Biosensor Arsen(III) Menggunakan Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Partikel Nanozeolit-Fe dan Pengaruh Keberadaan Timbal(II)
BIOSENSOR ARSEN(III) MENGGUNAKAN ELEKTRODE
PASTA KARBON TERMODIFIKASI PARTIKEL
NANOZEOLIT-Fe DAN PENGARUH KEBERADAAN
TIMBAL(II)
MUHAMMAD HAMDANI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Biosensor Arsen(III)
Menggunakan Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Partikel Nanozeolit dan
Pengaruh Keberadaan Timbal(II) adalah benar karya saya dengan arahan dari
komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan
tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks
dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juni 2014
Muhammad Hamdani
NIM G44100115
ABSTRAK
MUHAMMAD HAMDANI. Biosensor Arsen(III) Menggunakan Elektrode Pasta
Karbon Termodifikasi Partikel Nanozeolit-Fe dan Pengaruh Keberadaan
Timbal(II). Dibimbing oleh HENNY PURWNINGSIH SUYUTI dan DYAH
ISWANTINI PRADONO
Pendeteksian ion arsen(III) dengan biosensor menggunakan prinsip
penghambatan kerja enzim dapat digunakan sebagai metode untuk pendeteksian
ion arsen(III) di perairan. Biosensor dibuat dari elektrode pasta karbon
termodifikasi nanopartikel zeolit-Fe dan enzim piruvat dehidrogenase (PDH)
sebagai agen pengenal hayati yang aktivitasnya akan dihambat oleh adanya ion
arsen(III). Enzim PDH diimmobilisasi pada permukaan elektrode. Kondisi
optimum aktivitas enzim adalah suhu 33 °C, pH 7, dan [PDH] 0.0141 U/mL.
Aktivitas PDH linear pada rentang konsentrasi ion arsen(III) 0.6-20 ppb dengan
nilai R2 = 0.9932. Nilai limit deteksi dan limit kuantisasi didapatkan masingmasing sebesar 2.06 dan 6.99 ppb. Elektrode relatif stabil selama 3 hari, dan
menghasilkan keterulangan yang baik dengan nilai %RSD 1.98%. Keberadaan ion
pengganggu Pb(II) tidak mengganggu kinerja pengukuran elektrode terhadap ion
As(III), karena nilai Ki,j< 1.
Kata kunci: arsen, piruvat dehidrogenase, limit deteksi, limit kuantitasi, ion
pengganggu Pb(II)
ABSTRACT
MUHAMMAD HAMDANI. Arsenic-(III) Biosensor Using Modified Carbon
Electrodes Pasta of Nanozeolit-Fe particles and the Effect of Lead (II). Supervised
by HENNY PURWNINGSIH SUYUTI and DYAH ISWANTINI PRADONO
Ion detection of arsenic(III) with biosensors using enzyme inhibition
principle can be used as a method for detecting arsenic(III) ions in waters.
Biosensor is made of carbon paste electrode as modified using zeolite-Fe
nanoparticles and the enzyme pyruvate dehydrogenase (PDH) as an agent of
biological activity identifier that will be inhibited by the presence of arsenic(III)
ions. PDH was immobilized on the surface of the electrode. The optimum
condition of enzyme activity was at 33 ᵒC , pH 7, and [PDH] 0.0141 U/mL. The
activity of PDH was linear in the range of 0.6-20 ppb arsenic(III) ion
concentracions with R2 = 0.9932. Detection limit and quantitation limit were 2.06
and 6.99 ppb, respectively. The electrode was relatively stable for 3 days, with
good repeatability at %RSD of 1.98%. The existence Pb(II) ion did not interfere
the performance of the ion electrode measurements of As-(III), as the value of Ki,j
was
0,01
32
- 0,05
- 0,04
- 0,03
- 0,02
- 0,01
0,00
30
Suhu
28
26
24
22
20
18
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
pH
(a)
Cont our Plot of Ar us vs Suhu; [ PDH]
Arus
- 0,05
<
- 0,04
–
- 0,03
–
- 0,02
–
- 0,01
–
0,00
–
0,01
–
0,01
>
32
- 0,05
- 0,04
- 0,03
- 0,02
- 0,01
0,00
30
Suhu
28
26
24
22
20
18
0,0050
0,0075
0,0100
0,0125
0,0150
[ PDH]
(b)
0,0175
0,0200
0,0225
11
Contour Plot of Ar us vs pH; [ PDH]
Arus
- 0,05
<
- 0,04
–
- 0,03
–
- 0,02
–
- 0,01
–
0,00
–
0,01
–
0,01
>
8,5
- 0,05
- 0,04
- 0,03
- 0,02
- 0,01
0,00
8,0
pH
7,5
7,0
6,5
6,0
5,5
0,0050
0,0075
0,0100
0,0125
0,0150
0,0175
0,0200
0,0225
[ PDH]
(c)
Gambar 4 (a) Plot kontur antara suhu dan pH, (b) suhu dan [PDH], (c) serta pH
dan [PDH] terhadap puncak arus oksidasi aktivitas enzim PDH.
Pencirian Elektrode
`
Linearitas, Limit Deteksi (LOD), dan Limit Kuantitatif (LOQ)
Linearitas, LOD, dan LOQ ditentukan dengan melakukan pengukuran
aktivitas dari enzim PDH terhadap ion As (III) pada kondisi optimum suhu 33 ᵒC,
pH 7, [PDH] 0.0141 U/mL, dengan menggunakan 1 elektrode dan 3 kali ulangan.
Penentuan linearitas diperoleh dari grafik hubungan arus dan konsentrasi ion arsen
(III).
Pengukuran ion As(III) dilakukan pada rentang 0.6-50 ppb (Gambar 5).
Pengukuran pada rentang ini bertujuan mengetahui linearitas, limit deteksi, dan
limit kuantisasi biosensor arsen yang dibuat. Hasil pengukuran pada elektrode
menunjukkan linearitas dari aktivitas enzim PDH terhadap ion As(III) pada
rentang konsentrasi 0.6-20 ppb. Rentang linearitas yang dihasilkan cukup panjang
sehingga didapatkan keakuratan dan nilai regresi linear yang tinggi, yaitu R2 =
0.9932. Dari persamaan garis y = 0.003x + 0.0291 ditentukan nilai limit deteksi
dan limit kuantisasi pengukuran (Gambar 6).
Penurunan Arus (mA
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
0
0
10
20
30
[Arsen] ppb
40
50
Gambar 5 Profil arus puncak oksidasi terhadap konsentrasi arsen.
60
12
Penurunan Arus (mA)
Limit deteksi merupakan konsentrasi terendah dari suatu analit yang dapat
dideteksi oleh suatu proses analisis dan limit kuantitasi adalah jumlah analit
terkecil dalam sampel yang dapat ditentukan secara kuantitatif pada tingkat
ketelitian dan ketepatan yang baik. Berdasarkan perhitungan yang terlampir pada
Lampiran 4 didapatkan nilai LOD dan LOQ masing-masing sebesar 2.07 dan 6.90
ppb. Nilai limit deteksi yang didapatkan lebih baik dari pada analisis yang
dilakukan Luong (2007) dengan menggunakan AAS sebesar 10 ppb, sehingga
pengukuran dengan menggunakan elektrode biosensor arsen dalam penelitian ini
lebih sensitif dibandingkan pengukuran AAS.
0,1
0,08
0,06
0,04
y = 0,003x + 0,0291
R² = 0,9932
0,02
0
0
5
10
15
20
25
[As] ppb
Gambar 6 Profil linearitas elektrode biosensor arsen.
Stabilitas
Untuk mendapatkan kestabilan yang tinggi pada biosensor maka dilakukan
proses immobilisasi terhadap enzim. Dalam penelitian dilakukan immobilisasi
enzim pada partikel nanozeolit. Menurut Hamsah (2007), komposit yang
berukuran nano dapat meningkatkan sifat stabilitas, struktur, dan kekuatan dari
suatu bahan. Weniarti (2011) juga menyatakan bahwa immobilisasi enzim pada
zeolit akan membuat kestabilan enzim meningkat serta dapat digunakan kembali.
Pengukuran stabilitas aktivitas enzim PDH terhadap ion As(III) dilakukan
pada kondisi optimum suhu 33 ᵒC, pH 7, dan [PDH] 0,0141 U/mL dengan waktu
pengukuran selama 3 hari. Kurva stabilitas menunjukkan hubungan antara waktu
pengukuran dengan aktivitas enzim PDH terhadap As (Gambar 7). Terlihat bahwa
stabilitas dari elektrode biosensor arsen mengalami penurunan setiap hari. Pada
hari pertama dan kedua stabilitas dari elektrode mengalami penurunan aktivitas
yang tidak terlalu besar, namun pada hari ketiga terjadi penurunan aktivitas
elektrode secara signifikan hingga mencapai 61.13%. Dari hasil stabilitas
elektrode ini, dapat dikatakan bahwa pengukuran atau analisis dengan
menggunakan biosensor arsen menghasilkan stabilitas yang cukup baik pada hari
pertama dan kedua, sedangkan pada hari ketiga elektrode mempunyai kestabilan
yang rendah. Sehingga kestabilan elektrode perlu untuk ditingkatkan.
13
100
100
97,19
87,59
Aktivitas (%)
80
61,13
60
40
20
0
0
1
2
Waktu (Hari)
3
Gambar 7 Kurva stabilitas aktivitas enzim PDH.
Uji presisi
Uji presisi merupakan uji yang digunakan untuk menentukan nilai
keterulangan dari suatu elektrode. Keterulangan ditentukan dengan melihat
aktivitas 3 buah elektrode yang diukur pada kondisi optimum dan pada
konsentrasi ion As(III) 0.6 ppb. Keterulangan berfungsi untuk menentukan
keakuratan dari suatu metode yang digunakan berdasarkan nilai standar deviasi
(SD) dan standar deviasi relatif (%RSD). Pada Lampiran 6 dihasilkan SD dari
pengukuran aktivitas enzim PDH terhadap ion As(III) sebesar 0,0132 dan %RSD
sebesar 1.98%. Hasil ini dapat dikatakan bahwa keterulangan dari aktivitas 3 buah
elektrode cukup baik karena dihasilkan %RSD yang lebih kecil dari 5% (Yashin
2011).
Selektivitas
Uji selektivitas dari elektrode pasta karbon termodifikasi partikel
nanozeolit bertujuan mempelajari pengaruh adanya penambahan ion lain dalam
analisis ion As(III). Ion logam pengganggu yang digunakan dalam uji selektivitas
elektrode ini adalah ion Pb(II).
Pengaruh dari ion lain terhadap analisis ion As(III) dapat diketahui dengan
melihat nilai koefisien selektivitas pengukuran yang dihasilkan. Koefisien
selektivitas merupakan faktor yang dapat menurunkan selektivitas dari elektrode
(Wahab 2006). Penentuan nilai koefisien selektivitas pada penelitian ini dilakukan
dengan membandingkan potensial dari ion utama As(III) dan nilai potensial dari
adanya ion pengganggu Pb(II). Sebelum dilakukan pengukuran terhadap ion
pengganggu, diukur potensial dari ion utama As(III). Nilai koefisien selektivitas
yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel 1.
14
Tabel 1 Koefisien selektivitas ion pengganggu Pb (II) terhadap ion utama As (III).
[Pb]
ppb
0,6
1
1,25
Koefisien selektivitas
(Ki,j)
-1,7332
-0,9904
-0,7121
Tabel 1 menunjukkan nilai koefisien selektivitas dari ion pengganggu Pb(II)
dengan konsentrasi 0.6, 1, dan 1.25 ppb tidak mengganggu kinerja pengukuran
elektrode terhadap ion As(III). Hal ini dapat disebabkan oleh nilai koefisien
selktivitas yang kecil dari 1 (Wahab 2006). Namun, pada Tabel 1 terlihat bahwa
nilai koefisien selektivitas dari ion Pb(II) semakin besar dengan bertambahnya
konsentrasi ion pengganggu, sehingga ion Pb(II) akan dapat mengganggu
selektivitas dari pengukuran jika berada dalam konsentrasi yang cukup besar.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Elektrode biosensor arsen termodifikasi partikel nanozeolit-Fe
menggunakan enzim PDH telah berhasil dibuat. Jumlah nanozeolit-Fe yang
ditambahkan ke EPK menghasilkan profil arus yang seragam pada bobot 15 mg.
Kinerja biosensor optimum pada pH larutan, suhu, dan konsentrasi enzim PDH
sebesar 7.00, 33 ᵒC, dan 0.0141 U/mL. Linearitas pengukuran As dengan
biosensor berada pada rentang 0.6-20 ppb. Nilai LOD dan LOQ yang dihasilkan
dari pengukuran sebesar 2.07 dan 6.90 ppb. Nilai ini relatif lebih rendah dibanding
LOD pengukuran menggunakan metode AAS. Stabilitas pengukuran elektrode
cenderung turun setiap harinya sehingga pengukuran lebih baik dilakukan dengan
kondisi enzim yang segar dan dihasilkan keterulangan dari aktivitas elektrode
yang baik dengan nilai %RSD sebesar 1.98%. Keberadaan ion pengganggu Pb2+
dengan konsentrasi 0.6, 1.00, 1.25 ppb tidak memengaruhi aktivitas pengukuran
dari aktivitas biosensor arsen.
Saran
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan memperlebar rentang dari
suhu yang digunakan dalam optimasi kerja enzim PDH hingga 33 ᵒC, sehingga
dapat ditentukan suhu optimal yang pasti dari kerja enzim PDH. Kemudian perlu
dilihat pengaruh dari ion Pb(II) dengan konsentrasi yang lebih tinggi dan
pengaruh dari ion-ion pengganggu lainnya. Selain itu, perlu ditentukan parameter
kinetika dari kerja enzim PDH terhadap logam arsen.
15
DAFTAR PUSTAKA
Anetor I J, Wanibuchi H, dan Fukushima S.2007. Arsenic Exposure and its
Health Effects and Risk of Cancer in Developing Countries: Micronutrients
as Host Defence. Asian Pacific J Cancer Prev. (8):13-23.
Agustina R I. 2012. Pencirian Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Zeolit-Besi
Sebagai Media Deteksi Kromium(VI) [Skripsi]. Bogor (ID). Institut
Pertanian Bogor (IPB).
Apriliani R. 2009. Studi Penggunaan Kurkumin Sebagai Modifier Elektroda Pasta
Karbon Untuk Analisis Timbal (II) Secara Stripping Voltametry [skripsi].
Surakarta (ID). Universitas Sebelas Maret (UNS).
Balal M, Mohammad H, Bahareh B, Ali B, Maryam H, Mozhgan Z. 2009. Zeolite
nanoparticle modified carbon paste electrode as a biosensor for simultanous
determination of dopamine and tryptophan. J Chin Chem Soc. 56(4):789796.
Daud N, Yusof NA, Tee TW, Abdullah AH. 2012. Electrochemical Sensor for
As(III) Utilizing CNTZs/leucine/nafion modifiede electrode. Int J
Electrochem. 7:175-185.
Hamsah D. 2007. Pembuatan, pencirian, dan uji aplikasi nanokomposit berbasis
montmorilonit dan besi oksida. [skripsi]. Bogor: FMIPA, IPB.
Hanafiah KA. 2005. Dasar-Dasar Ilmu Tanah. Jakarta (ID): PT Raja Grafindo
Persada.
Han S, Zhu M, Yuan Z, Li X. 2000. A methylene blue-mediated enzyme electrode
for the determination of trace mercury(II), mercury(I), methylmercury, and
mercury–glutathione complex. Biosensors & Bioelectronics. 16:9-16.
Harvey D. 2000. Modern Analytical Chemistry. Singapore: Mc-Graw Hill.
Ikeda et al. 1998. Electrochemical Monitoring of in vivo Reconstruction of
Glucose Dehydrogenase in Escherichia coli Cells With Externally Added
Pyrroloquinoline. J Electroanal Chem. 449:219-224.
Iswantini D, Nurhidayat N, Trivadilla, Widiyatmoko O. 2013. Activity and
Stability of Uricase from Lactobacillus Plantarum Immobilizated on
Natural Zeolite for Uric Acid Biosensor. Pak J Biol Sci. ISSN 10288880.doi: 10.3923/pjbs. 2013.
Luong J H T, Majid E, Male K B. 2007. Analytical Tools for Monitoring Arsenic
in the Environment. The Open Analytical Chemistry Journal. 1:7-14.
Méndez S S, Renedo O D, dan Martínez M J A. 2010. Immobilization of
Acetylcholinesterase on Screen-Printed Electrodes. Application to the
Determination of Arsenic(III). Sensors. 10: 2119-2128.
Mostafa G A E. 2010. Electrochemical Biosensors for the Detection of Pesticides.
The Open Electrochemistry Journal. 2:22-42.
Neujahr H Y. 1984. Biosensor for Environmental Control. Biotechnology and
Genetic Engineering Reviews. 1:167-186.
Niedzielski P, Siepak J, Kowalczuk Z. 1999. Speciation of Analysis of Arsenic,
Antimony, and Selenium in the Surface Waters of Poznari. Polish Journal
of Environmental Studies. 8(3):183-187.
Rose S. 2013. Biofuel Cells For Self Powered Arsenic Detection [Tesis]. Amerika
Serikat (US): Utah State University.
16
Sanghavi BJ, Mobin SM, Mathur P, Lahiri GK, Srivastava AK. 2013. Biomimetic
sensor for certain catecholamines employing copper(II) complex and silver
nanoparticle modified glassy carbon paste electrode. Biosensors and
Bioelectronics 39(1):124-132.
Shang Z, Xu Y, Gu Y, Wang Y, Wei D, Zhan L. 2011. A Rapid Detection of
Pesticide Recidue Based on Piezoelectric Biosensor. Procedia Engineering.
15:4480-4485.
Shen S, Xing F L, William R, Weinfeld M, dan Chris L. 2013. Arsenic Binding to
Proteins. Chem. Rev 113:7769-7792.
Taufik M. 2013. Analisis Cu(II) pada bawang dayak (Eleutherine palmifolia (L.)
Merr.) menggunakan elektrode pasta karbon termodifikasi kuersetin.
[Skripsi]. Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam, Institut Pertanian Bogor. Bogor.
Trivadilla. 2011. Biosensor antioksidan menggunakan superoksida dismutase
Deinococcus radiodurans yang diimobilisasi pada permukaan elektrode
pasta
karbon
dan
parameter
kinetikanya
[Tesis].
Sekolah
Pascasarjana,Institut Pertanian Bogor. Bogor.
Valle M A D, et al. 2013. Use of a polymer modified electrode for arsenic
determination. International of Science. 2:27-39.
Wahab W A. 2006. Pegaruh Komposisi Membran Berbasis PVC dan Ion
Pengganggu Zn (II), Cd(II), dan Pb(II) Terhadap Elektrode Selektif Ion
(ESI)-Hg(II) Menggunakan Ionofor DBA218C6. Ind J Chem. 6(1):27-31.
Weniarti. 2011. Biosensor antioksidan berbasis superoksida dismutase
Deinoccocus radiodurans diimobilisasi pada nanokomposit zeolit alam
Indonesia [tesis]. Bogor (ID) : Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam, Institut Pertanian Bogor.
Yashin A, Yashin Y, Nemzer B. 2011. Determination of Antioxidant Activity in
Tea Extracts, and Their Total Antioxidant Content. Am J Biomed Sci.
3(4):322-335.
Zaidi S A. 2013. Graphene: A Comprehensive Review on Its Utilization in
Carbon Paste Electrode for Improved Sensor Permonfance. Int J Electrochem
Sci 8:11337-11355.
17
Lampiran 1 Bagan alir penelitian.
Grafit + parafin
Nanozeolit
250 mL FeCl3 0.01 M
Zeolit termodifikasi
Fe3+
Campuran
grafit+parafin
ECP
Pengukuran elektrode
ECP
Imobilisasi enzim PHD
Biosensor Arsen
Optimalisasi aktivitas
enzim PDH
Kondisi optimum
Karakterisasi
1.
2.
3.
4.
Linearitas, LOD, dan LOQ
Stabilitas
Uji presisi
Koefisien selektivitas
18
Lampiran 2 Hasil analisis kadar Fe pada zeolit termodifikasi-besi menggunakan
AAS
a. Kurva standar untuk penentuan kadar Fe
Konsentrasi
standar (ppm)
1
2
4
8
Absorbans
Absorbans terkoreksi
0,0646
0,1055
0,1861
0,3433
0,0000
0,0409
0,1215
0,2787
Absorbans
0,3000
y = 0,0398x - 0,0388
R² = 0,9999
0,2000
0,1000
0,0000
0
2
4
6
[Standar] (ppb)
8
10
b. Kadar Fe dalam zeolit termodifikasi-besi
Sampel
Absorbansi
Kadar Fe
kurva
Bobot
Kadar Fe
Fp
sampel
sebenarnya
(g)
(ppm)
ZA
0.1499
0.0519
1
3,1292
6,0292
ZB 0.005
0.0515
63,2446
0.1550
3,2571
10
ZB 0.01
0.2668
0.0505
120,0237
6,0612
10
ZB 0.03
0.1668
0.0507
69,8323
3,5405
10
ZB 0.05
0.0517
58,2456
0.1452
3,0113
10
Keterangan: ZA = Nanozeolit alami, ZB = Zeolit termodifikasi-besi
(ppm)
Contoh perhitungan:
Kadar Fe sebenarnya =
Kadar Fe sebenarnya =
ppm kurva ×Volume contoh ×fp
bobot sampel (g)
3.1292 ppm ×0.1 L ×1
% peningkatan kadar Fe =
0.0519 g
= 6.0292 ppm
Kadar Fe ZB-Kadar Fe ZA
Kadar Fe ZB
× 100%
%
peningkatan
kadar Fe (%)
0
90,46
94,97
91,36
89,64
19
=
120.0237 ppm-6.0292 ppm
120.0237 ppm
× 100% = 94,97%
Lampiran 3 Optimasi suhu, pH, konsentrasi PDH, dan arus yang dihasilkan.
Suhu
25,00
30,00
25,00
25,00
20,00
25,00
25,00
25,00
20,00
30,00
25,00
33,41
20,00
25,00
30,00
25,00
25,00
30,00
16,59
20,00
pH
7,00
8,00
7,00
7,00
6,00
7,00
5,32
7,00
6,00
6,00
7,00
7,00
8,00
7,00
6,00
8,68
7,00
8,00
7,00
8,00
[PDH]
0,0142
0,0198
0,0142
0,0046
0,0085
0,0142
0,0142
0,0142
0,0198
0,0198
0,0142
0,0142
0,0198
0,0142
0,0085
0,0142
0,0237
0,0085
0,0142
0,0085
Arus
0,0045
-0,0068
0,0100
-0,0040
-0,0027
0,0011
-0,0019
0,0010
-0,0361
-0,0072
0,0034
0,0131
-0,0184
0,0058
-0,0038
-0,0078
-0,0018
-0,0165
-0,0012
-0,0579
Lampiran 4 Nilai LOD dan LOQ dari pengukuran aktivitas biosensor arsen.
[As]
ppb
0,6
1,25
2,5
5
10
15
20
Arus (Yi)
0,0284
0,0336
0,0362
0,0452
0,0619
0,0756
0,0873
Ȳi
0,0309
0,0328
0,0366
0,0441
0,0591
0,0741
0,0891
jumlah
S2
S
LOD
LOQ
(Ȳi-Yi)2
6,25E-06
6,40E-07
1,60E-07
1,21E-06
7,84E-06
2,25E-06
3,24E-06
2,15E-05
4,30E-06
2,07E-03
2,07 ppb
6,9 ppb
20
Contoh perhitungan:
Yi dari persamaan garis y = 0,003x + 0,0291
•
Untuk X = 0.6 ppb, maka
y = 0.003 (0.6) + 0.0291
= 0.0309
•
S2 =
=
•
∑�Ȳi-Yi�2
N-2
2.15E-05
5
= 4.30E-06
SD = √4.30E-06
= 2.07E-03
•
•
LOD = 3 SD⁄b
= 3. 2.07E-03⁄0.003 = 2.07 ppb
LOQ = 10 SD⁄b
= 10. 2.07E-03⁄0.003 = 6.9 ppb
Lampiran 5 Stabilitas biosensor arsen pada suhu 33 ᵒC, pH 7, dan [PDH] 0.0141
U/mL.
Hari
ke0
1
2
3
Persen
(%)
100
97,19
87,59
61,13
Arus total
(mA)
0,8214
0,7984
0,7195
0,5022
Lampiran 6 Keterulangan arus puncak oksidasi dari 3 elektrode.
Elektrode Aktivitas
1
0,0259
2
0,0396
3
0,0131
Rerata
0,0262
SD
0,0132
%RSD
1,9848
21
Contoh perhitungan:
SD
%RSD = Rerata × 100%
0.0132
= 0.0262 × 100% = 1.9848
Lampiran 7 Nilai koefisien selektivitas biosensor arsen(III) terhadap ion Pb(II).
[As]
ppb
0,6
0,6
0,6
0,6
E rata-rata
(mV)
1,79E-04
1,59E-04
1,84E-04
2,34E-04
[Pb] ppb
0
0,6
1
1,25
dE (mV)
ai
aj
dE/s
Ki,j
0
-2,00E-05
5,00E-06
5,50E-05
0,6
0,6
0,6
0,6
0
0,6
1
1,25
0
-6,66E-03
1,66E-03
0,0183
-1,7332
-0,9904
-0,7121
Contoh Perhitungan:
Pada konsentrasi As 0.6 ppb dan Pb 0.6 ppb
•
dE = E2-E1
= 1,59E-04 - 1,79E-04 = -2,00E-05
•
•
dE/s =
Ki,j =
−2,00E−05
0.003
ai �10
= -6,66E-03
E2-E1
�-1
S
aj
0.6 �10
-2,00E-05
�-1
0.003
=
0.6
= -1,7332
22
Lampiran 8 Profil hasil pemayaran EPK termodifikasi zeolit-Fe dengan
K3[Fe(CN)6] 1 mM
1
Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 10 mg
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
E8
E9
0,07
0,06
0,05
0,04
Arus (mA)
0,03
0,02
0,01
0,00
-0,01
-0,02
-0,03
-0,04
-0,05
-0,06
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Potensial (V)
Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 15 mg
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
E8
0,08
0,06
0,04
0,02
Arus (mA)
2
0,00
-0,02
-0,04
-0,06
-0,08
-0,10
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
Potensial (V)
0,4
0,6
0,8
1,0
23
3
Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 20 mg
0,05
0,04
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
0,03
Arus (mA)
0,02
0,01
0,00
-0,01
-0,02
-0,03
-0,04
-0,05
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Potensial (V)
4
Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 25 mg
0,025
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
0,020
0,015
Arus (mA)
0,010
0,005
0,000
-0,005
-0,010
-0,015
-0,020
-0,025
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
Potensial (V)
0,4
0,6
0,8
1,0
24
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Pekanbaru pada tanggal 2 Januari 1993 dari pasangan
Khaidir dan Riauwati. Penulis adalah anak kedua dari tiga bersaudara. Tahun
2010 penulis lulus dari Sekolah Menengah Atas Negeri (SMAN) 1 Lintau Buo
Utara dan melanjutkan studi di Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor melalui jalur ujian Seleksi Nasional
Masuk Perguruan Tinggi Nasional (SNMPTN).
Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum Kimia B
(2013-2014), asisten praktikum Kimia Dasar II (2013-2014), asisten Praktikum
Kimia Anorganik (2012), dan asisten praktikum Kimia Fisik Layanan (2014).
Penulis pernah aktif sebagai anggota Rohis Kimia angkatan 47 (2012-2014) dan
anggota divisi HRD SERUM-G FMIPA (2012), anggota ISC-G SERUM-G
FMIPA (2013). Penulis juga berkesempatan melaksanakan Praktik Lapangan di
Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional (PTBINBATAN) Serpong pada bulan Juli-Agustus 2013.
PASTA KARBON TERMODIFIKASI PARTIKEL
NANOZEOLIT-Fe DAN PENGARUH KEBERADAAN
TIMBAL(II)
MUHAMMAD HAMDANI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Biosensor Arsen(III)
Menggunakan Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Partikel Nanozeolit dan
Pengaruh Keberadaan Timbal(II) adalah benar karya saya dengan arahan dari
komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan
tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang
diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks
dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Juni 2014
Muhammad Hamdani
NIM G44100115
ABSTRAK
MUHAMMAD HAMDANI. Biosensor Arsen(III) Menggunakan Elektrode Pasta
Karbon Termodifikasi Partikel Nanozeolit-Fe dan Pengaruh Keberadaan
Timbal(II). Dibimbing oleh HENNY PURWNINGSIH SUYUTI dan DYAH
ISWANTINI PRADONO
Pendeteksian ion arsen(III) dengan biosensor menggunakan prinsip
penghambatan kerja enzim dapat digunakan sebagai metode untuk pendeteksian
ion arsen(III) di perairan. Biosensor dibuat dari elektrode pasta karbon
termodifikasi nanopartikel zeolit-Fe dan enzim piruvat dehidrogenase (PDH)
sebagai agen pengenal hayati yang aktivitasnya akan dihambat oleh adanya ion
arsen(III). Enzim PDH diimmobilisasi pada permukaan elektrode. Kondisi
optimum aktivitas enzim adalah suhu 33 °C, pH 7, dan [PDH] 0.0141 U/mL.
Aktivitas PDH linear pada rentang konsentrasi ion arsen(III) 0.6-20 ppb dengan
nilai R2 = 0.9932. Nilai limit deteksi dan limit kuantisasi didapatkan masingmasing sebesar 2.06 dan 6.99 ppb. Elektrode relatif stabil selama 3 hari, dan
menghasilkan keterulangan yang baik dengan nilai %RSD 1.98%. Keberadaan ion
pengganggu Pb(II) tidak mengganggu kinerja pengukuran elektrode terhadap ion
As(III), karena nilai Ki,j< 1.
Kata kunci: arsen, piruvat dehidrogenase, limit deteksi, limit kuantitasi, ion
pengganggu Pb(II)
ABSTRACT
MUHAMMAD HAMDANI. Arsenic-(III) Biosensor Using Modified Carbon
Electrodes Pasta of Nanozeolit-Fe particles and the Effect of Lead (II). Supervised
by HENNY PURWNINGSIH SUYUTI and DYAH ISWANTINI PRADONO
Ion detection of arsenic(III) with biosensors using enzyme inhibition
principle can be used as a method for detecting arsenic(III) ions in waters.
Biosensor is made of carbon paste electrode as modified using zeolite-Fe
nanoparticles and the enzyme pyruvate dehydrogenase (PDH) as an agent of
biological activity identifier that will be inhibited by the presence of arsenic(III)
ions. PDH was immobilized on the surface of the electrode. The optimum
condition of enzyme activity was at 33 ᵒC , pH 7, and [PDH] 0.0141 U/mL. The
activity of PDH was linear in the range of 0.6-20 ppb arsenic(III) ion
concentracions with R2 = 0.9932. Detection limit and quantitation limit were 2.06
and 6.99 ppb, respectively. The electrode was relatively stable for 3 days, with
good repeatability at %RSD of 1.98%. The existence Pb(II) ion did not interfere
the performance of the ion electrode measurements of As-(III), as the value of Ki,j
was
0,01
32
- 0,05
- 0,04
- 0,03
- 0,02
- 0,01
0,00
30
Suhu
28
26
24
22
20
18
5,5
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
pH
(a)
Cont our Plot of Ar us vs Suhu; [ PDH]
Arus
- 0,05
<
- 0,04
–
- 0,03
–
- 0,02
–
- 0,01
–
0,00
–
0,01
–
0,01
>
32
- 0,05
- 0,04
- 0,03
- 0,02
- 0,01
0,00
30
Suhu
28
26
24
22
20
18
0,0050
0,0075
0,0100
0,0125
0,0150
[ PDH]
(b)
0,0175
0,0200
0,0225
11
Contour Plot of Ar us vs pH; [ PDH]
Arus
- 0,05
<
- 0,04
–
- 0,03
–
- 0,02
–
- 0,01
–
0,00
–
0,01
–
0,01
>
8,5
- 0,05
- 0,04
- 0,03
- 0,02
- 0,01
0,00
8,0
pH
7,5
7,0
6,5
6,0
5,5
0,0050
0,0075
0,0100
0,0125
0,0150
0,0175
0,0200
0,0225
[ PDH]
(c)
Gambar 4 (a) Plot kontur antara suhu dan pH, (b) suhu dan [PDH], (c) serta pH
dan [PDH] terhadap puncak arus oksidasi aktivitas enzim PDH.
Pencirian Elektrode
`
Linearitas, Limit Deteksi (LOD), dan Limit Kuantitatif (LOQ)
Linearitas, LOD, dan LOQ ditentukan dengan melakukan pengukuran
aktivitas dari enzim PDH terhadap ion As (III) pada kondisi optimum suhu 33 ᵒC,
pH 7, [PDH] 0.0141 U/mL, dengan menggunakan 1 elektrode dan 3 kali ulangan.
Penentuan linearitas diperoleh dari grafik hubungan arus dan konsentrasi ion arsen
(III).
Pengukuran ion As(III) dilakukan pada rentang 0.6-50 ppb (Gambar 5).
Pengukuran pada rentang ini bertujuan mengetahui linearitas, limit deteksi, dan
limit kuantisasi biosensor arsen yang dibuat. Hasil pengukuran pada elektrode
menunjukkan linearitas dari aktivitas enzim PDH terhadap ion As(III) pada
rentang konsentrasi 0.6-20 ppb. Rentang linearitas yang dihasilkan cukup panjang
sehingga didapatkan keakuratan dan nilai regresi linear yang tinggi, yaitu R2 =
0.9932. Dari persamaan garis y = 0.003x + 0.0291 ditentukan nilai limit deteksi
dan limit kuantisasi pengukuran (Gambar 6).
Penurunan Arus (mA
0,1
0,08
0,06
0,04
0,02
0
0
10
20
30
[Arsen] ppb
40
50
Gambar 5 Profil arus puncak oksidasi terhadap konsentrasi arsen.
60
12
Penurunan Arus (mA)
Limit deteksi merupakan konsentrasi terendah dari suatu analit yang dapat
dideteksi oleh suatu proses analisis dan limit kuantitasi adalah jumlah analit
terkecil dalam sampel yang dapat ditentukan secara kuantitatif pada tingkat
ketelitian dan ketepatan yang baik. Berdasarkan perhitungan yang terlampir pada
Lampiran 4 didapatkan nilai LOD dan LOQ masing-masing sebesar 2.07 dan 6.90
ppb. Nilai limit deteksi yang didapatkan lebih baik dari pada analisis yang
dilakukan Luong (2007) dengan menggunakan AAS sebesar 10 ppb, sehingga
pengukuran dengan menggunakan elektrode biosensor arsen dalam penelitian ini
lebih sensitif dibandingkan pengukuran AAS.
0,1
0,08
0,06
0,04
y = 0,003x + 0,0291
R² = 0,9932
0,02
0
0
5
10
15
20
25
[As] ppb
Gambar 6 Profil linearitas elektrode biosensor arsen.
Stabilitas
Untuk mendapatkan kestabilan yang tinggi pada biosensor maka dilakukan
proses immobilisasi terhadap enzim. Dalam penelitian dilakukan immobilisasi
enzim pada partikel nanozeolit. Menurut Hamsah (2007), komposit yang
berukuran nano dapat meningkatkan sifat stabilitas, struktur, dan kekuatan dari
suatu bahan. Weniarti (2011) juga menyatakan bahwa immobilisasi enzim pada
zeolit akan membuat kestabilan enzim meningkat serta dapat digunakan kembali.
Pengukuran stabilitas aktivitas enzim PDH terhadap ion As(III) dilakukan
pada kondisi optimum suhu 33 ᵒC, pH 7, dan [PDH] 0,0141 U/mL dengan waktu
pengukuran selama 3 hari. Kurva stabilitas menunjukkan hubungan antara waktu
pengukuran dengan aktivitas enzim PDH terhadap As (Gambar 7). Terlihat bahwa
stabilitas dari elektrode biosensor arsen mengalami penurunan setiap hari. Pada
hari pertama dan kedua stabilitas dari elektrode mengalami penurunan aktivitas
yang tidak terlalu besar, namun pada hari ketiga terjadi penurunan aktivitas
elektrode secara signifikan hingga mencapai 61.13%. Dari hasil stabilitas
elektrode ini, dapat dikatakan bahwa pengukuran atau analisis dengan
menggunakan biosensor arsen menghasilkan stabilitas yang cukup baik pada hari
pertama dan kedua, sedangkan pada hari ketiga elektrode mempunyai kestabilan
yang rendah. Sehingga kestabilan elektrode perlu untuk ditingkatkan.
13
100
100
97,19
87,59
Aktivitas (%)
80
61,13
60
40
20
0
0
1
2
Waktu (Hari)
3
Gambar 7 Kurva stabilitas aktivitas enzim PDH.
Uji presisi
Uji presisi merupakan uji yang digunakan untuk menentukan nilai
keterulangan dari suatu elektrode. Keterulangan ditentukan dengan melihat
aktivitas 3 buah elektrode yang diukur pada kondisi optimum dan pada
konsentrasi ion As(III) 0.6 ppb. Keterulangan berfungsi untuk menentukan
keakuratan dari suatu metode yang digunakan berdasarkan nilai standar deviasi
(SD) dan standar deviasi relatif (%RSD). Pada Lampiran 6 dihasilkan SD dari
pengukuran aktivitas enzim PDH terhadap ion As(III) sebesar 0,0132 dan %RSD
sebesar 1.98%. Hasil ini dapat dikatakan bahwa keterulangan dari aktivitas 3 buah
elektrode cukup baik karena dihasilkan %RSD yang lebih kecil dari 5% (Yashin
2011).
Selektivitas
Uji selektivitas dari elektrode pasta karbon termodifikasi partikel
nanozeolit bertujuan mempelajari pengaruh adanya penambahan ion lain dalam
analisis ion As(III). Ion logam pengganggu yang digunakan dalam uji selektivitas
elektrode ini adalah ion Pb(II).
Pengaruh dari ion lain terhadap analisis ion As(III) dapat diketahui dengan
melihat nilai koefisien selektivitas pengukuran yang dihasilkan. Koefisien
selektivitas merupakan faktor yang dapat menurunkan selektivitas dari elektrode
(Wahab 2006). Penentuan nilai koefisien selektivitas pada penelitian ini dilakukan
dengan membandingkan potensial dari ion utama As(III) dan nilai potensial dari
adanya ion pengganggu Pb(II). Sebelum dilakukan pengukuran terhadap ion
pengganggu, diukur potensial dari ion utama As(III). Nilai koefisien selektivitas
yang dihasilkan dapat dilihat pada Tabel 1.
14
Tabel 1 Koefisien selektivitas ion pengganggu Pb (II) terhadap ion utama As (III).
[Pb]
ppb
0,6
1
1,25
Koefisien selektivitas
(Ki,j)
-1,7332
-0,9904
-0,7121
Tabel 1 menunjukkan nilai koefisien selektivitas dari ion pengganggu Pb(II)
dengan konsentrasi 0.6, 1, dan 1.25 ppb tidak mengganggu kinerja pengukuran
elektrode terhadap ion As(III). Hal ini dapat disebabkan oleh nilai koefisien
selktivitas yang kecil dari 1 (Wahab 2006). Namun, pada Tabel 1 terlihat bahwa
nilai koefisien selektivitas dari ion Pb(II) semakin besar dengan bertambahnya
konsentrasi ion pengganggu, sehingga ion Pb(II) akan dapat mengganggu
selektivitas dari pengukuran jika berada dalam konsentrasi yang cukup besar.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Elektrode biosensor arsen termodifikasi partikel nanozeolit-Fe
menggunakan enzim PDH telah berhasil dibuat. Jumlah nanozeolit-Fe yang
ditambahkan ke EPK menghasilkan profil arus yang seragam pada bobot 15 mg.
Kinerja biosensor optimum pada pH larutan, suhu, dan konsentrasi enzim PDH
sebesar 7.00, 33 ᵒC, dan 0.0141 U/mL. Linearitas pengukuran As dengan
biosensor berada pada rentang 0.6-20 ppb. Nilai LOD dan LOQ yang dihasilkan
dari pengukuran sebesar 2.07 dan 6.90 ppb. Nilai ini relatif lebih rendah dibanding
LOD pengukuran menggunakan metode AAS. Stabilitas pengukuran elektrode
cenderung turun setiap harinya sehingga pengukuran lebih baik dilakukan dengan
kondisi enzim yang segar dan dihasilkan keterulangan dari aktivitas elektrode
yang baik dengan nilai %RSD sebesar 1.98%. Keberadaan ion pengganggu Pb2+
dengan konsentrasi 0.6, 1.00, 1.25 ppb tidak memengaruhi aktivitas pengukuran
dari aktivitas biosensor arsen.
Saran
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan memperlebar rentang dari
suhu yang digunakan dalam optimasi kerja enzim PDH hingga 33 ᵒC, sehingga
dapat ditentukan suhu optimal yang pasti dari kerja enzim PDH. Kemudian perlu
dilihat pengaruh dari ion Pb(II) dengan konsentrasi yang lebih tinggi dan
pengaruh dari ion-ion pengganggu lainnya. Selain itu, perlu ditentukan parameter
kinetika dari kerja enzim PDH terhadap logam arsen.
15
DAFTAR PUSTAKA
Anetor I J, Wanibuchi H, dan Fukushima S.2007. Arsenic Exposure and its
Health Effects and Risk of Cancer in Developing Countries: Micronutrients
as Host Defence. Asian Pacific J Cancer Prev. (8):13-23.
Agustina R I. 2012. Pencirian Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Zeolit-Besi
Sebagai Media Deteksi Kromium(VI) [Skripsi]. Bogor (ID). Institut
Pertanian Bogor (IPB).
Apriliani R. 2009. Studi Penggunaan Kurkumin Sebagai Modifier Elektroda Pasta
Karbon Untuk Analisis Timbal (II) Secara Stripping Voltametry [skripsi].
Surakarta (ID). Universitas Sebelas Maret (UNS).
Balal M, Mohammad H, Bahareh B, Ali B, Maryam H, Mozhgan Z. 2009. Zeolite
nanoparticle modified carbon paste electrode as a biosensor for simultanous
determination of dopamine and tryptophan. J Chin Chem Soc. 56(4):789796.
Daud N, Yusof NA, Tee TW, Abdullah AH. 2012. Electrochemical Sensor for
As(III) Utilizing CNTZs/leucine/nafion modifiede electrode. Int J
Electrochem. 7:175-185.
Hamsah D. 2007. Pembuatan, pencirian, dan uji aplikasi nanokomposit berbasis
montmorilonit dan besi oksida. [skripsi]. Bogor: FMIPA, IPB.
Hanafiah KA. 2005. Dasar-Dasar Ilmu Tanah. Jakarta (ID): PT Raja Grafindo
Persada.
Han S, Zhu M, Yuan Z, Li X. 2000. A methylene blue-mediated enzyme electrode
for the determination of trace mercury(II), mercury(I), methylmercury, and
mercury–glutathione complex. Biosensors & Bioelectronics. 16:9-16.
Harvey D. 2000. Modern Analytical Chemistry. Singapore: Mc-Graw Hill.
Ikeda et al. 1998. Electrochemical Monitoring of in vivo Reconstruction of
Glucose Dehydrogenase in Escherichia coli Cells With Externally Added
Pyrroloquinoline. J Electroanal Chem. 449:219-224.
Iswantini D, Nurhidayat N, Trivadilla, Widiyatmoko O. 2013. Activity and
Stability of Uricase from Lactobacillus Plantarum Immobilizated on
Natural Zeolite for Uric Acid Biosensor. Pak J Biol Sci. ISSN 10288880.doi: 10.3923/pjbs. 2013.
Luong J H T, Majid E, Male K B. 2007. Analytical Tools for Monitoring Arsenic
in the Environment. The Open Analytical Chemistry Journal. 1:7-14.
Méndez S S, Renedo O D, dan Martínez M J A. 2010. Immobilization of
Acetylcholinesterase on Screen-Printed Electrodes. Application to the
Determination of Arsenic(III). Sensors. 10: 2119-2128.
Mostafa G A E. 2010. Electrochemical Biosensors for the Detection of Pesticides.
The Open Electrochemistry Journal. 2:22-42.
Neujahr H Y. 1984. Biosensor for Environmental Control. Biotechnology and
Genetic Engineering Reviews. 1:167-186.
Niedzielski P, Siepak J, Kowalczuk Z. 1999. Speciation of Analysis of Arsenic,
Antimony, and Selenium in the Surface Waters of Poznari. Polish Journal
of Environmental Studies. 8(3):183-187.
Rose S. 2013. Biofuel Cells For Self Powered Arsenic Detection [Tesis]. Amerika
Serikat (US): Utah State University.
16
Sanghavi BJ, Mobin SM, Mathur P, Lahiri GK, Srivastava AK. 2013. Biomimetic
sensor for certain catecholamines employing copper(II) complex and silver
nanoparticle modified glassy carbon paste electrode. Biosensors and
Bioelectronics 39(1):124-132.
Shang Z, Xu Y, Gu Y, Wang Y, Wei D, Zhan L. 2011. A Rapid Detection of
Pesticide Recidue Based on Piezoelectric Biosensor. Procedia Engineering.
15:4480-4485.
Shen S, Xing F L, William R, Weinfeld M, dan Chris L. 2013. Arsenic Binding to
Proteins. Chem. Rev 113:7769-7792.
Taufik M. 2013. Analisis Cu(II) pada bawang dayak (Eleutherine palmifolia (L.)
Merr.) menggunakan elektrode pasta karbon termodifikasi kuersetin.
[Skripsi]. Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam, Institut Pertanian Bogor. Bogor.
Trivadilla. 2011. Biosensor antioksidan menggunakan superoksida dismutase
Deinococcus radiodurans yang diimobilisasi pada permukaan elektrode
pasta
karbon
dan
parameter
kinetikanya
[Tesis].
Sekolah
Pascasarjana,Institut Pertanian Bogor. Bogor.
Valle M A D, et al. 2013. Use of a polymer modified electrode for arsenic
determination. International of Science. 2:27-39.
Wahab W A. 2006. Pegaruh Komposisi Membran Berbasis PVC dan Ion
Pengganggu Zn (II), Cd(II), dan Pb(II) Terhadap Elektrode Selektif Ion
(ESI)-Hg(II) Menggunakan Ionofor DBA218C6. Ind J Chem. 6(1):27-31.
Weniarti. 2011. Biosensor antioksidan berbasis superoksida dismutase
Deinoccocus radiodurans diimobilisasi pada nanokomposit zeolit alam
Indonesia [tesis]. Bogor (ID) : Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam, Institut Pertanian Bogor.
Yashin A, Yashin Y, Nemzer B. 2011. Determination of Antioxidant Activity in
Tea Extracts, and Their Total Antioxidant Content. Am J Biomed Sci.
3(4):322-335.
Zaidi S A. 2013. Graphene: A Comprehensive Review on Its Utilization in
Carbon Paste Electrode for Improved Sensor Permonfance. Int J Electrochem
Sci 8:11337-11355.
17
Lampiran 1 Bagan alir penelitian.
Grafit + parafin
Nanozeolit
250 mL FeCl3 0.01 M
Zeolit termodifikasi
Fe3+
Campuran
grafit+parafin
ECP
Pengukuran elektrode
ECP
Imobilisasi enzim PHD
Biosensor Arsen
Optimalisasi aktivitas
enzim PDH
Kondisi optimum
Karakterisasi
1.
2.
3.
4.
Linearitas, LOD, dan LOQ
Stabilitas
Uji presisi
Koefisien selektivitas
18
Lampiran 2 Hasil analisis kadar Fe pada zeolit termodifikasi-besi menggunakan
AAS
a. Kurva standar untuk penentuan kadar Fe
Konsentrasi
standar (ppm)
1
2
4
8
Absorbans
Absorbans terkoreksi
0,0646
0,1055
0,1861
0,3433
0,0000
0,0409
0,1215
0,2787
Absorbans
0,3000
y = 0,0398x - 0,0388
R² = 0,9999
0,2000
0,1000
0,0000
0
2
4
6
[Standar] (ppb)
8
10
b. Kadar Fe dalam zeolit termodifikasi-besi
Sampel
Absorbansi
Kadar Fe
kurva
Bobot
Kadar Fe
Fp
sampel
sebenarnya
(g)
(ppm)
ZA
0.1499
0.0519
1
3,1292
6,0292
ZB 0.005
0.0515
63,2446
0.1550
3,2571
10
ZB 0.01
0.2668
0.0505
120,0237
6,0612
10
ZB 0.03
0.1668
0.0507
69,8323
3,5405
10
ZB 0.05
0.0517
58,2456
0.1452
3,0113
10
Keterangan: ZA = Nanozeolit alami, ZB = Zeolit termodifikasi-besi
(ppm)
Contoh perhitungan:
Kadar Fe sebenarnya =
Kadar Fe sebenarnya =
ppm kurva ×Volume contoh ×fp
bobot sampel (g)
3.1292 ppm ×0.1 L ×1
% peningkatan kadar Fe =
0.0519 g
= 6.0292 ppm
Kadar Fe ZB-Kadar Fe ZA
Kadar Fe ZB
× 100%
%
peningkatan
kadar Fe (%)
0
90,46
94,97
91,36
89,64
19
=
120.0237 ppm-6.0292 ppm
120.0237 ppm
× 100% = 94,97%
Lampiran 3 Optimasi suhu, pH, konsentrasi PDH, dan arus yang dihasilkan.
Suhu
25,00
30,00
25,00
25,00
20,00
25,00
25,00
25,00
20,00
30,00
25,00
33,41
20,00
25,00
30,00
25,00
25,00
30,00
16,59
20,00
pH
7,00
8,00
7,00
7,00
6,00
7,00
5,32
7,00
6,00
6,00
7,00
7,00
8,00
7,00
6,00
8,68
7,00
8,00
7,00
8,00
[PDH]
0,0142
0,0198
0,0142
0,0046
0,0085
0,0142
0,0142
0,0142
0,0198
0,0198
0,0142
0,0142
0,0198
0,0142
0,0085
0,0142
0,0237
0,0085
0,0142
0,0085
Arus
0,0045
-0,0068
0,0100
-0,0040
-0,0027
0,0011
-0,0019
0,0010
-0,0361
-0,0072
0,0034
0,0131
-0,0184
0,0058
-0,0038
-0,0078
-0,0018
-0,0165
-0,0012
-0,0579
Lampiran 4 Nilai LOD dan LOQ dari pengukuran aktivitas biosensor arsen.
[As]
ppb
0,6
1,25
2,5
5
10
15
20
Arus (Yi)
0,0284
0,0336
0,0362
0,0452
0,0619
0,0756
0,0873
Ȳi
0,0309
0,0328
0,0366
0,0441
0,0591
0,0741
0,0891
jumlah
S2
S
LOD
LOQ
(Ȳi-Yi)2
6,25E-06
6,40E-07
1,60E-07
1,21E-06
7,84E-06
2,25E-06
3,24E-06
2,15E-05
4,30E-06
2,07E-03
2,07 ppb
6,9 ppb
20
Contoh perhitungan:
Yi dari persamaan garis y = 0,003x + 0,0291
•
Untuk X = 0.6 ppb, maka
y = 0.003 (0.6) + 0.0291
= 0.0309
•
S2 =
=
•
∑�Ȳi-Yi�2
N-2
2.15E-05
5
= 4.30E-06
SD = √4.30E-06
= 2.07E-03
•
•
LOD = 3 SD⁄b
= 3. 2.07E-03⁄0.003 = 2.07 ppb
LOQ = 10 SD⁄b
= 10. 2.07E-03⁄0.003 = 6.9 ppb
Lampiran 5 Stabilitas biosensor arsen pada suhu 33 ᵒC, pH 7, dan [PDH] 0.0141
U/mL.
Hari
ke0
1
2
3
Persen
(%)
100
97,19
87,59
61,13
Arus total
(mA)
0,8214
0,7984
0,7195
0,5022
Lampiran 6 Keterulangan arus puncak oksidasi dari 3 elektrode.
Elektrode Aktivitas
1
0,0259
2
0,0396
3
0,0131
Rerata
0,0262
SD
0,0132
%RSD
1,9848
21
Contoh perhitungan:
SD
%RSD = Rerata × 100%
0.0132
= 0.0262 × 100% = 1.9848
Lampiran 7 Nilai koefisien selektivitas biosensor arsen(III) terhadap ion Pb(II).
[As]
ppb
0,6
0,6
0,6
0,6
E rata-rata
(mV)
1,79E-04
1,59E-04
1,84E-04
2,34E-04
[Pb] ppb
0
0,6
1
1,25
dE (mV)
ai
aj
dE/s
Ki,j
0
-2,00E-05
5,00E-06
5,50E-05
0,6
0,6
0,6
0,6
0
0,6
1
1,25
0
-6,66E-03
1,66E-03
0,0183
-1,7332
-0,9904
-0,7121
Contoh Perhitungan:
Pada konsentrasi As 0.6 ppb dan Pb 0.6 ppb
•
dE = E2-E1
= 1,59E-04 - 1,79E-04 = -2,00E-05
•
•
dE/s =
Ki,j =
−2,00E−05
0.003
ai �10
= -6,66E-03
E2-E1
�-1
S
aj
0.6 �10
-2,00E-05
�-1
0.003
=
0.6
= -1,7332
22
Lampiran 8 Profil hasil pemayaran EPK termodifikasi zeolit-Fe dengan
K3[Fe(CN)6] 1 mM
1
Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 10 mg
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
E8
E9
0,07
0,06
0,05
0,04
Arus (mA)
0,03
0,02
0,01
0,00
-0,01
-0,02
-0,03
-0,04
-0,05
-0,06
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Potensial (V)
Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 15 mg
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
E8
0,08
0,06
0,04
0,02
Arus (mA)
2
0,00
-0,02
-0,04
-0,06
-0,08
-0,10
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
Potensial (V)
0,4
0,6
0,8
1,0
23
3
Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 20 mg
0,05
0,04
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
0,03
Arus (mA)
0,02
0,01
0,00
-0,01
-0,02
-0,03
-0,04
-0,05
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Potensial (V)
4
Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 25 mg
0,025
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E7
0,020
0,015
Arus (mA)
0,010
0,005
0,000
-0,005
-0,010
-0,015
-0,020
-0,025
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
Potensial (V)
0,4
0,6
0,8
1,0
24
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Pekanbaru pada tanggal 2 Januari 1993 dari pasangan
Khaidir dan Riauwati. Penulis adalah anak kedua dari tiga bersaudara. Tahun
2010 penulis lulus dari Sekolah Menengah Atas Negeri (SMAN) 1 Lintau Buo
Utara dan melanjutkan studi di Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor melalui jalur ujian Seleksi Nasional
Masuk Perguruan Tinggi Nasional (SNMPTN).
Selama mengikuti perkuliahan, penulis menjadi asisten praktikum Kimia B
(2013-2014), asisten praktikum Kimia Dasar II (2013-2014), asisten Praktikum
Kimia Anorganik (2012), dan asisten praktikum Kimia Fisik Layanan (2014).
Penulis pernah aktif sebagai anggota Rohis Kimia angkatan 47 (2012-2014) dan
anggota divisi HRD SERUM-G FMIPA (2012), anggota ISC-G SERUM-G
FMIPA (2013). Penulis juga berkesempatan melaksanakan Praktik Lapangan di
Pusat Teknologi Bahan Industri Nuklir Badan Tenaga Nuklir Nasional (PTBINBATAN) Serpong pada bulan Juli-Agustus 2013.