PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ELEKTRODA SELEKTIF BERBASIS KARBON NANOPORI/MOLECULARLY IMPRINTED POLYMER UNTUK ANALISIS GLUKOSA DALAM MADU Repository - UNAIR REPOSITORY

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ELEKTRODA SELEKTIF BERBASIS KARBON NANOPORI/MOLECULARLY

  IMPRINTED POLYMER UNTUK ANALISIS GLUKOSA DALAM MADU SKRIPSI HAYATI IKA PUSPITASARI

PROGRAM STUDI S-1 KIMIA DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA 2012

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI ELEKTRODA SELEKTIF BERBASIS KARBON NANOPORI/MOLECULARLY IMPRINTED

  POLYMER UNTUK ANALISIS GLUKOSA DALAM MADU SKRIPSI Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains Bidang Kimia Pada Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga

  Disetujui oleh: Pembimbing I, Pembimbing II,

  Dr. Muji Harsini, M.Si Dr. Ir. Suyanto, M.Si NIP. 19640502 198903 2 002 NIP. 19520217 198203 1 001 ii

  LEMBAR PENGESAHAN NASKAH SKRIPSI

  Judul : Pembuatan dan karakterisasi elektroda berbasis karbon nanopori / molecularly imprinted polymer untuk analisis glukosa dalam madu

  Penyusun : Hayati Ika Puspitasari NIM : 080810263 Tanggal Ujian : 20 Juli 2012

  Disetujui oleh : Pembimbing I, Pembimbing II,

  Dr. Muji Harsini, M.Si Dr. Ir. Suyanto, M.Si NIP. 19640502 198903 2 002 NIP. 19520217 198203 1 001

  Mengetahui, Ketua Departemen Kimia

  Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Dr. Alfinda Novi Kristanti, DEA

  NIP. 19671115 199102 2 001 iii

PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI

  Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam lingkungan Universitas Airlangga, diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi kepustakaan, tetapi pengutipan harus seizin penyusun dan harus menyebutkan sumbernya sesuai kebiasaan ilmiah. Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga. iv

KATA PENGANTAR

  Segala puji dan syukur kepada Allah SWT atas Rahmat dan KaruniaNya, sehingga penyusun dapat menyelesaikan skripsi dengan judul ”Pembuatan dan Karakterisasi Elektroda Selektif Berbasis Karbon Nanopori / Molecularly Imprinted Polymer Untuk Analisis Glukosa Dalam Madu”. Skripsi ini dibuat dalam rangka memenuhi persyaratan akademis pendidikan dalam bidang Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga.

  Pada kesempatan ini, penyusun menyampaikan ucapan terima kasih kepada :

  1. Dr. Muji Harsini, M.Si selaku dosen pembimbing I dan Dr. Ir. Suyanto, M.Si selaku dosen Pembimbing II yang telah meluangkan waktu dan tenaga dalam memberikan bimbingan, saran, dan nasihat dalam penyusunan skripsi ini

  2. Tjitjik Srie Tjahjandarie, Ph.D. selaku penguji I dan Dr. Alfinda Novi Kristanti, DEA. selaku penguji II yang telah memberikan kritik dan saran untuk lebih baiknya skripsi ini

  3. Dr. Nanik Siti Aminah,M.Si selaku dosen wali yang selalu memberikan semangat serta waktu agar kami menjadi lebih baik

  4. Dr. Alfinda Novi Kristanti, DEA. selaku Ketua Departemen Kimia yang

banyak memberikan informasi dalam penyusunan skripsi ini

5. Bapak dan Ibu dosen di Departemen Kimia atas ilmu yang telah diberikan

  6. Bapak Umar Said, Ibu Sampuni, serta adik-adikku Indah Alfi dan Shandy Abdillah yang tak henti memberikan doa, semangat, dukungan moral dan materi

  7. Prof. Ris. Dr. Gustan Pari, M.Si dari PUSLITBANG hasil hutan yang telah membantu dalam penyediaan bahan-bahan skripsi khususnya karbon nanopori dan sebagian bahan kimia

  8. Surya Rahadhi Pakalessy atas segala doa, waktu, motivasi, dan cinta dalam kesibukan kerjanya

  v vi

  9. Sahabat kost Liana Erdita Steny, Eka Fitri Timika, Sanityasa Hanggana Raras, Yushi Roosdiantini atas semangat, motivasi, dan kenangan yang indah

  10. Teman satu bimbingan Rani, Pipit, dan khususnya Asri Zulchana atas kerjasama selama penelitian maupun di luar penelitian

  11. Sahabat-sahabatku Adelia Junia, Julie Andrya, Dyah respati ‘culan’, Marina Lukita, Radita Yuniar, Bela Kharisma, Haidy Okta atas motivasi dan semangat selama kuliah

12. Teman- teman Chemistry 2008 atas kenangan 4 tahun yang luar biasa

  13. Mas Rochadi dan Pak Giman atas bantuan sehingga skripsi ini dapat terselesaikan

  14. Semua pihak yang tidak dapat satu persatu hingga skripsi ini terselesaikan Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu demi kesempurnaan skripsi ini, kritik dan saran dari pembaca sangat diharapkan.

  Surabaya, Juli 2012 Penyusun, Hayati Ika Puspitasari

  Puspitasari, Hayati Ika, 2012, Pembuatan dan Karakterisasi Elektroda Selektif Berbasis Karbon Nanopori/Molecularly Imprinted Polymer Untuk Analisis Glukosa dalam Madu. Skripsi ini dibawah bimbingan Dr. Muji Harsini., M.Si dan Dr. Ir. Suyanto, M.Si, Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya ABSTRAK

  Telah dilakukan pembuatan dan karakterisasi elektroda selektif berbasis karbon nanopori/molecularly imprinted polymer (MIP) untuk analisis glukosa dalam madu. Penelitian ini bertujuan mengetahui kondisi optimum dan kinerja elektroda selektif berbasis karbon nanopori/MIP untuk analisis glukosa dalam madu dan kinerja elektroda selektif berbasis karbon nanopori/MIP. Molecularly

  imprinted polymer (MIP) dibuat dengan mereaksikan glukosa sebagai template,

  asam metakrilat sebagai monumer dan etilen glikol dimetakrilat sebagai

  crosslinker dengan perbandingan berturut-turut 1:4:12. Elektroda dibuat dengan

  mencampurkan karbon nanopori, MIP dan parafin dengan perbandingan berturut- turut 45:20:35. Dari penelitian diperoleh pH optimum larutan glukosa sebesar 7,0-

• 6

  8,0, faktor Nernst sebesar 27,8 mV/dekade, jangkauan pengukuran sebesar 10 M-

• 2

  10 M. Konsentrasi terkecil glukosa yang dapat diukur oleh elektroda sebesar

• 7

  6,17x10 M. Koefisien selektivitas dari larutan fruktosa dan sukrosa sebesar

• 3 -4

  1,786x10 dan 5,155x10 yang berarti adanya larutan tersebut tidak mengganggu pengukuran. Elektroda ini memiliki akurasi pengukuran sebesar 93,86% untuk

• 2
• 4

  konsentrasi 10 M dan sebesar 132% untuk konsentrasi 10 M, presisi dinyatakan

• 2

  dengan koefisien variasi sebesar 1,09% untuk konsentrasi 10 M dan 2,26% untuk

• 4 konsentrasi 10 M serta diperoleh kadar glukosa dalam madu sebesar 22,4% b/b.

  Kata kunci : glukosa, molecularly imprinted polymer, potensiometri, karbon nanopori

  vii

  Puspitasari, Hayati Ika, 2012, Preparation and Characterization of Selective Electrodes Based on Nanoporous Carbon/Molecularly Imprinted Polymer for Glucose Analysis in Honey, Script under guidance of Dr. Muji Harsini., M.Si and Dr. Ir. Suyanto, M.Si, Departement of Chemistry, Faculty of Science and Technology, Airlangga University, Surabaya ABSTRACT

  Preparation and characterization of selective electrodes based on nanoporous carbon/molecularly imprinted polymer (MIP) for glucose analysis in honey have been done. The purpose of the research is to know the optimum condition of electrodes based on nanoporous carbon/MIP and to know its electrode performance. Molecularly imprinted polymer (MIP) was made by mixing glucose as template, methacrylic acid as monomer and ethylene glycol dimethacrylate as crosslinker with a rasio 1:4:12. The electrodes was made by mixing nanoporus carbon, MIP and paraffin with rasio 45:20:35. This research obtained optimum pH of glucose solution is 7,0-8,0, Nersnt factor is 27,8

• 6 -2

  mV/decade, range of measurement from concentration 10 M until 10 M. Limit

• 7

  detection of this electrodes is 6,17x10 M. The selectivity coefficient of fructose

• 3 -4

  and sucrose solution are 1,786x10 and 5,155x10 which means these solution doesn’t interference measurement. The accuration of this electrodes is 93,86% for

• 2 -4

  concentration 10 M and 132% for concentration 10 M, coefficient of variation is

• 2 -4

  1,09% for concentration 10 M and 2,26% for concentration 10 M. The content of glucose in honey which measured using this electrode is 22,4% w/w.

  Key word : glucose, molecularly imprinted polymer, potentiometry, nanoporous carbon

  viii

  DAFTAR ISI

  Halaman

  HALAMAN JUDUL ........................................................................................ i LEMBAR PERNYATAAN ............................................................................. ii LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. iii LEMBAR PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI

  ...................................... iv

  KATA PENGANTAR ...................................................................................... v ABSTRAK ........................................................................................................ vii ABSTRACT ...................................................................................................... viii DAFTAR ISI ..................................................................................................... ix DAFTAR TABEL

  ............................................................................................ xi

  DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ xii DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xiv BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang Masalah.................................................................. 1

  1.2 Rumusan Masalah ........................................................................... 5

  1.3 Tujuan Penelitian ............................................................................. 5

  1.4 Manfaat Penelitian ........................................................................... 5

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  2.1 Glukosa ........................................................................................... 6

  2.2 Madu ............................................................................................... 7

  2.3 Polimer ............................................................................................ 8

  2.4 Molecularly Imprinted Polymer (MIP) ............................................ 9

  2.5 Potensiometri .................................................................................. 10

  2.5.1 Tinjauan umum potensiometri ............................................. 10

  2.5.2 Elektroda kerja...................................................................... 11

  2.5.3 Elektroda pembanding .......................................................... 11

  2.5.4 Elektroda selektif molekul .................................................... 12

  2.6 Karbon Nanopori ............................................................................ 13

  2.7 Kinerja Elektroda ............................................................................ 14

  2.7.1 Jangkauan pengukuran ......................................................... 14

  2.7.2 Faktor Nersnt ....................................................................... 14

  2.7.3 Batas deteksi ........................................................................ 15

  2.7.4 Akurasi ................................................................................ 16

  2.7.5 Presisi .................................................................................. 16

  2.7.6 Koefisien selektivitas ........................................................... 17

  BAB III METODE PENELITIAN

  3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian .......................................................... 19

  3.2 Bahan dan Alat Penelitian ............................................................... 19

  3.2.1 Bahan penelitian ................................................................... 19

  3.2.2 Alat penelitian ...................................................................... 19 ix

  3.3 Prosedur Penelitian .......................................................................... 20

  3.3.1 Diagram alir penelitian......................................................... 20

• 1

  3.3.2 Pembuatan larutan induk glukosa 10 M ............................. 21

• 2 -8

  3.3.3 Pembuatan larutan kerja glukosa 10 -10 M ....................... 21

  3.3.4 Pembuatan larutan buffer ..................................................... 21

  3.3.5 Pembuatan larutan pengganggu ........................................... 24

  3.3.6 Pembuatan MIP .................................................................... 25

  3.3.7 Pembuatan elektroda pasta karbon nanopori/MIP ............... 25

  3.3.8 Pembuatan sampel madu ...................................................... 26

  3.3.9 Optimasi elektroda ............................................................... 26

  3.3.10 Pembuatan kurva standar glukosa ........................................ 27

  3.3.11Penentuan parameter validasi ............................................... 28

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  4.1 Hasil pembuatan MIP ..................................................................... 31

  4.2 Hasil pembuatan polimer kontrol .................................................... 34

  4.3 Karakterisasi MIP dan polimer kontrol ........................................... 35

  4.4 Pembuatan dan optimasi elektroda ................................................. 38

  4.4.1 Optimasi komposisi elektroda .............................................. 39 4.4.2 Optimasi pH .........................................................................

  43

  4.5 Kurva kalibrasi glukosa .................................................................. 44

  4.6 Uji kinerja elektroda karbon nanopori/MIP ................................... 45 4.6.1 Jangkauan pengukuran .........................................................

  45

  4.6.2 Faktor Nernst dan linieritas .................................................. 46 4.6.3 Batas deteksi ........................................................................

  47 4.6.4 Akurasi .................................................................................

  47 4.6.5 Presisi ...................................................................................

  48 4.6.6 Selektivitas elektroda ...........................................................

  49

  4.7 Pengukuran kadar glukosa dalam madu ......................................... 51

  4.8 Mekanisme timbulnya beda potensial ............................................ 51

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1 Kesimpulan ..................................................................................... 53 5.2 Saran ..............................................................................................

  53 DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................... 54

  LAMPIRAN

  x

  DAFTAR TABEL

  Nomor Judul Halaman

  2.1 Persyaratan mutu madu

  7

  3.1 Komposisi volume CH

  3 COOH 0,2 M dan

  22 CH

  3 COONa.3H

  2 O pada pembuatan buffer asetat

  3.2 Komposisi volume K

  2 HPO 4 .3H

  2 O 0,2M dan KH

  2 PO 4 0,2M

  23 pada pembuatan buffer fosfat

  3.3 Komposisi pasta karbon nanopori/MIP

  27

  4.1 Pengaruh komposisi karbon nanopori dan MIP terhadap

  40 kinerja elektroda

  4.2 Data pengukuran glukosa menggunakan Elektroda optimum

  45 (E7) pada pH optimum (pH 7)

  4.3 Jangkauan pengukuran E7 (MIP 20%wt) dan E8 (MIP

  46 25%wt) menggunakan karbon nanopori/MIP secara potensiometri

  4.4 Faktor Nernst dan koefisien korelasi masing-masing

  47 elektroda

  4.5 Akurasi pengukuran menggunakan elektroda karbon

  48 nanopori/MIP secara potensiometri

  4.6 Data pengukuran koefisien variasi menggunakan elektroda

  49 karbon nanopori/MIP secara potensiometri

  4.7 Koefisien selektivitas elektroda glukosa berbasis karbon

  50 nanopori/MIP secara potensiometri xi

  DAFTAR GAMBAR

  Nomor Judul Halaman

  2.1 Struktur glukosa

  6

  2.2 Jangkauan pengukuran

  14

  2.3 Kurva penentuan batas deteksi

  16

  3.1 Konstruksi elektroda pasta karbon nanopori/MIP

  26

  4.1 Perkiraan reaksi antara glukosa dan asam metakrilat

  31 Perkiraan polimerisasi asam metakrilat dan glukosa saat

  4.2 32 ditambahkan crosslinker EGDMA

  4.3 Hasil MIP glukosa menggunakan monomer asam metakrilat

  33

  4.4 Cetakan MIP glukosa menggunakan monomer asam

  34 metakrilat yang telah diekstraksi

  4.5 Reaksi polimerisasi asam metakrilat

  35

  4.6 Hasil polimer kontrol tanpa penambahan glukosa

  35 menggunakan monomer asam metakrilat

  4.7 Spektra FT-IR asam metakrilat (1) polimer kontrol (2) dan

  36 MIP glukosa (3)

  4.8 Spektra FT-IR MIP glukosa menggunakan monomer asam

  37 metakrilat sebelum diekstraksi (1) dan MIP sesudah diekstraksi (2)

  4.9 Kurva hubungan antara Log konsentrasi glukosa demgan

  41 potensial pada berbagai variasi komposisi elektroda

  4.10 Kurva hubungan antara Log konsentrasi glukosa dengan

  43 potensial diukur menggunakan E1 (karbon nanopori), E2 (karbon nanopori/NIP) dan E7 (karbon nanopori/MIP)

  4.11 Grafik hubungan antara pH dan potensial diukur

  44 menggunakan karbon nanopori/MIP secara potensiometri

  4.12 Kurva kalibrasi glukosa menggunakan elektroda karbon

  45 nanopori/MIP (E7) secara potensiometri

  4.13 Struktur fruktosa dan sukrosa

  50 xii

  4.13 Kesetimbangan dalam elektroda karbon nanopori/MIP

  52 dalam pengukuran glukosa secara potensiometri xiii

DAFTAR LAMPIRAN

  Nomor Judul

  1 Pembuatan larutan induk dan larutan kerja glukosa

  2 Perhitungan faktor Nernst, persamaan regresi dan koefisien korelasi masing-masing elektroda

  3 Data dan grafik dari masing-masing elektroda

  4 Data optimasi pH

  5 Analisis jangkauan pengukuran

  6 Analisis batas deteksi

  7 Analisis akurasi pengukuran

  8 Analisis koefisien variasi pengukuran

  9 Perhitungan pembuatan larutan penggangu

  10 Perhitungan koefisien selektivitas

  11 Perhitungan kadar glukosa dalam madu

  12 Spesifikasi karbon nanopori xiv

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

  Glukosa, suatu monosakarida, adalah satu karbohidrat terpenting yang digunakan sebagai sumber tenaga bagi hewan dan tumbuhan. Glukosa biasa disebut gula darah (karena dijumpai dalam darah), gula anggur (karena dijumpai dalam buah anggur), atau dekstrosa (karena dapat memutar bidang polarisasi kekanan) (Fessenden, 1995). Glukosa mempunyai rumus molekul C

  6 H

  12 O 6 .

  Glukosa merupakan suatu heksosa karena mengandung enam atom karbon.

  Di alam, glukosa terdapat dalam buah-buahan dan madu lebah. Madu dihasilkan oleh lebah madu dengan memanfaatkan bunga tanaman. Komponen utama madu adalah fruktosa, glukosa, sedikit sukrosa, mineral, vitamin, dan berbagai enzim (Maun, 1999). Menurut SNI ( 2004) standar mutu madu yang baik adalah mengandung gula pereduksi (dihitung sebagai glukosa) minimal 65% b/b dan mengandung sukrosa maksimal 5% b/b.

  Madu memiliki nilai ekonomis yang cukup tinggi serta mengandung zat- zat yang unik sehingga sering terjadi pemalsuan madu. Madu dapat dipalsukan dengan berbagai cara salah satunya dengan menambahkan pemanis buatan atau dengan menambahkan gula pasir (sukrosa), sehingga berbahaya jika diberikan pada bayi atau penderita Diabetes Mellitus (Maun, 1999).

  Penentuan glukosa sebagai gula pereduksi umumnya menggunakan metode Nelson-Somogyi secara spektrofotometri (Sudarmadji dkk, 1984). Sampel

  1 yang mengandung glukosa direaksikan dengan pereaksi Nelson-Somogyi kemudian ditambahkan reagen arsenomolibdat membentuk kompleks berwarna yang diukur secara spektrofotometri. Metode ini akurat hingga 0,01 mg glukosa, namun menjadi kurang spesifik karena dapat memberikan respon positif terhadap senyawa pereduksi selain glukosa misalnya fruktosa dan galaktosa.

  Metode lain dalam penentuan glukosa yang populer adalah menggunakan biosensor. Clark dan Lyson (1962) adalah orang pertama yang menggunakan sensor enzim untuk penentuan glukosa secara amperometri. Biosensor glukosa ini berbasis pada fakta bahwa enzim glukosa oksidase (GOD) dapat mengkatalisis oksidasi glukosa menjadi asam glukonat. Kadar glukosa ditentukan berdasarkan pemakaian oksigen yang diperlukan untuk oksidasi glukosa (Yoo, 2010).

  Biosensor ini memang spesifik karena menggunakan enzim, namun mempunyai umur yang relatif pendek karena enzim mudah rusak. Biosensor glukosa Clark pertama kali dikomersialkan oleh Yellow Springs Instrument company pada tahun 1975 untuk pengukuran langsung glukosa berbasis deteksi amperometri dengan hidrogen peroksida. Pengukuran pembentukan peroksida memiliki keuntungan lebih sederhana, terutama ketika miniaturnya mulai dipertimbangkan, namun, menjadi kurang selektif saat ada gangguan dari asam askorbat, asam urat, atau obat-obatan tertentu.

  Penentuan glukosa yang lebih spesifik dapat dilakukan dengan metode Kromatografi Cair Kinerja Tinggi (KCKT). K.Ratnayani, dkk (2008) melakukan analisis kadar glukosa dan fruktosa pada madu randu dan madu kelengkeng dengan metode kromatografi cair kinerja tinggi (KCKT). Mohammad A. Kamal

  (2011) menentukan kadar gula dalam madu secara LC-MS. Metode ini lebih spesifik karena memungkinkan untuk penentuan masing-masing gula utama seperti fruktosa, glukosa dan sukrosa, serta memungkinkan penentuan maltosa yang kadang-kadang ditemukan dalam sampel. Namun analisis ini memerlukan biaya operasional yang cukup tinggi. Dari permasalahan tersebut perlu adanya pengembangan metode alternatif yang lebih sederhana dan murah namun tetap sensitif yaitu menggunakan teknik elektrokimia khususnya potensiometri dengan modifikasi. Modifikasi yang digunakan adalah molecularly imprinted polymer (MIP). Potensiometri adalah metode analisis berdasar pada pengukuran potensial sel elektrokimia pada arus nol. Beda potensial timbul karena adanya analit yang dapat dipertukarkan pada permukaan elektroda. Permukaan elektroda merupakan sensor yang harus mengandung komponen yang bereaksi secara kimia dan reversibel dengan analit (Skoog, 2004).

  Molecularly imprinted polymer (MIP) merupakan teknik polimerisasi yang

  dibentuk dengan mereaksikan suatu monomer fungsional, crosslinker dan inisiator, yang mengelilingi molekul template (analit). Template kemudian dihilangkan melalui proses ekstraksi sehingga terbentuk polimer yang tercetak sesuai dengan molekul analit. Polimer tercetak ini yang spesifik terhadap analit dalam sampel (Bruggeman, 2002). Metode imprinted polymer ini sangat bermanfaat untuk pengembangan sensor. Modifikasi elektroda dengan MIP dapat menghasilkan sensor yang selektif dan sensitif terhadap analit target (Ozcan and Sahin, 2007).

  Penelitian menggunakan elektroda termodifikasi berbasis sensor potensiometri telah banyak dilaporkan. Prasad, dkk (2006) menggunakan membran Polyvynil Chloride (PVC) yang dilapisi MIP sebagai sensor untuk deteksi atrazine diperoleh limit deteksi sebesar 0,1 mg/L dan jangkauan

• 7 -2

  pengukuran sebesar 1,0 x 10 – 1,0 x 10 M. Tehrani, dkk (2009) memodifikasi elektroda grafit dengan MIP untuk analisis metropolol diperoleh limit deteksi

• 7
• 7 -3 sebesar 1,26 x 10 M dan jangkauan pengukuran sebesar 2,0 x 10 - 8,0 x 10 M.

  Javanbakht, dkk (2010) menggunakan pasta karbon yang dilapisi MIP untuk

• 7

  analisis hydroxyzine diperoleh limit deteksi sebesar 7,0 x 10 M dan jangkauan

• 6 -1 pengukuran sebesar 1,0 x 10 - 1,0 x 10 M.

  Pada penelitian ini dilakukan modifikasi elektroda dengan MIP yang digunakan sebagai sensor glukosa dalam madu. Molecularly Imprinted Polymer (MIP) glukosa dibuat dengan mereaksikan monomer asam metakrilat, etilen glikol dimetakrilat (EGDMA) sebagai crosslinker, dan benzoil peroksida sebagai inisiator. Dalam penelitian ini digunakan karbon nanopori karena bersifat inert dan memiliki konduktivitas yang tinggi (Pyun dan Lee, 2007).

  Dari penelitian ini diharapkan sensor potensiometri untuk analisis glukosa dalam madu yang dibuat memiliki keunggulan dalam analisis. Modifikasi elektroda karbon nanopori/MIP diharapkan dapat memberikan hasil yang optimum meliputi faktor Nersnt, jangkauan pengukuran, batas deteksi, akurasi, dan presisi.

  1.2 Rumusan Masalah

  Dari latar belakang di atas, dapat dirumuskan beberapa rumusan masalah sebagai berikut.

  1. Bagaimanakah kondisi optimum elektroda selektif berbasis karbon nanopori /

  molecularly imprinted polymer (MIP) untuk analisis glukosa dalam madu?

  2. Berapakah batas deteksi, faktor Nernst, jangkauan pengukuran, akurasi, presisi dan koefisien selektivitas elektroda selektif berbasis karbon nanopori /

  molecularly imprinted polymer

  (MIP) untuk analisis glukosa dalam madu?

  1.3 Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah.

  1. Menentukan kondisi optimum elektroda selektif berbasis karbon nanopori /

  molecularly imprinted polymer (MIP) untuk analisis glukosa dalam madu.

  2. Menentukan batas deteksi, faktor Nernst, jangkauan pengukuran, akurasi, presisi dan koefisien selektivitas elektroda selektif berbasis karbon nanopori /

  molecularly imprinted polymer (MIP) untuk analisis glukosa dalam madu.

  1.4 Manfaat Penelitian

  Dari penelitian ini dapat dihasilkan elektroda berbasis karbon nanopori/molecularly imprinted polymer (MIP) yang selektif dan sensitif sebagai alternatif dalam pengukuran glukosa dalam madu dengan cepat, akurat, mudah, dan murah.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Glukosa

  Glukosa merupakan karbohidrat terpenting dalam kaitannya dengan penyediaan energi di dalam tubuh. Hal ini disebabkan karena karena semua jenis karbohidrat baik monosakarida, disakarida maupun polisakarida yang dikonsumsi oleh manusia akan terkonversi menjadi glukosa di dalam hati. Glukosa ini kemudian akan berperan sebagai salah satu molekul utama bagi pembentukan energi dalam tubuh (Irawan, 2007)

  Glukosa biasa disebut gula darah (karena dijumpai dalam darah), gula anggur (karena dijumpai dalam buah anggur), atau dekstrosa (karena dapat memutar bidang polarisasi ke kanan) (Fessenden, 1995). Glukosa memiliki rumus molekul C

6 H

  12 O 6 dengan berat molekul 180,18 g/mol. Glukosa berbentuk kristal o

  berwarna putih dengan kelarutan dalam air 1000g/L(20

  C) dengan titik leleh

  o

  senyawa ini 150-152

  C. (Merck, 2001). Struktur senyawa glukosa tertera pada Gambar 2.1

Gambar 2.1 Struktur glukosa

  6 Penentuan glukosa sebagai gula pereduksi didasarkan pada metode Nelson-Somogyi secara spektrofotometri (Sudarmadji, 1994), sedangkan secara enzimatis dikembangkan oleh Clark dan Lyson (1962) yang merupakan orang pertama yang menggunakan sensor enzim untuk penentuan glukosa secara amperometri. Untuk penentuan glukosa yang lebih spesifik dilakukan dengan metode Kromatografi Cair Kinerja Tinggi (KCKT) (Ratnayani dkk, 2008) karena memungkinkan untuk penentuan masing-masing gula utama seperti fruktosa, glukosa dan sukrosa dalam sampel.

2.2 Madu

  Madu adalah cairan alami yang umumnya mempunyai rasa manis yang dihasilkan oleh lebah madu dari sari bunga tanaman (floral nectar) atau bagian lain dari tanaman (extra floral nectar) atau ekskresi serangga (SNI, 2004). Persyaratan mutu madu menurut SNI dapat dilihat pada Tabel 2.1

Tabel 2.1 Persyaratan Mutu Madu

  No Jenis Uji Satuan Persyaratan

  1 Aktifitas enzim diastase, min. DN

  3

  2 Hidroksimetilfurfural (HMF), maks. mg/kg

  50

  3 Air, maks. %b/b

  22

  4 Gula pereduksi (dihitung sebagai %b/b

  65 glukosa), min. Sukrosa, maks. %b/b

  5

  5 Keasaman, maks ml NaOH

  50

  1N/Kg

  6 Padatan yang tak larut dalam air, %b/b 0,5 maks

  7 Abu, maks. %b/b 0,5

  8 Cemaran logam Timbal (pb), maks. mg/kg 1,0 Tembaga (Cu), maks. mg/kg 5,0

  9 Cemaran Arsen (as), maks. mg/kg 0,5

  Analisis glukosa sebagai gula pereduksi dalam madu telah banyak dilakukan. K.Ratnayani, dkk (2006) menentukan kadar glukosa dan fruktosa pada madu randu dan kelengkeng dengan HPLC, Kamal (2010) menentukan gula dalam madu secara liquid chromatography, Soria (2005) melakukan estimasi sampel madu secara SPME menggunakan GC-MS.

2.3 Polimer

  Polimer merupakan molekul rantai panjang yang memiliki berat molekul sangat tinggi, mencapai ratusan ribu. Polimer sering disebut sebagai makromolekul (Sperling, 2006). Reaksi penggabungan antara monomer-monomer membentuk sebuah molekul polimer disebut reaksi polimerisasi (Odian, 2004).

  Panjang rantai polimer menyatakan banyaknya satuan penyusun dalam suatu rantai yang disebut derajat polimerisasi (Suyanto, 2009).

  Menurut Carother, polimerisasi terjadi melalui 2 tahap yaitu konsep polifungsionalitas molekul yang diperlukan untuk membentuk polimer dan membagi polimerisasi menjadi 2 macam ( polimerisasi adisi dan kondensasi). Polimerisasi kondensasi terjadi karena adanya kondensasi antara dua molekul polifungsional yang lebih besar dengan kemungkinan terjadi eliminasi air.

  Sedangkan polimerisasi adisi berlangsung dalam tiga tahapan yaitu inisiasi, propagasi, dan terminasi. Pada tahap inisiasi dibutuhkan inisiator untuk memulai reaksi. Inisiator dapat berupa radikal bebas, kation atau anion. Pada tahap propagasi terjadi reaksi pemanjangan rantai polimer dikarenakan ada penambahan unit monomer secara berturut-turut, biasanya terjadi dalam waktu yang sangat cepat. Sedangkan pada tahap terminasi terjadi penghentian pembentukan rantai polimer (Odian, 2004). Polimerisasi adisi lebih dipilih dalam pembuatan

  Molecularly Imprinted Polymer (MIP) karena tidak melepaskan molekul air

  (H

2 O) seperti dalam pembuatan MIP untuk sensor melamin secara potensiometri (Mandasari, 2011).

2.4 Molecularly Imprinted Polymer (MIP)

  Molecularly Imprinted polymer (MIP) adalah teknik pembuatan polimer

  yang memiliki sifat spesifik untuk pengenalan senyawa tertentu. Reaksi polimerisasi yang sering digunakan dalam sintesis MIP adalah polimerisasi adisi karena pada polimerisasi ini tidak melepaskan molekul air (H

  2 O) yang dapat

  mengganggu ikatan antara monomer dan template. Sintesis MIP dilakukan dengan cara mereaksikan suatu monomer fungsional dengan molekul target yang bertindak sebagai template melalui interaksi kovalen atau non kovalen. Selanjutnya dilakukan polimerisasi dengan crosslinker untuk membentuk struktur polimer. Template dipisahkan dari polimer yang terbentuk sehingga diperoleh MIP ( Tehrani dkk, 2009).

  Pada dasarnya strategi MIP didasarkan pada ikatan kovalen atau non kovalen antara template dan monomer fungsional. Pada pendekatan kovalen, molekul dicetak secara kovalen kemudian digabungkan melalui polimerisasi. Namun, pendekatan yang lebih sering digunakan adalah pendekatan non kovalen karena lebih sederhana. Pendekatan non kovalen diperkenalkan oleh Mosbach dkk (1981). Pendekatan ini didasarkan pada pembentukan interaksi nonkovalen antara

  template dan monomer fungsional melalui ikatan Van der Walls, interaksi elektrostatik, dan ikatan hidrogen (Komiyama dkk, 2003).

  Beberapa dekade terakhir penelitian MIP semakin berkembang dalam aplikasinya sebagai molekul pengenal sehingga digunakan sebagai sensor kimia.

  Hal ini dikarenakan material MIP memiliki sensitivitas dan selektivitas yang tinggi, inert, dan tidak larut dalam sebagian pelarut organik dan air (Tehrani dkk, 2009).

2.5 Potensiometri

2.5.1 Tinjauan umum potensiometri

  Metode Potensiometri merupakan metode analisis berdasar pengukuran potensial (Skoog, 1992). Metode ini merupakan metode analisis yang sangat disarankan dan serbaguna. Dalam metode ini dilakukan pengukuran potensial sel. Beda potensial terjadi karena adanya kecenderungan reaksi oksidasi dan reduksi dari elemen, molekul, atau ion untuk menangkap dan melepas elektron sesuai reaksi redoks berikut: _-

  A ox + ne = Ar ed

  2.1 potensial dihasilkan oleh elektroda tepatnya pada elektroda kerja yang diukur

  o

  pada 25 C sesuai persamaan Nersnt (James dan Schenk, 1987):

  ଴Ǥ଴ହଽଵହ ௏ ௔஺ ೝ೐೏

  2.2 ܧ ൌ ܧι െ Ž‘‰

  ௡ ௔஺ ೚ೣ o

  dengan ketentuan E merupakan potensial elektroda standard an aA red dan aA ox merupakan aktifitas reduksi dan oksidasi suatu elektroda.

  Dalam potensiometri, dibutuhkan dua elektroda untuk menentukan potensial suatu analit. Hal tersebut terkait dengan nilai potensial elektroda absolut yang besarnya tidak dapat diketahui jika hanya menggunakan satu elektroda (Braun, 1987). Oleh karena itu dibutuhkan elektroda lain sebagai standar (Mulja, 1995).

  2.5.2. Elektroda kerja

  Elektroda kerja merupakan elektroda yang direndam dalam larutan analit yang memberikan nilai potensial berdasarkan aktifitas analit. Elektroda kerja yang digunakan pada potensiometri umumnya memiliki selektifitas yang tinggi (Skoog, 1991). Elektroda yang umum digunakan dalam potensiometri adalah elektroda logam dan elektroda membran. Terdapat dua jenis elektroda logam. Pada elektroda jenis pertama analit yang diukur terlibat langsung dalam reaksi elektroda sedangkan elektroda jenis kedua pengukuran analit tidak langsung berhubungan dalam reaksi elektroda (Basset dkk, 1991), contohnya titrasi potensiometri penentuan Ca menggunakan EDTA. Pada potensiometri, elektroda kerja merupakan suatu kunci utama yang dapat memberikan respon selektif terhadap suatu ion tertentu. Elektroda ini dinamakan elektroda selektif ion (Evans, 1991). Elektroda membran merupakan elektroda yang memiliki sensor berupa membran pada permukaan elektroda.

  2.5.3 Elektroda pembanding

  Elektroda pembanding merupakan elektroda yang memiliki potensial konstan dimana didalam potensiometri berperan memonitor elektroda selektif ion

  (elektroda kerja) (Evans, 1991). Elektroda pembanding yang ideal adalah yang reversibel dan memenuhi hukum Nernst, memiliki potensial yang akurat dan diketahui, kokoh, mudah dirakit, dan dapat mempertahankan potensial jika dilewatkan pada arus kecil (Skoog, 1992). Elektroda pembanding yang umumnya digunakan adalah Hg

  2 Cl 2 (kalomel), Ag/AgCl dan Hg/Hg

  2 SO 4 (Evans, 1991).

  Elektroda Ag/AgCl mempunyai kelebihan dibandingkan elektroda kalomel.

  o

  Elektroda Ag/AgCl dapat digunakan pada suhu 60 C sedangkan pada suhu

• tersebut tidak dapat digunakan elektroda kalomel. Selain itu, ion Ag pada
• elektroda Ag/AgCl relatif stabil. Sedangkan ion Hg pada elektroda kalomel dapat bereaksi dengan beberapa komponen analit yang dapat menutup pori (Mulja, 1995).

2.5.4 Elektroda Selektif Molekul

  Elektroda selektif molekul adalah elektroda kerja yang digunakan untuk menentukan suatu molekul secara kuantitatif dengan menggunakan membran sebagai sensor kimia yang potensialnya berubah-ubah secara reversibel terhadap perubahan aktivitas molekul yang ditentukan. Sebagian besar elektroda yang sering digunakan adalah elektroda selektif ion (ESI). Suatu membran dapat digunakan sebagai sensor pada ESI dan dapat meningkatkan sensitivitas serta selektifitas elektroda jika tidak larut dalam air, dapat menghantarkan listrik (yang umumnya ditimbulkan oleh adanya migrasi ion-ion) dan dapat bereaksi dengan ion-ion analit secara selektif melalui tiga tipe ikatan yaitu pertukaran ion, kristalisasi, dan kompleksasi. Bagian terpenting dari ESI adalah zat pengompleks lipofil yang sering disebut sebagai ionofor atau ion carrier (Bakker, 1997).

  Faktor-faktor yang terpenting dalam pemilihan suatu ESI antara lain dapat memberikan respon nernstian terhadap aktivitas ion tertentu, tidak memberikan respon terhadap aktivitas ion lain, bersifat inert, serta memiliki stabilitas mekanik yang cukup fleksibel (Evans, 1991).

2.6 Karbon Nanopori

  Karbon nanopori merupakan hasil pirolisis bahan yang mengandung karbon dan memiliki luas internal yang spesifik (Rahmawati, 2010). Karbon nanopori memiliki ukuran pori dibawah 100 nm. Secara fisik karbon nanopori terdiri dari bahan padat berisi karbon (matriks) dan rongga kosong (pori). Karbon nanopori dapat dibuat dari bahan polimer alam seperti kayu, batubara dan tempurung kelapa serta dapat dibuat dari polimer sintetis seperti resin phenol formaldehid dan polyacrylonitrile (PAN).

  Karbon nanopori banyak digunakan dalam proses teknologi yang melibatkan katalis, filtrasi, pemurnian, dan penyimpanan gas. Secara teknis karbon nanopori merupakan bahan penting yang telah digunakan sebagai bahan elektroda. Elektroda karbon nanopori memiliki luas permukaan spesifik besar sehingga cocok untuk proses adsorbsi dan deadsorbsi ion-ion elektrolit (Aripin, 2007) serta merupakan material yang inert dan memiliki konduktivitas yang tinggi (Pyun dan Lee, 2007).

2.7 Kinerja Elektroda

  2.7.1 Jangkauan pengukuran Range konsentrasi jika kurva potensial (E) terhadap log konsentrasi masih

  memberikan garis lurus dan masih memenuhi persamaan Nersnt disebut jangkauan pengukuran (Bakker, 1997). Suatu ESI yang bagus diharapkan mempunyai jangkauan pengukuran yang lebar pada rentang konsentrasi yang relatif rendah. Elektroda selektif ion biasanya memiliki jangkauan pengukuran yang lebar (Taylor, 1994).

  E (mV) Jangkauan pengukuran

  Log konsentrasi

Gambar 2.2 jangkauan pengukuran

  2.7.2 Faktor Nernst Kualitas suatu ESI dapat ditentukan melalui Persamaan Nersnt.

  Persamaan Nersnt merupakan persamaan yang menghubungkan antara potensial dari sebuah elektroda tunggal atau sebuah sel dan aktifitas reaktan-reaktannya (Day, 2002). Persamaan Nernst dapat dituliskan sebagai berikut: o ோ்

  E sel = E ± 2,303 log C

  2.3

  ௡ி

  Besarnya faktor Nersnt ditentukan dari nilai kemiringan (slope) grafik potensial (E) terhadap log konsentrasi analit. Dengan memasukkan nilai R sebagai tetapan

• 1 -1

  gas ideal sebesar 8,314 joule Kelvin mol , T sebagai suhu sebesar 273K dan F merupakan tetapan faraday sebesar 96489 coloumb ekivalen, diperoleh persamaan

  o ଴ǡ଴ହଽଶ

  E sel = E ± log C

  2.4

  ௡ o

  dengan ketentuan E sel merupakan potensial sel yang terukur (V), E merupakan potensial sel standar, n merupakan muatan ion dan C merupakan konsentrasi analit. Suatu ESI dikatakan memenuhi persamaan Nersnt jika memenuhi 0,0592/n (± 1-2 mV).

2.7.3 Batas deteksi

  Konsentrasi terendah dari analit dalam sampel yang masih dapat ditentukan secara statistik oleh alat disebut batas deteksi (Christian, 1994).

  Elektroda Selektif Ion memiliki batas deteksi terendah (lower detection limit) dan batas deteksi tertinggi (upper detection limit). Batas deteksi ditentukan melalui titik potong ekstrapolasi kurva pada jangkauan pengukuran yang ditunjukkan pada Gambar 2.2

  Upper detection limit

  E (mV)

  lower detection limit

  Log konsentrasi

Gambar 2.3 Kurva penentuan batas deteksi

  2.7.4 Akurasi

  Akurasi adalah tingkat kedekatan antara nilai yang terukur dengan nilai yang sebenarnya (Christian, 1994). Tingkat akurasi dapat ditentukan melalui nilai presentasi perolehan kembali (%Recovery). _sp

  C R = x 100% _s

  2.5 K dengan ketentuan R adalah persen recovery, C sp adalah konsentrasi glukosa terukur, dan K s adalah konsentrasi glukosa sebenarnya.

  2.7.5 Presisi

  Sedangkan presisi adalah keterulangan hasil yang merupakan tingkat ketelitian antara replikasi pengukuran. Presisi yang baik tidak menjamin akurasi yang baik (Christian, 1994). Tingkat presisi dapat dilihat dari perhitungan simpangan baku (Standar Deviasi=SD) dan koefisien variasi (KV). _{n 2} (

  X _i X ) ¦ _{i 1} SD =

  2.6

  n

  1 SD KV = X 100 %

  2.7 X dengan ketentuan X i merupakan nilai dari setiap pengukuran,

  X

  merupakan nilai rata-rata pengukuran, dan n merupakan jumlah pengukuran.

2.7.5 Koefisien selektivitas

  Selektivitas merupakan kemampuan alat yang hanya dapat mengukur analit secara cermat dengan adanya komponen lain yang ada dalam sampel. Pada potensiometri suatu elektroda mempunyai karakter selektif terhadap analit tertentu yang ditentukan dari nilai koefisien selektivitas. Pada pengukuran secara potensiometri diharapkan membran akan melakukan sensor terhadap analit, namun terdapat ion atau molekul lain yang dapat berinteraksi dengan membran tersebut. Nicolsky merumuskan pengaruh ion pengganggu terhadap sensor potensiometri sebagai berikut :

  ௣௢௧ ௡Ȁ௫

• E= konstan + RT/nF ln [a i . ]

  2.8 ݇ ܽ

  ௜ǡ௝ ௝ ௣௢௧

  dengan ketentuan ݇ adalah koefisien selektivitas, n adalah muatan ion utama,

  ௜ǡ௝

  x adalah muatan ion pengganggu, a i adalah aktifitas ion utama, dan a j adalah aktifitas ion pengganggu. Jika terdapat lebih dari satu ion pengganggu perlu menghitung aktifitas kedua ion dalam larutan. Kekuatan ion akan berbeda jika ada dalam dua larutan secara terpisah. Koefisien selektivitas selanjutnya dihitung melalui persamaan:

  ୟ୧ Ǥଵ଴ሺ୉ଶି୉ଵሻȀୱ ି ୟ୧ǯ ௣௢௧

  2.9 ൌ

  ݇ ೙Ȁೣ

  ௜ǡ௝ ௔ ೕ

  Dengan ketentuan ai adalah aktifitas ion utama, ai’ adalah aktifitas campuran, aj adalah aktifitas ion pengganggu dalam larutan dan s adalah kemiringan kurva kalibrasi ion utama (Cattral, 1997).

  Jika nilai Ki,j < 1 maka elektroda selektif terhadap ion i daripada ion j. jika nilai Ki,j > 1 maka elektroda lebih selektif terhadap ion j daripada ion i (Cattral, 1997).

BAB III METODE PENELITIAN

  3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian

  Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Kimia Analitik, Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga Surabaya. Penelitian dimulai pada bulan Februari 2012 hingga bulan Juni 2012.

  3.2 Bahan dan Alat Penelitian

  3.2.1 Bahan penelitian

  Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah glukosa, fruktosa, sukrosa, asam metakrilat, kloroform, etilen glikol dimetakrilat (EGDMA), benzoil peroksida, air Ultra High Pure (UHP), metanol, asam asetat, natrium asetat trihidrat, kalium hidrogenfosfat trihidrat, kalium dihidrogenfosfat, kawat Ag, parafin padat dan karbon nanopori. Karbon nanopori diperoleh dari puslitbang hasil hutan LIPI dengan spesifikasi pada Lampiran 12. Semua bahan kimia berderajat kemurnian pro analisis.

  3.2.2 Alat penelitian

  Penelitian ini menggunakan seperangkat alat potensiometri Cyberscan 510, pH-meter tipe 744, instrumen FTIR, hotplate magnetic stirrer, tube mikropipet, serta alat-alat gelas yang umum digunakan di laboratorium.

  19

3.3 Prosedur Penelitian

3.3.1 Diagram alir penelitian

  Glukosa Elektroda pembanding

  Larutan glukosa Elektroda kerja

  EMF Parafin padat

  FTIR Asam metakrilat +

  EGDMA + benzoil peroksida Karbon nanopori

  MIP Analisis glukosa dalam madu

  Polimer kontrol Optimasi

  Validasi Metode

• pH larutan
• Jangkauan pengukuran
• komposisi elektroda
• Faktor Nersnt -
• Akurasi -
• selektivitas
• -1

  Batas deteksi

  Presisi

  3.3.2 Pembuatan larutan induk glukosa 10 M

• 1