BAB III Bahan dan Metode

6
Gambar 6. Rangkaian dalam Sistem Membran
dan Elektrolit, skinlayer dan
sublayer Tersusun Kombinasi C
dan G
dengan R 
V
, dimana R adalah resistansi
I
(ohm), V adalah tegangan membran (Volt)
dan I adalah arus yang diberikan (Ampere).
Satuan internasional untuk konduktansi adalah
1 ohm atau Siemen (S).
Bila suatu larutan elektrolit dialiri arus
maka akan terjadi proses transport ion.
Transport ini dipengaruhi oleh resistansi dan
konduktansi larutan elektrolit. Konduktansi
larutan elektrolit didefinisikan sebagai suatu
ukuran kemampuan larutan untuk membawa
arus listrik. Konduktansi larutan dipengaruhi
oleh konsentrasi atau jumlah ion, mobilitas
ion, ion valensi, transport ion, aktivitas ion
dan suhu. Ion-ion dalam larutan akan mengalir
dan menembus membran dengan aktivitas
berbeda-beda.
Semakin
besar
nilai
konduktansi listrik berarti kemampuan dalam
menghantarkan
listrik
semakin
besar.
Umumnya semakin tinggi konsentrasi atau
semakin
banyak
jumlah
ion,
maka
konduktansi listrik akan semakin tinggi.
Hubungan ini terus berlaku hingga larutan
menjadi jenuh dan mobilitas menurun. Suhu
yang tinggi mengakibatkan viskositas air
menjadi turun dan ion-ion dalam air bergerak
cepat [20]. Energi yang dibutuhkan agar
elektron valensi masuk ke elektron bebas juga
semakin besar sehingga mempengaruhi nilai
konduktansi listrik yang juga semakin
meningkat.
4.2. Arus dan Tegangan Membran
Rapat arus dari ion pembawa yang
bergerak di dalam larutan yang menembus
membran diberikan oleh persamaan berikut:
dP
d
J p  kT p
 Pq p
(20)
dx
dx
dN
d
J n  kTn
 Nqn
(21)
dx
dx
N, P adalah konsentrasi ion pembawa
muatan negatif dan positif. T adalah suhu, J
adalah rapat arus,  p ,  n masing-masing
merupakan mobilitas ion positif dan negatif,
 adalah beda potensial (beda tegangan), k
adalah konstanta Boltzman. Persamaan diatas
menunjukkan bahwa arus dipengaruhi oleh
besarnya beda tegangan dan beda konsentrasi
muatan pembawa. Semakin besar beda
konsentrasi muatan pembawa dan beda
tegangan maka semakin besar pula arus yang
mengalir pada membran. Bila konsentrasi
muatan pembawa dibiarkan konstan maka
dapat dibuat hubungan beda tegangan dan
arus. Dengan memplotkan beda tegangan
membran dan arus maka akan didapat
karakteristik Arus-Tegangan dari membran
beserta
persamaannya.
Pada
keadaan
setimbang dan arus yang mengalir kecil
sekali, maka konsentrasi pembawa muatan
mengikuti persamaan distribusi MaxwellBoltzman, yaitu:

Pi  Po exp(q kTi )
(22)

N i  N o exp(q kTi )
Untuk membran yang hanya dapat dilalui
oleh satu jenis ion saja dan tidak ada sumber
arus, maka beda tegangan diberikan oleh
persamaan Nernst berikut:


RT 
i 
ln
F 


dengan
a
a
I
i
i
II
i
i

j 

i 
j 

i
a i adalah aktivitas ion,
(23)
i
j
adalah
nisbah permeabilitas ion i terhadap ion j yang
harganya tidak gayut larutan. Jika larutannya
hanya terdiri atas satu jenis anion atau kation
saja, maka beda tegangan ditulis sebagai
berikut:
i 
RT  C I
ln
F  C II
 RT  C I

ln

 C II
F

 




(24)
dengan C menyatakan konsentrasi ion, indeks
I dan II menyatakan larutan, sedangkan + dan
- menyatakan jenis muatan ion. Dengan
memodifikasi konsentrasi larutan maka akan
didapat variasi beda tegangan pada membran.
Dari persamaan (24) beda tegangan hanya
dapat dihubungkan secara linier dengan
konsentrasi [21].
BAHAN DAN METODE
Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan di laboratorium
Biofisika Departemen Fisika Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
7
Institut Pertanian Bogor mulai bulan Juni
2009 sampai bulan Maret 2010.
Alat dan Bahan
Bahan-bahan yang
digunakan dalam
penelitian ini adalah membran telur, larutan
elektrolit (NaCl, MgCl2, dan AlCl3) dan
aquades.
Peralatan yang digunakan adalah chamber
membran, multimeter digital, neraca analitik,
I-V meter, LCR Hitester 3522-50, elektroda
platina, hotplate, gelas ukur, pipet dan
pengaduk.
Metode Penelitian
Penelitian ini menggunakan dua metode,
yaitu tanpa pemberian sumber arus eksternal
dan dengan pemberian sumber arus eksternal.
Pengukuran tanpa pemberian sumber arus
eksternal digunakan untuk menentukan nilai
tegangan
membran
pasif.
Sedangkan
pengukuran dengan pemberian sumber arus
eksternal digunakan untuk menentukan
konduktansi dan karakteristik kurva ArusTegangan (I-V) membran.
1. Persiapan Eksperimen
Persiapan eksperimen yang dilakukan
antara lain persiapan alat, bahan dan
perancangan sistem.
1. Persiapan Peralatan
a. Elektroda
Elektroda yang digunakan dalam
penelitian ini adalah platina.
b. Chamber
Chamber dibuat seperti pada
Gambar 7 dengan rancangan alat
yang memungkinkan pengukuran
tegangan, konduktansi dan ArusTegangan (I-V) yang terdiri dari
dua pasang elektroda. Satu pasang
elektroda diletakkan di dalam
chamber dan satu pasang yang lain
diletakkan di luar chamber.
Membran diletakkan pada bagian
tengah antara chamber luar dan
dalam.
Gambar 7. Chamber Membran
2. Persiapan Bahan
a. Pelepasan membran dari cangkang
telur.
Agar membran lebih mudah
dilepaskan dari cangkangnya, maka
cangkang telur direndam dalam air
±5menit. Setelah membran didapat,
bilas dengan aquadest agar kotoran
yang menempel pada membran
hilang. Kemudian letakkan dalam
wadah dan tunggu hingga membran
kering.
b. Pembuatan larutan elektrolit
Jenis larutan elektrolit yang
digunakan yaitu NaCl, MgCl2, dan
AlCl3 padat. Masing-masing larutan
elektrolit
yang
digunakan
divariasikan konsentrasinya sebesar
0,1 mM, 0,2 mM, 1 mM, 10 mM,
50 mM dan 100 mM. Larutan
dibuat
melalui
metode
pengenceran. Mula-mula NaCl,
MgCl2 dan AlCl3 padat ditimbang
menggunakan neraca analitik dan
dilarutkan dengan aquades dalam
gelas ukur 500 ml lalu diaduk agar
semua bahan larut.
2. Eksperimen
a. Pengukuran Tegangan
Peralatan utama sistem ini adalah
multimeter digital. Chamber terdiri dari
tempat membran dan dua pasang
elektroda pada bagian dalam dan luar
(Gambar 8). Dua ujung elektroda
dihubungkan ke multimeter digital
untuk mengukur tegangan yang
melintasi
membran.
Pengukuran
tegangan membran ini digunakan pada
larutan NaCl, MgCl2 dan AlCl3
terhadap variasi konsentrasi (0,1 mM,
0,2 mM, 1 mM, 10 mM, 50 mM dan
100 mM) dan variasi suhu (300C
sampai 900C tiap kenaikan 100C).
b. Pengukuran Konduktansi
Peralatan
untuk
pengukuran
konduktansi adalah LCR meter
Hitester 5322-50. Dua ujung elektroda
dihubungkan ke LCR meter untuk
mengukur
konduktansi
membran
(Gambar 9). Pengukuran konduktansi
membran ini digunakan pada larutan
NaCl, MgCl2 dan AlCl3 terhadap
variasi konsentrasi (0,1 mM, 0,2 mM,
1 mM, 10 mM, 50 mM dan 100 mM),
variasi frekuensi (1 Hz, 100 Hz,
4 KHz, 8 KHz dan 16 KHz) dan variasi
suhu (300C sampai 900C tiap kenaikan
100C).
8
alat I-V meter untuk mengukur
karakteristik Arus-Tegangan membran
(Gambar 10). Pengukuran ArusTegangan membran digunakan pada
larutan NaCl, MgCl2 dan AlCl3
terhadap variasi konsentrasi (0,1 mM,
0,2 mM, 1 mM, 10 mM, 50 mM dan
100 mM) dan variasi suhu (300C
sampai 900C tiap kenaikan 100C).
3. Analisa Data
Analisa data yang dilakukan adalah
menggambarkan hubungan konsentrasi,
suhu, dan frekuensi dari larutan NaCl,
MgCl2 dan AlCl3 terhadap tegangan,
konduktansi dan karakteristik ArusTegangan membran.
(a)
V
elektroda
membran
(b)
Gambar 8. Tanpa Pemberian Sumber Arus
Eksternal,
(a).
Pengukuran
Tegangan Membran, (b). Skema
Pengukuran Tegangan
(a)
．
A
．
V
+
-
elektroda
Gambar
9.
Pengukuran
Membran
Konduktansi
c. Pengukuran
Karaktersitik
ArusTegangan (I-V)
Peralatan pengukuran ini adalah I-V
meter dengan software Keithley 2400.
I-V meter Keithley 2400 digunakan
untuk memberikan tegangan konstan
DC yang melewati membran dan
mengukur hubungan nilai arus [22].
Dua ujung elektroda dihubungkan ke
membran
(b)
Gambar 10. Dengan Pemberian Sumber Arus
Eksternal, (a). Pengukuran I-V
Membran,
(b).
Skema
Pengukuran I-V