Deteksi Potensiometri Sitrat Dalam Minuman Menggunakan Elektroda Karbon Grafit

Abstrak Pengembangan, evaluasi dan penerapan biaya yang rendah dan sederhana elektroda grafit karbon untuk penentuan langsung sitrat dalam sampel makanan dijelaskan di sini. Elektroda menunjukkan respon linear dengan kemiringan -29,0 1.0mV decade-1 dalam range konsentrasi 0.07-7.0mmolL-1 dalam 0,1 mol L-1 KCl / 1.0mmolL-1 larutan buffer fosfat dengan batas deteksi 3,0 Mol L-1. Elektroda mudah dibuat dengan biaya yang relatif rendah dan memiliki respon waktu yang cepat (dalam 120 s) tanpa perubahan yang signifikan dalam karakteristik kinerjanya. Kinerja sensor grafit diuji untuk menentukan sitrat dalam sampel minuman (jus dan minuman isotonik), dan hasilnya divalidasi terhadap prosedur referensi. Metode yang diusulkan cepat, murah, selektif dan sensitif, dan didasarkan sepenuhnya pada instrumentasi konvensional.

1. PengenalanAsam sitrat dan selanjutnya garam natrium, kalium dan kalsium adalah pengawet makanan yang paling umum digunakan, terutama dalam minuman [1]. Mereka umumnya digunakan untuk menghambat pertumbuhan ragi dan jamur, yang juga efektif terhadap berbagai bakteri. Senyawa ini yang paling aktif dalam makanan dengan nilai pH rendah dan pada dasarnya tidak efektif dalam makanan pada pH netral [2]. Sebagai tambahan, asam sitrat digunakan sebagai penyedap dan pengawet dalam makanan dan minuman, terutama jus buah. Garam sitrat dari berbagai logam yang digunakan untuk memberikan mineral dalam bentuk biologis tersedia di banyak makanan suplemen. Bersama Komite FAO / WHO Expert on Food Additives (JEFCA) telah dialokasikan asupan harian untuk asam sitrat yang dapat diterima (ADI) dari kategori "non-ditentukan". Ini berarti bahwa, atas dasar data yang tersedia (kimia, biokimia, toksikologi dan lain-lain), total asupan harian zat, yang timbul dari penggunaan di level yang dibutuhkan untuk mencapai efek yang diinginkan, tidak mewakili bahaya kesehatan. Namun, undang-undang di beberapa negara merekomendasikan yang penggunaannya akan sangat terbatas dan menyatakan bahwa hal itu harus disebutkan pada daftar bahan. Oleh karena itu, untuk dapat menegakkan undang-undang ini dibutuhkan alat analisis yang mampu mendeteksi dan mengukur jumlah asam sitrat. Metode referensi telah tersedia untuk penentuan asam sitrat dalam produk makanan, metodologi lama yang direkomendasikan melibatkan jumlah reagen dan biaya yang besar [3]. Berbagai metode analisis untuk penentuan asam sitrat dalam makanan produk telah dilaporkan dalam literatur, misalnya: hplc [4,5], kromatografi gas [6],polarografi [7], spektrometri [8-10] dan elektroforesis kapiler [11]. Namun metode-metode tersebut rumit, membutuhkan waktu yang lama dan memerlukan peralatan yang mahal. Sehingga, banyak permintaan alternatif metode lain yang murah, sederhana, sensitif dan cepat dalam menentukan asam sitrat dalam produk makanan. Beberapa metode berdasarkan elektrokimia telah dilaporkan untuk menentukan asam sitrat. Ini termasuk biosensor amperometri baik menggunakan liase sitrat dengan piruvat oksidase [12]. Potensiometri sensor juga telah dilaporkan, berdasarkan elektroda karbon yang dimodifikasi [13] dan elektroda indikator kawat tembaga untuk menentukan sitrat sebagai bagian dari sistem injeksi aliran [14-16]. Deteksi potensiometri berdasarkan ion selektif elektroda terbukti efektif dalam analisis sampel makanan, karena sensor ini menawarkan keuntungan penting termasuk kesederhanaan, respon cepat dan batas deteksi 0,43mol L-1 untuk ion sorbat [17]. Penggunaan sensor potensiometri untuk penentuan askorbat dalam produk makanan menggunakan elektroda karbon grafit, berdasarkan pada respon steady-state, telah terdapat dalam literatur [18]. Mekanisme elektroda ini melibatkan proses adsorpsi dan berikutnya oksidasi askorbat pada permukaan elektroda. Penggunaan sensor potensiometri untuk mendeteksi sitrat, khususnya penggunaan elektroda berbasis karbon, sudah mulai diterima. Metode Arus injeksi (FI) menawarkan potensi besar untuk menentukan asam sitrat dalam makanan yang berbeda, minuman (misalnya, jus buah), obat-obatan, dll. Metode menggunakan alat sederhana dan murah yang mudah dilakukan dan memberikan hasil yang berkualitas tinggi dengan Fitur analisis yang baik (frekuensi sampling, akurasi dan presisi) [14]. Artikel ini menjelaskan pengembangan, evaluasi dan penerapan dari elektroda karbon grafit yang sederhana dan murah ditambah. dengan sistem aliran untuk menentukan sitrat dalam sampel makanan, khususnya minuman. Prosedur yang diusulkan hanya menggunakan reagen dan instrumentasi yang mudah dicari dan memiliki keuntungan dari segi kesederhanaan, sensitivitas, kecepatan respon, stabilitas dan pengulangan.

2. Percobaan2.1 Peralatan Semua percobaan elektrokimia dilakukan dengan menggunakan potensiostat (Model 760C, CH Instrumen, Austin, Amerika Serikat). Sebuah pH meter (Model PG 1800, Gehaka, So Paulo, Brazil) digunakan untuk mengatur nilai nilai pH. Permukaan elektroda diperiksa menggunakan gaya mikroskop atom (Nanoscope III, Digital Instruments, Ottawa, Kanada).

Gambar 1. Skema alatSchematic diagram of the flow injection system used for determination of citric acid. R1: larutan carrier (0.1 mol L1 KCl) and kecepatan alir of 1.5mLmin1; P: peristaltic pump; W: waste; L: loop sampel of 65L; I: injection valve; A: larutan sampel dan standar; B: dispersion coil 20 cm; C: potentiometric detector.Jenis Analisis injeksi alir (FIA) yang digunakan untuk menentukan asam sitrat secara skematik ditunjukkan pada Gambar. 1. Semua larutan dan karier dipompa dengan menggunakan pompa peristaltik (Model Minipuls 3, Gilson, Villiers-le-Bel, Prancis) dan Tygon yang memompa tabung. Tabung penghubung dan pencampur terbuat dari tabung PTFE dengan i.d 0.5mm. katup injeksi proporsional [19] dengan Volume loop sampel 65 L dan aliran sel terhubung ke potensiostat (So Paulo, Brasil) yang digunakan, yang keduanya dibuat di laboratorium. Sampel (65 L) yang disuntikkan ke dalam aliran yang mengandung 0,1 mol L-1 KCl / 1.0mmolL-1 fosfat larutan buffer dengan laju alir -1.5mLmin-1. Respon dari elektroda dievaluasi dengan pemantauan potensial rangkaian terbuka sebagai fungsi waktu.

2.2 BahanLarutan standar asam sitrat (100mmolL-1) yang disiapkan sebesar 0,01931 g dari asam sitrat (VETEC, So Paulo, Brazil) dan dilarutkan ke dalam 0,1 mol L-1 KCl/1.0mmolL-1 penyangga (buffer) fosfat dalam labu ukur 100mL. larutan standar yang akan digunakan dipersiapkan dan diencerkan pada saat itu juga. Semua bahan kimia lainnya adalah dari kelas analitis dan kemurnian air deionisasi yang tinggi (resistivitas 18.2Mcm) diperoleh dari Gehaka sistem Master (So Paulo, Brazil) digunakan untuk seluruh percobaan.2.3 ElektrodaSebuah lempengan grafit (28.26mm2) (99,9%, Alfa Aesar - Karlsruhe, Jerman) dan elektroda Ag / AgCl dengan 3,0 mol L-1 KCl digunakan sebagai indikator dan elektroda referensi masing-masing. Elektroda Grafit menutup sel akrilik dan elektroda referensi menutup ujung pipet plastik. Listrik dihubungkan dengan batang karbon. Sebelum percobaan, elektroda grafit dipoles dengan kain dengan cairan slurry 0,3.m alumina, ultrasonicated, dicuci dengan air deionisasi dan dikeringkan dengan N2 yang sangat murni. Sel elektrokimia yang digunakan untuk pengukuran potensial adalah: Elektroda grafit | Sitrat, 0,1 mol L-1 KCl / 1.0mmolL-1 fosfat larutan penyangga 3,0 mol L-1 KCl, AgCl (s) | Ag.

2.4 Gangguan Efek gangguan asam organik pada respon potensial elektroda untuk asam sitrat dipelajari dengan menyuntikkan 1.5mmolL-1 larutan standar asam sitrat yang mengandung 1.0 dan 5.0mmolL-1 dari askorbat dan larutan asam benzoat, secara terpisah, ke dalam sistem aliran. Lima pengukuran ulangan dilakukan pada setiap tingkat gangguan potensial.2.5 Sampel Sampel jus buah dan minuman isotonik diperoleh di pasar lokal. Sampel ini disaring untuk mimasahkan padatan suspensi, setelah itu diencerkan dengan 0,1 mol L-1 KCl / 1.0mmolL-1 larutan penyangga fosfat dan 65 L yang disuntikkan ke dalam sistem injeksi aliran tanpa adanya perlakuan awal. Sampel juga dianalisis menggunakan standar Metode titrimetri untuk tujuan referensi.

3. Hasil dan PembahasanKinerja dari elektroda karbon grafit dievaluasi dengan menggunakan sistem aliran (gambar 1) dan perbedaan potensial diamati sesudah penyuntikkan asam sitrat ke dalam sistem injeksi aliran. ketepatan dari mekanisme tersebut masih belum dipahami sepenuhnya, akan tetapi, respon elektroda yang teramati dari larutan asam sitrat kemungkinan dapat dikaitkan dengan pertukaran ion yang terjadi antara permukaan elektroda dan citrat , yang diusulkan oleh chen dan yu untuk mendeteksi askorbate.3.1 Evaluasi Parameter Percobaan Dalam rangka mencari keselarasan antara sensitivitas dan frekuensi sampling, efek dari kecepatan arus, injeksi volume dan ph yang diperiksa. Sinyal analisis suntikan yang berurutan dari1.0mmolL1 asam sitrat meningkat sebanding dengan volume yang disuntikkan (33, 65 dan 130L). Volume yang lebih tinggi tidak dipakai dalam metode yang diusulkan karena memerlukan waktu yang lama untuk analisis sinyal untuk kembali garis dasar (sinyalnya melebar) dan untuk mempertahankan keselarasan tersebut dengan frekuensi analisis. Volume sampel 65l digunakan untuk percobaan lebih lanjut. Peningkatan aliran dari tingkat 1.0mLmin1 sampai 3.0mLmin1 dapat meningkatkan sinyal. Hasil yang tepat diperoleh dengan kecepatan aliran 1.5mLmin1, di mana pada keadaan ini merupakan kestabilan yang paling disukai elektroda dan lebih sedikit jumlah limbah yang dihasilkan.Pengaruh dari elektrolit ph pada respon elektroda tersebut diuji dengan memvariasikan ph pada larutan karier. Larutan asam sitrat hanya dibuat pada pH 7.0 (0.1 mol L1 KCl/1.0mmolL1 larutan penyangga fosfat) dan ph dari karier (0.1 mol L1 KCl) divariasi antara 3.0-8.4. respon Elektroda meningkat seiring dengan meningkatnya ph dari 3.0-8.4. suatu efek mungkin dihasilkan oleh elektroda grafit yang mengalami ganngguan pada h+ karena permukaan dari elektroda grafit mengalami pertukaran ion, yang memberikan respon yang selektif beberapa derajat. Oleh karena itu , adsorpsi citrate pada permukaan elektroda dengan pertukaran ion mengalami penurunan seiring dengan menurunnya elektrolit ph. Persamaan berikutmenunjukkan proses ionisasi asam sitrat. Respon mekanisme dari elektroda ini menunjukkan bahwa perubahan potensial elektroda merupakan hasil dari adsorpsi pertukaran ion dari citrate pada permukaan elektroda. Meskipun sifat mekanisme tersebut tidak sepenuhnya dipahami, hal ini bahwa bahwa respon elektroda yang teramati pada larutan asam sitrat disebabkan oleh adanya pertukaran ion yang terjadi antara permukaan elektroda dan sitrat. Hasil ini menunjukkan bahwa permukaan elektroda memiliki pori-pori dengan berbagai ukuran yang dampak dari adsorpsi pertukaran ion dari citrate di atas permukaan elektroda. analisis kuantitatif Afm menunjukkan bahwa permukaan elektroda, yang secara menyeluruh dicuci dengan air suling setelah digunakan , terkandung unsur-unsur hidrogen dan oksigen yang mungkin memfasilitasi adsorpsi citrate. Kinerja elektroda tersebut diuji berdasarkan waktu yang diperlukan untuk sinyal untuk kembali garis dasar( respon waktu ). Elektroda menampilkan respon waktu tercepat ( dalam waktu 120 s ) dengan tidak ada perubahan signifikan dalam karakteristik kinerjanya pada laju aliran 1,5 mL/menit.

3.2 Gangguan Efek asam ascorbic dan asam benzoat dalam penentuan asam sitrat telah dipelajari menggunakan menggunakan metode pencampuran larutan, dimana larutan mengandung konsentrasi yang tetap dari asam sitrat dalam 0.1 mol L1 KCl/1.0mmolL1 buffer fosfat dan berbagai konsentrasi dari ion pengganggu. Larutan yang disiapkan mengandung 1.0mmolL1 dari asam sitrat dan 1.0 dan 5.0mmolL1 ion-ion pengganggu. Larutan mengandung sampel asam sitrat dan ion-ion pengganggu potensial dianalisis dengan cara yang diusulkan. Respon yang dihasilkan dibandingkan dengan larutan asam sitrat yang tidak terkontaminasi. Asam Ascorbic dan asam benzoat saat konsentrasinya berturut-turut di atas 5.0 dan 1.0mmolL1, tidak menggannggu respon.

3.3 GambaranKarakteristik respon elektroda dievaluasi sesuai dengan metode yang direkomendasikan oleh IUPAC [ 20 ] . Elektroda memiliki respon linear ke sitrat dengan kemiringan -29,0 1.0mVdecade-1 dalam berbagai konsentrasi 0.07-7.0mmolL - 1 ( R2= 0,999 ). Batas deteksi berdasarkan 3 r/s di mana r adalah standar deviasi dari 10 pengukuran blangko dan s adalah kemiringan grafik kalibrasi yang besarnya 3,0 mol L-1. Tabel 1 menunjukkan angka analisis manfaat untuk metode yang diusulkan . Di bawah kondisi optimal frekuensi injeksi sekitar 22 sampel h-1. Standar deviasi relatif untuk sepuluhpengulangan penentuan 1.0mmolL - 1 asam sitrat adalah 0,5 % . kondisi yang dipilih ditentukan dari kemiringan dan linearitas dari grafik kalibrasi yang diperoleh dalam analisis wajar

3.4 SampelKandungan asam sitrat merupakan komponen utama dari total keasaman dalam minuman. Dengan demikian, informasi yang diperoleh tentang kandungan asam sitrat sangat relevan. Fokus penelitian ini adalah pada penentuan kandungan asam sitrat dalam jus dan minuman isotonik. Berbagai jenis jus (markisa, jeruk, nanas dan strawberry) dipilih untuk mengevaluasi kesesuaian dengan metode analisis dari sampel dengan variasi kompsisi dan warna. Gambar. 2 menunjukkan sinyal khas untuk standar dan larutan sampel asam sitrat. Setelah mengatur kondisi optimal, penentuan sistematis asam sitrat dalam minuman isotonik dan sampel jus dilakukan dengan menggunakan metode yang diusulkan dan Metode titrimetri. Hasil (Tabel 2) berkisar antara 1,60 g L-1 sampai 4.40 g L-1 dan 2,00 g L-1 sampai 4,90 g L-1 untuk potensiometri dan metode titrimetri, berturut-turut. Nilai-nilai ini menunjukkan akurasi yang baik dari metode ini dan dengan demikian metode ini cocok untuk menentukan asam sitrat. Hasil yang diperoleh dari penerapan dua metode tidak berbeda secara signifikan (berdasarkan t-test pada 95%interval yang pasti)

Dalam penelitian ini, metode yang diusulkan untuk menentukan sitrat asam dalam makanan digambarkan dan dibandingkan sesuai dengan Teknik deteksi yang digunakan. Rincian yang paling penting dari Prosedur yang dipublikasikan untuk penentuan asam sitrat, dalam hal jenis sampel, disajikan pada Tabel 3. Sebagian besar metode telah diterapkan pada analisis asam sitrat dalam makanan (buah-buahan, jus buah-buahan, minuman ringan dan permen). Untuk membandingkan metode yang dipelajari dalam Artikel ini, batasn dari deteksi telah diperhitungkan. Metode spektrofotometri memberikan batas terendah deteksi (Sekitar 3,6 10-3 mmolL-1). Namun, metode spektrofotometri memiliki gangguan yang lebih penting yang berasal dari adanya materi berwarna dan / atau kekeruhan di sampel yang menyerap cahaya di kawasan yang sama dari asam sitrat .Untuk alasan ini , metode tersebut kerap kali membutuhkan pre-treatments yang merepotkan dari sampel yang akan bervariasi jika sampelnya padat atau cair dan bergantung pada konsentrasi dari senywa pengganggu yang mungkin .Metode electroanalytical menyajikan batasan deteksi sekitar 0.004 - 5.2mmoll-1 . `Cara-cara tersebut berpotensi menghadirkan senyawa pengganggu yang mana senyawa tersebut dibentuk oleh anion-anion yang berbeda dari asam organik. ( askorbat , malat , asam oksalat , laktat , tartarat , gula dan edta) dan gula seperti glukosa , fruktosa dan sukrosa , lazim ada di dalam analisa contoh, puncak sinyal yang dihasilkan negatif . Meskipun metode elektrokimia mempunyai gangguan khusus dalam proses, zat yang ada dalam sampel diterima tanpa menghasilkan kesalahan yang tidak terlalu mengganggu zat tersebut karena metode ini mempunyai konsentrasi yang kecil dalam bagian asam sitrat. Prosedur ini dikembangkan berdasarkan sensor karbon grafit dengan deteksi potensiometri untuk penentuan sitrat pada tingkat mol L-1 dalam minuman ringan , tanpa perlu persiapan khusus pada sampel.

Kesimpulan Potensiometri menggunakan Elektroda grafit karbon dengan berbiaya murah yang digunakan untuk mendeteksi sitrat dalam minuman. . metode ini mempunyai sensitivitas selektivitas serta stabilitas yang tinggi. Data yang diperoleh menunjukkan bahwa respon elektroda asam sitrat dapat dihasilkan dari adsorpsi sitrat pada permukaan elektroda dengan pertukaran ion. Elektroda grafit karbon berhasil diterapkan untuk tes asam sitrat dalam sampel minuman , seperti jus dan minuman isotonik , dan hasilnya sebanding dengan metode standart yang ada .

3.5