Metode Amperometri (voltametri) dalam analisis

Voltametri adalah suatu elektrolisis dimana arus direkam sebagai suatu fungsi potensial elektroda kerja. Voltametri merupakan elektrolisis dalam ukuran mikroskala dengan menggunakan mikro elektroda kerja, disebut juga teknik arus voltase. Potensial dari mikro elektroda kerja divariasikan dan arus yang dihasilkan dicetak sebagai fungsi dari poetnsial. Hasil cetakan ini disebut voltamograf.  Voltametri berkembang pesat dibanding metode analisis lain, hal ini dikarenakan kelebihan dalam sensitifitas, selektifitas, kesederhanaan dan kemudahan penganalisisan. Pesatnya perkembangan voltametri setelah penemuan polarografi oleh Jaroslav Heyrovsky, tahun 1920.

Voltametri didasarkan pengukuran arus sebagai fungsi dari potensial aplikasi (applied potential) pada saat terjadi polarisasi pada indicator elektroda atau elektroda kerja.  Voltametri mempelajari hubungan voltase arus-waktu selama elektrolisis dilakukan dalam suatu sel, di mana suatu elektroda mempunyai luas permukaan yang relative besar, dan elektroda yang lain (elektroda kerja) mempunyai luas permukaan yang sangat kecil dan seringkali dirujuk sebagai mikroelektroda: lazimnya teknik ini mencakup pengkajian pengaruh perubahan voltase pada arus yang mengalir di dalam sel. Mikroelektroda ini biasanya dibuat dari bahan tak reaktif yang menghantar listrik seperti emas, platinum atau karbon, dan dalam beberapa keadaan dapat digunakan suatu elektroda merkurium tetes (D.M.E); untuk kasus istimewa ini teknik itu dirujuk sebagai polarografi. Voltametri merupakan metoda elektrokimia yang mengamati perubahan arus dan potensial. Potensial divariasikan secara sistematis sehingga zat kimia tersebut, mengalami oksidasi dan reduksi dipermukaan elektroda. Dalam voltametri, salah satu elektroda pada sel elektrolitnya terpolarisasi. Penelahan pada sistem tersebut diikuti dengan kurva arus tegangan. Metode ini umum digunakan untuk menentukan komposisi dan analisis kuantitatif larutan.

Dalam sistem voltametri ada yang disebut dengan siklik voltametri. Voltametri ini merupakan  tehnik voltametri dimana arus diukur selama penyapuan potensial dari potensial awal ke potensial akhir dan kembali lagi potensial awal atau disebut juga penyapuan (scanning) dapat dibalik kembali setelah reduksi berlangsung. Dengan demikian  arus katodik maupun anodik dapat terukur. Arus katodik adalah arus yang digunakan pada saat penyapuan dari arus yang paling besar menuju arus yang paling kecil dan arus anodik adalah sebaliknya (Khopkar, 1985).

Sel voltametri, terdiri dari 3 elektroda yaitu elektroda pembanding, elektroda kerja, dan elektroda pembantu. Elektroda kerja pada voltametri tidak bereaksi, akan tetapi merespon elektroda aktif apa saja yang ada dalam sampel. Pemilihan elektroda bergantung pada besarnya range potensial yang diinginkan untuk menguji sampel.
Adapun jenis dan teknik yang termasuk kedalam voltametri adalah sebagai berikut:

a.       Polarografi

Polarografi adalah suatu bentuk elektrolisis dalam mana elektroda kerja berupa suatu elektroda merkuri tetes, dan direkam suatu kurva arus voltase (voltammogram). Polarogarfi digunakan secara luas untuk analisis ion –ion logam dan anion –anion anorganik, seperti IO dan NO . Gugus fungsi senyawa organik yang mudah teroksidasi atau tereduksi juga dipelajari dalam polarogarfi. Gugus fungsi yang digunakan meliputi karbonil, asam karboksilat, dan senyawa karbon yang memiliki ikatan rangkap (David, 2000).

b.      Hydrodynamic Voltametri

Hydrodynamic voltametri bermanfaat untuk analisis reduksi atau oksidasi pada potensial yang lebih positif karena hydrodynamic voltametri tidak dibatasi untuk elektroda Hg. Arus pada hydrodynamic voltametri diukur sebagai fungsi dari aplikasi potensial pada elektroda kerja.

c.       Stripping voltametri

Stripping Voltametri terdiri atas tiga teknik yaitu : anoda, katoda, dan adsorpsi stripping voltametri. Anodic stripping voltametri terdiri dari dua tahap Pertama pengontrolan potensial elektrolisis yang mana elektroda kerja, biasanya tetes merkuri atau lapis tipis merkuri, pada potensial katoda yang cukup untuk melapisi ion logam pada elektroda. Tahap kedua, potensial anoda di scan kearah potensial yang lebih positif. Ketika potensial pada elektroda kerja cukup positif analit dilepaskan dari elektroda, larutan dikembalikan dalam bentuk oksidasi. Arus selama tahap stripping dimonitor sebagai fungsi dari potensial, memberikan bentuk kenaikan pada puncak voltammogram yang sama Puncak arus yang proporsional pada konsentrasi analit dalam larutan. Anodic stripping voltametri sangat sensitif pada percobaan, yang mana harus dikontrol dengan hati–hati jika hasilnya ingin akurat dan tepat.

d.      Amperometri

Amperometri merupakan salah satu teknik voltametri yang mana potensial konstan diaplikasikan pada elektroda kerja, dan arus diukur sebagai fungsi waktu Karena potensial tidak discan, amperometri tidak mendorong kearah voltammogram.

                                                                                                (http://coolkhas, 2009)

2. Aplikasi Amperometri

Aplikasi yang penting dari amperometri adalah dalam kontruksi sensor kimia. Sensor amperometri yang pertama dikembangkan untuk melarutkan O dalam darah, yang mana dikembangkan pada 1956 oleh L.C. Clark. Contoh lain pada sensor amperometri adalah sensor glukosa (David, 2000). Dewasa ini, biosensor telah banyak diteliti dan dikembangkan oleh para peneliti dan industri, dan dalam dunia biosensor research, topik yang sedang berkembang sekarang ini adalah biosensor yang berbasis DNA (genosensor). Berikut contoh dari biosensor untuk hibridisasi asam nukleat (DNA).

Skema biosensor elektrokimia untuk hibridisasi asam nukleat atau analog asam nukleat sebagai elemen pengenal dan teknik elektrokimia tahap transduksi ditunjukkan oleh gambar berikut:

Gambar Skema biosensor afinitas berdasarkan lapisan DNA

 sebagai Biopengenal (Rivas et al. 2005)

Palecek (1960) melaporkan bahwa DNA dan RNA dapat direduksi pada elektrode merkuri dan bahwa sitosin, adenin, dan guanin merupakan senyawa elektroaktif. Adenin dan sitosin dapat direduksi pada elektrode merkuri dalam larutan netral sekitar -1,40V (disebut puncak CA), sedangkan guanin, setelah reduksi pada potensial yang sangat negatif, dapat dioksidasi pada -0,30V (Rivas et al., 2005). Timin dan urasil tereduksi hanya dalam medium nonaqueous pada potensial yang sangat negatif (Palecek and Fojta, 2001). Penentuan nukleobasa dan beberapa purin pada level nanomolar dengan melalui pembentukan senyawa yang sedikit larut dengan merkuri juga telah dilaporkan (Palecek, 2001; Palecek et al. 1981; Palecek, 1985). Bahkan sedikit saja variasi struktur DNA dalam larutan menghasilkan perubahan perilaku elektrokimia yang signifikan pada merkuri (Palecek, 2002).

Respon elektrokimia yang sangat berbeda dari DNA single stranded (ssDNA) dan double tranded (dsDNA) telah diperoleh dengan differential pulse voltammetry (DPV) pada elektrode merkuri, memungkinkan untuk penentuan runutan ssDNA, bahkan dengan keberadaan dsDNA yang berlebih (Palecek dan Frary 1966). Dengan pengaruh yang kuat dari struktur DNA pada signal elektrokimia, penggunaan suatu elektrode merkuri telah sangat bermanfaat untuk mempelajari transisi struktur DNA dan perubahan konformasinya. Selain itu juga memungkinkan untuk memperoleh informasi tentang premelting dan polimorfisme double helix dalam elektrode merkuri (Palecek 1976); dan untuk identifikasi interupsi single stranded dalam molekul DNA linier dan sirkuler, perbedaan dalam densitas superhelix DNA supercoil yang bergantung pada transisi struktur dalam DNA, dan untuk membedakan antara DNA dan RNA (Palecek 1983, Fojta et al. 1998).

Referensi

Coolkhas-chemistry., 2009. Voltametri, http://coolkhas-chemistry.blogspot.com

Khopkar,S.M., 1990. Konsep Dasar Kimia Analitik, Jakarta : UI-Press.

Palecek, E., Fojta, M., 2001. New approaches in the development of DNA sensors: hybridization and electrochemical detection of DNA and RNA at two different surfaces. Bioelectrochemistry, 56: 85–90.

Palecek, E., Fojta, M., Jelen, F., and Vetterl, V. 2002. Electrochemical analysis of nucleic acids. In Encyclopedia of Electrochemistry, Bioelectrochemistry;

Palecek, E. and Frary, B.D. 1966. A higly sensitive pulse-polarographic estimation of denatured deoxyribonucleic acid in native deoxyribonucleic acid samples. Arch. Biochem. Biophys., 115: 431–436.

Palecek, E. 1983. Topics in Bioelectrochemistry and Bioenergetics; J. Wiley: Chichester, UK.

Rivas, G., Pedano, M.L., Ferreyra, N. 2005. Electrochemical biosensor for sequence-specific DNA detection. Anal. Letters, 38: 2653–2703