda kerja yang diterjemahkan sebagai beda potensial pengukuran.

4.1 Penentuan Ekstraktan Optimum

Penentuan ekstraktan optimum nitrat dan amonium dalam tanah dilakukan

menggunakan 4 (empat) jenis ekstraktan, yaitu : air, CaCl2 0.01 M, CaSO4 0.01 M,

dan KCl 2 M. Sebanyak 40,00 g sampel tanah untuk dilarutkan dalam 100 ml

ekstraktan. Filtrat yang didapat diambil masing-masing 50 ml dan ditambahkan

larutan ionic strength adjuster (ISA) 1 ml agar larutan sampel dapat terionisasi

sempurna. Larutan ISA yang digunakan adalah 2M NH4(SO4)2 untuk nitrat dan 1M

CuSO4 untuk amonium yang kemudian diukur beda potensial dari masing-masing

sampel. Pengukuran sampel dilakukan dengan menggunakan volt meter merk Jenway

yang dihubungkan dengan elektroda jenis Elit 8021 untuk nitrat dan Elit 8051 untuk

amonium dengan elektroda reference yang digunakan yaitu LiAc. Elektroda

reference LiAc digunakan berdasarkan rekomendasi elektroda nitrat dan amonium

(Nico, tanpa tahun).

Ekstraktan yang memberikan respon beda potensial tertinggi dianggap

merupakan ekstraktan optimum dengan asumsi bahwa semakin tinggi nilai beda

potensial yang terukur semakin banyak ion nitrat atau amonium dalam ekstrak

sampel, namun untuk pengukuran nitrat ekstraktan yang memberikan respon beda

potensial terendah dianggap merupakan ekstraktan optimum karena kecenderungan

kurva standar nitrat semakin besar konsentrasi yang diukur maka semakin rendah

respon nilai beda potensial yang dihasilkan (karakteristik metode; hal 44) sehingga

nilai beda potensial yang rendah dianggap sebagai respon optimum. Dari hasil

pengukuran diperoleh bahwa masing-masing ekstraktan tersebut memiliki efektifitas

ekstraksi yang berbeda-beda terhadap konsentrasi ion yang dihasilkan yang

dibuktikan dari beda potensial yang dihasilkan selama pengukuran. Efektifitas

ekstraksi sangat dipengaruhi jenis ekstraktan, dimana semakin polar ekstraktan yang

digunakan seperti air maka semakin lama proses mengekstraknya dan semakin tinggi

34

kelarutan ekstraktan maka nilai beda potensial yang dihasilkan semakin tinggi.

Penentuan jenis ekstraktan diperoleh data pada Gambar 4.1 untuk ekstraktan optimum

nitrat dan Gambar 4.2 untuk ekstraktan optimum amonium berikut :

Gambar 4.1 Grafik penentuan jenis ekstraktan optimum nitrat

Gambar 4.2 Grafik penentuan jenis ekstraktan optimum amonium

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

Tanah A Tanah B Tanah C

Bed

a Po

tens

ial (

mV

)

Sampel

Air

CaCl2

CaSO4

KCl

100

150

200

250

300

350

400

450

Tanah A Tanah B Tanah C

Bed

a Po

tens

ial (

mV

)

Sampel

Air

CaCl2CaSO4KCl

35

Gambar 4.1 dan Gambar 4.2 mengindikasikan bahwa setiap jenis ekstraktan

memiliki respon yang berbeda-beda. Respon tertinggi ditunjukkan oleh KCl sehingga

KCl tampak sebagai ekstraktan optimum pada pengukuran nitrat dan amonium,

namun karena nilai yang dihasilkan pada pengukuran amonium nilai beda potensial

yang dihasilkan sangat tinggi sekali dengan kata lain tidak masuk range standar

kalibrasi amonium, ini menunjukkan bahwa yang terukur oleh elektroda bukan unsur

hara yang diharapkan melainkan ion dari pengganggu elektroda. Selain itu nilai beda

potensial yang dihasilkan berbeda jauh dengan respon yang dihasilkan oleh

ekstraktan lainnya, sehingga KCl masih harus dibuktikan kembali. Berdasarkan Tabel

4.1 berikut terlihat beda potensial yang dihasilkan dari deret standar yang dilarutkan

dengan KCl baik untuk unsur nitrat maupun amonium dengan variasi konsentrasi

tersebut tidak mengalami peningkatan. Gambar 4.3 berikut :

Gambar 4.3a Hasil penentuan KCl sebagai pengganggu pada nitrat

290

310

330

350

370

390

410

-1.00 1.00 1.30 1.48 1.60 1.70 1.78

Beda

Pot

ensi

al (m

V)

Log [C]

Pengenceran dgn KCl

Pengenceran dgn Aquademin

36

Gambar 4.3b Hasil penentuan KCl sebagai pengganggu pada amonium

Mengingat pula keterbatasan elektroda maka KCl dianggap sebagai

pengganggu elektroda pada pengukuran nitrat dan amonium. Berdasarkan buku

panduan dari elektroda Elit, Elektroda nitrat akan terganggu dengan unsur BF4-, Cl-,

ClO4-, I-, dan NO2- sedangkan elektroda amonium akan terganggu dengan unsur K+

sehingga dikhawatirkan beda potensial yang terbaca bukan beda potensial dari nitrat

melainkan beda potensial dari unsur-unsur pengganggunya (Nico, tanpa tahun).

Berasarkan Tabel 4.1 ini menunjukkan bahwa KCl termasuk pengganggu elektroda,

oleh karena itu KCl ini tidak digunakan sebagai ekstraktan optimum. Dan respon

terbaik setelah KCl ditunjukkan oleh CaCl2. CaCl2 memberikan respon yang terbaik karena CaCl2 merupakan bahan yang

mudah larut dimana jika kelarutan suatu zat semakin besar berarti semakin banyak zat

tersebut yang larut dan kemungkinan terionisasi juga semakin besar. Oleh karena itu

dimana suatu zat itu mudah mengion maka beda potensial yang dihasilkan akan

semakin tinggi, sehingga CaCl2 dipilih sebagai ekstraktan optimum untuk nitrat dan

amonium. Hal ini berarti kandungan ion nitrat dan ion amonium dalam tanah lebih

280

300

320

340

360

380

400

420

440

-1.00 0.00 0.30 0.48 0.60 0.70

Beda

Pot

ensi

al (m

V)

Log [C]

Pengenceran dgn KClPengenceran dgn Aquademin

37

mudah mengion dengan ekstraktan CaCl2 dari pada ekstraktan yang lain. Selain itu

CaCl2 dikatakan optimum dapat dilihat juga pada Tabel 4.1 berikut :

Tabel 4.1a Hasil pengukuran pengenceran larutan standar NO3- dengan CaCl2

Deret Standar (ppm)

Beda Potensial (mV) Rata-Rata

1 2 3

0.01 373 374 375 374

0.1 370 371 370 370

10 367 368 367 367

20 356 358 359 358

30 349 348 350 349

40 340 341 342 341

50 336 337 338 337

60 330 332 333 332

100 323 323 324 323

Tabel 4.1b Hasil pengukuran pengenceran larutan standar NH4+ dengan CaCl2

Deret Standar (ppm)

Beda Potensial (mV) Rata-Rata

1 2 3

0.01 240 225 226 230

0.05 229 231 230 230

0.1 243 240 241 241

0.5 246 243 243 244

1 255 256 255 255

5 291 290 290 290

10 311 310 310 310

50 350 351 351 351

100 369 369 370 369

38

Pada Tabel 4.1a dan 4.1b merupakan hasil dari larutan standar yang dilarutkan

dengan CaCl2 memiliki range beda potensial yang terus meningkat seiring

bertambahnya konsentrasi larutan standar tersebut. Hal ini menunjukan bahwa beda

potensial yang terukur merupakan ion dari NO3- dan NH4+. Oleh karena itu penulis

yakin bahwa CaCl2 merupakan ekstraktan optimum untuk analisa nitrat dan amonium

secara potensiometri. Selain itu CaCl2 ini juga memiliki respon yang bagus untuk

unsur hara lainnya seperti kalium, natrium dan fosfat pada tanah. Namun tujuan dari

penelitian ini mencari ekstraktan yang nantinya akan memudahkan pekerjaan analis

tanah dan tidak membutuhkan biaya yang begitu mahal, sehingga respon dari air

masih ingin dilihat. Selain itu air juga lebih mudah diperoleh dari pada CaCl2. Air

juga memberikan respon yang tidak begitu buruk yang ditunjukkan pada Gambar 4.1

dan Gambar 4.2 dimana beda potensial yang dihasilakan oleh air masih memenuhi

syarat yaitu potensial yang dihasilkan masih dapat terbaca oleh elektroda walaupun

dalam proses filtrasinya air memerlukan waktu yang lama. Sehingga untuk mencari

waktu optimum dari ekstraksi ini air masih tetap digunakan.

4.2 Penentuan Waktu Optimum

Penentuan waktu optimum dilakukan dengan mengamati hasil pengukuran

berupa respon potensial elektroda selektif ion ketika dicelupkan pada sampel uji yang

dibuat dengan melarutkan 40,00 g tanah dalam CaCl2 dan 40,00 g tanah dalam air

yang kemudian disaring untuk diambil filtratnya. Dari dua jenis sampel uji tersebut

dilakukan variasi waktu pengadukan (menggunakan stirrer) yaitu 5; 15; 25; 35 dan 45

menit. Pada Gambar 4.3 dan Gambar 4.4 dibawah terlihat bahwa nilai beda potensial

yang dihasilkan pada masing-masing waktu tidak terlalu berbeda dengan waktu yang

lainnya. Hal ini bisa terlihat dari selisih antar beda potensial disetiap waktunya tidak

berbeda banyak, dimana tingkat konsistensi pengukuran ini bisa dikatakan baik

sehingga bisa diasumsikan dari ketiga lokasi tanah yang diuji memiliki trend yang

sama yaitu waktu pengadukan tidak berpengaruh pada respon beda potensialnya.

Keseluruhan nilai beda potensial untuk pengukuran nitrat dan amonium yang hampir

39

seragam serta nilai SD yang relatif kecil bisa dianggap nilai-nilai tersebut tidak

berbeda signifikan. Selain itu dari nilai SD yang kecil bisa dihitung nilai

reprodusibilitas tidak lebih dari 5% sehingga pengukuran tersebut dikatakan

konsisten. Berdasarkan hasil penentuan variasi waktu optimum nitrat berdasarkan dua

jenis ekstraktan yaitu Air dan CaCl2 dapat ditunjukan gambar histogramnya sebagai

berikut :

Gambar 4.4a Grafik penentuan variasi waktu optimum dengan menggunakan CaCl2 untuk

nitrat

Gambar 4.4b Grafik penentuan variasi waktu optimum dengan menggunakan air untuk nitrat

300310320330340350360370380390400

Tanah A Tanah B Tanah C

Bed

a Po

tens

ial (

mV

)

Sampel

45 menit35 menit25 menit

15 menit5 menit

300310320330340350360370380390400

Tanah A Tanah B Tanah C

Bed

a Po

tens

ial (

mV

)

Sampel

45 menit35 menit25 menit15 menit

5 menit

40

Pada pengukuran unsur amonium kasus yang dihasilkan juga sama dengan

nitrat dimana nilai beda potensial yang dihasilkan hampir seragam dengan konsistensi

pengukurang yang baik sehingga waktu pengadukan dianggap tidak berpengaruh.

Berdasarkan hasil penentuan variasi waktu optimum amonium secara histogram

berdasarkan dua jenis ekst