|
*This paper is writte in Bahasa Indonesia. Translation to Englsh Language is in Progress
Author(s):
M. Indra al Irsyad, Research and Development Center for Electricity and Renewable Energy Technology
Industry: University/Education
Product(s):
LabVIE 8 Full Development System
USB-6009
The Challenge:
Menciptakan alternatif alat pengukur kadar vitamin C yang murah, mudah, dan dapat dikembangkan sesuai kebutuhan pengguna.
The Solution:
Menggunakan USB-6009, sensor pH dan pengkondisi sinyalnya untuk diukur dan diolah secara otomatis oleh LabVIEW
Abstract
Kadar vitamin C dalam larutan dapat diukur menggunakan metoda spektrofotometri dan titrasi asam basa. Karena alasan biaya, titrasi asam-basa lebih banyak digunakan. Namun kelemahan dari metoda ini adalah mencatat setiap hasil titrasi yang terbaca pada pH meter hingga mencapai titik jenuh. Data yang didapat kemudian dibuat grafik, dihitung menggunakan rumus untuk mendapatkan nilai vitamin C.
Dengan LabVIEW dan peralatan sederhana dari National Instrument yaitu USB-6009 dan rangkaian pengkondisi sinyal tambahan untuk elektroda pH dapat menggantikan peran pH meter. Pencatatan data, pembuatan grafik dan perhitungan rumus vitamin C dilakukan secara otomatis oleh LabVIEW.
Perancangan Pengkondisi Sinyal
Vitamin C atau L-asam askorbat merupakan senyawa bersifat asam dan pereduksi kuat dengan rumus empiris C6H8O6 (berat molekul = 176). Derajat asam vitamin C dapat diukur dengan menggunakan Elektroda pH. Elektroda yang digunakan dalam sistem ini adalah produksi Eutech Instrument model EC-FE72521 01B yang mempunyai persamaan keluaran V = - 0,0591. pH + 0,414 volt. Dari persamaan ini, range keluaran elektroda pada pH=0 (asam) hingga pH=14 (basa) adalah 414mV hingga -413,99 mV.
Sistem direncanakan mempunyai tegangan masukan ke USB-6009 sebesar 0 – 10 V, sehingga dibutuhkan rangkaian pengkondisi sinyal untuk elektroda pH. Rangkaian pertama adalah rangkaian penjumlah sehingga tegangan elektroda menjadi 0 – 828 mV. Keluaran rangkaian penjumlah diberikan pada rangkaian penguat tak membalik dengan penguatan sebesar 12,07729. Baik rangkaian penjumlah dan penguat dilengkapi dengan resistor multi-variabel yang dapat dimanfaatkan untuk kaliibrasi sistem. Rangkaian pengkondisi sinyal ini menggunakan catu daya eksternal +10V dari adaptor.
Analisa Potensiometri
Metoda potensiometri adalah metoda yang melakukan titrasi terhadap vitamin C (bersifat asam) menggunakan larutan bersifat basa, misalnya NaOH. Pengaruh titrasi ini akan menyebabkan larutan yang bersifat asam akan berubah menjadi basa. Setelah larutan jenuh, maka data titrasi dibuat grafik hingga didapat titik keseimbangan asam-basa seperti persamaan berikut: 
Alat ukur vitamin C akan mencatat nilai potensial setiap titrasi dan merubahnya menjadi pH dan menghitung perbedaan potensial antar titrasi. Perbedaan potensial dibandingkan dengan toleransi perubahan untuk menentukan titik perubahan potensial pertama dan titik jenuh.
Bila titik awal perubahan potensial secara cepat adalah (v1, e1) dan titik akhir perubahan potensial secara cepat adalah (v2, e2) maka titik ekuivalen (ee, ve) akan berada di tengah-tengah garis lurus yang menghubungkan titik (v1, e1) dan (v2, e2).  
Pengoperasian alat ukur vitamin C dilakukan dengan menghubungkan komputer, USB-6009, dan rangkaian pengkondisi sinyal untuk elektroda pH. Parameter molaritas NaOH, volume NaOH tiap titrasi dan toleransi perubahan harus ditetapkan terlebih dahulu sebelum pengukuran dan tidak boleh dirubah selama pengukuran.
Titrasi NaOH dilakukan secara manual menggunakan pipet ukur. Data potensial larutan dari USB-9006 akan ditampilkan terlebih dahulu pada grafik potensial. Data potensial yang ditampilkan merupakan potensial sebenarnya dari elektroda pH. Nilai tegangan USB-9006 dikonversi kembali menjadi tegangan elektroda pH menggunakan persamaan VpH = (V9006/12,07729)-0,414. USB-6009 sebenarnya mempunyai resolusi yang baik yaitu 14 bit, namun karena dalam sistem ini digunakan IC TL 081 sebagai op-amp, maka resolusi elektroda pH menjadi 5 mV atau 0,08pH .Arus keluaran elektroda sangat kecil sehingga digunakan IC ini yang mempunyai arus offset masukan sekitar 25 pA – 100 pA pada suhu 25oC.
Saat potensial mencapai kestabilannya setiap titrasi maka data disimpan pada tabel dan ditampilkan pada Grafik Titrasi dengan menekan tombol Titrasi. Lakukan titrasi terus menerus hingga potensial larutan menjadi jenuh. Tombol Titrasi akan menjadi tidak aktif bila volume ekuivalen telah didapatkan dan kadar/kandungan vitamin C dalam larutan akan otomatis ditampilkan.
Grafik titrasi disediakan dalam 3 bentuk, yaitu titrasi pertama, turunan pertama dan kedua titrasi. Grafik sebaiknya tidak ditampilkan semua dalam satu grafik titrasi karena mempunyai axis-x yang berbeda. Selain itu disediakan fasilitas penyimpan data titrasi ke format Microsoft Excel. Namun file data tersebut belum dapat menyimpan grafik titrasi dan kadar vitamin C yang terukur.
Kalibrasi dan Kompensasi Suhu
Kalibrasi alat dilakukan pada larutan buffer pH 4, 7, dan 10, dan potensial larutan akan ditunjukkan pada Grafik Potensial seperti yang telihat pada Gambar untuk buffer pH 7. Setting kalibrasi dilakukan dengan memutar multi-variabel resistor pada rangkaian penjumlah atau/dan penguat tegangan.
Perubahan suhu pada larutan akan merubah nilai pH larutan yang diukur. Perubahan nilai pH ini bukan merupakan kesalahan karena ini adalah nilai pH yang sebenarnya pada suhu yang baru. Akan tetapi perubahan suhu pada elektroda dapat menyebabkan kesalahan pembacaan pH larutan. Pada elektroda pH ideal tidak ada pengaruh suhu terhadap sensitivitas elektroda pada pH 7. Kebanyakan elektroda pH tidak sempurna, tetapi kesalahan karena suhu masih sangat kecil ketika masih berada di sekitar pH 7 dan dapat diabaikan. Akan tetapi ketika pH yang diukur jauh dari pH 7 akan merubah sensitivitas elektroda.
Kompensasi suhu untuk menghilangkan kesalahan yang disebabkan oleh suhu dilakukan kalibrasi instrumen dan elektroda dengan larutan buffer pada saat suhu yang sama dengan larutan yang akan diukur, dan atau melakukan perhitungan kesalahan pengukuran pH. Dengan memasukan nilai konstanta gas (R) dan konstanta Faraday (F) kedalam persamaan E = E0 - 0,198.T.pH, dimana E0 adalah konstanta, T untuk suhu (oK) dan pH untuk perbedaan pH pengukuran dengan pH 7.
Efisiensi waktu dan biaya
Peralatan sederhana USB-6009 dapat dimanfaatkan untuk menggantikan peran pH meter. Sistem ini mempunyai keuntungan dimana pengguna tidak perlu melakukan pencatatan data, membuat grafik titrasi dan melakukan perhitungan kadar vitamin C secara manual. Sistem yang dibangun dapat mengukur kadar vitamin C hingga 1 mg dengan kesalahan 1,258% pada suhu 25oC .
Sistem ini dapat digunakan sebagai pH meter biasa, ataupun mengukur zat-zat terlarut lainnya dengan memodifikasi beberapa parameter seperti berat molekul dan sebagainya. Alat ukur kadar vitamin C ini lebih murah dan proses akan menjadi lebih cepat bila dibandingkan harus membeli pH meter. Selain itu, data titrasi yang disimpan dapat dibuka oleh program pengolah data seperti Microsoft Excel sehingga akan memudahkan analisis lebih lanjut.
Penggunaan sistem ini menghemat biaya investasi awal hingga 51,79% selain itu LabVIEW 8 Full Development dan USB-9006 yang digunakan dapat diaplikasikan pada sistem lain berbeda pH meter yang tetap penggunaannya. Waktu analisis lebih cepat sekitar 50% bila dibandingkan dengan penggunaan pH meter. Sistem ini sebaiknya dikembangkan lebih lanjut dengan penggunaan otomatisasi mesin titrasi larutan.
For more information, contact:
M. Indra al Irsyad
Research and Development Center for Electricity and Renewable Energy Technology
Komp. Lemigas, Jln Ciledug Raya Kav. 109 Cipulir
Indonesia 12230
Tel: +62-81-9695700
Fax:+62-21-7203525
Email: al_irsyad21@yahoo.com
|
