STUDI PENGARUH KONSENTRASI NaCl (Natrium Chlorida …repository.ub.ac.id/4522/1/HERENDA SELA...

STUDI PENGARUH KONSENTRASI NaCl (Natrium Chlorida)

TERHADAP NILAI IMPEDANSI LARUTAN IONIK NaCl

(Natrium Chlorida) MENGGUNAKAN METODE

SPEKTROSKOPI IMPEDANSI ELEKTROKIMIA

SKRIPSI

Oleh :

HERENDA SELA WISMAYA

135090301111038

JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

2017

v

LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI



(Natrium Chlorida) MENGGUNAKAN METODE


oleh :

HERENDA SELA WISMAYA

135090301111038

Setelah dipertahankan di depan Majelis Penguji

Pada tanggal.........

dan dinyatakan memenuhi syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains dalam bidang Fisika

Pembimbing I

Chomsin S. Widodo, M.Si., Ph.D

NIP:19691020.199512.1.002

Pembimbing II

DR. Eng. Didik R. Santoso, M. Si.

NIP:19690610.199402.1.001

Mengetahui,

Ketua Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Brawijaya

Prof. Dr. rer. nat.Muhammad Nurhuda

NIP:19640910.19902.1.001

vi

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

vii

LEMBAR PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan dibawah ini:

Nama : Herenda Sela Wismaya

NIM : 135090301111038

Jurusan : Fisika

Penulis Skripsi berjudul : Studi Pengaruh Konsentrasi NaCl

(Natrium Chlorida) terhadap Nilai Impedansi Larutan Ionik NaCl

menggunakan Metode Spektroskopi Impedansi Elektrokimia

Dengan ini menyatakan bahwa:

1. Isi dari Skripsi yang saya buat adalah benar-benar karya

sendiri dan tidak menjiplak karya orang lain, selain nama-

nama yang termaktub di isi dan tertulis di daftar pustaka

dalam Skripsi ini.

2. Apabila dikemudian hari ternyata Skripsi yang saya tulis

terbukti hasil jiplakan, maka saya akan bersedia

menanggung segala resiko yang akan saya terima.

Demikian pernyataan ini dibuat dengan segala kesadaran.

Malang, .......................... 2017

Yang menyatakan,

Herenda Sela Wismaya

NIM. 135090301111038

viii


ix



(Natrium Chlorida)MENGGUNAKAN METODE


ABSTRAK

Larutan NaCl merupakan elektrolit kuat yang dapat

menghasilkan ion Na+ dan Cl

-. Pengukuran nilai impedansi suatu

bahan dielektrik telah banyak dilakukan, sedangkan pengukuran nilai

impedansi suatu bahan yang mengandung banyak ion seperti larutan

elektrolit masih belum banyak dilakukan. Banyaknya ion dalam

suatu larutan dinyatakan dalam konsentrasi larutan. Penelitian ini

bertujuan untuk menganalisa hubungan konsentrasi larutan NaCl

dengan nilai impedansi larutan NaCl. Pengukuran ini dilakukan

dengan metode spektroskopi impedansi elektrokimia (SIE), yaitu

dengan menginjeksikan stimulus eletrik atau input dalam bentuk arus

listrik pada larutan NaCl kemudian mengukur responnya berupa

output dalam bentuk sinyal (tegangan). Elektroda yang digunakan

dalam sistem pengukuran berupa empat elektroda emas (Au).

Pengukuran dilakukan dengan menginjeksikan arus AC sebesar 1

mA pada bahan yang berada di dalam chamber pengukuran dalam

rentang frekuensi 1 Hz hingga 1 MHz. Konsentrasi larutan NaCl

yang diukur yaitu dalam rentang 0,0017 M – 0,513 M. Nilai

impedansi larutan NaCl pada konsentrasi paling rendah diperoleh

sebesar 884,5 Ω – 13,84 Ω sedangkan pada konsentrasi NaCl paling

tinggi diperoleh impedansi sebesar 414,9 Ω – 12,27 Ω. Nilai

impedansi listrik larutan semakin menurun seiring dengan

bertambahnya konsentrasi larutan NaCl.

Kata kunci : Impedansi listrik, Metode Spektroskopi Impedansi

Elektrokimia, larutan NaCl, konsentrasi NaCl

x


xi

STUDY EFFECT OF NaCl (Natrium Chlorida)

CONCENTRATION ON THE IONIC NaCl (Natrium Chlorida)

SOLUTIONS ELECTRICAL IMPEDANCE VALUE USING

ELECTROCHEMICAL IMPEDANCES SPECTROCHOPY

METHOD

ABSTRACT

NaCl solution is a powerful electrolyte that can produce Na+

and Cl- ions. Measurement of the impedance value of dielectric

material has been widely performed while measuring the impedance

value of a material containing many ions such as electrolyte solution

is still not widely done. Some ions in a solution are expressed in the

concentration of the solution. This research aims to analyze the

relation of NaCl solution concentration with an electrical impedance

value of NaCl solution. This measurement is done by

electrochemical impedance spectroscopy (EIS) method by injecting

electrochemical stimulus in the form of electric current in NaCl

solution then measuring the response in the form of the output signal

(voltage). The electrodes used in the measurement system are four

gold electrodes (Au). Measurements are performed by injecting a

current of 1 mA on the material within the measurement chamber at

the frequency range from 1 Hz to 1 MHz. The concentration of NaCl

solution measured was in the range 0,0017 M - 0,513 M. The value

of NaCl solution impedance at the lowest concentration was obtained

884,5 Ω - 13,84 Ω while at the highest NaCl concentration achieved

by the impedance equal to 414,9 Ω - 12,27 Ω. The value of the

electrical impedance of the solution decreases with the increase of

NaCl solution concentration.

Keywords: Electrical impedance, Electrochemical Impedance

Spectroscopy Method, NaCl solution, NaCl concentration

xii


xiii

KATA PENGANTAR

Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah SWT, yang telah

melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat

menyelesaikan tugas akhir ini. Penulisan skripsi ini dilakukan dalam

rangka memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana

dalam bidang Sains Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam, Universitas Brawijaya. Penulis mengucapkan

terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu penulis baik

berupa dukungan, bantuan penelitian serta saran khususnya kepada:

1. Bapak Prof. Dr.rer.nat Muhammad Nurhuda selaku Ketua

Jurusan Fisika Fakultas MIPA Universitas Brawijaya.

2. Bapak Chomsin S. Widodo, S.Si.,M.Si.,Ph.D selaku

Pembimbing pertama yang telah meluangkan waktu dan

pikiran, arahan, saran, motivasi, bimbingan dan kesabaran

selama penelitian ini.

3. Bapak Dr.Eng. Didik R. Santoso, M.Si selaku pembimbing

kedua yang telah memberikan arahan, waktu, pikiran,

bimbingan serta kesabaran selama penelitian ini.

4. Bapak Joko selaku dosen pembimbing akademik atas segala

bimbingan, dan arahan yang selalu diberikan.

5. Kedua orang tua saya, Mamah (Endang Widosari), Papah

(Suhermanto Taher), Ibu (Umi Kustiyah), dan Saudara-

saudara kandung saya (Mas Anggit, Mbak Vie, Helen), serta

semua keluarga saya yang selalu memberikan dukungan

semangat dan doa untuk kesuksesan saya.

6. Rekan seperjuangan satu Tim Penelitian (Wahyu, Ardi,

Achay, Sari, Fenia, Safira, Talitha, Arin, Nisa) yang selalu

memberikan motivasi, semangat dan saran selama

melakukan proses penelitian.

7. Seluruh Dosen, Staf dan Karyawan Jurusan Fisika yang telah

memberikan pendidikan dan bantuan selama di Jurusan

Fisika FMIPA UB.

xiv

8. Sahabat tercinta yang selalu setia Atika Windra Sari dan

Isnaini Almaulida Umami, Chela Z. A, Tiara, Ica, Desti,

Mavi, Venny, Apri, Ave, Chandra, Sandi, dan banyak lagi

yang tidak bisa saya sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa penulisan ini masih terdapat

kekurangan baik dalam penyusunan, bahasa dan penyajian

penjelasannya. Oleh karena itu penulis mengharapkan saran dan

kritik dari pembaca sehingga dapat memberikan perubahan kea rah

yang lebih baik. Semoga laporan ini dapat bermanfaat dan

memberikan pengetahuan dan informasi kepada pembaca.

Malang, 16 Agustus 2017

Penulis

xv

ACKNOWLEDGEMENT

Penelitian ini merupakan bagian dari hibah penelitian PUPT

tahun 2017 dengan nomor kontrak: 460.70/UN10.C10/PN/2017 atas

nama Chomsin S. Widodo, dkk, yang berjudul “Studi Impedansi

Biolistrik Medium Sel Kanker dan Medium Sel Berpotensi Anti

Kanker”

xvi


xvii

DAFTAR ISI

LEMBAR PENGESAHAN SKRIPSI ............................................. v

LEMBAR PERNYATAAN ........................................................... vii

ABSTRAK ........................................................................................ ix

ABSTRACT ..................................................................................... xi

KATA PENGANTAR ................................................................... xiii

ACKNOWLEDGEMENT ............................................................. xv

DAFTAR ISI ................................................................................. xvii

DAFTAR GAMBAR ..................................................................... xix

DAFTAR TABEL .......................................................................... xxi

DAFTAR LAMPIRAN ............................................................... xxiii

BAB I PENDAHULUAN ............... Error! Bookmark not defined. 1.1 Latar Belakang ............... Error! Bookmark not defined.

1.2 Rumusan Masalah .......... Error! Bookmark not defined.

1.3 Tujuan Penelitian ............ Error! Bookmark not defined.

1.4 Batasan Masalah ............. Error! Bookmark not defined.

1.5 Manfaat Penelitian .......... Error! Bookmark not defined.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .... Error! Bookmark not defined. 2.1 Spektroskopi Impedansi Elektrokimia Error! Bookmark

not defined. 2.2 Impedansi Listrik ............ Error! Bookmark not defined.

2.3 Double Layer dan Rangkaian Ekivalen Randles ..... Error!

Bookmark not defined. 2.3.1 Double Layer ......... Error! Bookmark not defined.

2.3.2 Rangkaian Ekivalen Randles Error! Bookmark not

defined. 2.4 Senyawa Ionik ................ Error! Bookmark not defined.

2.4.1 Natrium Klorida .... Error! Bookmark not defined.

2.5 Konduktivitas ................. Error! Bookmark not defined.

2.5.1 Konduktivitas Larutan .......... Error! Bookmark not

defined.

BAB III METODE PENELITIAN Error! Bookmark not defined. 3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ....... Error! Bookmark not

defined. 3.2 Alat dan Bahan Penelitian ............. Error! Bookmark not

defined. 3.3 Metode Penelitian ........... Error! Bookmark not defined.

xviii

3.3.1 Diagram Alir Penelitian ........ Error! Bookmark not

defined. 3.3.2 Persiapan Alat ........ Error! Bookmark not defined.

a) Persiapan Chamber ........... Error! Bookmark not

defined. b) Sistem Akuisisi Data ........ Error! Bookmark not

defined. c) Pengukuran Impedansi Udara . Error! Bookmark

not defined. 3.3.3 Persiapan Sampel ... Error! Bookmark not defined.

3.3.4 Pengukuran Impedansi dan Konduktivitas Larutan NaCl Error!

Bookmark not defined. 3.3.5 Analisis Data............................ Error! Bookmark not defined.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....... Error! Bookmark not

defined. 4.1 Hubungan Konduktivitas terhadap Konsentrasi NaCl

Error! Bookmark not defined. 4.2 Hubungan Frekuensi terhadap Impedansi Larutan

nnnnnnnnnn NaCl ............................. Error! Bookmark not defined.

4.3 Pengaruh Konsentrasi NaCl terhadap Impedansi

nnnnnnnnnnnLarutan Ionik NaCl ..... Error! Bookmark not defined.

BAB V PENUTUP .......................... Error! Bookmark not defined. 5.1 Kesimpulan ................... Error! Bookmark not defined.

5.2 Saran ............................. Error! Bookmark not defined.

DAFTAR PUSTAKA ..................... Error! Bookmark not defined. LAMPIRAN .................................................................................... 45

xix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Grafik fasor impedansi kompleks ................................... 7

Gambar 2.2 Rangkaian RLC seri .. Error! Bookmark not defined.8

Gambar 2.3 Grafik hubungan impedansi dengan frekuensi pada

nnnnnnnnnnnnlarutan KCl ............ Error! Bookmark not defined.8

Gambar 2.4 Electrical double layer pada Permukaan Elektrod

.......................................................... Error! Bookmark not defined. Gambar 2.5 (a) Model rangkaian ekivalen Randles (b) Plot grafik

Impedansi Z terhadap Frekuensi Error! Bookmark not

defined. Gambar 2.6 Grafik Hubungan Konduktivitas dengan Konsentrasi .. 14

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian Error! Bookmark not defined.

Gambar 3.2 Desain Chamber ........... Error! Bookmark not defined.

Gambar 3.3 Blok Diagram Rangkaian Pengukuran 4 Elektroda

.......................................................... Error! Bookmark not defined. Gambar 3.4 Tampilan picoscope pada LaptopError! Bookmark not

defined. Gambar 3.5 Hasil Pengukuran Impedansi Udara pada Frekuensi

10000 Hz pada PicoscopeError! Bookmark not

defined. Gambar 3.6 Diagram tahapan preparasi sampelError! Bookmark

not defined. Gambar 3.7 Hasil Pengukuran Impedansi pada Picoscope dengan

Frekuensi 1 Hz ............. Error! Bookmark not defined.

Gambar 4.1 Hubungan Konduktivitas terhadap Konsentrasi larutan

NaCl ............................. Error! Bookmark not defined.

Gambar 4.2 Hubungan Konduktivitas terhadap Konsentrasi larutan

NaCl berdasarkan teori Error! Bookmark not defined.

Gambar 4.3 Hubungan Impedansi dan Frekuensi pada larutan ionik

NaCl 0,01% .................. Error! Bookmark not defined.

Gambar 4.4 Plot Grafik Impedansi Listrik terhadap Frekuensi pada

12 Variasi Konsentrasi Larutan NaClError! Bookmark

not defined. Gambar 4.5 Pengaruh Frekuensi terhadap Impedansi pada 12 variasi

Konsentrasi NaCl ......... Error! Bookmark not defined.

_Toc488644715

xx

Gambar 4.6 Hubungan Konsentrasi NaCl terhadap Impedansi larutan

pada Tujuh Titik FrekuensiError! Bookmark not

defined.8

_Toc488644663

_Toc488644663

xxi


xxii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Kadar Elektrolit dalam cairan ekstraseluler dan cairan

intraseluler ......................... Error! Bookmark not defined.

Tabel 2.2 Konduktivitas Molar Beberapa Ion Penyusun Larutan

pada suhu 250C. ................. Error! Bookmark not defined.

Tabel 3.1 Variasi konsentrasi NaCl . Error! Bookmark not defined.

xxiii


xxiv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Alat dan Bahan Penelitian ........................................... 45

Lampiran 2 Data Hasil Pengukuran Nilai Impedansi Larutan NaCl

nnn berbagai Konsentrasi. ................................................. 49

Lampiran 3 Data Hasil Pengukuran Nilai Konduktivitas Larutan

nnNaCl berbagai Konsentrasi ......................................... 73

xxv


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Karakteristik kelistrikan pada sel maupun jaringan biologis

disebut dengan biolistrik. Setiap bahan biologis memiliki

karakteristik biolistrik yang berbeda-beda. Penelitian mengenai sifat

kelistrikan suatu bahan biologis telah banyak dilakukan dengan

sampel berupa bahan dielektrik, seperti pada penelitian pengukuran

nilai impedansi ikan nila (Rahmatie et al. 2016), pengukuran nilai

impedansi lemak babi pada lemak sapi (Islahiyaa et al. 2016),

pengukuran nilai impedansi susu dengan penambahan air (Sari et al.

2015) dan lain sebagainya. Faktor yang mempengaruhi biolistrik

suatu bahan biologis adalah suhu, kadar air, frekuensi, densitas,

komposisi serta struktur materi dari bahan tersebut. Berdasarkan

penelitian tersebut, bahan biologis yang diukur berupa bahan

dielektrik, sedangkan pengukuran dengan bahan elektrolit masih

belum banyak dilakukan.

Larutan NaCl merupakan larutan elektrolit yang menghasilkan

ion Na+ dan Cl

-. Ion Na

+ merupakan kation utama dalam darah

maupun cairan ekstraseluler dalam tubuh hingga mencapai 95% dari

seluruh kation dalam tubuh (Yaswir & Ferawati 2012). Proses

metabolisme dalam tubuh manusia memerlukan dan dipengaruhi

oleh larutan elektrolit, dimana konsentrasi elektrolit yang tidak

normal akan menyebabkan banyak gangguan dalam tubuh.

Konsentrasi larutan NaCl dalam tubuh berada pada rentang

konsentrasi 0,095 M hingga 0,145 M (Sukardjo 2002). Larutan NaCl

ini sangat berperan penting dalam pengaturan cairan tubuh, tekanan

darah hingga keseimbangan asam basa. Selain itu, sebagian besar

medium biologis pun mengandung larutan NaCl.

Larutan NaCl memiliki daya hantar listrik karena larutan NaCl

merupakan elektrolit kuat dimana ion-ion penyusunnya terdisosiasi

sempurna sehingga di dalam larutan NaCl terdapat ion-ion yang

bergerak bebas. Daya hantar listrik suatu bahan dapat dihubungkan

dengan konduktivitas bahan, semakin baik suatu bahan dapat

menghantarkan listrik maka konduktivitasnya semakin tinggi

(Martinsen 2000). Daya hantar listrik suatu bahan juga dapat

dihubungkan dengan nilai impedansi dari bahan tersebut, yang mana

impedansi merupakan besaran fisis kelistrikan yang menyatakan

seberapa besar suatu bahan dapat menghambat arus listrik. Sehingga

dapat dikatakan bahwa jika suatu bahan memiliki daya hantar listrik

tinggi, maka impedansi dari bahan tersebut rendah (Ameer et al.

2011).

Suatu sistem pengukuran dengan menginjeksikan arus

eksternal digunakan sel elektrolitik, yaitu sel elektrokimia yang

biasanya diaplikasikan pada percobaan dengan menginjeksikan arus

listrik secara eksternal. Sel elektrolitik tersebut berupa lautan

elektrolit homogen (Grimnes, Sverre and Martinsen 2008).

Spektroskopi Impedansi Elektrokimia (SIE) merupakan suatu metode

analisis yang dapat digunakan untuk mengetahui sifat kelistrikan.

Metode SIE ini dilakukan dengan menginjeksikan stimulus eletrik

atau input, baik dalam bentuk potensial maupun arus listrik, pada

suatu sistem kemudian mengukur responnya berupa output dalam

bentuk sinyal (potensial atau kuat arus) (Lima et al. 2017). Oleh

karena itu, larutan NaCl merupakan larutan elektrolit yang dapat

digunakan sebagai medium dalam pengukuran nilai impedansi

dengan metode SIE, dimana dalam penelitian ini digunakan larutan

NaCl yang divariasikan dalam berbagai konsentrasi.

Berdasarkan penelitian sebelumnya, pengukuran nilai

impedansi suatu bahan dengan metode SIE menggunakan Picoscope

dapat dilakukan pada rentang frekuensi 0,3 Hz hingga 20 MHz,

sedangkan perangkat V to I converter yang digunakan dapat bekerja

dengan baik pada rentang frekuensi 1 Hz hingga 1 MHz (Sari et al.

2015). Oleh karena itu, pengukuran impedansi dalam penelitian ini

dilakukan pada rentang frekuensi 1 Hz hingga 1 MHz dengan

menggunakan empat elektroda.

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah dalam penelitian Studi Pengaruh

Konsentrasi NaCl (Natrium Chlorida) terhadap Nilai Impedansi

Larutan Ionik NaCl (Natrium Chlorida) menggunakan Metode

Spektroskopi Impedansi Elektrokimia ini adalah:

Bagaimana hubungan konsentrasi larutan ionik NaCl dengan

konduktivitas larutan?

Bagaimana pengaruh penambahan konsentrasi terhadap nilai

impedansi larutan NaCl?

3

Bagaimana pengaruh frekuensi terhadap impedansi pada 12

variasi konsentrasi larutan ionik NaCl?

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian Studi Pengaruh Konsentrasi NaCl


(Natrium Chlorida) menggunakan Metode Spektroskopi Impedansi

Elektrokimia ini adalah:

Studi hubungan konsentrasi larutan ionik NaCl dengan

konduktivitas larutan

Menganalisa pengaruh penambahan konsentrasi terhadap nilai

impedansi larutan NaCl

Menganalisa pengaruh frekuensi terhadap impedansi pada 12

variasi konsentrasi larutan ionik NaCl

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah dari penelitian Studi Pengaruh Konsentrasi

NaCl (Natrium Chlorida) terhadap Nilai Impedansi Larutan Ionik

NaCl (Natrium Chlorida) menggunakan Metode Spektroskopi

Impedansi Elektrokimia ini adalah:

Pengukuran impedansi dan konduktivitas larutan ionik NaCl

dilakukan pada suhu ruang.

Kristal NaCl yang digunakan adalah kristal NaCl teknis

Tidak membahas secara detail alat-alat yang digunakan

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat yang diperoleh dari Studi Pengaruh Konsentrasi NaCl


(Natrium Chlorida) menggunakan Metode Spektroskopi Impedansi

Elektrokimia ini adalah:

Dapat mengetahui pengaruh frekuensi terhadap impedansi

larutan ionik NaCl

Dapat mengetahui karakteristik biolistrik, yaitu impedansi dan

konduktivitas larutan ionik NaCl dengan menggunakan Metode

SIE.

Dapat membuktikan hubungan konsentrasi dengan

konduktivitas larutan NaCl sesuai dengan teori

1

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Spektroskopi Impedansi Elektrokimia

Spektroskopi Impedansi Elektrokimia (SIE) adalah metode

yang dapat digunakan untuk menganalisa sifat kelistrikan dari suatu

bahan. Prinsip dari metode SIE yaitu dengan menginjeksikan

stimulus eletrik dalam bentuk potensial maupun arus listrik pada

suatu sistem kemudian respon dari sistem tersebut berupa output

akan terukur dalam bentuk sinyal (potensial atau kuat arus) (Liu et al.

2003).

Dalam sel biologis terdapat serangkaian proses mikroskopis

yang terjadi ketika sel diberi stimulus, kemudian akan dihasilkan

respon listrik yang dapat diamati pada spektra. Proses mikroskopik

tersebut seperti pada transfer elektron sepanjang jalur konduksi,

transfer elektron antara permukaan elektroda dengan elektrolit,

maupun transfer elektron antar atom bermuatan dengan

lingkungannya dimana terjadi proses reduksi atau oksidasi. Arus

listrik yang mengalir dipengaruhi oleh hambatan elektroda, hambatan

elektrolit serta reaksi pada permukaan elektroda dengan elektrolit

(Zhang et al. 2004).

Stimulus elektrik yang digunakan dalam Spektroskopi

Impedansi ini dibedakan menjadi tiga, salah satunya adalah dengan

mengaplikasikan stimulus pada frekuensi tunggal dan mengukur

pergeseran fasa serta amplirudonya. Hasilnya dapat diperoleh dengan

mengolah respons menggunakan sirkuit analog atau transformasi

fourier cepat (Liu et al. 2003). Metode ini dalam pengoperasiannya

lebih mudah dibandingkan dengan metode lainnya, selain itu

intrumen yang digunakan juga mudah diperoleh. Metode SIE ini

dapat digunakan untuk mempelajari sifat instrinsik yang

berhubungan dengan konduktivitas sel elektrokimia. Sifat instrinsik

tersebut dibedakan menjadi dua, yaitu sifat yang berhubungan

dengan bahan itu sendiri seperti mobilitas muatan, konsentrasi

ekuilibrium spesi muatan, konduktivitas, konstanta dielektrik, dan

laju pembentukan rekombinasi fasa ruah, kemudian yang kedua

adalah sifat yang berhubungan dengan permukaan elektroda dan

bahan seperti kapasitansi antar permukaan, koefisien difusi dan laju

reaksi adsorpsi. Penentuan sifat instrinsik tersebut dapat diperoleh

dengan penyelesaian persamaan standar arus dengan potensial

(Martinsen 2000).

Sinyal masukan yang diberikan memiliki bentuk fungsi

terhadap waktu seperti pada persamaan 2.1:

(2.1)

Dimana E(t) adalah potensial pada waktu t, E0 adalah amplitudo

sinyal, dan adalah frekuensi radial yang nilai nya adalah .

Sedangkan sinyal respon arus pada waktu tertentu t, I(t), memiliki

nilai pergeseran fasa ɸ, dan amplitudo sinyal I0 seperti pada

persamaan 2.2.

(2.2)

Jika dianalogikan dengan Hukum Ohm, maka impedansi

sistem adalah:

(2.3)

(Raj & C 2013)

2.2 Impedansi Listrik

Hambatan listrik adalah besaran fisis kelistrikan yang

menyatakan ukuran suatu bahan dalam sebuah rangkaian listrik

untuk menahan arus listrik. Hambatan listrik berdasarkan Hukum

Ohm merupakan perbandingan antara beda potensial (V) dengan arus

listrik (I) dengan satuan internasional (SI) adalah Ohm (Ω). Hukum

tersebut berlaku ketika sinyal arus dan potensial AC yang melewati

hambatan adalah sefasa dimana nilai hambatannya tidak bergantung

pada frekuensi (Hamdy 2006).

Pada sistem elektrokimia, hambatan yang berlaku bukan

hambatan ideal, melainkan hambatan yang bergantung pada

frekuensi, sehingga muncul konsep yang disebut impedansi (Z).

Sama halnya dengan hambatan, nilai impedansi dipengaruhi oleh

potensial dan arus listrik namun impedansi lebih general

dibandingkan dengan hambatan yang dibatasi oleh sifat-sifat

hambatan ideal (Ameer et al. 2011).

Impedansi merupakan besaran fisis yang dapat berfungsi untuk

menganalisa rangkaian dan komponen listrik, serta bahan-bahan

3

yang memiliki sifat kelistrikan. Impedansi listrik secara umum dapat

didefinisikan sebagai hambatan total dari seluruh komponen pada

suatu rangkaian listrik arus bolak-balik (AC). Nilai impedansi

dinyatakan dalam sebuah grafik fasor dimana terdapat bagian real

dan imaginer. Nilai resistansi mewakili bagian riil dari impedansi,

sedangkan nilai reaktansi, baik kapasitif maupun induktif, mewakili

bagian imajinernya, seperti pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Grafik fasor impedansi kompleks (Juansah 2013)

Bagian riil dari impedansi, resistansi tidak bergantung pada

frekuensi. Sedangkan bagian imajinernya, kapasitansi dan

induktansi, sangat bergantung pada frekuensi. Sehingga impedansi

total dari suatu rangkaian listrik yang mengandung resistor, kapasitor

dan induktor atau yang biasa disebut dengan rangkaian RLC yang

disusun secara seri dinyatakan dalam persamaan 2.5.

(2.4)

√

(2.5)

Dimana Z adalah impedansi total (Ohm), R adalah resistansi

(Ohm), L adalah induktansi (H), dan C adalah kapasitansi (F).

Rangkaian RLC yang dinyatakan pada persamaan 2.5 disusun secara

seri seperti Gambar 2.2 berikut:

Gambar 2.2 Rangkaian RLC seri (Tipler 2008)

Penelitian mengenai nilai impedansi suatu larutan elektrolit

yang pernah dilakukan (Lima et al. 2017), menunjukkan bahwa nilai

impedansi total memang sangat bergantung pada besarnya frekuensi

yang diberikan. Gambar 2.3 menunjukan grafik impedansi larutan

KCl yang semakin menurun seiring dengan bertambahnya frekuensi.

Gambar 2.3 Grafik hubungan impedansi dengan frekuensi

pada larutan KCl (Lima et al. 2017)

2.3 Double Layer dan Rangkaian Ekivalen Randles

2.3.1 Double Layer

Pada sistem elektrokimia terdapat besaran listrik seperti arus,

hambatan dan tegangan yang dapat digunakan untuk menganalisa

secara kualitatif maupun kuantitatif. Arus timbul karena adanya

reaksi oksidasi dan reduksi pada permukaan elektroda seperti teori

permukaan Helmholtz berupa lapisan rangkap listrik atau electrical

double layer. Permukaan elektroda akan bermuatan listrik ketika

elektroda tersebut dihubungkan dengan sumber tegangan. Potensial

listrik yang diberikan sangat berpengaruh pada besar dan jenis

muatan listrik pada permukaan elektroda. Ion-ion dengan muatan

5

yang berlawanan dengan muatan elektroda yang ada pada larutan

akan tertarik menuju permukaan elektroda sehingga terbentuk

permukaan Helmholtz. Muatan pada permukaan Helmholtz dan

permukaan elektroda akan membentuk electrical double layer seperti

pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4. Electrical double layer pada Permukaan Elektroda

(Riyanto 2012)

2.3.2 Rangkaian Ekivalen Randles

Setiap materi biologis, seperti larutan NaCl, mempunyai sifat

kelistrikan yang mampu menghantarkan ion maupun elektron. Sifat

kelistrikan tersebut dimodelkan dengan rangkaian ekivalen gabungan

komponen resistansi R dan kapasitansi C, yang dimodelkan secara

sederhana dengan model Randles. Pada Gambar 2.5(a) menunjukkan

rangkaian ekivalen Randles yang setara dengan impedansi suatu

permukaan elektrokimia antara elektrolit dan elektroda (Subhan

2011). Besar impedansi total dipengaruhi oleh reaktansi resistif dan

reaktansi kapasitif, dimana reaktansi resistif bergantung pada

resistansi elektrolit dan resistansi double layer, sedangkan reaktansi

kapasitif bergantung pada frekuensi. Sehingga plot grafik impedansi

total terhadap log frekuensi pada Gambar 2.5(b) memperlihatkan

pola yang menurun secara signifikan yang disebabkan karena

reaktansi kapasitifnya semakin kecil seiring dengan semakin

bertambahnya frekuensi (Raj & C 2013).

Gambar 2.5. (a) Model rangkaian ekivalen Randles (b) Plot grafik

Impedansi Z terhadap Frekuensi (Subhan 2011).

Nilai impedansi total (ZT) berdasarkan rangkaian ekivalen

Randles tersebut adalah jumlah impedansi double layer (ZD) dengan

impedansi elektrolitnya (ZE), dimana impedansi double layer (ZD)

merupakan hasil paralel dari resistansi resistif (XRD) dan resistansi

kapasitifnya (XCD), seperti pada persamaan 2.6 hingga 2.9 berikut:

(2.6)

Dimana

, ,

dengan

Sehingga

(2.7)

(2.8)

Dan diperoleh

(2.9)

(Bera & Nagaraju 2011)(Tipler 2008)

2.4 Senyawa Ionik

Senyawa ionik merupakan suatu senyawa yang dapat

berdisosiasi menjadi partikel bermuatan di dalam larutan. Partikel

bermuatan, atau yang biasa disebut dengan ion, memiliki dua muatan

yang berbeda yaitu muatan positif (kation) dan muatan negatif

(anion). Kedua muatan ion tersebut harus keseimbangan komposisi

(a)

(b)

7

di dalam suatu larutan yang disebut sebagai elektronetralitas

(Riyanto 2012).

Sebagian besar proses metabolisme dalam tubuh manusia

sangat memerlukan dan dipengaruhi oleh elektrolit, dimana

konsentrasi elektrolit yang tidak seimbang akan mengakibatkan

beberapa gangguan metabolisme dalam tubuh. Homeostasis cairan

tubuh sangat penting untuk dijaga karena sangat berpengaruh bagi

kelangsungan hidup seluruh makhluk hidup. Dalam tubuh, manusia

khususnya, memiliki empat ion mayor yang sangat berperan penting

dalam proses metabolisme yaitu Natrium (Na+), Kalium (K

+),

Klorida (Cl-) dan Bikarbonat (HCO3

-). Keempat ion tersebut

berfungsi dalam pemeliharaan tekanan osmotik dan distribusi dari

beberapa kompartemen cairan tubuh manusia.

2.4.1 Natrium Klorida

Dalam cairan ekstraseluler, kation utama yang terkandung

yaitu Natrium (Na+) yang jumlahnya mencapai hingga 60 mEq per

kilogram berat badan. Sedangkan di dalam cairan intraseluler

jumlahnya tidak mendominasi, yaitu hanya sekitar 10 hingga 14

mEq/L. Tekanan osmotik di dalam cairan ekstraseluler, lebih dari

90% ditentukan oleh senyawa garam yang mengandung natrium,

dalam bentuk natrium klorida (NaCl) maupun natrium bikarbonat

(NaHCO3). Oleh karena itu, perubahan konsentrasi natrium dapat

digambarkan dengan adanya perubahan tekanan osmotik pada cairan

ektraseluler (Ameer et al. 2011).

Keseimbangan Gibbsdonnan dapat menyebabkan adanya

perbedaan kadar antara natrium di dalam intravaskuler dan

interstitial, sedangkan transpor aktif dari natrium keluar sel yang

bertukar dengan masuknya kalium ke dalam sel pada pompa ion (Na+

dan K+) akan menyebabkan perbedaan kadar natrium pada cairan

ekstraseluler dan intraseluler (Tobergte & Curtis 2013).

Keseimbangan antara natrium yang masuk dan keluar dari dalam

tubuh digambarkan dengan jumlah natrium dalam tubuh. Natrium

masuk dalam tubuh melalui epitel mukosa pada saluran cerna dengan

proses difusi, sedangkan keluar melalui ginjal atau saluran cerna

maupun keringat pada permukaan kulit. Input dan output natrium

dalam tubuh mencapai 48-144 mEq per hari.

2.5 Konduktivitas

Gerakan ion dalam larutan dapat diketahui dengan mengukur

konduktivitas listrik dari larutan elektrolit tersebut. Perpindahan

kation menuju elektroda bermuatan negatif dan anion menuju

elektroda bermuatan positif akan membawa melalui larutan yang

dinamakan proses transport (Riyanto 2012).

Pengukuran dasar yang digunakan untuk mempelajari gerakan

ion adalah pengukuran tahanan listrik larutan. Teknik standarnya

dengan memasukkan sel ke dalam satu sisi jembatan tahanan,

kemudian mencari titik keseimbangan. Dalam teknik tersebut, harus

digunakan arus bolak-balik (AC). Jika digunakan arus searah (DC),

maka akan terjadi elektrolisis dan polarisasi, yaitu modifikasi

komposisi lapisan muatan yang bersentuhan dengan elektroda.

Penggunaan arus bolak-balik pada frekuensi sekitar 1 kHz dapat

menghindarkan polarisasi karena perubahan yang terjadi pada

separuh siklus akan dibatalkan oleh separuh siklus yang kedua .

2.5.1 Konduktivitas Larutan

Konduktansi larutan (G) merupakan kebalikan dari tahanan

(R), dimana semakin besar tahanan maka semakin rendah

konduktansinya. Satuan tahanan dinyatakan dalam Ohm (Ω), maka

konduktansi dinyatakan dalam Mho (Ω-1

) atau dalam satuan

Tabel 2.1 Kadar Elektrolit dalam cairan ekstraseluler dan cairan

intraseluler (Yaswir & Ferawati 2012)

9

internasionalnya adalah Siemens (S), dimana 1 S = 1 Ω-1

) (Halliday

& Resnick 2013).

Jika tahanan (R) berbanding lurus dengan resistivitas bahan (ρ)

dan pertambahan panjang (l) sampel dan berbanding terbalik dengan

luas permukaan (A) (Giancoli 2005), sehingga dituliskan:

(2.10)

Dimana konduktivitas (κ) merupakan kebalikan dari konstanta

perbandingan ρ, sehingga diperoleh persamaan berikut:

(2.11)

atau

(2.12)

dengan tahanan dalam satuan Ω dan

dalam dimensi m, maka

saatuan konduktivitas (κ) adalah S.m-1

atau sering juga dinyatakan

dalam satuan S.cm-1

.

Konduktivitas listrik suatu larutan adalah besaran fisis

kelistrikan yang menyatakan kemampuan suatu bahan dalam

menghantarkan listrik. Faktor yang mempengaruhi konduktivitas

salah satunya adalah konsentrasi larutan atau jumlah ion (Juansah

2013). Arus listrik yang mengalir dalam larutan elektrolit berbeda

dengan arus yang mengalir pada suatu logam konduktor. Arus listrik

pada larutan elektrolit disebabkan karena adanya konduksi ion. Pada

Gambar 2.3 konduktivitas total suatu larutan bergantung pada ion-

ion yang bergerak bebas di dalam larutan tersebut yang dipengaruhi

oleh konsentrasi, aktivitas, muatan dan mobilitas ion-ion tersebut

(Grimnes, Sverre and Martinsen 2008).

Gambar 2.6 Grafik Hubungan Konduktivitas terhadap

Konsentrasi NaCl (Martinsen 2000)

Konduktivitas molar (sebanding dengan konduktansi)

merupakan konduktivitas per mol zat terlarut per volume seperti

persamaan 2.11. Tabel 2.2 menunjukkan nilai ketetapan

konduktivitas molar dari beberapa ion, sehingga jika konsentrasi

larutan diketahui maka konduktivitas total larutannya pun dapat

dihitung.

(2.13)

Dimana κ adalah konduktivitas larutan (S/m), c adalah

konsentrasi larutan (M) dan adalah konduktivitas molar (S/m) per

(mol/L) (Grimnes, Sverre and Martinsen 2008).

Tabel 2. 2 Konduktivitas Molar Beberapa Ion Penyusun Larutan

pada suhu 250C (Grimnes, Sverre and Martinsen 2008).

1

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Biofisika Jurusan

Fisika dan Laboratorium Ekologi Jurusan Biologi Fakultas MIPA

Universitas Brawijaya Malang. Waktu penelitian dimulai pada Bulan

April hingga Juni 2017.

3.2 Alat dan Bahan Penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian Studi Pengaruh

Konsentrasi NaCl (Natrium Chlorida) terhadap Nilai Impedansi

Larutan Ionik NaCl (Natrium Chlorida) menggunakan Metode

Spektroskopi Impedansi Elektrokimia adalah seperangkat alat uji

Picoscope serie 5000 tipe 5244B, Laptop (PC), satu set reaktor

kontainer sampel, kabel penghubung (kabel koaksial), neraca

ohauss, gelar arloji, gelas ukur, gelas beaker, shrynge, satu set

magnetic stirer, spatula, pH meter, satu set konduktivitimeter,

aluminiumfoil, dan termometer. Bahan yang digunakan sebagai

subjek penelitian adalah kristal NaCl teknis dan aquades.

3.3 Metode Penelitian

3.3.1 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan Metode Spektroskopi

Impedansi Elektrokimia menggunakan picoscope dan instrumen

pendukung lainnya. Sebelum dilakukan pengambilan data, dilakukan

studi literatur dan persiapan alat serta persiapan sampel seperti

ditunjukkan pada diagram alir pada Gambar 3.1.

3.3.2 Persiapan Alat

Studi Literatur

Persiapan Rangkaian Alat

dan Sampel

Persiapan Alat

Pengaturan Rangkaian

Alat ke Laptop

Tahap Pengolahan dan Analisis Data

Hasil

Persiapan Sampel

Pembuatan larutan NaCl

dengan 12 variasi

konsentrasi

Penentuan

Konsentrasi NaCl

Tahap Pengukuran Impedansi pada

frekuensi 1 Hz–1 MHz dengan arus 1

mA dan Pengukuran Konduktivitas

Pengukuran

Impedansi Udara

Mulai

Gambar 3. 1 Diagram Alir Penelitian

3

Persiapan alat pada penelitian ini terdiri dari beberapa tahap

berikut:

a) Persiapan Chamber

Chamber merupakan media yang digunakan untuk meletakkan

sampel percobaan dalam penelitian dengan bahan dasar berupa

akrilik. Chamber tersebut berbentuk tabung dengan diameter luar 28

mm dan diameter dalam 8 mm dengan panjang tabung 35 mm. Pada

Chamber terdapat empat elektroda emas (Au), 2 elektroda berbentuk

plat lingkaran tipis dengan diameter 8 mm yang terpisah sejauh 20

mm, berfungsi sebagai pemberi stimulus atau input pada sistem

dalam bentuk injeksi arus listrik, sedangkan 2 elektroda lainnya

berbentuk jarum dengan diameter 1 mm yang berfungsi sebagai

penerima respon dari sistem atau output (tegangan) dalam bentuk

sinyal. Jarak antar dua elektroda jarum tersebut adalah 6 mm. Pada

Gambar 3.2 menunjukkan desain Chamber yang digunakan.

Gambar 3.2 Desain Chamber

b) Sistem Akuisisi Data

Perangkat utama yang digunakan dalam pengukuran

impedansi larutan ionik NaCl ini adalah PicoScope series 5000 tipe

5244B dengan dua channel. PicoScope tersebut memiliki AC signal

generator yang berfungsi sebagai pembangkit tegangan bolak-balik

(AC) dengan kemampuan beroperasi pada frekuensi 0,3 Hz hingga

20 MHz. Perangkat tersebut dioperasikan melalui perangkat lunak

(software) yang telah diinstal pada laptop yang digunakan. Pada

software tersebut, frekuensi dan amplitudo dapat diatur sesuai yang

diperlukan, kemudian nilai tegangan masukan (Vinput) diatur pada

INPUT INPUT

OUTPUT

6 mm

20 mm

Gambar 3. 2 Desain Chamber

nilai 1 Volt. Nilai input tersebut merupakan tegangan yang berasal

dari signal generator pada picoscope yang telah diubah oleh V to I

converter menjadi arus, sehingga muncul sinyal input pada

picoscope.

Tegangan masukan (Vinput) yang telah diubah menjadi arus

melalui V to I converter tersebut kemudian diinjeksikan pada sampel

yang akan diukur. Respon dari injeksi arus tersebut terukur pada

picoscope dalam bentuk sinyal tegangan keluaran (Voutput). Sinyal

tegangan input dan output yang terukur akan ditampilkan dalam

bentuk gelombang sinusoidal pada laptop. Arus yang diinjeksikan

diatur melalui V to I converter sesuai dengan karakteristik bahan dari

sampel yang diukur, dalam pengukuran ini digunakan arus 1 mA.

Sistem pengukuran impedansi dengan menggunakan rangkaian

empat elektroda input (biru) diberikan melalui 2 elektroda plat

lingkaran, dan outputnya (merah) terukur oleh 2 elektroda jarum

seperti pada Gambar 3.3 yang merupakan blok diagram rangkaian

pengukuran nilai impedansi pada larutan ionik NaCl dengan empat

elektroda.

5

Rangkaian pengukuran yang telah dirangkai sesuai blok

diagram pada Gambar 3.3, kemudian dioperasikan melalui software

picoscope yang telah diinstal pada laptop. Pengukuran dilakukan

pada tiap frekuensi dengan rentang frekuensi 1 Hz hingga 1 MHz

yang diatur pada laptop, dan arus sebesar 1 mA yang diatur pada V to

I converter. Tampilan software picoscope dua channel tersebut

terdiri dari channel 1 sebagai sinyal masukan (Vinput) dimana

gelombang dan skala tegangan berwarna biru, dan channel 2 sebagai

sinyal keluaran (Voutput) dimana gelombang dan skala tegangan

PICOSCOPE serie

5000 (5244B)

Sumber Tegangan

(Power Supply)

V to I Converter

Laptop

Listrik PLN

Sampel

Gambar 3. 3 Blok Diagram Rangkaian Pengukuran 4 Elektroda

Input

Output

Signal

Generator

berwarna merah seperti pada Gambar 3.4. Hasil pengukuran berupa

tegangan ditampilkan dalam bentuk gelombang sinusoidal.

Gambar 3. 4 Tampilan picoscope pada Laptop

Perangkat V to I converter dapat merespon frekuensi pada

sumber arus AC. Uji respon perangkat V to I converter yang

digunakan telah dilakukan pada penelitian sebelumnya (Sari et al.

2015), dengan tujuan agar dapat dipastikan bahwa pengukuran

impedansi listrik dengan menggunakan V to I converter tersebut

dapat dioperasikan dengan baik pada rentang frekuensi tertentu yaitu

pada rentang frekuensi 1 Hz hingga 1 MHz. Oleh karena itu,

pengukuran impedansi listrik pada penelitian ini menggunakan

rentang frekuensi 1 Hz hingga 1 MHz, dengan tegangan masukan

(Vinput) yang stabil sebesar 1 Volt.

c) Pengukuran Impedansi Udara

Sebelum dilakukan pengukuran impedansi pada sampel,

dilakukan pengukuran impedansi udara (chamber dalam keadaan

kosong dan tertutup). Tujuannya adalah untuk pengecekan alat

sebelum dilakukan pengukuran pada tiap sampel, apakah nilai

impedansi udara yang terukur sebelum pengukuran sampel larutan

NaCl berubah secara signifikan atau tidak. Pada Gambar 3.5

ditunjukkan hasil pengukuran impedansi udara pada picoscope

dengan frekuensi 40 kHz:

7

Gambar 3. 5 Hasil Pengukuran Impedansi Udara pada Frekuensi

40000 Hz pada Picoscope

3.3.3 Persiapan Sampel

Tahap persiapan sampel terdiri dari penentuan konsentrasi

sampel yang digunakan dan tahap pembuatan sampel. Sampel yang

digunakan adalah NaCl kristal yang dilarutkan dengan pelarut

aquades dengan massa NaCl tertentu berdasarkan konsentrasi yang

telah ditentukan. Pada Gambar 3.6 Ditunjukkan tahapan-tahapan

pembuatan sampel larutan siap ukur. Sampel dibuat tepat sebelum

dilakukan pengambilan data, tujuannya untuk meminimalisir

terjadinya oksidasi pada sampel karena pengaruh udara luar yang

timbul ketika sampel dibiarkan terbuka terlalu lama.

Gambar 3.6

Pada tahap penentuan konsentrasi sampel, konsentrasi sampel

dipilih berdasarkan rentang konsentrasi seimbang larutan NaCl

dalam tubuh yaitu 0,095 M hingga 0,145 M. Jika konsentrasi larutan

NaCl dalam tubuh kurang dari maupun lebih dari rentang konsentrasi

tersebut, maka tubuh akan mengalami gangguan metabolisme. Oleh

karena itu, pada penelitian ini digunakan rentang konsentrasi di

bawah konsetrasi seimbang dalam tubuh hingga di atas konsentra

seimbang dalam tubuh. Hasilnya terdapat larutan hipotonis, isotonis

dan hipertonis, dimana larutan hipotonis yaitu larutan NaCl dengan

konsentrasi 0,0017 M atau NaCl 0,1%. Sedangkan larutan isotonis

yaitu larutan NaCl dengan konsentrasi 0,154 M atau NaCl 0,9% dan

larutan hipertonis yaitu larutan NaCl dengan konsentrasi 0,342 M

Persiapan Sampel

Penimbangan massa

NaCl

Penentuan

konsentrasi sampel

Sampel siap diukur

Penyatuan NaCl dengan

aquades dengan magnetic

stirer selama 120 detik

Gambar 3. 6 Diagram tahapan preparasi sampel

9

atau NaCl 2%. Oleh karena itu, dipilih sampel larutan NaCl dengan

rentang konsentrasi tersebut. Berikut tabel 12 variasi konsentrasi

NaCl yang digunakan:

Tabel 3. 1 Variasi konsentrasi NaCl

Sampel Massa

NaCl

Volume

Aquades

Konsentrasi

NaCl 0,01% 0,01 gram 100 mL 0,0017 M

NaCl 0,05% 0,05 gram 100 mL 0,0085 M

NaCl 0,1% 0,1 gram 100 mL 0,017 M

NaCl 0,2% 0,2 gram 100 mL 0,034 M

NaCl 0,3% 0,3 gram 100 mL 0,051 M

NaCl 0,5% 0,5 gram 100 mL 0,085 M

NaCl 0,8% 0,8 gram 100 mL 0,137 M

NaCl 1% 1 gram 100 mL 0,171 M

NaCl 1,5% 1,5 gram 100 mL 0,256 M

NaCl 2% 2 gram 100 mL 0,342 M

NaCl 2,5% 2,5 gram 100 mL 0,427 M

NaCl 3% 3 gram 100 mL 0,513 M

Pada tahap pembuatan sampel, yang dilakukan adalah

penimbangan massa sampel, preparasi aquades, penyatuan NaCl

dengan aquades. Massa NaCl ditimbang dengan neraca ohauss yang

memiliki ketelitian 0,001 gram. Setelah itu langsung dicampurkan

dengan aquades dengan volume 100 mL untuk setiap sampel,

kemudian diaduk dengan magnetic stirer selama 2 menit agar larutan

menjadi homogen. Tiap sampel dibuat tepat sebelum dilakukan

pengukuran impedansi sampel.

3.3.4 Pengukuran Impedansi dan Konduktivitas Larutan NaCl

Setiap sampel yang telah dibuat, tanpa jeda waktu, segera

dilakukan pengukuran, baik pengukuran impedansi maupun

konduktivitas. Pada pengukuran impedansi sampel dimasukkan ke

dalam chamber pengukuran yang telah terhubung dengan sistem

pengukuran impedansi dengan menggunakan shrynge atau jarum

suntik agar tidak timbul gelembung udara di dalam chamber. Sampel

diukur pada rentang waktu kurang dari 30 menit untuk menghindari

terjadinya oksidasi pada sampel. Pengukuran dilakukan dengan

mengambil 64 titik frekuensi pada rentang 1 Hz hingga 1 MHz yang

diatur melalui software picoscope pada komputer, sedangkan arus

injeksi yang digunakan untuk sampel larutan NaCl adalah sebesar 1

mA yang diatur pada V to I converter. Pengukuran dilakukan secara

paralel pada temperatur ruang.

Pada Gambar 3.7 merupakan hasil pengukuran impedansi pada

picoscope dimana Chanel 1 adalah tegangan masukan (Vinput) berupa

gelombang sinusoidal dengan warna biru, dan Chanel 2 adalah

tegangan keluaran (Voutput) berupa gelombang sinusoidal dengan

warna merah. Nilai input maupun output yang terukur, akan terbaca

pada tabel picoscope di bagian bawah, berupa nilai tegangan peak to

peak (Vpp).

Gambar 3.7 Hasil Pengukuran Impedansi pada Picoscope dengan

Frekuensi 1 Hz

Pada pengukuran konduktivitas larutan NaCl juga dilakukan

secara paralel dengan 3 pengulangan. Nilai kondutivitas diukur

menggunakan konduktivitimeter dengan ketelitian 0,001 mS/m.

11

Sampel yang telah selesai dibuat segera diukur untuk menghindari

terjadinya oksidasi pada sampel.

3.3.5 Analisis Data

Hasil pengukuran dari penelitian mengenai Studi Pengukuran

Nilai Impedansi Larutan Ionik NaCl dengan Metode Jarum Dua

elektrode dan Empat elektrode ini berupa nilai tegangan dalam

bentuk gelombang sinusoidal. Nilai tegangan yang diambil sebagai

data adalah setengah dari nilai tegangan peak to peak (Vpp) yang

terukur pada picoscope, yaitu dengan persamaan 3.1 berikut:

(3.1)

Dimana

Nilai impedansi sampel yang terukur pada sistem rangkaian akuisisi

data diperoleh dari persamaan 3.2:

(3.2)

Dimana V = tegangan output dari rangkaian (V)

I = arus yang diinjeksikan pada sampel (A)

Z= Impedansi sampel yang terukur (Ω)

Sehingga diperoleh untuk pengulangan sebanyak empat

kali (n=4) adalah

∑

Analisis data yang dilakukan yaitu dengan menggambarkan

hubungan antara frekuensi dengan nilai impedansi listrik, hubungan

antara konsentrasi larutan NaCl dengan konduktivitasnya dan

hubungan antara konsentrasi larutan NaCl dengan Impedansi. Nilai

impedansi diplotkan terhadap frekuensi, dimana sumbu X adalah

frekuensi dan sumbu Y adalah impedansi. Kemudian diplotkan

dalam grafik yang sama untuk 12 variasi konsentrasi yang berbeda

agar terlihat bagaimana pengaruh perubahan konsentrasi larutan

NaCl terhadap nilai impedansinya. Nilai konduktivitas diplotkan

terhadap konsentrasi larutan NaCl, dimana sumbu X adalah

konsentrasi dan sumbu Y adalah konduktivitas.

1

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hubungan Konduktivitas terhadap Konsentrasi NaCl

Konsentrasi larutan NaCl yang diukur yaitu 0,01%; 0,05%;

0,1%; 0,2%; 0,3%; 0,5%; 0,8%; 1%; 1,5%; 2%; 2,5% dan 3%.

Dimana konsentrasi larutan NaCl 0,01% adalah 0,01 gram NaCl

kristal yang dilarutkan dalam 100 mL aquades.

Gambar 4. 1 Hubungan Konduktivitas terhadap Konsentrasi larutan

NaCl

Pada Gambar 4.1, diperoleh hasil plot dari pengukuran

konduktivitas larutan pada 12 variasi konsentrasi NaCl yang berbeda.

Pada grafik tersebut menunjukkan bahwa hubungan konsentrasi

dengan konduktivitas larutan NaCl adalah linier, dimana semakin

besar konsentrasi larutan NaCl maka semakin besar pula nilai

konduktivitas larutan.

Komposisi dari zat terlarut dan zat pelarut di dalam suatu

larutan dinyatakan dalam konsentrasi larutan. NaCl dapat menjadi

elektrolit ketika berada dalam bentuk larutan, dimana larutan

y = 2,8607x + 0,2316 R² = 0,9925

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 1 2 3 4

Ko

nd

ukt

ivit

as (

S/m

)

NaCl (% massa)

elektrolit merupakan larutan yang dapat menghantarkan listrik. Jika

ditinjau dari atom pembentuknya yaitu Na dan Cl, dimana atom-atom

tersebut memiliki elektron valensi masing-masing 1 dan 7. Elektron

valensi merupakan elektron terluar yang masih terikat pada atom dan

terletak pada pita energi valensi. Ketika diberikan energi secara

eksternal maka elektron tersebut akan lepas menjadi elektron bebas

atau elektron konduksi. Elektron konduksi merupakan muatan

pembawa arus yang bergerak bebas di dalam suatu larutan elektrolit.

Adanya pergerakkan elektron di dalam suatu larutan

mengindikasikan bahwa adanya aliran arus listrik di dalam larutan

tersebut. Arus listrik yang mengalir pada suatu larutan elektrolit

berbeda dengan arus listrik yang mengalir pada suatu logam atau

konduktor. Arus listrik pada logam atau konduktor disebabkan

karena adanya aliran elektron, sedangkan arus listrik pada larutan

elektrolit disebabkan karena adanya konduksi ion. Oleh karena itu,

besarnya konduktivitas elektrolit larutan sangat dipengaruhi oleh

banyaknya ion yang terdapat dalam larutan yang dinyatakan dalam

konsentrasi larutan.

Berdasarkan persamaan 2.13 besarnya konduktivitas larutan

dapat diperoleh dari hasil kali nilai konduktivitas molar larutan

dengan konsentrasi larutan tersebut. Konduktivitas molar pada kation

maupu anion yang menyusun suatu larutan merupakan ketetapan

yang telah diketahui pada tabel 2.2. berdasarkan persamaan 2.13

maka nilai konduktivitas larutan secara teori dapat diketahui.

Gambar 4.2 menunjukkan hubungan konduktivitas larutan terhadap

konsentrasi larutan NaCl secara teori pada suhu 250C.

3

Gambar 4. 2 Hubungan Konduktivitas terhadap Konsentrasi larutan

NaCl berdasarkan teori

Gambar 4.1 dan Gambar 4.2 menunjukan pola grafik yang

sama, dimana kedua grafik terbut menunjukkan hubungan yang linier

antara konduktivitas dengan konsentrasi, artinya pola hasil

pengukuran konduktivitas sesuai dengan pola hasil perhitungan

konduktivitas secara teori. Akan tetapi nilai konduktivitas yang

diperoleh dari hasil pengukuran berbeda jauh dengan nilai

konduktivitas hasil perhitungan secara teori. Hal tersebut disebabkan

karena suhu saat pengukuran konduktivitas larutan NaCl berbeda

dengan suhu pada konduktivitas molar yang diketahui secara teori.

Jika suhu semakin tinggi maka viskositas larutan akan menurun dan

menyebabkan ion-ion dalam air bergerak cepat sehingga nilai

konduktivitas larutan yang terukur semakin tinggi. Selain itu, NaCl

yang digunakan adalah NaCl teknis, bukan NaCl pro analis (PA).

Sehingga kemungkinan terdapat zat-zat lain yang juga ikut terukur

yang mempengaruhi nilai konduktivitasnya. Dimana konduktivitas

larutan sendiri dipengaruhi oleh konsentrasi, aktivitas, muatan serta

mobilitas ion pada larutan.

Dalam larutan elektrolit, konduktivitas dipengaruhi oleh

konsentrasi larutannya (Rahmawati, 2013). Sehingga terdapat

besaran yang disebut konduktivitas molar dengan persamaan 2.11.

y = 21,543x - 0,0176

0

10

20

30

40

50

60

70

0 1 2 3 4

Ko

nd

ukt

ivit

as (

S/m

)

Konsentrasi NaCl (% massa)

Berdasarkan persamaan tersebut, maka hasil pengukuran yang

diperoleh adalah sesuai teori, dimana semakin besar konsentrasi

larutan NaCl maka semakin besar pula nilai konduktivitas

larutannya. Ketika konsentrasi NaCl semakin besar, jumlah ion yang

terurai pada larutan pun semakin bertambah, yang berarti migrasi ion

pada larutan akan semakin cepat, sehingga larutan akan semakin baik

dalam menghantarkan listrik. Oleh karena itu, nilai konduktivitas

larutannya pun akan meningkat seiring dengan bertambahnya

konsentrasi larutan.

4.2 Hubungan Frekuensi terhadap Impedansi Larutan NaCl

Pengukuran impedansi larutan ionik NaCl ini dilakukan pada

rentang frekuensi 1 Hz – 1 MHz, karena seperti yang telah dijelaskan

pada bab sebelumnya, bahwa metode pengukuran impedansi dengan

menggunakan V to I converter ini dapat bekerja dengan baik pada

frekuensi 1 Hz hingga 1 MHz, yang mana tegangan masukan (Vinput)

dalam rentang frekuensi tersebut adalah stabil.

Gambar 4.3 menunjukkan hubungan nilai impedansi listrik

terhadap frekuensi pada larutan ionik NaCl 0,01% atau dengan

konsentrasi 0,0017 M. Pengukuran dilakukan pada rentang frekuensi

1 Hz hingga 1 MHz dengan menggunakan arus sebesar 1mA.

Penggunaan arus injeksi sebesar 1mA disebabkan karena sampel

yang digunakan adalah larutan NaCl yang merupakan larutan

elektrolit kuat, sehingga cenderung memiliki nilai impedansi yang

rendah. Jika pada pengukuran digunakan arus kurang dari 1mA,

seperti 100 µA, 10 µA maupun 1 µA, maka tegangan keluaran

(Vouput) yang terukur pada sistem tidak terbaca karena nilainya yang

sangat kecil, sehingga sulit untuk dibedakan pada tiap frekuensi yang

digunakan saat pengambilan data. Sistem pengukuran impedansi ini

sesuai dengan Hukum Ohm, dimana saat arus yang diberikan kecil

maka tegangannya pun akan kecil, karena arus dan tegangan adalah

sebanding.

5

Gambar 4. 3 Hubungan Impedansi dan Frekuensi pada larutan ionik

NaCl 0,01%

Hasil penelitian menunjukkan bahwa kurva hubungan antara

impedansi dan frekuensi pada larutan ionik NaCl 0,01%, secara

umum memiliki pola yang turun secara logaritmik. Nilai impedansi

yang terukur pada larutan NaCl 0,01% memiliki kisaran nilai

impedansi dalam rentang 10 Ω hingga 900 Ω.

Pada Gambar 4.3, diperoleh nilai impedansi yang menurun

secara logaritmik terhadap nilai frekuensi yang mana nilai impedansi

total larutan NaCl 0,01% dipengaruhi oleh komponen kapasitansi

dan resistansi sistem. Penurunan impedansi secara signifikan terjadi

pada frekuensi rendah (1Hz - 100Hz), yang disebabkan karena

larutan NaCl pada frekuensi tersebut bersifat kapasitif dengan nilai

resistansi kapasitif sangat besar, sehingga arus yang melewati

kapasitor adalah sangat kecil atau dapat diabaikan, dimana arus

hanya mengalir pada resistor. Reaktansi kapasitif sangat bergantung

pada frekuensi, dimana semakin besar frekuensi maka reaktansi

kapasitifnya semakin rendah, karena keduanya memiliki hubungan

yang tidak sebanding. Sedangkan pada frekuensi sedang (100 Hz –

10 kHz) nilai impedansi cenderung lebih konstan atau penurunannya

tidak drastis. Hal tersebut disebabkan karena pada rentang frekuensi

100 Hz hingga 10 kHz pengaruh kapasitansi pada sistem rangkaian

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1 10 100 1000 10000 100000 1000000

Imp

ed

ansi

(O

hm

)

Frekuensi (Hz)

empat elektroda ini sangat kecil atau dapat diabaikan, sehingga nilai

impedansi listrik yang terukur hanya dipengaruhi oleh resistansi

larutan saja.

Larutan NaCl merupakan larutan yang bersifat resistif. Hasil

pengukuran nilai impedansi berdasarkan Gambar 4.3 pada larutan

NaCl muncul sifat kapasitif yang disebabkan karena adanya efek

double layer. Efek double layer muncul karena adanya interaksi

antara permukaan elektroda dengan larutan NaCl. Reaksi-reaksi pada

partikel bermuatan di dalam larutan NaCl, yaitu ion Na+ dan Cl

-,

yang melewati permukaan dua fase zat, yaitu fase logam (elektroda)

dan fase larutan (larutan NaCl) menyebabkan ketidakseimbangan

muatan listrik pada elektroda dan elektrolit. Adanya celah antara

elektroda dengan larutan NaCl dianalogikan sebagai kapasitor,

sedangkan larutan NaCl, khususnya ion yang menempel pada

permukaan elektroda dianalogikan sebagai resistor, sehingga muncul

adanya rangkaian RC ekivalen seperti model Randles pada Gambar

2.5.

Larutan NaCl akan terurai menjadi kation (Na+) dan anion

(Cl-). Terjadinya hantaran listrik dalam larutan NaCl ketika

diinjeksikan arus disebabkan karena ion Na+ menangkap elektron

pada katoda dengan membebaskan gas natrium. Sedangkan ion Cl-

akan melepaskan elektron pada anoda dengan menghasilkan gas

klorin. Pada frekuensi rendah, ketika arus diinjeksikan ke dalam

larutan NaCl, ion-ion dalam larutan yang terurai akan berdifusi

sehingga menyebabkan terjadinya hidrasi dan atmosfer ionik. Hidrasi

merupakan pembentukan selubung dipol disekitar ion pusat karena

kekuatan ion dipol. Ion pusat yang dikelilingi oleh ion-ion dengan

muatan berlawanan dengan ion pusat yang terbentuk oleh adanya

difusi disebut dengan atmosfer ionik. Elektroda akan memiliki

muatan ketika diberi potensial, ion-ion dalam larutan yang dengan

muatan yang berlawanan akan tertarik menuju elektroda tersebut.

Sehingga muncul adanya electrical double layer. Hidrasi dan

atmosfer ionik terjadi dekat dengan permukaan double layer.

Terjadinya hidrasi dan atmosfer ionik pada larutan NaCl ini akan

meningkatkan dimensi efektif dan mengurangi muatan ion pusat

yang mengakibatkan migrasi ion pada larutan terhambat sehingga

pada frekuensi rendah kapasitor double layer tidak melewatkan arus.

Terhambatnya migrasi ion pada larutan NaCl tersebut menyebabkan

daya hantar arus listrik pada larutan rendah, sehingga nilai impedansi

listrik larutan tersebut tinggi. Pada frekuensi tinggi, ketika arus listrik

7

diinjeksikan pada larutan maka terjadi proses migrasi ion dalam

larutan berlangsung secara massal karena kapasitor pada double

layer dapat dilewati arus dan larutan NaCl berperilaku sebagai

konduktor, sehingga dapat dikatakan bahwa arus akan dengan mudah

mengalir melewati larutan atau daya hantar listrik larutannya tinggi.

Oleh karena itu, nilai impedansi listrik larutan tersebut rendah.

Sifat resistif dari larutan NaCl dominan pada frekuensi tinggi,

sedangkan sifat kapasitifnya hanya muncul pada frekuensi rendah.

Frekuensi dalam metode ini menyatakan transmisi sinyal tiap detik

dan perubahan arus bolak-balik tiap detiknya. Semakin besar

frekuensi yang diberikan maka laju pergantian arah arus dalam

rangkaian akan lebih cepat. Hal tersebut mengindikasikan bahwa

kondisi eksternal dari sinyal listrik akan berpengaruh terhadap

kondisi internal di dalam larutan NaCl terutama pada mobilitas

muatan listrik. Peubahan sifat resistif dan kapasitif pada bahan akan

berpengaruh terhadap nilai impedansi listrik larutan NaCl. Ketika

frekuensi yang diberikan semakin tinggi maka nilai impedansi listrik

larutan NaCl semakin rendah. Hal tersebut terlihat pada Gambar 4.3.

Impedansi listrik menyatakan adanya hambatan total yang terjadi

dalam larutan NaCl yang menyebabkan muatan listrik di dalam

larutan terhambat untuk bergerak ketika diberi medan listrik secara

eksternal. Nilai impedansi larutan NaCl bergantung pada resistansi

larutan, reaktansi kapasitif dan frekuensi. Pada frekuensi rendah nilai

reaktansi kapasitifnya besar yang menyebabkan nilai impedansi

listrik larutan NaCl juga menjadi besar. Sedangkan ketika

frekuensinya ditambah nilai reaktansi kapasitif akan menjadi rendah

sehingga terjadi penurunan nilai impedansi listrik larutan NaCl.

Pada pengukuran impedansi 12 variasi konsenstrasi dari

larutan ionik NaCl diperoleh plot grafik impedansi larutan terhadap

Gam

bar 4

. 4 P

lot G

rafik Im

ped

ansi L

istrik terh

adap

Frek

uen

si pad

a 12 V

ariasi Konsen

trasi Laru

tan N

aCl

Gam

bar

4.4

Plo

t G

rafi

k I

mp

edan

si L

istr

ik t

erhad

ap F

rekuen

si p

ada

12 V

aria

si

Konse

ntr

asi

Lar

uta

n N

aCl

9

frekuensi seperti pada Gambar 4.4. Gambar tersebut menunjukkan

hasil pengukuran impedansi listrik pada 12 konsentrasi NaCl yang

berbeda. Pada frekuensi 1 Hz hingga 100000 Hz, nilai impedansi

larutan pada 12 variasi konsentrasi dapat dibedakan, dimana semakin

tinggi konsentrasi nilai impedansinya semakin rendah. Pada

frekuensi. Sedangkan pada frekuensi lebih dari 1 MHz nilai

impedansi larutan pada 12 varisi konsentrasi NaCl sulit dibedakan

karena keterbatasan alat.

Gambar 4.4 menunjukkan pola grafik yang hampir sama pada

12 variasi konsentrasi NaCl. Dimana semakin tinggi frekuensi yang

diberikan maka nilai impedansi larutannya akan semakin rendah

pula. Nilai impedansi tertinggi berada saat konsentrasi NaCl 0,01%

yang merupakan konsentrasi terendah dalam pengukuran. Sedangkan

nilai impedansi terendah berada saat konsentrasi NaCl 3% yang

merupakan konsentrasi tertinggi pada pengukuran.

Larutan NaCl merupakan larutan dengan ikatan ion. Ketika

larutan NaCl diinjeksikan arus maka muncul pengaruh medan listrik

di dalam larutan yang mengakibatkan terjadinya pergeseran ion-ion

yang berlawanan tanda dengan medan listrik tersebut sehingga

menimbulkan adanya polarisasi ion dalam larutan. Dipol yang

terbentuk akibat polarisasi ini merupakan dipol yang tidak permanen,

sehingga membutuhkan waktu yang cukup lama untuk mencapai

keadaan setimbang ketika diberi medan listrik searah. Kemudian

ketika medan dihilangkan, maka posisi ion akan kembali seperti

semula dalam waktu yang relatif lama pula. Oleh karena itu, pada

medan arus bolak-balik (AC) polarisasi dapat terjadi pada frekuensi

rendah. Hal tersebut yang menyebabkan pola pada grafik (Gambar

4.4) saat frekuensi rendah nilai impedansinya menurun secara

signifikan, sedangkan pada frekuensi tinggi nilainya relatif lebih

konstan.

4.3 Pengaruh Konsentrasi NaCl terhadap Impedansi Larutan

Ionik NaCl

Pada Gambar 4.5, diambil 7 titik frekuensi yang dianggap

dapat mewakili seluruh titik pengukuran yang diambil pada rentang

frekuensi 1 Hz hingga 1 MHz. Ketujuh titik tersebut yaitu 1 Hz, 10

Hz, 100 Hz, 1000 Hz, 10000 Hz, 100000 Hz dan 1000000 Hz. Plot

grafik tersebut menunjukkan bahwa hubungan konsentrasi dengan

impedansi larutan NaCl adalah tidak sebanding atau berbanding

terbalik, dimana ketika konsentrasi larutan NaCl bertambah, nilai

impedansinya semakin kecil. Nilai impedansi pada konsentrasi

terendah yaitu NaCl 0,01% berkisar antara 880Ω - 13Ω, sedangkan

nilai impedansi pada konsentrasi tertinggi yaitu NaCl 3% berkisar

antara 414Ω - 9Ω. Nilai impedansi suatu bahan menyatakan

karakteristik bahan tersebut dalam menghambat arus listrik. Semakin

besar nilai impedansi suatu bahan, maka kemampuan bahan tersebut

dalam menghantarkan listrik semakin buruk. Begitu juga sebaliknya,

jika impedansi suatu bahan nilainya rendah, maka kemampuan bahan

tersebut dalam menghantarkan arus listrik akan semakin baik.

11

Gambar 4. 5 Pengaruh Frekuensi terhadap Impedansi pada 12 variasi

Konsentrasi NaCl

Gam

bar

4.5

Pen

gar

uh F

rekuen

si t

erhad

ap I

mped

ansi

pad

a

12 v

aria

si K

onse

ntr

asi

NaC

l

Larutan NaCl termasuk dalam larutan elektrolit kuat yang

mampu menghantarkan listrik. Pada konsentrasi larutan rendah, ion-

ion yang terurai dalam larutan jumlahnya sedikit, sedangkan jika

konsentrasinya ditambah atau semakin besar maka ion-ion yang

terurai dalam larutan pun akan semakin banyak. Hal tersebut

menunjukan bahwa sifat elektrolit dari larutan NaCl akan semakin

kuat seiring dengan penambahan konsentrasi larutan. Jadi semakin

besar konsentrasi larutan NaCl maka dapat dikatakan bahwa semakin

elektrolit pula larutan NaCl tersebut, artinya semakin baik pula

larutan NaCl tersebut dalam menghantarkan listrik. Jika suatu bahan

dikatakan semakin baik dalam menghantarkan listrik, berarti bahan

tersebut memiliki hambatan yang rendah, dalam hal ini adalah nilai

impedansi yang rendah.

Semakin tinggi konsentrasi NaCl maka semakin rendah nilai

impedansi larutan NaCl. Hal tersebut sesuai dengan teori, dimana

daya hantar suatu bahan dikatakan semakin baik jika nilai

konduktivitas bahan tersebut semakin tinggi seperti pada Gambar

4.1, yang menunjukkan bahwa ketika konsentrasi larutan NaCl

bertambah maka nilai konduktivitasnya semakin tinggi, artinya

hubungan konsentrasi dengan konduktivitas adalah linier atau

sebanding. Sedangkan hubungan konsentrasi dengan impedansi

adalah berbanding terbalik.

Berdasarkan Gambar 4.5, hubungan antara konsentrasi dengan

impedansi larutan NaCl adalah berbanding terbalik. Jika konsentrasi

NaCl semakin besar, maka kemampuannya dalam menghantarkan

listrik semakin baik, sehingga nilai impedansinya akan semakin

kecil. Pada konsentrasi rendah, 1 Hz hingga 1000 Hz, nilai

impedansi larutan pada 12 variasi konsentrasi dapat dibedakan

dengan mudah, sedangkan pada frekuensi sedang, 10 kHz nilai

impedansi larutan NaCl sulit untuk dibedakan, dan pada frekuensi 1

MHz impedansi larutan NaCl pada 12 variasi konsentrasi tidak dapat

dibedakan, pada grafik ditunjukkan dengan pola garis yang linier.

Artinya nilai impedansi listrik pada larutan NaCl pada rentang

frekuensi tinggi (lebih dari 1 MHz) tidak memiliki ketergantungan

pada konsentrasi garam. Hal tersebut menunjukkan bahwa metode

yang digunakan dalam penelitian ini dapat bekerja dengan baik pada

frekuensi kurang dari 1 MHz, atau pada rentang frekuensi 1 Hz

hingga 100 kHz seperti ditunjukkan pada Gambar 4.6. yang

menunjukkan lebih detail pengaruh perubahan konsentrasi NaCl

13

pada 11 variasi konsentrasi terhadap nilai impedansi listrik larutan

NaCl yang dihubungkan dengan pola garis linier.

Nilai impedansi larutan NaCl pada berbagai konsentrasi dapat

dibedakan dengan melihat kemiringan tren linier yang ditunjukkan

pada grafik Gambar 4.6. Semakin besar frekuensi kemiringan pola

grafik yang ditunjukkan oleh nilai R2 adalah semakin rendah. Hal

tersebut menunjukkan bahwa alat semakin tidak sensitif terhadap

perubahan konsentrasi yang diberikan, sehingga nilai impedansi yang

terukur pada berbagai konsentrasi larutan NaCl hampir sama.

Sensitivitas alat dapat dikatakan rendah pada frekuensi tinggi.

Gradien yang ditunjukkan pada frekuensi 1 Hz, 10 Hz, 100

Hz, 1000 Hz, 10000 Hz dan 100000 Hz adalah hampir sama,

sedangkan pada frekuensi 1 MHz gradien memiliki nilai yang jauh

berbeda. Gradien yang sama menunjukkan bahwa setiap perubahan

frekuensi, nilai impedansi larutan NaCl pada 11 variasi konsentrasi

menghasilkan perubahan nilai yang stabil atau konstan. Berarti data

nilai impedansi larutan NaCl pada 11 variasi konsentrasi dapat

dikatakan akurat karena perubahan nilai impedansi yang terukur pada

frekuensi 1 Hz hingga 100 kHz adalah konsisten.

Gam

bar 4

.6 H

ubungan

Konsen

trasi NaC

l terhad

ap Im

ped

ansi

pad

a Tuju

h T

itik F

rekuen

si

1

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Hasil penelitian sesuai dengan teori, konsentrasi NaCl

berpengaruh linier terhadap nilai konduktivitas larutan NaCl,

semakin tinggi konsentrasi NaCl semakin tinggi konduktivitas

larutan. Konsentrasi larutan NaCl berpengaruh terhadap nilai

impedansi listrik larutan NaCl, nilai impedansi listrik larutan NaCl

semakin rendah seiring dengan bertambahnya konsentrasi larutan

NaCl. Pengukuran impedansi larutan NaCl dengan metode

spektroskopi impedansi elektrokimia menggunakan empat elektroda

dan arus injeksi 1 mA tidak dapat membedakan nilai impedansi

larutan NaCl dalam 12 variasi konsentrasi NaCl pada frekuensi lebih

dari 100 kHz.

5.2 Saran

Pada penelitian selanjutkan diharapkan dapat melakukan

pengukuran impedansi pada larutan elektrolit larutan NaCl pada suhu

yang stabil dan terkontrol.

1

DAFTAR PUSTAKA

Ameer, M.A., Fekry, A.M. & Shanab, S.M., 2011. Electrochemical

Behavior of Titanium Alloy in 3 . 5 % NaCl Containing Natural

Product Substances. , 6, pp.1572–1585.

Bera, T.K. & Nagaraju, J., 2011. Electrical Impedance Spectroscopic

Studies on Broiler Chicken Tissue Suitable for the

Development of Practical Phantoms in Multifrequency EIT.

Journal of Electrical Bioimpedance, 2, pp.48–63. Available at:

http://www.journals.uio.no/index.php/bioimpedance/article/vie

wFile/174/175.

Giancoli, D.C., 2005. Douglas giancoli Sixth. J. Challice, ed., United

States of America: Pearson Prentice Hall Education, Inc.

Grimnes, Sverre and Martinsen, O.G., 2008. Bioimpedance &

Bioelectricity Basic 2nd Edition Second., London: Elsevier Ltd.

Halliday & Resnick, 2013. Fundamentals of Physics. Journal of

Chemical Information and Modeling, 53(9), pp.1689–1699.

Hamdy, A.S., 2006. Electrochemical Impedance Spectroscopy Study

of the Corrosion Behavior of Some Niobium Bearing Stainless

Steels in. , 1, pp.171–180.

Islahiyaa, N., Widodo, C.S. & Santoso, D.R., 2016. Pengukuran

Impedansi Listrik Campuran Lemak Babi pada Lemak Sapi

menggunakan Metode Plat Sejajar. Universitas brawijaya, 1,

pp.1–5.

Juansah, J., 2013. Kajian spektroskopi impedansi listrik untuk

evaluasi kualitas buah jeruk keprok garut secara nondestruktif.

Lima, L.F. et al., 2017. Electric Impedance of Aqueous KCl

solutions: Salt Concentration Dependence on Component of the

Equivalent Electric Circuit. Journal of Molecular Liquids, 1,

pp.1–29. Available at:

http://dx.doi.org/10.1016/j.molliq.2017.06.069.

Liu, C. et al., 2003. An electrochemical impedance spectroscopy

study of the corrosion behaviour of PVD coated steels in 0.5 N

NaCl aqueous solution: Part II. Corrosion Science, 45(6),

pp.1257–1273. Available at:

http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0010938X0200214

7 [Accessed July 9, 2017].

Martinsen, O.G., 2000. Bioimpedance and Bioelectricity Basics

First., San Diego: Academic Press Company. Available at:

www.fys.uio.no/publ/bbb.

Rahmatie, R., Sulistya, A.P.C. & Santoso, D.R., 2016. Analisis Nilai

Impedansi Listrik pada Daging Ikan Nila yang Disimpan dalam

Lemari Es. , 6(2), pp.117–124.

Raj, R. & C, N.B., 2013. Bio Impedance Spectroscopy For The

Assessment Of Quality Of Fruits By Constructing The

Equivalent Circuit. , 2(11), pp.1773–1776.

Riyanto, 2012. Elektrokimia dan Aplikasinya 1st ed. Riyanto, ed.,

Yogyakarta: Graha Ilmu.

Sari, C., Widodo, C.S. & Santoso, D.R., 2015. Pengukuran

Impedansi Susu Menggunakan Elektroda Pelat. Un, 1, pp.1–5.

Available at:

https://www.academia.edu/7652062/Pengukuran_Impedansi_S

usu_Menggunakan_Elektroda_Pelat.

Subhan, A., 2011. Fabrikasi dan Karakteristik Li4Ti5O12 untuk

Bahan Anoda Baterai Litium Keramik. Fabrikasi dan

Karakteristik Li4Ti5O12 untuk Bahan Anoda Baterai Litium

Keramik, 1, pp.24–30.

Sukardjo, 2002. Electrolyte Solution. , 1, pp.2–8.

Tipler, P.A., 2008. Physics for Scientists and Engineers with Modern

Physics Second. K. Pettus, ed., New York: W.H. Freeman and

Company.

Tobergte, D.R. & Curtis, S., 2013. BioImpedance & Bioelectricity,

Yaswir, R. & Ferawati, I., 2012. Fisiologi dan Gangguan

Keseimbangan Natrium , Kalium dan Klorida serta

Pemeriksaan Laboratorium. , 1(2), pp.80–85.

Zhang, J.-T. et al., 2004. Studies of water transport behavior and

impedance models of epoxy-coated metals in NaCl solution by

EIS. Progress in Organic Coatings, 51(2), pp.145–151.

Available at:

http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0300944004001420

[Accessed July 9, 2017].

STUDI PENGARUH KONSENTRASI NaCl (Natrium Chlorida …repository.ub.ac.id/4522/1/HERENDA SELA...

Documents

Transcript of STUDI PENGARUH KONSENTRASI NaCl (Natrium Chlorida …repository.ub.ac.id/4522/1/HERENDA SELA...