ELEKTRODA BERBASIS KARBON NANOPORIMOLECULARLY IMPRINTED POLYMER SEBAGAI SENSOR POTENSIOMETRI FRUKTOSA DALAM MADU

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

SKRIPSI ELEKTRODA BERBASIS KARBON NANOPORI/MOLECULARLY IMPRINTED POLYMER SEBAGAI SENSOR POTENSIOMETRI FRUKTOSA DALAM MADU

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

ELEKTRODA BERBASIS KARBON NANOPORI/MOLECULARLY

  IMPRINTED POLYMER SEBAGAI SENSOR POTENSIOMETRI FRUKTOSA 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

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

LEMBAR PENGESAHAN NASKAH SKRIPSI

  Judul : ELEKTRODA BERBASIS KARBON NANOPORI/

  MOLECULARLY IMPRINTED POLYMER SEBAGAI

  SENSOR POTENSIOMETRI FRUKTOSA DALAM MADU Penyusun : Ayu Tiranny Martha Herdiningtyas NIM : 080810498 Tanggal Ujian : Selasa, 7 Agustus 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

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

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.

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

KATA PENGANTAR

  Segala syukur dan pujian kepada Allah SWT, atas limpahan karunia, nikmat, dan segala kemudahan sehingga selesailah skripsi yang berjudul

  ”Elektroda Berbasis Karbon Nanopori/Molecularly Imprinted Polymer sebagai Sensor Potensiometri Fruktosa dalam Madu”. Skripsi ini dibuat untuk

  memenuhi persyaratan akademis pendidikan dalam bidang Kimia Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga.

  Terima kasih yang sebesar-besarnya penyusun sampaikan kepada pihak- pihak yang telah memberikan segenap bimbingan, petunjuk, dan motivasi, karena tanpanya, skripsi ini tidak akan pernah terwujud. Terima kasih penulis sampaikan kepada:

  1. Dr. Muji Harsini, M.Si selaku dosen pembimbing I yang telah mencurahkan segenap perhatian, petunjuk, bimbingan, waktu dan tenaga dalam penyusunan skripsi ini

  2. Dr. Ir. Suyanto, M.Si selaku dosen pembimbing II yang telah memberikan arahan dan ilmu dalam penyusunan skripsi ini

  3. Dra. Aning Purwaningsih, M.Si selaku dosen wali, atas kesabaran, saran,

  dukungan, serta motivasi kepada penulis,

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

banyak memberikan kemudahan dalam pengumpulan naskah ,

  5. Prof. Ris. Dr. Gustan Pari, M.Si dari Pusat Penelitian dan Pengembangan

  Hasil Hutan, Bogor, atas bantuan penyediaan karbon nanopori, kawat perak dan sebagian bahan penelitian,

  6. Rekan sepenelitian Aya, Asri, dan Pipit, atas kerjasama, kepedulian dan

  diskusi,

  7. Mas Rohadi dan Pak Giman, untuk pinjaman alat dan saran-saran yang

  membantu skripsi ini,

8. Orangtua, keluarga dan teman-teman, untuk doa, dorongan semangat, dan

  penghiburan, serta

9. Semua pihak yang tentunya tidak dapat disebutkan satu per satu.

  Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih banyak kekurangan. Oleh karena itu demi kesempurnaan skripsi ini, kritik dan saran yang membangun dari pembaca sangat diharapkan.

  Surabaya, Juli 2012 Ayu Tiranny M. H

^{ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga}

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

Herdiningtyas, Ayu Tiranny M., 2012, ELEKTRODA BERBASIS KARBON NANOPORI/MOLECULARLY

IMPRINTED POLYMER SEBAGAI

  SENSOR POTENSIOMETRI FRUKTOSA 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 fruktosa dalam madu. Penelitian ini bertujuan mengetahui kondisi optimum dan kinerja elektroda selektif berbasis karbon nanopori/MIP untuk analisis fruktosa dalam madu dan kinerja elektroda selektif berbasis karbon nanopori/MIP. Pembuatan MIP dilakukan dengan mencampurkan 0,2 mmol (0,03603 gram) fruktosa sebagai

  template, 0,8 mmol (0,0688 gram) asam metakrilat sebagai monomer, dan 2,4

  mmol (0,4757 gram) etilen glikol dimetakrilat sebagai crosslinker serta 1 mmol (0,2422 gram) benzoil peroksida sebagai inisiator. Elektroda dibuat dengan mencampurkan karbon nanopori, MIP dan parafin dengan perbandingan berturut- turut 45:20:35. Dari penelitian diperoleh pH optimum larutan fruktosa sebesar 5,0-6,0, faktor Nernst sebesar 27,78 mV/dekade, jangkauan pengukuran sebesar

• 7 -1

  10 M-10 M. Konsentrasi terkecil fruktosa yang dapat diukur oleh elektroda

• 8

  sebesar 4,71 x 10 M. Koefisien selektivitas dari larutan glukosa dan sukrosa

• 5 -5

  sebesar 2,48 x 10 dan 2,98 x 10 yang berarti adanya larutan tersebut tidak mengganggu pengukuran. Elektroda ini memiliki akurasi pengukuran sebesar

• 4
• 2

  90,83% untuk konsentrasi 10 M dan sebesar 102,35% untuk konsentrasi 10 M,

• presisi dinyatakan dengan koefisien variasi sebesar 1,3267% untuk konsentrasi 10

  2 -4

  M dan 1,2920% untuk konsentrasi 10 M serta diperoleh kadar fruktosa dalam madu sebesar 29,80% b/b.

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

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

Herdiningtyas, Ayu Tiranny M., 2012, Electrode Based on Nanoporous Carbon/Molecularly Imprinted Polymer as Potentiometric Sensor of Fructose in Honey, This Bachelor Thesis is 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

  Selective electrode based on nanoporous carbon/molecularly imprinted polymer (MIP) has been synthesized and characterized to analyze fructose in honey. The purposes of the research are determining the optimum condition of electrodes based on nanoporous carbon/MIP and the performance of the electrode. Molecularly imprinted polymer (MIP) is synthesized by mixing 0,2 mmol (0,03603 gram) of fructose as template, 0,8 mmol (0,0688 gram) of methacrilic acid as monomer, 2,4 mmol (0,4757 gram) of ethylene glycol dimethacrylate as crosslinker and a mmol of benzoil peroxide as initiator. The electrode is made by mixing nanoporus carbon, MIP and paraffin at rasio 45:20:35. As the results, optimum pH of fructose solution is 5,0-6,0, Nersnt factor is 27,78 mV/decade,

• 7 -1

  concentration range of the measurement is from 10 M to 10 M. Limit detection

• 8

  of the electrode is 4,71 x 10 M. Selectivity coefficient of glucose and sucrose

• 5 -5

  solution are 2,48 x 10 and 2,98 x 10 which means these solution do not interfere

• 2 -4

  fructose measurement. Accuration of the electrode for 10 M and 10 M of fructose concentration are 102,35% and 90,83% respectively. Precision, which is

• 2

  expressed as coefficient of variation, valued 1,3267% and 1,2920% for 10 M and

• 4

  10 M of fructose concentration. Analysis of fructose in honey solution is valued 29,80% w/w.

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

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

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 .......................................................................................... xii DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xiii DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................. xiv

  BAB I PENDAHULUAN ............................................................................ 1

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

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

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

  1.4 Manfaat Penelitian ....................................................................... 6

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA ................................................................... 7

  2.1 Fruktosa ....................................................................................... 7

  2.2 Madu ............................................................................................ 8

  2.3 Polimer ......................................................................................... 11

  2.4 Molecularly Imprinting Polymer ................................................. 13

  2.5 Potensiometri ............................................................................... 14

  2.5.1 Tinjauan umum potensiometri ........................................ 14

  2.5.2 Elektroda kerja dan pembanding..................................... 16

  2.6 Elektroda Selektif Ion ................................................................. 17

  2.7 Kinerja Elektroda ........................................................................ 18

  2.7.1 Faktor Nerst .................................................................... 18

  2.7.2 Batas deteksi ................................................................... 19

  2.7.3 Jangkauan pengukuran .................................................... 20

  2.7.4 Akurasi dan presisi .......................................................... 20

  2.7.5 Koefisien selektifitas ....................................................... 20

  2.8 Karbon Nanopori ........................................................................ 21

  BAB III METODE PENELITIAN ............................................................... 23

  3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ...................................................... 23

  3.2 Bahan dan Alat Penelitian............................................................ 23

  3.2.1 Bahan penelitian .............................................................. 23

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

  3.2.2 Alat penelitian ................................................................. 23

  3.3 Prosedur Penelitian ...................................................................... 24

  3.3.1 Diagram alir penelitian.................................................... 24

• 1

  3.3.2 Pembuatan larutan induk fruktosa 10 M ....................... 25

• 2 -8

  3.3.3 Pembuatan larutan kerja fruktosa 10 -10 M ................ 25

  3.3.4. Pembuatan larutan asam asetat 0,2 M ............................. 25

  3.3.5 Pembuatan natrium asetat trihidrat 0,2 M ....................... 25

  3.3.6 Pembuatan larutan buffer asetat ...................................... 26

  3.3.7 Pembuatan larutan kalium hidrogen fosfat trihidrat 0,2 M.............................................................................. 26

  3.3.8 Pembuatan larutan kalium dihidrogenfosfat 0,2 M ......... 27

  3.3.9 Pembuatan larutan buffer fosfat ...................................... 27

  3.4 Pembuatan larutan pengganggu .................................................. 28

• 3

  3.4.1 Pembuatan larutan glukosa 10 M .................................. 28

• 3

  3.4.2 Pembuatan larutan sukrosa 10 M .................................. 28

  3.5 Pembuatan Molecularly Imprinted Polymer (MIP) ................... 28

  3.6 Pembuatan/konstruksi badan elektroda pasta karbon nanopori/MIP .............................................................................. 29

  3.7 Optimasi elektroda ...................................................................... 30

  3.7.1 Optimasi pH larutan fruktosa .......................................... 30

  3.7.2 Optimasi komposisi elektroda ......................................... 31

  3.7.3 Pembuatan kurva standar fruktosa .................................. 31

  3.8 Penentuan parameter validasi...................................................... 32

  3.8.1 Penentuan batas deteksi .................................................. 32

  3.8.2 Faktor Nerst dan linearitas .............................................. 32

  3.8.3 Penentuan koefisien variasi ............................................. 33

  3.8.4 Penentuan persen recovery (% R) ................................... 34

  3.8.5 Jangkauan pengukuran .................................................... 35

  3.8.6 Penentuan koefisien selektifitas ...................................... 35

  3.9 Jadwal dan Anggaran Penelitian .................................................. 36

  3.9.1 Waktu penelitian ............................................................. 36

  3.9.2 Anggaran dana penelitian................................................ 36

  BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................... 37

  4.1 Hasil Pembuatan Molecularly Imprinted Polymer (MIP)............ 37

  4.2 Hasil Pembuatan Polimer Kontrol ............................................... 40

  4.3 Karakterisasi Molecularly Imprinted Polymer (MIP) dan Polimer Kontrol .......................................................................... 40

  4.4 Optimasi Elektroda ...................................................................... 44

  4.4.1 Optimasi komposisi elektroda ......................................... 44

  4.4.2 Optimasi pH .................................................................... 48

  4.5 Kurva Kalibrasi Fruktosa ............................................................ 49

  4.6 Uji kinerja Elektroda Karbon Nanopori/MIP.............................. 50

  4.6.1 Jangkauan pengukuran .................................................... 50

  4.6.2 Batas deteksi ................................................................... 51

  4.6.3 Persen Recovery .............................................................. 51

  4.6.4 Presisi .............................................................................. 52

  4.6.5 Selektifitas Elektroda ...................................................... 53

  4.7 Mekanisme Timbulnya Beda Potensial ...................................... 54

  4.8 Hasil Pengukuran Kadar Fruktosa dalam Madu ......................... 55

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1 Kesimpulan ................................................................................. 56

  5.2 Saran ........................................................................................... 56

  DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... 57 LAMPIRAN

^{ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga}

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

DAFTAR TABEL Nomor Judul Tabel Halaman

  2.1 Kualitas Madu menurut SNI-01-3545-2004

  10

  3.1 Volume CH COOH 0,2 M dan CH COONa 0,2 M pada

  26

  3

  3

  pembuatan buffer asetat

  3.2 Komposisi volume K HPO 0,2 M dan KH PO 0,2 M

  27

  2

  4

  2

  4

  pada pembuatan buffer fosfat

  3.3 Komposisi pasta karbon nanopori/MIP

  31

  4.1 Pengaruh komposisi karbon nanopori dan MIP terhadap

  45 jangkauan pengukuran, faktor Nerst pada pengukuran fruktosa secara potensiometri

  4.2 Data pengukuran fruktosa menggunakan E6 pada pH 5-6

  49

  4.3 Jangkauan pengukuran E6 dan E7

  50

  4.4 Akurasi pengukuran

  51

  4.5 Koefisien variasi pengukuran

  52

  4.6 Koefisien selektifitas pengukuran

  54

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

DAFTAR GAMBAR Nomor Judul Gambar Halaman

  2.1 Struktur Fischer rantai terbuka fruktosa, fruktopiranosa

  8 dan fruktofuranosa (Fessenden dan Fessenden, 1986)

  2.2 Kurva penentuan batas deteksi (Bakker, 1997)

  19

  3.1 Konstruksi elektroda pasta karbon nanopori/MIP

  30

  4.1 Perkiraan pembentukan MIP oleh monomer asam

  38 metakrilat, template fruktosa dan crosslinker EGDMA

  4.2 Reaksi polimerisasi asam metakrilat (Munk dkk, 1994)

  38

  4.3 Hasil pembuatan MIP

  38

  4.4 Perkiraan cetakan MIP fruktosa yang template

  39 fruktosanya telah diekstraksi

  4.5 Hasil polimer kontrol

  40

  4.6 Spektrum inframerah (a) asam metakrilat; (b) MIP

  42 sebelum dicuci; (c) MIP setelah dicuci; (d)Polimer kontrol

  4.7 Elektroda karbon nanopori/MIP dengan kawat Ag

  45

  4.8 Perbandingan elektroda

  46

• 3

  4.9 Kurva optimasi pH pada pengukuran larutan fruktosa 10

  49 M menggunakan elektroda E6 secara potensiometri

  4.10 Kurva kalibrasi fruktosa

  50

  4.11 Kesetimbangan di dalam elektroda

  54

  DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul

  1 Pembuatan larutan induk dan larutan kerja fruktosa

  2 Pembuatan larutan pengganggu

  3 Pembuatan Molecularly Imprinted Polymer

  4 Perhitungan faktor Nerst dan linearitas elektroda 1-7

  5 Data optimasi pH

  6 Penentuan koefisien variasi

  7 Penentuan persen Recovery

  8 Penentuan Koefisien Selektifitas

  9 Penentuan kadar fruktosa dalam sampel madu

  10 Spesifikasi karbon nanopori

  11 Spektrum inframerah ^{ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga}

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Madu adalah bahan makanan berbentuk cairan jernih keemasan yang manis yang diproduksi oleh lebah madu dari nektar yang berasal dari bunga-bungaan melalui proses regurgitasi, yaitu proses pemuntahan material oleh beberapa jenis organisme melalui mulut, faring, dan esofagus yang biasanya ditandai dengan adanya makanan yang belum tercerna dan darah (Nelson dan Couto, 2009). Madu adalah pemanis yang unik, dapat digunakan oleh manusia secara langsung tanpa proses apapun, mengandung nutrisi dan efek medisinal yang baik.

  Madu mengandung 38% fruktosa, 31% glukosa, 7% maltosa, 1,3% sukrosa. Nilai nutrisi dan rasa unik madu menyebabkan harga madu murni lebih tinggi daripada pemanis yang lainnya, sehingga madu sangat rentan terhadap pemalsuan yang dilakukan dengan menambahkan pemanis lainnya yang harganya lebih murah, seperti fruktosa sintetis. Padahal, menurut European Union, Codex

  Alimentarius of Food dan Agriculture Organization of the United Nation, madu

  ditetapkan sebagai produk murni yang tidak diperbolehkan untuk ditambahi dengan substansi lainnya (Xiangrong dkk, 2009).

  Fruktosa, atau biasa disebut gula buah, adalah suatu monosakarida polihidroksiketon dengan enam atom karbon dan bersifat sebagai gula pereduksi.

  Fruktosa adalah gula yang memiliki rasa paling manis bila dibandingkan dengan gula yang lainnya, seperti glukosa dan sukrosa (Hanover dan White, 1993). Gula

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

  ini paling sering ditemukan pada buah-buahan, sayuran, termasuk tebu dan jagung serta madu (Park dan Yetley, 1993). Fruktosa paling sering diekstrak dari jagung, karena jagung lebih murah daripada sumber fruktosa yang lain. Terdapat dua jenis fruktosa dari ekstraksi ini, yaitu sirup jagung kaya fruktosa yang mengandung 55 % fruktosa dan 45 % glukosa, dan kristal fruktosa, yang mengandung 98 % fruktosa. Dalam bentuk padatnya, fruktosa berwarna putih, tidak beraroma, berbentuk padatan kristal dan merupakan gula yang paling mudah larut dalam air (Hyvonen dan Kuivistoinen, 1982).

  Analisis fruktosa dalam campuran yang mengandung gula-gula lainnya seperti madu menjadi sulit karena analisisnya diganggu oleh gula yang lain, yang secara alami juga ada bersamaan dengan adanya fruktosa, seperti glukosa, maltosa dan sukrosa. Maka dari itu perlu dikembangkan analisis fruktosa dalam campuran gula yang lain tanpa harus diganggu oleh gula lainnya.

  Weigel dkk (1996) menganalisis fruktosa dalam campuran berbagai macam gula dengan menggunakan Flow Injection Analysis (FIA) yang digabung dengan enzim terimobilisasi campuran dan menghasilkan kesalahan sebesar 3% - 6%. Wahjudi dkk (2009) menganalisis fruktosa dengan menggunakan Kromatografi Gas/Spektroskopi Massa (GC/MS) dan mendapatkan limit deteksi sebesar 46 µM.

  Untuk menganalisis fruktosa dan glukosa, Campuzano dkk (2004) menggunakan bienzim biosensor pada elektroda cakram emas untuk deteksi secara amperometri dengan HPLC dan memperoleh recovery rata-rata sebesar 98%. Sementara itu Bhand dkk (2010) menggunakan metode kalorimetri selektif dalam FIA untuk menganalisis fruktosa dalam sampel sirup tanpa harus menghilangkan

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

  glukosa dan memperoleh limit deteksi sebesar 0,12 mM. Metode-metode ini memang memberikan hasil yang sensitif dan selektif, tapi membutuhkan biaya operasional yang tinggi, analisis yang rumit dan memerlukan penanganan yang sangat cermat, sehingga perlu dikembangkan metode analisis fruktosa yang lebih sederhana dan murah, tapi memiliki selektifitas dan sensitifitas yang minimal sama baiknya, yaitu dengan menggunakan salah satu metode elektrokimia yang disebut potensiometri.

  Potensiometri adalah salah satu metode elektrokimia yang berdasarkan pada penentuan potensial sel pada arus nol (Skoog dkk, 1992). 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 (Cattral, 1997).

  Dalam madu, fruktosa hadir bersama-sama dengan gula yang lainnya, yaitu glukosa, maltosa dan sukrosa. Gula-gula ini mengganggu analisis karena sama-sama dapat memberi respon potensiometri seperti juga fruktosa. Oleh karena itu dibutuhkan metode untuk memperoleh elektroda yang selektif dan sensitif. Metode yang dapat digunakan yaitu dengan memodifikasi elektroda pada potensiometri. Salah satu modifikasi yang digunakan adalah molecular imprinted

  polymer (MIP).

  Terdapat berbagai penelitian yang menggunakan elektroda termodifikasi untuk sensor potensiometri sebelumnya. Alizadeh dan Akhoundian (2009) membuat sensor potensiometri berbasis MIP untuk menganalisis prometazin dan

• 7

  memperoleh limit deteksi sebesar 1,0 x 10 M. Javanbakht dkk (2008)

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

  menganalisis hidroksizin pada tablet dan cairan biologis dengan sensor potensiometri berbasis MIP dengan menggunakan asam metakrilat sebagai

• 7

  monomer dan mendapatkan limit deteksi sebesar 7.0 x 10 M. Sedangkan Sadeghi dkk (2006) menggunakan sensor potensiometri berbasis MIP untuk

• 1 menganalisis levamisol dan mendapatkan limit deteksi sebesar 1,0 µmolL .

  Molecularly imprinting polymer sangat menjanjikan untuk digunakan

  dalam berbagai aplikasi, khususnya sebagai sensor kimia, karena polimer yang disintesis memiliki kemampuan untuk mengenali molekul spesifik, bahkan potensial untuk mengenali senyawa kiral (Tom dan Foster, 2010). Metode pembuatannya cukup sederhana dan mudah, karena yang dibutuhkan hanyalah monomer, template, pelarut dan crosslinker. Polimerisasi yang terjadi kemudian diikuti oleh proses penghilangan template oleh pelarut yang tepat, kemudian terbentuklah material yang spesifik terhadap template tersebut (Komiyama dkk, 2003).

  Molecularly imprinting polymer pada penelitian ini digunakan untuk

  memodifikasi elektroda potensiometri karbon nanopori sebagai sensor untuk analisis fruktosa dalam madu. Karbon nanopori digunakan sebagai elektroda karena bersifat inert dan memiliki konduktivitas yang tinggi (Pyun dan Lee, 2007). Molecularly imprinting polymer dalam penelitian ini dibuat dengan menggunakan monomer asam metakrilat (MAA), crosslinker etilen glikol dimetakrilat (EDMA), dan inisiator benzoil peroksida.

  Sensor fruktosa secara potensiometri ini diharapkan memiliki sensitifitas dan selektifitas yang lebih baik dalam analisisnya, serta memiliki keunggulan

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

  yang tidak dimiliki metode lain. Modifikasi elektroda potensiometri karbon nanopori dengan MIP diharapkan dapat memberikan kinerja sensor potensiometri fruktosa yang optimum meliputi faktor Nernst, jangkauan pengukuran, batas deteksi, akurasi, dan presisi, sehingga akan diperoleh suatu metode alternatif untuk pengukuran kadar fruktosa menggunakan sensor potensiometri yang berbasis pada karbon nanopori dengan MIP dengan hasil yang akurat.

  1.2 Rumusan Masalah

  Berdasarkan latar belakang di atas maka dapat dirumuskan masalah sebagai berikut.

  1. Bagaimanakah kondisi optimum analisis fruktosa menggunakan sensor potensiometri karbon nanopori dengan MIP?

  2. Berapakah batas deteksi, faktor Nernst, jangkauan pengukuran, akurasi, presisi dan koefisien selektivitas pada analisis fruktosa menggunakan sensor potensiometri karbon nanopori dengan MIP?

  1.3 Tujuan Penelitian

  Tujuan penelitian ini adalah: 1. mengetahui kondisi optimum analisis fruktosa menggunakan sensor potensiometri karbon nanopori dengan MIP 2. menentukan batas deteksi, faktor Nernst, jangkauan pengukuran, akurasi, presisi dan koefisien selektivitas pada analisis fruktosa menggunakan sensor potensiometri karbon nanopori dengan MIP.

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

1.4 Manfaat Penelitian

  Elektroda karbon nanopori dengan MIP dapat menghasilkan suatu sensor yang sensitif dan selektif terhadap fruktosa sehingga diperoleh hasil yang akurat.

  Dengan demikian metode ini diharapkan dapat digunakan sebagai alternatif dalam pengukuran fruktosa dengan cepat, tepat dan murah.

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Fruktosa

  Fruktosa ditemukan oleh seorang kimiawan Perancis bernama Augustin- Pierre Dubrunfaut pada tahun 1847 (Furton, 1972). Fruktosa adalah suatu polihidroksi keton dan merupakan monosakarida yang memiliki enam atom karbon dan gugus fungsi keton, sehingga sering disebut sebagai ketoheksulosa (Fessenden dan Fessenden, 1986). Fruktosa juga disebut sebagai levulosa karena memutar bidang polarisasi ke kiri. Fruktosa memiliki rumus molekul yang sama dengan glukosa, yaitu C H O , tetapi berbeda karena glukosa bergugus fungsi

  6

  12

  6 aldehid.

  Fruktosa dalam bentuk kristalnya adalah berupa siklik enam anggota (D- fruktopiranosa) dimana struktur ini stabil karena terdapat suatu hemiketal dan ikatan hidrogen internal. Hemiketal terbentuk melalui reaksi intramolekul antara gugus keton dan gugus hidroksil dalam air. Selain D-fruktopiranosa, reaksi ini juga menghasilkan siklik lima anggota D-fruktofuranosa. Dalam larutannya, fruktosa berada dalam kesetimbangan campuran ketiga bentuknya, yaitu fruktosa rantai terbuka, fruktofuranosa dan fruktopiranosa (Fessenden dan Fessenden, 1986). Gambar struktur fruktosa ditunjukkan oleh Gambar 2.1.

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

CH OH

  ₂ C O H HO H O CH OH H

  2 CH OH HOH C

  2

  2 H O H OH OH H H HO H H OH OH H OH CH OH ₂ H OH H OH

Gambar 2.1 Struktur Fischer rantai terbuka fruktosa, fruktopiranosa dan fruktofuranosa

  Fruktosa yang murni dan kering, memiliki rasa yang sangat manis, berwarna putih, tak berbau, berbentuk padatan kristal dan merupakan gula yang paling mudah larut dalam air (Hyvonen dan Koivistoinen, 1982). Fruktosa banyak digunakan dalam minuman dan makanan kemasan karena fruktosa lebih manis 1,73 kali daripada sukrosa (Hanover dan White, 1993). Fruktosa paling sering ditemukan pada buah-buahan, sayuran, termasuk tebu dan jagung serta madu (Park dan Yetley, 1993). Berat molekulnya adalah 180,16 g/mol, titik lelehnya 103 C, dan sangat mudah larut dalam air (Budavari, 1996).

  Telah dilakukan berbagai macam metode untuk menganalisis fruktosa. Beberapa diantaranya adalah dengan FIA (Weigel dkk, 1996), GC/MS (Wahjudi dkk, 2009), HPLC-amperometri (Campuzano dkk, 2003), dan kalorimetri-FIA (Bhand dkk, 2010).

2.2 Madu

  Madu adalah bahan makanan berbentuk cairan jernih keemasan yang manis yang diproduksi oleh lebah madu dari nektar yang berasal dari bunga- bungaan melalui proses regurgitasi, yaitu proses pemuntahan material oleh beberapa jenis organisme melalui mulut, faring, dan esofagus yang biasanya

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

  ditandai dengan adanya makanan yang belum tercerna dan darah (Nelson dan Couto, 2009). Madu adalah pemanis yang unik, dapat digunakan oleh manusia secara langsung tanpa proses apapun, mengandung nutrisi dan efek medisinal yang baik.

  Beberapa sifat fisik madu bervariasi karena sangat tergantung pada kandungan air, jenis bunga, suhu, dan komposisi gula yang terkandung di dalamnya. Madu segar berbentuk cairan yang sangat jenuh, mengandung lebih banyak air daripada madu pada temperatur kamar, dimana bentuknya adalah cairan yang lebih kental dan glukosa di dalamnya terpresipitasi menjadi padatan berbutir. Indeks glisemik madu adalah antara 31-78, tergantung pada varietasnya (Arcot dan Brand-Miller, 2005), dan densitasnya sebesar 1,36 kg/l (Krell, 1996).

  Madu mengandung 38% fruktosa, 31% glukosa, 7% maltosa, 1,3% sukrosa, air rata-rata 17,2 %, gula yang lebih kompleks 1,5%, abu 0,2%, dan senyawa lain yang tidak terdeteksi sebanyak 3,2% (White dan Doner, 1980). Menurut USDA (United States Department of Agriculture, 2007), madu juga mengandung sangat sedikit (trace amount) vitamin dan mineral. Dilaporkan dalam 100 gram madu terdapat 0,3 g protein, 0,2 g serat, 0,038 mg vitamin B

  2 ,

  0,121 mg vitamin B , 0,068 mg vitamin B , 2 µg vitamin B , 6 mg vitamin C, 6

  3

  5

  6

  mg kalsium, 0,42 besi, 2 mg magnesium, 4 mg pospor, 52 mg kalium, 4 mg natrium dan 0,22 mg zink. Madu juga mengandung sejumlah kecil senyawa yang berfungsi sebagai antioksidan, seperti krisin, pinobaksin, katalase, dan pinocembrin. Komposisi spesifik dari madu sangat tergantung pada jenis nektar bunga (Martos dan Barberan, 2000; Gheldof dkk, 2002).

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

  Kualitas madu menurut SNI-01-3545-2004 dijelaskan oleh Tabel 2.1:

Tabel 2.1 Kualitas madu menurut SNI-01-3545-2004

  Persyaratan mutu Jenis uji Satuan Persyaratan madu No

  1 Aktifitas enzim diastase, min. DN

  3 Hidroksimetilfurfural (HMF),

  2 mg/kg

  50 maks.

  3 Air, maks. % b/b

  22

  4 Gula pereduksi (dihitung sebagai % b/b

  65 glukosa), min.

  5 Sukrosa, maks. % b/b

  5 ml

  6 Keasaman, maks. NaOH

  50

  1 N/kg Padatan yang tak larut dalam air,

  7 % b/b 0,5 maks.

  8 Abu, maks. % b/b 0,5 Cemaran logam mg/kg 1,0

  9 Timbal (Pb), maks mg/kg 5,0 Tembaga (Cu), maks.

  10 Cemaran arsen (As), maks. mg/kg 0,5 Sementara itu di Amerika Serikat, kualitas madu dibagi menjadi empat kelas yang ditentukan oleh kandungan air, cacat dan kejernihannya. Semakin sedikit kadar airnya, semakin murni dan segar aroma dan rasanya, semakin sedikit cacat dan pengotornya, kualitas madu semakin baik (USDA, 2007).

  Nilai nutrisi dan rasa unik madu menyebabkan harga madu murni lebih tinggi daripada pemanis yang lainnya, sehingga madu sangat rentan terhadap pemalsuan yang dilakukan dengan menambahkan pemanis lainnya yang harganya lebih murah, seperti fruktosa. Padahal, menurut European Union, Codex

  Alimentarius of Food dan Agriculture Organization of the United Nation, madu

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

  ditetapkan sebagai produk murni yang tidak diperbolehkan untuk ditambahi dengan substansi lainnya (Xiangrong dkk, 2009).

2.3 Polimer

  Polimer adalah molekul besar yang tersusun secara berulang dari unit kimia yang kecil dan sederhana (mer). Reaksi penggabungan antara monomer- monomer untuk membentuk sebuah molekul polimer disebut dengan reaksi polimerisasi (Odian, 2004). Penyusunan itu dapat berupa susunan linier yang terdiri dari mata rantai yang terbuka, rantai yang bercabang ataupun membentuk jaringan tiga dimensi. Satuan penyusun (repeating unit) setara atau hampir setara dengan monomer.

  Reaksi polimerisasi ada dua macam, yaitu polimerisasi adisi dan polimerisasi kondensasi. Pada polimerisasi kondensasi, pembentukan polimer terjadi karena adanya kondensasi antara dua molekul polifungsional untuk membentuk satu molekul polifungsional yang lebih besar. Polimerisasi ini berlangsung dalam beberapa tahap dan membentuk intermediet yang beragam, seperti dimer, trimer dan sebagainya, dalam keadaan yang stabil sampai tahap reaksi yang selanjutnya. Biasanya dalam setiap tahap reaksi, proses ini menghasilkan air.

  Pada polimerisasi adisi, polimerisasinya ditandai digunakannya katalis, dengan tidak terjadinya eliminasi, dan tidak adanya produk samping. Polimerisasi ini terjadi melalui tiga tahapan, yaitu inisiasi, propagasi, dan terminasi. Pada tahap inisiasi dibutuhkan inisiator untuk memulai reaksi. Inisiator dapat berupa radikal

  .

  bebas (R ), kation atau anion. Sedangkan tahap propagasi melibatkan reaksi

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

  pemanjangan rantai polimer akibat penambahan unit monomer secara berturut- turut dan biasanya terjadi dalam waktu yang sangat cepat. Sedangkan tahap terminasi adalah tahap penghentian pembentukan rantai polimer (Odian, 2004). Selama reaksi berlangsung, tak terdapat senyawa yang stabil sebab intermediet yang berbentuk ion atau radikal berumur sangat pendek dan bereksi langsung.

  Pembentukan rantai polimer pertama adalah single sweep dan yang kedua adalah pembentukan fraksi. Polimerisasi pada senyawa rangkap adalah termasuk reaksi ini (Suyanto, 2009).

  Pada reaksi adisi tertentu, mula-mula terjadi pembukaan cincin senyawa siklik kemudian terjadilah reaksi selanjutnya. Reaksi semacam ini tergolong diantara polimerisasi adisi dan kondensasi. Salah satu bentuk polimerisasi adisi ini adalah kopolimerisasi. Kopolimerisasi adalah polimer yang tersusun atas dua macam atau lebih monomer yang berbeda yang tersusun secara acak atau berselang-seling membentuk suatu rantai kopolimer tunggal ataupun suatu jaringan.

  Beberapa jenis baru kopolimer adalah kopolimer blok dan kopolimer graf. Kopolimer blok satu jenis rangkaian polimer yang membentuk prepolimerisasi dan kemudian bergabung dengan rangkaian prepolimerisasi yang lain. Sedangkan kopolimer graf terdiri atas suatu rangkaian satu jenis monomer, dan serangkaian monomer jenis lain merupakan cabangnya (Suyanto, 2009).

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

2.4 Molecularly Imprinted Polymer (MIP)

  Molecularly imprinted polymer sangat menjanjikan untuk digunakan

  dalam berbagai aplikasi, khususnya sebagai sensor kimia, karena polimer yang disintesis memiliki kemampuan untuk mengenali molekul spesifik, bahkan potensial untuk mengenali senyawa kiral (Tom dan Foster, 2010). Metode pembuatannya cukup sederhana dan mudah, karena yang dibutuhkan hanyalah monomer, template, pelarut dan crosslinker. Monomer fungsional bertindak sebagai pencetak, molekul target bertindak sebagai template melalui interaksi kovalen atau non kovalen, dan crosslinker digunakan untuk membentuk struktur polimer. Polimerisasi yang terjadi kemudian diikuti oleh proses penghilangan

  template oleh pelarut yang tepat, kemudian terbentuklah material yang spesifik terhadap template tersebut.

  Terdapat dua metode yang dapat dilakukan untuk membuat MIP, yaitu melalui pendekatan ikatan kovalen dan ikatan non kovalen. Pendekatan ikatan kovalen monomer fungsional dan template terikat satu sama lain oleh ikatan kovalen. Konjugat kovalen ini kemudian mengalami polimerisasi di bawah kondisi normal. Setelah polimerisasi, ikatan kovalennya terpecah dan template dihilangkan dari polimer, sehingga terbentuklah sisi yang dapat mengikat template kembali. Keuntungan teknik ini adalah konjugat monomer-template stabil dan stokiometris, dan dapat digunakan berbagai macam kondisi polimerisasi. Namun, teknik ini mahal dan konjugatnya susah terbentuk, ikatan kovalen yang reversibel jumlahnya terbatas, pelekatan dan pelepasan kembali dari gugus tamunya memakan waktu yang lama.

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

  Sementara pada teknik non-kovalen, dengan sendirinya template berinteraksi dengan monomer fungsional melalui pendekatan ikatan Van der Waals, interaksi elektrostatik, dan ikatan hidrogen. Kekurangan teknik ini adalah konjugat monomer dan template-nya tidak stabil dan tidak stokiometris, kondisi polimerisasinya harus dipilih dengan cermat, dan membutuhkan monomer yang berlebih. Namun teknik ini merupakan teknik pencetakan yang cepat dan paling umum digunakan karena sintesis monomer-template kovalennya tidak perlu dilakukan, template sangat mudah dihilangkan dari polimer dan pelekatan dan pelepasan kembali gugus tamunya sangat mudah (Komiyama dkk, 2003).

2.5 Potensiometri

2.5.1 Tinjauan umum potensiometri

  Potensiometri adalah suatu teknik analitik dimana sejumlah analit dalam sampel ditentukan kadarnya, baik dengan cara langsung maupun tidak langsung, dari pengukuran electromotive force (emf) antara dua elektroda yang dicelupkan ke dalam larutan sampel (Braun, 1987). Besarnya beda potensial bergantung pada bagaimana sejumlah analit terdistribusi/menyebar melintasi antarmuka dan berhubungan dengan aktivitas analit yang mengalami reaksi dalam sel (Skoog dkk, 2007). Reaksi setengah sel dari oksidasi reduksi dapat ditulis secara umum.: aOx + n e b Red Dengan keterangan Ox adalah bentuk teroksidasi, Red adalah bentuk tereduksi, n adalah jumlah elektron yang terlibat dalam reaksi, a adalah koefisien dari bentuk teroksidasi pada kesetimbangan, b adalah koefisien dari bentuk tereduksi pada kesetimbangan.

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

  Pada larutan yang encer, maka aktivitas zat dianggap sama dengan konsentrasi zat dalam larutan sehingga besarnya potensial dapat dituliskan dalam persamaan :

  o a b

  E = E + ln [ox] /[red] (1)

  o

  Potensial pembanding (E ) merupakan potensial elektroda standar yang nilainya konstan. Harga E dapat diukur dengan menggabungkan elektroda penunjuk dan elektroda pembanding kemudian diukur emf (electromotive force) dari sel terbentuk (Basset dkk, 1991)

  Pada persamaan (1) faktor melibatkan tetapan-tetapan yang diketahui dan jika dikonversikan ke dalam bentuk logaritma (2,303) maka faktor ini menjadi

  o

  0,0591 pada 25

  C, sehingga persamaannya menjadi:

  o a b

• E = E log [ox] /[red] (2) Analisis menggunakan metode potensiometri semakin meluas sejak ditemukannya elektroda selektif ion (Day and Underwood,1998). Terdapat dua teknik pengukuran dengan menggunakan potensiometri. Pertama adalah potensiometri langsung dimana pengukuran tunggal digunakan untuk menentukan suatu aktifitas ion tertentu. Kedua adalah potensiometri tidak langsung dimana pengukuran dilakukan dengan cara titrasi. Ion dititrasi dan diukur sebagai fungsi volume titran.

  

ADLN Perpustakaan Universitas Airlangga

2.5.2 Elektroda Kerja dan Pembanding

  Elektroda merupakan bagian dari komponen potensiometri yang berfungsi sebagai sensor analit yang terdiri dari sebuah penghantar elektronik (misal logam) dan sebuah penghantar ionik (larutan). Dalam pengukuran secara potensiometri elektroda yang digunakan harus bersifat inert sehingga tidak dapat bereaksi dengan analit, misalnya platina (Pt), emas (Au), dan karbon (C). Terdapat dua jenis elektroda yang digunakan dalam pengukuran secara potensiometri, yaitu elektroda kerja dan elektroda pembanding (Skoog dkk, 2007)

  Elektroda kerja merupakan elektroda yang potensialnya bergantung pada aktivitas analit. Dua jenis elektroda yang umum digunakan dalam pengukuran secara potensiometri yaitu elektroda logam dan elektroda membran. Elektroda logam dibagi menjadi dua yaitu elektroda jenis pertama dan elektroda jenis kedua.