LINEARITAS DAN LIMIT DETEKSI BIOSENSOR ARSEN … · toksik dan mampu memblokir jalur metabolisme...
-
Upload
trinhtuyen -
Category
Documents
-
view
236 -
download
1
Transcript of LINEARITAS DAN LIMIT DETEKSI BIOSENSOR ARSEN … · toksik dan mampu memblokir jalur metabolisme...
i
LINEARITAS DAN LIMIT DETEKSI
BIOSENSOR ARSEN DENGAN ELEKTRODE PASTA
KARBON TERMODIFIKASI ZEOLIT-Fe
ALI AULIA GHOZALI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
iii
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi Linearitas dan Limit Deteksi
Biosensor Arsen dengan Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Zeolit-Fe adalah
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
Ali Aulia Ghozali
NIM G44100007
i
ABSTRAK
ALI AULIA GHOZALI. Linearitas dan Limit Deteksi Biosensor Arsen dengan
Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Zeolit-Fe. Dibimbing oleh DYAH
ISWANTINI dan HENNY PURWANINGSIH.
Deteksi arsen dengan biosensor berbasis inhibisi enzim dapat menjadi
alternatif metode analisis rutin mutu lingkungan akuatik. Biosensor dibuat dari
elektrode pasta karbon yang termodifikasi zeolit-Fe dengan enzim piruvat
dehidrogenase (PDH) sebagai agen pengenal hayati yang akan dihambat
aktivitasnya oleh arsen. Hasil pengukuran biosensor dibandingkan dengan hasil
pengukuran spektroskopi serapan atom (SSA). Linearitas dan nilai limit deteksi
kedua metode dibandingkan. Hasil penelitian menunjukkan kinerja optimum
biosensor didapat pada pH 7.00, suhu 33 °C, dan konsentrasi PDH 0.0142 U/mL.
Linearitas terbaik didapat sebesar 97.70% pada rentang 2.50-20 ppb, sedangkan
limit deteksi terbaik didapat sebesar 3.78 ppb. Nilai limit deteksi biosensor
tersebut didapat lebih rendah dibandingkan nilai limit deteksi metode SSA sebesar
6.52 ppb. Uji data berpasangan menunjukkan tidak ada perbedaan yang nyata di
antara kedua metode selang kepercayaan 95%. Reprodusibilitas fabrikasi
biosensor masih rendah, sehingga perlu dilakukan peningkatan kinerja biosensor.
Kata kunci: elektrode pasta karbon, zeolit-Fe, biosensor, arsen, linearitas, limit
deteksi
ABSTRACT
ALI AULIA GHOZALI. Linearity and Detection Limit of Arsenic Biosensor
Fabricated from Carbon Paste Electrode Modified by Zeolite-Fe. Supervised by
DYAH ISWANTINI and HENNY PURWANINGSIH.
Detection of arsenic using biosensor based on enzyme inhibition could be
a routine alternative analysis method of aquatic environmental quality. Biosensors
were fabricated from carbon paste electrode modified by zeolite-Fe with pyruvate
dehydrogenase (PDH) enzyme as bioreceptor which was inhibited its activity by
arsenic. Measurement results were compared to atomic absorption spectroscopy
(AAS) measurement. Linearity and LOD value of both methods were compared.
The results showed optimum performance of biosensor was at pH 7.00, 33 °C, and
at PDH concentration of 0.0142 U/mL. The best linearity was around 97.70% in
range of 2.50-20 ppb, meanwhile the best LOD achieved as low as 3.78 ppb.
Biosensor’s LOD was lower compared to AAS value of LOD measured as low as
6.52 ppb. Paired data test showed that there was no significant difference between
the two methods at 95% confidence level. Reproducibility of fabricated biosensor
was still low, hence it needs to enhance the biosensor performance.
Keywords: carbon paste electrode, zeolite-Fe, biosensor, arsenic, linearity, limit of
detection
iii
© Hak Cipta milik IPB, tahun 2014
Hak Cipta dilindungi Undang-Undang
Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan
atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan,
penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau
tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan
IPB
Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini
dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB
LINEARITAS DAN LIMIT DETEKSI
BIOSENSOR ARSEN DENGAN ELEKTRODE PASTA
KARBON TERMODIFIKASI ZEOLIT-Fe
ALI AULIA GHOZALI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
xi
Judul Skripsi : Linearitas dan Limit Deteksi Pasta Karbon Biosensor
Arsen dengan Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Zeolit-Fe
Nama : Ali Aulia Ghozali
NIM : G44100007
Disetujui oleh
Dr Henny Purwaningsih, MSi
Pembimbing II
Prof Dr Dyah Iswantini Pradono, MSc Agr
Pembimbing I
Diketahui oleh
Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS
Ketua Departemen
Tanggal Lulus :
xiii
PRAKATA
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, atas berkat dan
rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan ilmiah yang berjudul “Linearitas
dan Limit Deteksi Biosensor Arsen dengan Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi
Zeolit-Fe”. Laporan ilmiah ini penulis susun berdasarkan hasil penelitian yang
penulis lakukan di Laboratorium Kimia Fisik dan Laboratorium Bersama,
Departemen Kimia IPB.
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Prof Dr Dyah Iswantini
Pradono, MSc Agr selaku pembimbing pertama, Dr Henny Purwaningsih S, MSi
selaku pembimbing kedua, Prof Dr Purwatiningsih Sugita dan Dr Deden Saprudin
MSi selaku penguji atas bimbingan, saran, serta kritik konstruktif selama proses
penelitian dan penulisan karya ilmiah ini. Penulis mengucapkan terima kasih atas
dukungan dari keluarga, segenap rekan, dan pihak terkait atas sokongan moral dan
material serta semangat yang selalu diberikan kepada penulis.
Tiada gading yang tak retak, kritik serta saran atas penulisan karya ilmiah
sangat penulis harapkan. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pembaca.
Akhir kata penulis ucapkan terima kasih.
Bogor, Juni 2014
Ali Aulia Ghozali
xi
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI xi
DAFTAR GAMBAR xii
DAFTAR LAMPIRAN xii
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Tujuan Penelitian 2
Waktu dan Tempat Penelitian 2
METODE PENELITIAN 3
Alat dan Bahan 3
Metode 3
Preparasi dan Aktivasi Zeolit Alam 3
Penentuan Nilai Kapasitas Tukar Anion (KTA) Zeolit 3
Preparasi Elektrode Pasta Karbon 4
Pengaruh Komposisi Zeolit-Fe 4
Penentuan Kadar Fe Terjerap 4
Analisis SEM 4
Imobilisasi Enzim Piruvat Dehidrogenase pada Elektrode 5
Pengukuran Elektrokimia 5
Pencirian Elektrode 6
Linearitas 6
Limit Deteksi 6
Uji Data Berpasangan 6
HASIL DAN PEMBAHASAN 7
Preparasi, Aktivasi, Karakterisasi dan Identifikasi Zeolit 7
Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Zeolit-Fe 9
Optimasi Kinerja Biosensor Arsen 11
Biosensor Arsen 13
SIMPULAN DAN SARAN 15
Simpulan 15
Saran 15
DAFTAR PUSTAKA 16
LAMPIRAN 19
xii
DAFTAR GAMBAR
1 Reaksi dealuminasi zeolit dengan bantuan asam 7
2 Pengamatan visual zeolit 8
3 Hasil payaran SEM 9
4 Profil payaran voltamogram 6 EPK 10
5 Perbandingan profil arus voltamogram EPK dan EPK termodifikasi Fe 10
6 Plot kontur hasil optimasi 11
8 Profil voltamogram biosensor arsen 12
7 Mekanisme reaksi katalitik dan inhibisi enzim PDH 12
9 Kurva hubungan antara penurunan arus puncak terhadap konsentrasi arsen 13
10 Profil linearitas elektrode A, B, dan C 14
11 Kurva standar Fe dengan metode AAS 22
12 Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 10 mg 23
13 Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 15 mg 23
14 Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 20 mg 23
15 Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 25 mg 24
16 Grafik hubungan rerata arus puncak dengan jumlah zeolit-Fe dalam EPK 24
17 Profil arus puncak terhadap siklus pemayaran elektrode a 28
18 Profil arus puncak terhadap siklus pemayaran elektrode b 29
19 Profil arus puncak terhadap siklus pemayaran elektrode c 30
20 Profil linearitas elektrode a, b, dan c 31
21 Profil linearitas pengukuran As dengan AAS 33
DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram Alir Penelitian 19
2 Rancangan percobaan kombinasi 3 parameter dengan metode CCD 20
3 Nilai KTA Zeolit 21
4 Jumlah Fe terdsorpsi dalam zeolit 22
5 Profil hasil pemayaran EPK termodifikasi zeolit-Fe 23
6 Optimasi variabel pH, suhu, dan konsentrasi enzim 25
7 Regresi Response Surface Method 26
8 Data pembacaan arus oksidasi 3 elektrode 27
9 Perhitungan limit deteksi elektrode a, b, dan c 31
10 Perhitungan linearitas dan limit deteksi pengukuran As menggunakan AAS 33
11 Uji data berpasangan hasil pengukuran AAS dan biosensor arsen 35
12 Salinan Lampiran Permenkes No. 492/Menkes/Per/IV/2010 36
13 Salinan Lampiran Kepmen LH No. 51 tahun 2004 37
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Arsen (As) adalah salah satu logam berat yang bersifat kontaminan dalam
lingkungan akuatik. Logam ini dalam bentuk persenyawaannya banyak
diaplikasikan pada bidang pertanian, medis, industri, furnitur, dan senjata.
Keberadaan logam umumnya terdapat secara alami pada batuan beku. Namun,
penggunaan senyawaan As secara intensif menyebabkan paparan As pada perairan
menjadi cukup tinggi. Logam As memiliki efek toksik . Gejala-gejala yang
ditimbulkannya berupa gangguan fungsi hati, sistem pernapasan, sistem endokrin,
sistem syaraf, kulit, sistem hemopoitis, dan sistem kardiovaskuler (Widowati et al.
2008). Permenkes 492/Menkes/Per/IV/2010 memberikan batas minimum arsen
dalam air minum 0.010 mg/L, sedangkan pada KepmenLH No. 51 tahun 2004
batas kadar arsen pada perairan laut sebesar 0.012 mg/L. Logam arsen bersifat
toksik dan mampu memblokir jalur metabolisme tubuh. Oleh karena itu, deteksi
keberadaan arsen sangat diperlukan untuk memonitor kualitas air lingkungan.
Untuk mendeteksi keberadaan As dalam sampel diperlukan suatu metode
pengukuran yang cepat, akurat, presisi, dan sensitif. Beberapa metode yang
dikembangkan antara lain teknik spektrofotometri (Agrawal et al. 1999) dan
Carbon Nano Tubes (CNTs) termodifikasi dengan platina (Daud et al. 2012).
Metode-metode tersebut memiliki kelemahan sebab membutuhkan keahlian
operator yang profesional, kurang portabel, dan waktu analisis yang relatif lama.
Pengukuran menggunakan metode elektrokimia dengan elektrode biosensor
memiliki potensi untuk dikembangkan dalam analisis pemantauan di lapangan
secara rutin (Chaplin dan Bucke 1990).
Biosensor adalah alat deteksi yang memanfaatkan elemen-elemen biologis
sebagai agen pengenal analit yang terkoneksi dengan transduser (Eggins 2002).
Teknologi biosensor menyediakan kemudahan untuk analisis cepat, selektif, dan
sensitif, sehingga dapat digunakan untuk keperluan analisis rutin. Salah satu
prinsip teknologi biosensor adalah proses inhibisi aktivitas enzim. Inhibisi
aktivitas enzim sebanding dengan konsentrasi substrat kompetitor yang
menghalangi kinerja enzim sehingga, prinsip ini dapat digunakan untuk mengukur
konsentrasi analit (dalam hal ini berupa polutan logam berat) dalam sampel.
Aplikasi prinsip ini telah diterapkan pada pengukuran insektisida, pestisida, dan
logam berat dengan biosensor (Souiru et al. 2009; Chauhan dan Pundir 2011;
Shang et al. 2011). Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa aplikasi
biosensor sebagai metode deteksi logam berat untuk analisis cepat, selektif, dan
akurat dapat menjadi alternatif pengembangan metode deteksi logam berat di
lingkungan. Dengan demikian, penelitian ini akan diarahkan pada pengembangan
metode deteksi dengan perangkat biosensor.
Biosensor dapat dibuat dari berbagai jenis elektrode. Salah satu jenis
elektrode yang umum dikembangkan adalah elektrode pasta karbon (EPK). EPK
adalah elektrode yang terbuat dari campuran grafit dengan minyak mineral.
Elektrode ini sederhana dan menyediakan permukaan yang dapat diperbarui untuk
pertukaran elektron. EPK umum dikerjakan pada proses analisis, seperti:
voltametri, amperometri, maupun potensiometri. EPK memiliki sifat yang mudah
2
dimodifikasi, mudah dibuat, dan sensitif. Sehingga, banyak penelitian
elektroanalisis yang memakai EPK sebagai elektrode kerja (Vytřas et al. 2009).
Beberapa penelitian yang menggunakan EPK antara lain: parameter kinetika
biosensor antioksidan dengan enzim SOD Deinococcus radiodurans (Trivadila
2011), biosensor kolesterol dengan mediator ferosena (Iswantini et al. 2009), dan
sensor katekolamina dengan EPK termodifikasi Cu dan Ag (Sanghavi et al. 2013).
Oleh karena itu, EPK digunakan sebagai alternatif elektrode yang ekonomis, cepat
dipreparasi, dan mudah dibuat.
Biosensor arsen memiliki prinsip kerja biosensor berbasis inhibisi. Arsen
akan menghambat aktivitas katalitik dari reaksi piruvat menjadi asetil-KoA
dengan cara mengubah gugus ditiol pada kompleks enzim E2 menjadi bentuk
senyawa kompleks arsen (Voet, Voet 2010). Arsen berperan sebagai inhibitor
nonkompetitif dengan menyerang gugus alosterik enzim. Penyerangan ini
menyebabkan pengubahan struktur 3 dimensi enzim yang memperlambat kinerja
katalitik enzim. Dengan mekanisme lain As menaikkan konsentrasi H2O2 yang
dapat menghambat kinerja PDH (Samikkanu et al. 2003).
Pengembangan elektrode sangat diperlukan untuk menghasilkan biosensor
yang stabil dan memiliki kinerja yang baik. Salah satu matriks yang dapat dipakai
untuk memodifikasi maupun sebagai tempat imobilisasi enzim adalah zeolit. Balal
et al. (2009) memaparkan bahwa modifikasi elektrode menggunakan zeolit dapat
meningkatkan respon arus yang dihasilkan. Rocha et al. (2005) menemukan
bahwa respon arus dan efisiensi pelekatan enzim tripsin pada zeolit NaY memiliki
nilai yang paling baik di antara jenis zeolit sintetis NaX dan NaA. Penggunaan
komposit zeolit dapat dilakukan untuk meningkatkan luas permukaan matriks
pengimobilisasi, sehingga kapasitas imobilisasi akan meningkat. Diharapkan
diperoleh respon arus yang baik dan aktivitas enzim terimobilisasi yang tinggi.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan membuat dan mengevaluasi linearitas dan limit
deteksi biosensor As dengan enzim piruvat dehidrogenase sebagai agen pengenal
hayati dengan zeolit-Fe sebagai matriks pemodifikasi sifat elektrode pasta karbon.
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Januari hingga Juni 2014 di
Laboratorium Kimia Fisik dan Laboratorium Terpadu Departemen Kimia Institut
Pertanian Bogor (IPB).
Hipotesis
Biosensor arsen memiliki limit deteksi yang rendah (1.25-5.00 ppb)
sehingga sensitif dalam analisis rutin kadar arsen dalam limbah. Penambahan
zeolit-Fe ke dalam biosensor arsen diharapkan dapat meningkatkan respon arus
sensor.
3
METODE PENELITIAN
Metode penelitian mengikuti diagram alir penelitian pada Lampiran 1.
Metode penelitian dimulai dari tahap preparasi dan aktivasi zeolit, modifikasi
zeolit dengan insersi Fe, karakterisasi zeolit yang digunakan, pembuatan EPK, uji
hantar arus, imobilisasi enzim PDH, penentuan kondisi optimum kerja biosensor,
dan penentuan limit deteksi serta linearitas.
Alat dan Bahan
Bahan-bahan pro analyst yang digunakan dalam penelitian ini adalah
K3[Fe(CN)6] 0.1 mM, HCl (0.2, 3 M), NaOH (0.1 N), indikator fenolftalein,
EDTA 0.1 M, FeCl3·6H2O 0.1 M, enzim PDH dari hati sapi (Sigma Aldrich,
P7032), larutan substrat piruvat, As2O3 1000 ppb, AgNO3 0.1 M, dan larutan
dapar fosfat.
Bahan lainnya antara lain zeolit alam Cikalong, grafit, dan parafin cair.
Sedangkan alat-alat yang digunakan selama proses penelitian antara lain
kompartemen elektrode, mortar, membran dialisis, nilon, benang paranilon, pipet
mikroliter, saringan 100 mesh, gelas piala, kertas minyak, dan seperangkat alat
potensiostat/galvanostat eDAQ, AAS Shimadzu P-7000, dan komputer yang telah
dipasang program pengolah data Echem v.2.1.0 serta MINITAB 16.
Metode
Preparasi dan Aktivasi Zeolit Alam (modifikasi SNI 13-3494-1994)
Zeolit alam dicuci, digerus, dan diayak dengan ayakan 100 mesh. Hasil
ayakan kemudian dipanaskan dalam oven selama 3 jam pada suhu 300 °C. Zeolit
lalu diaktivasi dengan cara asam. Sampel zeolit ditimbang sebanyak 100 g dan
ditambah larutan 250 mL HCl 3.0 M. Campuran diaduk selama 60 menit disaring
dan dibilas akuades hingga pH campuran netral. Zeolit kemudian dikeringkan
dalam oven pada suhu 300 °C. Pencucian dihentikan bila tidak terbentuk endapan
pada filtrat bila diteteskan AgNO3.
Penentuan Nilai Kapasitas Tukar Anion (KTA) Zeolit
(modifikasi SNI 13-3494-1994)
Zeolit 0.5 g ditimbang dan dicampur dalam 100 mL HCl 0.2 M. Campuran
kemudian diaduk selama 4 jam. Campuran disaring dan diambil filtratnya. Filtrat
sebanyak 10 mL diambil dan ditempatkan dalam labu erlenmeyer. Filtrat lalu
dititrasi dengan NaOH 0.1 N menggunakan indikator fenolftalein. Nilai KTA
zeolit sebelum, setelah aktivasi, dan setelah insersi Fe dibandingkan. Nilai KTA
dihitung berdasarkan rumus berikut:
𝐾𝑇𝐴 𝑚𝑒𝑘
100 𝑔 =
𝑉𝑐 − 𝑉𝑏 𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑁𝑚
× 100
4
Keterangan:
Vc : volume NaOH pada titrasi contoh (mL)
Vb : volume NaOH pada titrasi blangko (mL)
m : massa zeolit yang diuji (g)
[NaOH]N : konsentrasi NaOH (N)
Preparasi Elektrode Pasta Karbon
Satu gram zeolit yang telah diaktivasi direndam dalam FeCl3 0.01 M 250
mL dan diaduk selama 48 jam dengan bantuan pengaduk magnetik. Zeolit
disaring dan dicuci dengan larutan HCl pH 2 dan air destilasi untuk
menghilangkan ion klorida. Elektrode dipersiapkan dengan menggerus grafit
dalam mortar. Serbuk grafit termodifikasi 55 mg kemudian dicampur dengan 35
μL parafin cair hingga merata. Zeolit yang telah termodifikasi Fe kemudian
dicampurkan bersama grafit lalu ditambahkan dietil eter 2 mL. Campuran
kemudian diaduk hingga pelarut menguap (Balal et al. 2009).
Tabung kaca kemudian dimasukkan kawat tembaga berdiameter 3 mm
sebagai penghubung elektrode dengan sumber arus listrik. Ruang sepanjang 5 mm
disisakan pada ujung tabung sebagai tempat pasta karbon. Pasta karbon
termodifikasi kemudian dimasukkan dalam elektrode hingga penuh, padat, dan
rata. Kelebihan minyak parafin diserap dengan kertas minyak. Respon elektrode
kemudian diamati dalam larutan K3[Fe(SCN)6] 1 mM dengan teknik voltametri
siklik. Kecepatan payaran yang ditetapkan sebesar 100 mVs-1
pada selang
potensial 0.0 hingga 1.0 V (modifikasi Taufik 2013).
Pengaruh Komposisi Zeolit-Fe
Pengaruh komposisi zeolit-Fe diamati dengan mengukur arus puncak yang
terukur. Zeolit-Fe sebanyak 10, 15, 20, dan 25 mg ditambahkan dalam campuran
grafit dan parafin. Respon elektrode diamati dalam larutan K3[Fe(SCN)6] 1 mM
dengan teknik voltametri siklik dengan parameter kecepatan payaran dan selang
potensial yang sama. Penambahan komposisi zeolit-Fe dengan respon arus terbaik
dipilih sebagai kondisi pengukuran selanjutnya.
Penentuan Kadar Fe Terjerap (modifikasi Balal et al. 2009).
Sebanyak 0.5 g zeolit direndam dan diaduk dalam 50 mL FeCl3 0.01 M
selama 48 jam. Filtrat kemudian dipisahkan dan diencerkan 100 kali. Konsentrasi
Fe bebas kemudian diukur menggunakan AAS. Larutan FeCl3 0.01 M tanpa
penambahan zeolit ditetapkan sebagai konsentrasi awal. Selisih pengukuran
adalah kadar Fe yang telah terjerap dalam zeolit. Ulangan dilakukan 5 kali.
Analisis SEM
Morfologi zeolit belum teraktivasi, teraktivasi, dan zeolit-Fe diperiksa
dengan metode SEM. Ketiga permukaan pori zeolit diperiksa pada perbesaran
2500x dan dibandingkan homogenitas pori-pori zeolit.
5
Imobilisasi Enzim Piruvat Dehidrogenase pada Elektrode
(modifikasi Ikeda et al. 1998)
Larutan enzim PHD dengan konsentrasi tertentu diteteskan pada permukaan
elektrode pasta karbon sebanyak 35 μL. Elektrode dibiarkan mengering dengan
menguapnya pelarut. Ujung elektrode kemudian ditutup dengan membran dialisis,
lalu jaring nilon, dan diikat dengan paranilon. Elektrode direndam dalam larutan
dapar fosfat pH 7.4 kemudian dapat digunakan untuk pengukuran aktivitas PHD
dengan metode elektrokimia.
Pengukuran Elektrokimia
Pengukuran elektrokimia voltametri siklik dilakukan dengan bantuan
seperangkat alat potensiostat/galvanostat eDAQ dan komputer yang telah
terpasang program pengolah data Echem v.2.1.0. Elektrode yang digunakan dalam
penelitian ini adalah elektrode pasta karbon termodifikasi zeolit-Fe (elektrode
kerja), elektrode Ag/AgCl (elektrode referensi), dan elektrode platina (elektrode
pembantu). Parameter pengukuran pada program diatur sebagai berikut:
Mode : Cyclic
Initial E : 100 mV
Final E : 100 mV
Rate : 125 mV/s
Step W : 20 ms
Upper E : 750/1000 mV
Lower E : 0 mV
Range : 5 V
Dengan metode Response Surface Methodology: Central Composite Design
(RSM: CCD) kondisi optimum pengukuran logam arsen ditentukan. Kombinasi-
kombinasi yang telah ditentukan dimasukkan ke dalam piranti lunak statistika
MINITAB 14. Percobaan kemudian dilakukan sesuai dengan kombinasi yang
telah diberikan. Terdapat 3 parameter yang diuji, yaitu: suhu, pH, dan konsentrasi
enzim PDH. Perancangan ini digunakan untuk mencari nilai optimum aktivitas
enzim PDH setelah diimobilisasi. Berikut di bawah ini adalah tabel perlakuan
terkode antara pH dengan temperatur.
Larutan dapar fosfat dengan pH tertentu sebanyak 1.9 mL dan larutan
PDH 0.0005 U/mL 100 μL ditambahkan ke dalam sel pengukuran. Puncak arus
anode yang diamati ditetapkan sebagai blangko. Selanjutnya ditambahkan substrat
piruvat 2.1 mM sebanyak 1 mL dan diukur perubahan arus puncak anode.
(modifikasi Trivadilla 2011). Kombinasi rancangan antara pH dan suhu yang
diterapkan ditulis pada Lampiran 2. Hasil kombinasi kemudian diplotkan terhadap
arus yang dihasilkan membentuk kurva trimatra.
Tabel 1 Perlakuan terkode kondisi optimasi pengukuran
Parameter Perlakuan Terkode
-1.63 -1.00 0.00 1.00 1.63
pH 5.37 6.00 7.00 8.00 8.63
Suhu (°C) 17.0 20.0 25.0 30.0 33.0
[PDH] U/mL 0.0050 0.0085 0.0142 0.0198 0.0234
6
Pencirian Elektrode
Biosensor yang telah dipersiapkan kemudian dikarakterisasi pada kondisi
optimum pengukuran. Parameter karakterisasi yang digunakan adalah: linearitas
dan limit deteksi (Nazaruddin 2007). Untuk menguji perbedaan kedua metode
pengukuran, digunakan uji data berpasangan (Harvey 2000).
Linearitas (modifikasi Samphao et al. 2012)
Linearitas pengukuran diukur dengan mengukur respon tegangan terhadap
logaritma konsentrasi As2O3 Konsentrasi masing-masing yang digunakan adalah:
0.63-30 μg/L sebanyak 1.00 mL. Larutan yang digunakan adalah larutan dapar
dengan pH optimum, 1.00 mL piruvat 30 mM dan 100 μL enzim PDH 0.0005
U/mL. Setelah biosensor digunakan, elektrode direndam dalam EDTA 0.1 M
selama 2-3 menit. Penurunan puncak arus anode kemudian diamati setelah arsen
ditambahkan. Data kemudian diplot dalam kurva dengan sumbu-x adalah
logaritma konsentrasi ion arsenit dan respon arus (mA) pada sumbu-y.
Limit Deteksi (Harmita 2004)
Limit deteksi diukur dengan rumus berikut
𝐿𝑖𝑚𝑖𝑡 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑘𝑠𝑖 = 3 × 𝜎analit
𝑏
Keterangan:
σanalit = simpangan baku respon analitik analit
b = kemiringan garis pada persamaan garis linear
Uji Data Berpasangan (Harvey 2000)
Pengukuran biosensor arsen dibandingkan dengan pengukuran AAS (Atomic
Absorption Spectroscopy). Konsentrasi As2O3 yang terukur dalam rentang
linearitasnya dibandingkan dengan hasil pengukuran biosensor. Hasil data
kemudian diuji secara statistik dengan metode uji data berpasangan pada selang
kepercayaan 95%. Rumus yang digunakan:
𝑡 = 𝑑 𝑛
𝜎𝑑
Keterangan:
t = nilai uji-t
𝑑 = rerata perbedaan nilai dari kedua kelompok data
N = jumlah data
σd = standar deviasi perbedaan nilai kedua kelompok data
7
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi, Aktivasi, Karakterisasi dan Identifikasi Zeolit
Zeolit alam Cikalong yang digunakan masih berbentuk bongkahan berwarna
putih sedikit kehijauan dengan beberapa bintik kuning dan hijau. Tekstur zeolit
alam Cikalong agak keras namun mudah hancur. Zeolit ini kemudian dibersihkan,
dihancurkan dengan bantuan mortar, diayak dan disaring hingga 100 mesh untuk
mendapatkan ukuran pori yang lebih seragam. Kandungan mineral zeolit yang
dominan terdapat pada zeolit ini adalah modernit dengan sedikit pengotor berupa
kuarsa (Wyantuti 2008).
Zeolit alam Cikalong diaktivasi secara kimiawi dan fisis. Aktivasi bertujuan
menghilangkan pengotor-pengotor mineral lain yang menyumbat pori-pori zeolit.
Hilangnya pengotor menyebaban luas permukaan zeolit bertambah dan memiliki
aktivitas adsorpsi yang lebih besar. Selama proses aktivasi zeolit, terjadi proses
dealuminasi. Proses ini mengakibatkan Al dan beberapa logam pengotor lainnya
keluar dari struktur rangka zeolit. Selama proses dealuminasi, spesi H+
(aq) diserang
oleh atom oksigen yang terikat pada kerangka zeolit. Menurut
Mutngimaturrohmah et al. (2003) terdapat dua kemungkinan mekanisme
pemutusan ikatan, yaitu pemutusan ikatan Si-O dan Al-O. Berdasarkan harga
energi disosiasi ikatan, energi ikatan Al-O (116 kkal/mol) lebih rendah daripada
energi disosiasi Si-O (190 kkal/mol). Oleh karena itu, ikatan Al-O lebih mudah
putus. Mekanisme pemutusan ikatan ditunjukkan pada Gambar 1. Pada proses ini
secara visual filtrat cucian perendaman berwarna kuning kehijauan. Warna ini
diakibatkan oleh spesi AlCl3 yang terbentuk selama proses dealuminasi. Setelah
proses pencucian secara berulang hingga pH mendekati netral dan anion klorida
sisa telah tereliminasi, zeolit teraktivasi secara kimiawi kemudian ditempatkan
dalam tanur 300-400 ºC selama 3-4 jam (modifikasi SNI 13-3494-1994).
Perlakuan ini bertujuan membebaskan air yang terjerap, sehingga luas permukaan
zeolit untuk penjerapan lebih meningkat. Zeolit yang telah dipanaskan dalam
tanur kemudian dimodifikasi dengan penambahan ion Fe3+
. Hal ini dilakukan
dengan prinsip penukaran kation logam pada pori-pori zeolit. Penukaran kation
logam pada zeolit tidak mengubah struktur kristal tetrahedron zeolit, melainkan
mengubah sifat dan afinitas daya jerap zeolit. (Hanafiah 2005).
Gambar 1 Reaksi dealuminasi zeolit dengan bantuan asam
(Weitkamp, Puppe 1999)
8
Preparasi zeolit-Fe dilakukan dengan penjerapan zeolit teraktivasi dalam
larutan FeCl3 selama 48 jam (Balal et al. 2009). Larutan FeCl3 sebanyak 50 mL
yang digunakan memiliki konsentrasi 0.01 M. Pengamatan visual menunjukkan
zeolit-Fe memiliki warna jingga kekuningan, berbeda dengan zeolit teraktivasi
yang memiliki warna putih. Sementara itu, zeolit yang belum teraktivasi berwarna
putih dengan intensitas warna yang lebih rendah (Gambar 2). Untuk mengukur
kadar Fe dalam zeolit-Fe, filtrat diambil dan kadar Fe bebas diukur dengan AAS.
Setelah diberikan perlakuan, kadar zeolit terjerap sebanyak 28.440 mg/g zeolit
(Lampiran 4). Jumlah Fe teradsorpsi pada permukaan zeolit sebanding dengan
peningkatan kadar Fe pada permukaan zeolit. Dengan metode pembuatan dan
analisis yang berbeda Agustina (2012) mendapatkan nilai Fe zeolit Cikalong
bertambah sebanyak 4.7813 mg/g. Zeolit-Fe tersebut dibuat dengan penjerapan
senyawa Fe(OH)3 dan analisis yang digunakan adalah desorpsi Fe dengan larutan
HNO3 5%.
Nilai KTA zeolit antarperlakuan diukur. Nilai KTA zeolit menandakan
afinitas zeolit terhadap anion. Semakin besar nilai KTA, zeolit akan semakin
mudah berinteraksi dengan anion (Hanafiah 2005). Hasil pengukuran KTA
menunjukkan nilai rerata secara berturut-turut untuk zeolit belum teraktivasi,
zeolit teraktivasi, dan zeolit-Fe adalah 8.2527, 11.3295, 16.5995 mek/100 g zeolit.
Aktivasi zeolit secara asam mengubah karakter zeolit menjadi lebih positif.
Sehingga, nilai KTA zeolit meningkat. Berubahnya karakter zeolit ini disebabkan
terlepasnya Al selama proses aktivasi menjadi AlCl3 (Weitkamp, Puppe 1999).
Nilai KTA meningkat 2 kali lipat setelah zeolit diinsersi ion Fe(III). Insersi
ion Fe(III) dapat dilakukan karena ion Fe(III) memiliki afinitas terhadap ligan
mineral liat yang lebih kuat dibandingkan dengan ion yang bervalensi rendah dan
atau ion dengan radius hidrasi yang tinggi (Hanafiah 2005). Karakter zeolit
menjadi lebih positif sehingga memudahkan interaksi dengan muatan negatif,
seperti gugus elektronegatif pada enzim. Permukaan zeolit yang cenderung positif
juga diharapkan akan menguatkan interaksi antara enzim dengan permukaan
elektrode. Sehingga, enzim tidak mudah mengalami ablasi dari permukaan
elektrode.
Gambar 2 Pengamatan visual zeolit (dari kiri ke kanan):
zeolit belum teraktivasi, zeolit teraktivasi HCl
3 M, dan zeolit teraktivasi yang telah
termodifikasi FeCl3
9
Analisis morfologi zeolit dengan SEM menunjukkan rongga-rongga zeolit
pada pembesaran 2500 kali (Gambar 3). Rongga pada zeolit yang belum
termodifikasi terlihat tidak teratur. Beberapa substansi pengotor masih teramati
menutupi pori-pori zeolit. Rongga zeolit semakin banyak dan terbuka pada zeolit
teraktivasi asam. Hasil insersi atom Fe pada zeolit menyebabkan rongga semakin
banyak dan teratur. Hal ini mengindikasikan luas permukaan zeolit semakin
bertambah.
Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Zeolit-Fe
Elektrode pasta karbon (EPK) dibuat dengan komposisi 55 mg grafit dan
35μL parafin. Elektrode yang telah dibuat kemudian dikarakterisasi respon
arusnya menggunakan K3[Fe(CN)6] 1mM. Elektrode dengan respon arus yang
konstan dan menunjukkan puncak redoks di 0.4-0.6 V dipilih untuk pengukuran
selanjutnya. Dari 30 EPK yang dibuat, hanya ada 6 EPK dengan respon terbaik.
Hasil pengujian menunjukkan rerata respon arus dari 6 EPK tersebut sebesar ±
0.0006 mA (Gambar 4). Profil arus EPK terlihat seragam dengan rentang 0.0008-
0.0006 mA dengan deviasi arus yang rendah. Hal ini menunjukkan keterulangan
fabrikasi elektrode rendah namun memiliki presisi yang tinggi.
Gambar 3 Hasil payaran SEM perbesaran 2500×: (a) zeolit
belumteraktivasi, (b) zeolit teraktivasi HCl 3 M, (c)
zeolit-Fe.
(a) (b)
(c)
10
Modifikasi EPK dilakukan dengan menambahkan zeolit-Fe ke dalam
campuran EPK. Bobot zeolit-Fe yang ditambahkan sebesar 10-25 mg. Profil
elektrode setiap penambahan zeolit-Fe ditunjukkan pada Lampiran 5. Semakin
banyak zeolit yang ditambahkan, bentuk voltamogram menunjukkan arus oksidasi
yang semakin meningkat. Akan tetapi, penambahan zeolit-Fe di atas 15 mg tidak
menghasilkan keterulangan arus puncak yang seragam, bahkan cenderung
menurun. Balal (2009) menjelaskan bahwa penambahan zeolit-Fe yang lebih
tinggi mengurangi konduktivitas permukaan elektrode. Dengan demikian, zeolit-
Fe yang ditambahkan ke dalam EPK sebanyak 15 mg.
Hasil pengukuran menunjukkan terjadi peningkatan arus (Gambar 5).
Peningkatan arus yang terukur sebesar 3-5 kali pada EPK termodifikasi zeolit-Fe
15 mg (Lampiran 5). Hasil ini sesuai dengan penelitian Balal et al. (2009) yang
menunjukkan penambahan nanozeolit termodifikasi Fe 15 mg pada EPK akan
meningkatkan respon arus yang dihasilkan meningkat sebesar 3-10 kali. Potensial
arus oksidasi bergeser menuju potensial 0.3-0.5V. Hal ini menunjukkan
penambahan zeolit-Fe menimbulkan efek elektrokatalisis dengan pergeseran
potensial semakin negatif pada proses redoks sampel selama proses pemayaran
(Bae et al. 2000).
Gambar 4 Profil payaran voltamogram 6 EPK yang berbeda tanpa
penambahan zeolit-Fe (E1, E2, E3, E4, E5, E6).
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2-0,004
-0,003
-0,002
-0,001
0,000
0,001
Arus
(mA)
Tegangan (V)
E1
E2
E3
E4
E5
E6
Gambar 5 Perbandingan profil arus voltamogram EPK dan EPK
termodifikasi Fe
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2-0,08
-0,06
-0,04
-0,02
0,00
0,02
0,04
0,06
Arus
(mA)
Tegangan (V)
E1
E2
E3
E4
E5
E6
E1zeolitFe
E2zeolitFe
E3zeolitFe
E4zeolitFe
E5zeolitFe
E6zeolitFe
11
Optimasi Kinerja Biosensor Arsen
Biosensor arsen dibuat dengan penambahan enzim piruvat dehidrogenase
(PDH) terimobilisasi pada permukaan elektrode. Imobilisasi enzim bertujuan
meningkatkan stabilitas enzim selama proses enzimatik berlangsung (Eggins
2002). Sebelum menambahkan arsen dalam sampel, dibutuhkan optimasi kinerja
biosensor. Bagian enzim terimobilisasi dimasukkan ke dalam larutan dapar fosfat
dengan pH optimum kinerja enzim PDH pada pH 7.4 menurut spesifikasi produk
enzim. Kondisi optimum kinerja biosensor (pH, suhu, dan konsentrasi enzim)
dicari dengan metode Respon Surface Methodology: Central Composite Design.
Hasil optimasi menunjukkan EPK zeolit-Fe memiliki kondisi optimum pada
pH 7.00, suhu 33 °C, dan konsentrasi enzim 0.0142 U/mL (Gambar 6). Kondisi
pH optimum yang diperoleh relatif sedikit bergeser dari pH optimum kinerja
enzim antara 7.00-8.00 dalam keadaan bebas (Pawelczyk, Olson 1992).
Pergeseran ini terjadi akibat perubahan lingkungan ionik di permukaan elektrode
yang terimobilisasi enzim. Permukaan elektrode yang positif menarik anion ke
permukaan untuk menetralkan muatan. Akibatnya, muatan negatif cenderung
berkumpul di dekat enzim yang terimobilisasi dan mengubah pH optimum enzim
menjadi lebih basa. Hal sebaliknya terjadi bila tempat imobilisasi enzim
cenderung bersifat negatif (Bergamasco 2000).
[PDH]
pH
0.02250.02000.01750.01500.01250.01000.00750.0050
8.5
8.0
7.5
7.0
6.5
6.0
5.5
A (mA)
-0.005 - 0.000
0.000 - 0.005
0.005 - 0.010
0.010 - 0.015
0.015 - 0.020
<
> 0.020
-0.010
-0.010 - -0.005
Contour Plot of A (mA) vs pH, [PDH]
Suhu
pH
3230282624222018
8.5
8.0
7.5
7.0
6.5
6.0
5.5
A (mA)
-0.005 - 0.000
0.000 - 0.005
0.005 - 0.010
0.010 - 0.015
0.015 - 0.020
<
> 0.020
-0.010
-0.010 - -0.005
Contour Plot of A (mA) vs pH, Suhu
Suhu
[PD
H]
3230282624222018
0.0225
0.0200
0.0175
0.0150
0.0125
0.0100
0.0075
0.0050
A (mA)
-0.005 - 0.000
0.000 - 0.005
0.005 - 0.010
0.010 - 0.015
0.015 - 0.020
<
> 0.020
-0.010
-0.010 - -0.005
Contour Plot of A (mA) vs [PDH], Suhu
Gambar 6 Gambar plot kontur hasil optimasi variabel pH, suhu, dan
konsentrasi PDH: (a) pH terhadap [PDH], (b) pH terhadap suhu,
(c) [PDH] terhadap suhu.
(b) (a)
(c)
12
Gambar 8 Profil voltamogram biosensor arsen
(a)
(b)
Gambar 7 (a) Mekanisme reaksi katalitik enzim PDH dengan substrat piruvat
(Voet, Voet 2010)
(b) Mekanisme inhibisi arsen pada enzim PDH (Diwan 2007)
-0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2-0,25
-0,20
-0,15
-0,10
-0,05
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
Aru
s (
mA
)
Tegangan (V)
blangko
piruvat
2.5ppbAs
5ppbAs
10ppbAs
15ppbAs
20ppbAs
13
Akan tetapi, sifat permukaan diduga tidak banyak terpengaruh oleh
keberadaan zeolit. Hal ini ditunjukkan oleh nilai pH optimum enzim terimobilisasi
tidak meningkat dan masih berada pada rentang optimum kinerja enzim.
Pengukuran karakterisasi biosensor arsen dengan enzim PDH lalu disesuaikan
pada kondisi optimum yang telah diperoleh.
Hasil pengolahan data ANOVA regresi linear model CCD pada tingkat
kepercayaan 95% menunjukkan model kurva memiliki lengkungan kurva
(p=0.213). Model kurva yang dibangun diketahui juga belum memenuhi syarat
untuk dibuat kontur 3 dimensinya (p=0.221). Hal ini ditandai dengan interaksi
antarvariabel tidak berpengaruh secara nyata (p=0.440) terhadap arus yang
dihasilkan dan masih timbulnya kurvatur pada model. Hanya pH yang memiliki
pengaruh signifikan terhadap arus yang dihasilkan (p=0.023). Keadaan ini
menunjukkan model RSM yang dibangun masih linear (p=0.213) dan belum
bersifat kuadratik (p=0.066) Hal ini disebabkan oleh komponen pengenal hayati
berupa enzim yang rentan terhadap perubahan kondisi pH lingkungan. Perubahan
pH lingkungan dapat mengubah kondisi geometri 3 dimensi enzim sehingga
menurunkan aktivitas katalitiknya (Eggins 2002).
Biosensor Arsen
Biosensor arsen bekerja dengan mendeteksi terjadinya penurunan arus akibat
keberadaan arsen dalam sampel. Aktivitas enzim PDH terhalangi oleh keberadaan
arsen (Gambar 7). Arsen menghalangi proses redoks enzim dengan cara berikatan
dengan gugus ditiol visinal pada enzim, sehingga aktivitas katalitiknya mengalami
penurunan (Samikkanu et al. 2003). Penurunan aktivitas ini dapat terdeteksi
dengan melihat penurunan arus oksidasi antara pengukuran sampel dengan As dan
tanpa As. Bereaksinya substrat piruvat dengan enzim PDH akan menghasilkan
puncak arus oksidasi. Adanya arsen menyebabkan penurunan arus puncak
Gambar 9 Kurva hubungan antara penurunan arus puncak terhadap
konsentrasi arsen
0
200
400
600
800
1000
0 10 20 30 40 50 60Pe
nu
run
an A
rus
(10
-4m
A)
[As] (ppb)
1
2
3
14
oksidasi pada potensial 0.0-0.2 V (Gambar 8). Profil penurunan arus puncak
terhadap peningkatan konsentrasi arsen ditunjukkan pada Gambar 9.
Pengukuran senyawa arsen dilakukan pada rentang 0.63-30 ppb.
Pengukuran pada rentang ini bertujuan mengetahui linearitas dan limit deteksi
biosensor arsen yang dibuat. Selain itu, linearitas arus, limit deteksi, dan limit
kuantisasi biosensor dibandingkan dengan linearitas hasil pengukuran AAS. Hasil
pengukuran pada 3 elektrode yang berbeda dengan ulangan 1 kali menunjukkan
linearitas terbaik berada pada rentang penambahan arsen antara 2.50-20 ppb
(Gambar 10). Dari 3 hasil pengukuran elektrode hanya elektrode B dan C yang
memberikan profil arus yang serupa. Elektrode A memberikan respon arus yang
jauh lebih besar namun tidak konstan pada rentang 0.63-2.50 ppb.
Hasil payaran voltamogram ini menunjukkan keterulangan fabrikasi
elektrode masih rendah. Akibatnya, linearitas dan limit deteksi ketiga elektrode
berbeda-beda. Hal ini disebabkan arus yang dihasilkan berbeda antara elektrode
satu dengan yang lainnya. Perbedaan ini dapat terjadi akibat dari kesalahan acak
proses fabrikasi elektrode atau proses imobilisasi yang kurang homogen (Švancara
et al. 2009).
Elektrode b menunjukkan koefisien determinasi dan limit deteksi terbaik
secara berturut-turut sebesar 97.70% dan 3.78 ppb. Berdasarkan perhitungan nilai
limit deteksi biosensor dengan linearitas terbaik ini masih tinggi sebesar 3.78 ppb
(Lampiran 8). Namun, nilai limit deteksi elektrode B masih lebih rendah daripada
limit deteksi metode AAS (Lampiran 9). Limit deteksi masing-masing elektrode
masih belum seragam, sehingga nilai limit deteksi biosensor arsen yang telah
dibuat diperkirakan berada pada rentang 2-16 ppb.
Bila hasil pengukuran biosensor ini dibandingkan dengan beberapa
penelitian tentang deteksi As, metode biosensor berpotensi memberikan nilai limit
deteksi relatif rendah. Sarkar et al. (2011) dengan perangkat field test kit dapat
mendeteksi As hingga 10 ppb. Sementara itu, Tahir et al. (2008) dengan metode
spektrofotometi dapat mendeteksi As hingga konsentrasi 1 ppb. Siddiki et al.
(2011) dengan metode biosensor GFP memiliki nilai limit deteksi sebesar 5 ppb
As. Limit deteksi yang rendah sangat diperlukan karena nilai ambang batas
Gambar 10 Profil linearitas elektrode A, B, dan C
yb = 1,343x + 140,6R² = 0,977
yc = 2,724x + 204,9R² = 0,69
ya = 21,20x + 401,7R² = 0,699
80
240
400
560
720
880
1040
0 5 10 15 20 25
Pe
nu
run
an A
rus
(mA
10
-4)
[As] (ppb)
b
c
a
15
konsentrasi senyawaan arsenik yang diperbolehkan dalam regulasi antara 10-15
ppb.
Pengujian data berpasangan data masing-masing elektrode dengan hasil
pengukuran AAS pada tingkat kepercayaan 95% dan konsentrasi arsen yang sama
(Lampiran 10). Hasil uji menunjukkan kedua data memberikan hasil pengukuran
yang tidak berbeda nyata pada hasil pengukuran biosensor terhadap hasil
pengukuran AAS. Hal ini menunjukkan metode pengukuran arsen dengan
biosensor berpotensi dapat sebagai alternatif metode pengukuran selain AAS pada
rentang konsentrasi As yang rendah. Akan tetapi, mengingat nilai limit deteksi
yang belum seragam antarelektrode akibat keterulangan imobilisasi enzim yang
rendah dan rentang linearitas yang sempit (2.50-20 ppb) membuat metode
pengukuran ini masih sulit untuk diaplikasikan.
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Penelitian menunjukkan penggunaan zeolit-Fe sebagai material
pemodifikasi EPK mampu meningkatkan arus sebesar 3-7 kali. Jumlah zeolit-Fe
yang dapat memberikan profil arus seragam dan maksimum diketahui sebesar 15
mg. Dengan kondisi jumlah zeolit optimum kinerja biosensor diketahui memiliki
kondisi optimum saat pH larutan, suhu, dan konsentrasi enzim PDH sebesar 7.00,
33 °C, dan 0.0142 U/mL. Nilai limit deteksi dari tiga biosensor masih berbeda
satu sama lain, sehingga reprodisibilitas fabrikasi biosensor masih rendah.
Linearitas terbaik pengukuran As dengan biosensor berada pada rentang 2.50-20
ppb. Nilai limit deteksi terbaik dari 3 biosensor didapatkan sebesar 3.78 ppb. Nilai
ini lebih rendah dibanding limit deteksi pengukuran AAS, namun masih tinggi
untuk mendeteksi konsentrasi As di bawah 10 ppb. Rentang linearitas yang sempit
dan limit deteksi yang relatif tinggi membuat analisis dengan biosensor As ini
masih sulit.
Saran
Penelitian mengenai stabilitas termodinamik dan selektivitas biosensor
diperlukan untuk menambah informasi karakteristik biosensor As berbasis EPK
zeolit-Fe dengan enzim PDH sebagai agen pengenal hayati. Titik optimasi kinerja
optimum dengan parameter suhu, pH, dan konsentrasi PDH perlu dievaluasi.
Rentang linearitas di bawah 2.50 ppb perlu diteliti untuk mendapatkan nilai limit
deteksi yang lebih rendah dan rentang linearitas yang lebih lebar. Keterulangan
fabrikasi biosensor perlu ditingkatkan dengan penambahan zat pengimobilisasi
yang lebih baik. Sifat inhibisi arsen dapat diteliti lebih lanjut dengan parameter
Km dan Vmaks enzim pada kondisi optimum pengukuran biosensor.
16
DAFTAR PUSTAKA
[BSN] Badan Standardisasi Nasional. 1994. SNI 13-3494-1994: Mineral zeolit,
Pengukuran kapasitas pertukaran kation, Jakarta (ID).
Agrawal O, Sunita G, Gupta VK. 1999. A sensitive colorimetric method for the
determination of arsenic in environmental and biological samples. J. Chin.
Chem. Soc. 46(4): 641-645.
Bae ZU, Park YC, Lee JH, Chang HY, Lee SH. 2000. Electrocatalytic properties
of a modified electrode with an asymmetric nickel(II)-tetraaza(14)annulene
complex. Bull. Korean Chem. Soc. 21(7):749-751
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): 789-
796.
Bergamasco R, Basseti FJ, de Moraes FF, Zanin GM. 2000. Characterization of
free and immobilized invertase regarding activity and energy of activation.
Braz. J. Chem. Eng. 17:4-7 http://dx.doi.erg/10.1590/S0104-
66322000000400051
Chaplin MF, Bucke C. 1990. Enzyme Technology. Cambridge (GB): Cambridge
University Press.
Chauhan N, Pundir CS. 2011. An amperometric biosensor based on
acetylcholinesterase immobilized onto iron oxide nanoparticles/multi-walled
carbon nanotubes modified gold electrode for measurement of
organophosphorus insecticides Analytica Chimica Acta 701: 66-74
Daud N, Yusof NA, Tee TW, Abdullah AH. 2012. Electrochemical sensor for As
(III) utilizing CNTs/leucine/nafion modified electrode. Int. J. Electrochem.
7(2012):175-185.
Diwan JJ. 2007. Pyruvate Dehydrogenase & Krebs Cycle. [terhubung berkala].
http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb1/part2/krebs.htm#l
ocaliz (19 Juli 2014)
Eggins BR. 2002. Chemical Sensors and Biosensors. New Jersey (US): John
Wiley & Sons Inc.
Hanafiah KA. 2005. Dasar-Dasar Ilmu Tanah. Jakarta (ID): PT RajaGrafindo
Persada
Harmita. 2004. Petunjuk pelaksanaan validasi metode dan cara perhitungannya.
Majalah Ilmu Kefarmasian 1(3): 117-135
Harvey D. 2000. Modern Analytical Chemistry. Boston (US): Mc Graw Hill Co.
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, Saprudin D, Kibtiah. 2009. Penggunaan Metode Voltametri dalam
Biosensor Kolesterol dengan Ferosen sebagai Mediator, Jurnal Biofisika.
Mutngimaturrohmah, Gunawan, Khabibi. 2003. Aplikasi zeolit alam
terdealuminasi dan termodifikasi HDTMA sebagai adsorben fenol. [skripsi].
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Diponegoro:
Semarang.
Nazaruddin. 2007. Biosensor urea berbasis biopolimer khitin sebagai matriks
imobilisasi. Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan 6(1): 41-44.
17
Powalczyk T , Olson MS. 1992. Regulation of pyruvate dehydrogenase kinase
activity from pig kidney cortex. Biochem. J. (288):369-373
Rocha C, Cristina MR, Gonçalves MP, Teixeira JA. 2005.Spent-grains and
zeolites as potential carriers for trypsin immobilization. Prosiding.
International Chemical Engineering Conference, Departamento de
Engenharia Quimica da Universidade de Coimbra.
http://hdl.handle.net/1822/3518
Samikkannu T, Chen C-H, Yih L-H. 2003. Reactive oxygen species are involved
in arsenic trioxide inhibition of pyruvate dehydrogenase activity. Chemical
Research in Toxicology 16(3):409-414.
Samphao A, Rerkchai H, Jitcharoen J, Nacaricha D, Kalcher K. 2012. Indirect
determination of mercury by inhibition of glucose oxidase immobilized on a
carbon paste electrode. Int. J. Electrochem. Sci. 7(2012): 1001-1010
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.
Sarkar B, Solaiman AHM, Das AK, Chowdhury DA. 2011. Comparative analysis
of arsenic detection in water by field test kit and AAS method. JES 2(1):38-
41
Shang Z, Xu Y, Gu Y, Wang Y, Wei D, Zhan L. 2011. A Rapid Detection of
Pesticide Residue Based on Piezoelectric Biosensor Procedia Engineering
15: 4480-4485
Siddiki MSR, Kawakami Y, Ueda S, Maeda I. 2011. Solid phase biosensors for
arsenic or cadmium composed of a trans factor and cis element complex.
Sensors (11):10063-10073 doi:10.3390/s111110063
Souiru M, Gammoudi I, Ouada HB, Mora L, Jouenne T, Jaffrezic-Renault N,
Dejous C, Othmane A, Duncan AC. 2009. Escherichia coli-functionalized
magnetic nanobeads as an ultrasensitive biosensor for heavymetals.
Procedia Chemistry . 1: 1027–1030
Švancara I, Vytřas K, Kalcher K, Walcarius A, Wang J. 2009. Carbon paste
electrodes in factsnumbers, and notes: a review on the occasion of the 50-
years jubilee of carbon paste in electrochemistry and electroanalysis.
Electroanalysis (21): 7-28 doi:10.1002/elan.200804340
Tahir MA, Rasheed H, Malala A. 2008. Method development for arsenic analysis
by modification in spectrophotometric technique. Drink. Water Eng. Sci.
Discuss (1):135-154
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.
Voet D, Voet JG. 2011. Biochemistry 4th
Edition. New Jersey (US): John Willey
Inc.
18
Vytřas K, Švancara I, Metelka R. 2009. Carbon paste electrodes in
electroanalytical chemistry. J. Serb. Chem. Soc. 74(10): 1021-1033.
Weitkamp J, Puppe L. 1999. Catalysis and Zeolites: Fundamentals and
Applications. Berlin (DE): Spinger-Verlag
Widowati W, Sastiono A, Jusuf R. 2008. Efek Toksik Logam. Yogyakarta (ID):
Penerbit Andi.
Wyantuti S.2008. Karakterisasi zeolit alam asal Cikalong Tasikmalaya. Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Padjajaran. Bandung.
19
LAMPIRAN
Lampiran 1 Diagram Alir Penelitian
Zeolit
Aktivasi
Zeolit teraktivasi Grafit + Parafin
Zeolit
termodifikasi
Fe3+
FeCl3 0.01
M
250 mL
Imobilisasi
enzim PHD
Biosensor
Konsentrasi
tertentu
Uji RSM:
CCD Kondisi
optimum
Validasi
ECP
ECP Uji hantar
arus
Limit deteksi
Linearitas
Uji Data Berpasangan
Campuran
grafit+parafin
yang telah halus
100
mesh
20
Lampiran 2 Rancangan percobaan kombinasi 3 parameter dengan metode
CCD
No. pH Suhu (°C) [LDH] (U/mL)
1 6.00 20 0.0085
2 6.00 20 0.0198
3 6.00 30 0.0085
4 6.00 30 0.0198
5 8.00 20 0.0085
6 8.00 20 0.0198
7 8.00 30 0.0085
8 8.00 30 0.0198
9 7.00 25 0.0142
10 7.00 25 0.0142
11 7.00 25 0.0142
12 7.00 25 0.0142
13 7.00 25 0.0142
14 7.00 25 0.0142
15 7.00 17 0.0142
16 7.00 25 0.0050
17 7.00 25 0.0234
18 7.00 33 0.0142
19 8.63 25 0.0142
20 5.37 25 0.0142
21
Lampiran 3 Nilai KTA Zeolit
Tabel 2 Standardisasi NaOH 0.1 N oleh asam oksalat 0.1 N 5 mL
Ulangan Volume titran (mL)
[NaOH]N Awal Akhir Terpakai
1 0.50 6.20 5.70 0.0877
2 6.20 11.97 5.77 0.0867
3 11.97 17.50 5.78 0.0870
Rerata 0.0870
Indikator : fenolftalein
Perubahan warna : tak berwarna – merah muda
Massa asam oksalat : 0.6300 g
[Asam oksalat] = (0.6300 g/ 63 gmol-1
) / (0.1 L)
= 0.1000 N
[NaOH] = (VAsam oksalat/Vtitran) x NAsam oksalat
= (5.00 mL/5.70 mL) x 0.1001 N
= 0.0877 N
Rerata [NaOH] = (0.0877+0.0867+0.0870)N/3
= 0.0870 N
Tabel 2 Data titrasi nilai KTA filtrat zeolit dengan NaOH 0.0870 N
Sampel Ulangan
Volume titran (mL) KTA
(mek/100
g) Awal Akhir Terpakai
Blangko 19.80 29.30 9.50
Zeolit
belum
teraktivasi
1 17.97 27.83 9.86 6.2328
2 27.83 37.87 10.04 9.3493
3 37.87 47.90 10.03 9.1761
Rerata 8.2527
Zeolit
teraktivasi
1 31.40 41.50 10.10 10.4046
2 10.67 20.87 10.20 12.1387
3 20.87 31.03 10.16 11.4451
Rerata 11.3295
Zeolit-Fe
1 0.03 10.60 10.57 18.5660
2 10.60 20.97 10.37 15.0957
3 20.97 31.40 10.43 16.1368
Rerata 16.5995
𝐾𝑇𝐴 = 𝑉𝑐 − 𝑉𝑏 𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑁
𝑚× 100
= 9.86 − 9.50 𝑚𝐿 0.0870 𝑁
0.5025 𝑔 × 100 = 6.2328
𝑚𝑒𝑘
100 𝑔
22
Lampiran 4 Jumlah Fe terdsorpsi dalam zeolit
Tabel 3 Kurva standar Fe AAS
No Konsentrasi (ppm) Absorbans
1 0.4000 0.0402
2 1.0000 0.0646
3 2.0000 0.1055
4 4.0000 0.1861
5 8.0000 0.3433
Persamaan garis linear
y = 0.0251 + 0.0399x
R2 = 0.9999
Keterangan:
y = absorbans
x = konsentrasi Fe (ppm)
Tabel 4 Data adsorpsi Fe ke dalam zeolit (FeCl3 0.01 M 50 mL)
No Perlakuan Massa
Zeolit
Absorbans
(fp 100x)
[Fe]bebas
(ppm)
[Fe]teradsorpsi
(ppm)
Massa Fe
terjerap
(mg/g)
1 Fe 0.01 M - 0.2616 592.73 - -
2 Ulangan 1 0.5005 0.1434 296.49 296.24 28.624
3 Ulangan 2 0.5004 0.1489 310.28 282.45 28.246
4 Ulangan 3 0.5014 0.1465 304.26 288.47 28.848
5 Ulangan 4 0.5012 0.1504 314.04 278.69 27.869
6 Ulangan 5 0.5012 0.1464 304.01 288.72 28.872
Rerata 28.440
Contoh perhitungan:
1. [Fe]bebas = (Asampel-a)/b x fp = (0.1434-0.0251)/0.0399 x 100 = 296.49 ppm
2. [Fe]terjerap = [Fe 0.01 M]ppm – [Fe]sampel
= (592.73 – 296.49) ppm = 296.24 ppm
3. Massa Fe terjerap = [Fe]terjerap x Vsampel = 296.24 ppm x 50 mL = 14.812 mg
4. Massa Fe terjerap/g zeolit = 14.812 mg/0.5005 g = 28.364 mg/g
5. Rerata massa Fe terjerap/g zeolit = 1
5 [𝐹𝑒]𝑖 = 28.440 𝑚𝑔/𝑔5
𝑖=1
Gambar 11 Kurva standar Fe dengan metode
AAS
y = 0.0399x + 0.0251R² = 0.9999
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0 5 10
Ab
orb
ans
[Fe] (ppm)
23
Lampiran 5 Profil hasil pemayaran EPK termodifikasi zeolit-Fe dengan
K3[Fe(CN)6] 1mM dalam KCl 0.1 M
Gambar 12 Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 10 mg
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
-0,004
-0,003
-0,002
-0,001
0,000
0,001
0,002
0,003
Arus
(mA)
Tegangan (V)
blangko
E2
E11
E14
E15
E17
E20
E23
E25
Gambar 13 Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 15 mg
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0-0,008
-0,007
-0,006
-0,005
-0,004
-0,003
-0,002
-0,001
0,000
0,001
0,002
0,003
0,004
0,005
Aru
s (m
A)
Tegangan (V)
blangko
E3
E6
E8
E9
E10
E14
Gambar 14 Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 20 mg
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
-0,006
-0,005
-0,004
-0,003
-0,002
-0,001
0,000
0,001
0,002
0,003
0,004
Arus
(mA)
Tegangan (V)
blangko
E2
E3
E6
E8
E10
E11
24
Tabel 5 Data rerata arus oksidasi maksimum
Arus oksidasi
ulangan ke-*
(mA)
Zeolit-Fe (mg)
10 15 20 25
1 0.0017 0.00300 0.0017 0.0017
2 0.0020 0.00350 0.0027 0.0010
3 0.0015 0.00300 0.0022 0.0018
4 0.0018 0.00270 0.0018 0.0009
5 0.0020 0.00240 0.0026
6 0.0017 0.00210 0.0017
7 0.0022 0.0031
8 0.0019
Rerata 0.0019 0.0028 0.0023 0.0014
Standar
deviasi 0.0002 0.0005 0.0006 0.0005
*data yang diambil berdasarkan profil voltamogram terbaik
Gambar 15 Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 25 mg
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0-0,004
-0,003
-0,002
-0,001
0,000
0,001
0,002Ar
us (m
A)
Tegangan (V)
blangko
E1
E2
E3
E5
Gambar 16 Grafik hubungan rerata arus puncak dengan
jumlah zeolit-Fe dalam EPK
0,0000
0,0005
0,0010
0,0015
0,0020
0,0025
0,0030
0,0035
10 15 20 25
Re
rata
Aru
s (m
A)
zeolit-Fe (mg)
25
Tabel 6 Perbandingan peningkatan arus puncak oksidasi (mA) antara EPK dan
EPK termodifikasi Fe
No EPK EPK+zeolit-Fe 15 mg
1 0.00060 0.00300
2 0.00040 0.00350
3 0.00080 0.00300
4 0.00080 0.00270
5 0.00040 0.00240
6 0.00070 0.00210
Rerata 0.00062 0.00280
Standar
deviasi 0.00018 0.00050
Lampiran 6 Optimasi variabel pH, suhu, dan konsentrasi enzim
Tabel 7 Hasil optimasi variariael pH, suhu, dan konsentrasi enzim
No. pH Suhu
(°C)
[LDH]
(U/mL)
Arus (mA)
Blanko Sampel Analit
1 6.00 20 0.0085 0.0298 0.0185 -0.0113
2 6.00 20 0.0198 0.0204 0.0182 -0.0022
3 6.00 30 0.0085 0.0174 0.0126 -0.0048
4 6.00 30 0.0198 0.0166 0.0171 0.0005
5 8.00 20 0.0085 0.0217 0.0204 -0.0013
6 8.00 20 0.0198 0.0226 0.0145 -0.0081
7 8.00 30 0.0085 0.0213 0.0225 0.0012
8 8.00 30 0.0198 0.0510 0.0410 -0.0100
9 7.00 25 0.0142 0.0078 0.0150 0.0072
10 7.00 25 0.0142 0.0127 0.0124 -0.0003
11 7.00 25 0.0142 0.0121 0.0211 0.0090
12 7.00 25 0.0142 0.0083 0.0117 0.0034
13 7.00 25 0.0142 0.0121 0.0265 0.0144
14 7.00 25 0.0142 0.0235 0.0239 0.0004
15 7.00 17 0.0142 0.0201 0.0178 -0.0023
16 7.00 25 0.0050 0.0408 0.0444 0.0036
17 7.00 25 0.0234 0.0088 0.0096 0.0008
18 7.00 33 0.0142 0.0217 0.0442 0.0225
19 8.63 25 0.0142 0.0139 0.0177 0.0038
20 5.37 25 0.0142 0.0277 0.0199 -0.0078
Arus analit = Arus sampel – Arus blanko
= 0.0265 mA – 0.0121 mA
= 0.0144 mA
26
Lampiran 7 Regresi Response Surface Method Response Surface Regression: A (mA) versus pH, Suhu, [PDH]
The analysis was done using uncoded units.
Estimated Regression Coefficients for A (mA)
Tabel 8 Perhitungan ANOVA Response Surface Method: Central Composite
Design (Minitab 14)
Term Coef SE Coef T P
Constant -0.3946 0.1517 -2.601 0.026
pH 0.0826 0.0308 2.684 0.023
Suhu 0.0030 0.0054 0.554 0.592
[PDH] 8.5615 4.2021 2.037 0.069
pH*pH -0.0047 0.0020 -2.404 0.037
Suhu*Suhu -0.0000 0.0001 -0.060 0.954
[PDH]*[PDH] -97.9643 61.2948 -1.598 0.141
pH*Suhu -0.0002 0.0005 -0.429 0.677
pH*[PDH] -0.7146 0.4430 -1.613 0.138
Suhu*[PDH] -0.0355 0.0886 -0.400 0.697
S = 0.007080 R-Sq = 60.3% R-Sq(adj) = 24.6%
Analysis of Variance for A (mA)
Tabel 9 Perhitungan ANOVA model RSM yang dibangun
Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P
Regression 9 0.000762 0.000085 0.000762 1.69 0.213
Linear 3 0.000220 0.000498 0.000166 3.31 0.066
Square 3 0.000395 0.000395 0.000132 2.63 0.108
Interaction 3 0.000148 0.000148 0.000049 0.98 0.440
Residual
Error
10 0.000501 0.000501 0.000050
Lack of
Fit
5 0.000342 0.000342 0.000068 2.14 0.211
Pure Error 5 0.000160 0.000160 0.000032
Total 19 0.001264
Unusual Observations for A (mA)
Obs StdOrder A (mA) Fit SE Fit Residual St Resid
18 18 0.023 0.012 0.005 0.010 2.32 R
R denotes an observation with a large standardized residual.
27
Lampiran 8 Data pembacaan arus oksidasi 3 elektrode
Tabel 10 Data pembacaan arus oksidasi elektrode a (dalam 10-4
mA)
Siklus ke- Blangko Piruvat
35 mM
[As] (ppb)
2.50 5.00 10.00 15.00 20.00
1 221 805 711 823 760 836 469
2 302 990 804 889 840 859 519
3 310 1209 882 916 898 869 547
4 313 1387 942 929 949 873 582
5 315 1484 983 929 988 869 605
6 318 1522 1020 918 1019 866 615
7 318 1524 1043 903 1036 859 614
8 319 1511 1052 884 1052 772 609
9 365 1487 1058 862 1064 825 602
10 418 1451 1058 840 1068 726 596
11 442 1416 1052 818 1067 697 590
12 462 1370 1042 792 936 700 581
13 477 1333 954 773 932 687 572
14 492 1293 931 754 910 702 561
15 506 1254 905 732 889 703 552
Rerata
arus
puncak
maksimum
415 1519 1046 919 1051 848 609
Keterangan:
Data yang diambil untuk perhitungan rerata arus tercetak tebal pada tabel.
28
Gambar 17 Profil arus puncak terhadap siklus pemayaran elektrode a
Tabel 11 Data pembacaan arus oksidasi elektrode b (dalam 10-4
mA)
Siklus
ke- Blangko
Piruvat
35 mM
[As] (ppb)
2.50 5.00 10.00 15.00 20.00
1 193 330 315 225 251 235 227
2 202 348 278 224 242 228 220
3 206 354 251 220 228 219 208
4 212 354 229 218 218 209 197
5 213 346 214 216 211 200 193
6 210 348 205 211 200 193 186
7 209 340 193 209 194 187 184
8 197 332 188 206 186 183 179
9 190 322 185 205 179 177 176
10 181 315 181 201 175 171 171
11 170 302 176 194 172 170 167
12 161 296 176 185 167 167 167
13 162 285 172 180 163 164 165
14 159 278 170 175 161 162 164
15 159 265 168 170 157 158 163
Rerata 176 350 207 203 194 188 184
Keterangan: Data yang diambil untuk perhitungan rerata arus tercetak tebal pada tabel.
0
500
1000
1500
2000
0 10 20
Aru
s (1
0^-4
mA
)
Siklus ke-
blangko
piruvat
2.50 ppb As
5.00 ppb As
10.00 ppb As
15.00 ppb As
20.00 ppb As
29
Gambar 18 Profil arus puncak terhadap siklus pemayaran elektrode b
Tabel 12 Data pembacaan arus oksidasi elektrode c
Siklus
ke- Blangko
Piruvat
35 mM
[As] (ppb)
2.50 5.00 10.00 15.00 20.00
1 75 292 163 126 129 144 161
2 91 335 195 147 133 145 148
3 89 358 196 152 138 148 147
4 90 384 208 153 142 150 123
5 91 397 197 156 146 152 146
6 91 401 225 164 141 146 141
7 92 419 213 167 138 172 137
8 91 415 205 168 146 151 134
9 92 403 205 170 141 151 135
10 89 394 196 170 143 146 129
11 92 391 192 168 142 140 127
12 91 386 185 172 146 143 132
13 88 376 182 169 143 143 128
14 92 376 181 170 150 145 124
15 90 367 182 167 147 143 128
Rerata 90 390 195 161 142 148 136
Keterangan: Data yang diambil untuk perhitungan rerata arus tercetak tebal pada tabel.
150
200
250
300
350
400
0 10 20
Aru
s (1
0^-
4 m
A)
Siklus ke-
blangko
piruvat
2.50 ppb As
5.00 ppb As
10.00 ppb As
15.00 ppb As
20.00 ppb As
30
Gambar 19 Profil arus puncak terhadap siklus pemayaran elektrode c
0
100
200
300
400
500
0 10 20
Aru
s (1
0^-4
mA
)
Siklus ke-
blangko
piruvat
2.50 ppb As
5.00 ppb As
10.00 ppb As
15.00 ppb As
20.00 ppb As
31
Lampiran 9 Perhitungan limit deteksi elektrode a, b, dan c
Tabel 13 Data penurunan arus oksidasi terhadap konsentrasi As
[As] (ppb) 2.50 5.00 10.00 15.00 20.00
Penurunan
Arus pada
Elektrode
(10-4
mA)
a 473 600 468 671 910
b 143 147 156 162 166
c 195 229 248 242 254
Contoh Perhitungan:
1. I = Isampel – Iblangko = (195-90) 10-4
mA = 105x10-4
mA
2. Ipenurunan arus = Ipiruvat-blangko – Isampel-blangko = (300-105) 10-4
mA = 195x10-4
mA
Gambar 20 Profil linearitas elektrode a, b, dan c
Tabel 14 Perhitungan kuadrat rerata selisih arus elektrode a, b, dan c
Arus
(10-4
mA) Elektrode
[As] (ppb)
2.50 5.00 10.00 15.00 20.00
y
a 473 600 468 671 910
b 143 147 156 162 166
c 195 229 248 242 254
yi
ai 454.70 507.70 613.70 719.70 825.70
bi 143.96 147.32 154.03 160.75 167.46
ci 211.71 218.52 232.14 245.76 259.38
(yi-y)
(ai-a) -18.30 -92.30 145.70 48.70 -84.30
(bi-b) 0.96 0.31 -1.97 -1.26 1.46
(ci-c) 16.71 -10.48 -15.86 3.76 5.38
(yi-y)2
(ai-a)2 334.89 8519.29 21228.49 2371.69 7106.49
(bi-b)2 0.92 0.10 3.88 1.58 2.13
(ci-c)2 279.22 109.83 251.54 14.14 28.94
yb = 1,343x + 140,6R² = 0,977
yc = 2,724x + 204,9R² = 0,69
ya = 21,20x + 401,7R² = 0,699
80
240
400
560
720
880
1040
0 5 10 15 20 25
Pen
uru
nan
Aru
s (m
A 1
0^-4
)
[As] (ppb)
b
c
a
32
Keterangan: n = 5; a = nilai arus terukur pada elektrode a; ai = nilai arus menurut persamaan garis
linear pada elektrode a.
Tabel 15 Perhitungan nilai limit deteksi biosensor arsen
Elektrode 𝒚𝒊 − 𝒚 𝟐 𝝈𝟐 =
𝒚𝒊 − 𝒚 𝟐
𝒏 − 𝟐 𝝈 =
𝒚𝒊 − 𝒚 𝟐
𝒏 − 𝟐
LOD
(ppb)
a 39560.85 13186.95 114.83 16.25
b 8.60 2.87 1.69 3.78
c 683.68 227.89 15.10 16.63
Contoh perhitungan:
1. yi = 21.20x10-4
mA + 401.7(2.50 ppb)10-4
mA/ppb = 454.70x10-4
mA
2. (yi-y) = (454.70-473) 10-4
mA = -18.30x10-4
mA
3. (yi-y)2 = (-18.30)
2 10
-8 mA
2 = 334.89x10
-8 mA
2
4. Σ(yi-y)2 = (334.89+...+7106.49) 10
-8 mA
2 = 39560.85x10
-8 mA
2
5. σ2 = 1/(n-2) (Σ(yi-y)
2)= 39560.85 10
-8 mA
2/(5-2) = 13186.95x10
-8 mA
2
6. σ = (σ2)
0.5 = 114.83x10
-4 mA
7. 𝐿𝑂𝐷 = 3 𝜎
𝑔𝑟𝑎𝑑𝑖𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑎𝑚𝑎𝑎𝑛 𝑔𝑎𝑟𝑖𝑠=
3 ×114 .83 ∙ 10−4 𝑚𝐴
21.20 ∙ 10−4 𝑚𝐴𝑝𝑝𝑏
= 16.25 𝑝𝑝𝑏
Catatan:
LOD terkecil didapat pada linearitas terbaik.
33
Lampiran 10 Perhitungan linearitas dan limit deteksi pengukuran As
menggunakan AAS
Gambar 21 Profil linearitas pengukuran As dengan AAS
Tabel 16 Perhitungan kuadrat selisih rerata pengukuran arsen dengan AAS
Absorbans Ulangan [As] (ppb)
2.50 5.00 10.00 15.00 20.00
y
1 0.0011 0.0019 0.0058 0.0152 0.0176
2 0.0018 0.0027 0.0077 0.0152 0.0164
3 0.0019 0.0033 0.0047 0.0145 0.0157
yi
1i -0.0001 0.0024 0.0074 0.0124 0.0174
2i 0.0013 0.0035 0.0080 0.0125 0.0170
3i 0.0012 0.0034 0.0079 0.0124 0.0169
(yi-y)
(1i-1) -0.0012 0.0005 0.0016 -0.0028 -0.0002
(2i-2) -0.0006 0.0008 0.0003 -0.0027 0.0006
(3i-3) -0.0008 0.0001 0.0032 -0.0021 0.0012
(yi-y)2
(1i-1)2
1.4×
10-6
2.5×
10-7
2.6×
10-6
7.8×
10-6
4.0×
10-8
(2i-2)2
3.0×
10-7
6.4×
10-7
9.0×
10-8
7.3×
10-6
3.6×
10-7
(3i-3)2
5.6×
10-7
1.0×
10-8
1.0×
10-5
4.4×
10-6
1.4×
10-6
Keterangan: n = 5; 1 = nilai arus terukur pada ulangan ke-1; 1i = nilai arus menurut persamaan
garis linear pada ulangan ke-1.
y1 = 0,0010x - 0,0026R² = 0,9532
y2 = 0,0009x - 0,0010R² = 0,9571
y3 = 0,0009x - 0,0011R² = 0,9071
-0,005
1E-17
0,005
0,01
0,015
0,02
0 5 10 15 20 25
Ab
sorb
ans
[As](ppb)
ulangan 1
ulangan 2
ulangan 3
34
Tabel 17 Perhitungan nilai limit deteksi dan pengukuran arsen dengan AAS
Ulangan 𝒚𝒊 − 𝒚 𝟐 𝝈𝟐 =
𝒚𝒊 − 𝒚 𝟐
𝒏 − 𝟐 𝝈 =
𝒚𝒊 − 𝒚 𝟐
𝒏 − 𝟐
LOD
(ppb)
1 1.2×10-5
4.0×10-6
0.0020 6.03
2 8.7×10-6
2.9×10-6
0.0017 5.67
3 1.7×10-5
5.6×10-6
0.0024 7.86
Rerata 6.52
Contoh perhitungan:
1. yi = -0.0010 + 0.0009(2.50 ppb)/ppb = -0.0001
2. (yi-y) = (-0.0001-0.0011) = -0.0012
3. (yi-y)2 = (-0.0012)
2 = 1.4×10
-6
4. Σ(yi-y)2 = (1.4+...+4.0) 10
-6 = 1.2×10
-5
5. σ2 = 1/(n-2) (Σ(yi-y)
2)= 1.2×10
-5 /(5-2) = 4.0×10
-6
6. σ = (σ2)
0.5 = 0.0020
7. 𝐿𝑂𝐷 = 3 𝜎
𝑔𝑟𝑎𝑑𝑖𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑎𝑚𝑎𝑎𝑛 𝑔𝑎𝑟𝑖𝑠=
3 ×0.0020
0.0010𝑝𝑝𝑏
= 6.03 𝑝𝑝𝑏
35
Lampiran 11 Uji data berpasangan hasil pengukuran AAS dan biosensor
arsen
Tabel 18 Perhitungan uji data berpasangan antara metode AAS dengan biosensor
Sampel
As
(ppb)
AAS*
(ppb)
Biosensor
a (ppb)
Biosensor
b (ppb)
Biosensor
c (ppb)
d1
(ppb)
d2
(ppb)
d3
(ppb)
2.5 3.11 3.36 1.79 -4.35 0.25 -1.32 -7.46
5 4.11 9.35 4.77 10.60 5.24 0.66 6.49
10 9.67 3.13 11.47 18.95 -6.54 1.80 9.29
15 18.00 12.70 15.39 16.31 -5.30 -2.61 -1.69
20 19.33 23.98 18.91 21.59 4.64 -0.42 2.26
Rerata -0.34 -0.38 1.78
Standar Deviasi 5.46 1.71 6.64
T-student 0.1392 0.4696 0.5994
H0 Terima Terima Terima
*data yang dipakai ulangan ke-2 pengukuran AAS
Contoh perhitungan:
1. [As]AAS = (A-y0’)/b’ = (0.0018-(-0.0010))/0.0009 = 3.11 ppb
2. [As]biosensor = (Isampel-y0)/b = (143-140.6) 10-4
mA/1.343×(10-4
mA/ppb)
= 1.79 ppb
3. d = [As]biosensor – [As]AAS = (1.79-3.11) ppb = -1.32 ppb
4. 𝑥 𝑑 = 1
𝑛 𝑑𝑖 =
1
5 −1.32 + ⋯ + −0.42 𝑝𝑝𝑏𝑛
𝑖=1 = −0.38 𝑝𝑝𝑏
5. 𝜎 = 𝑥 −𝑥𝑖
2𝑛𝑖=1
𝑛−1=
−0.38− −1.32 2
+ …+ −0.38− −0.42 2
5−1 𝑝𝑝𝑏 = 1.71 𝑝𝑝𝑏
Hipotesis uji:
H0 = Tidak terdapat perbedaan hasil yang signifikan antara pengukuran
menggunakan metode AAS dan biosensor tipe-n.
H1 = Terdapat perbedaan hasil yang signifikan menggunakan metode AAS dan
biosensor tipe-n.
(α = 0.05; Nilai uji-t (n=5; α=0.05) =2.776)
Uji data berpasangan:
𝑡 = 𝑑 𝑛
𝜎=
−0.38 × 5
1.71= 0.4969
T-hitung < T-referensi, maka, H0 diterima
(tidak cukup bukti untuk menolak H0)
Simpulan:
Tidak terdapat perbedaan hasil yang signifikan antara pengukuran menggunakan
metode AAS dan elektrode biosensor b pada taraf nyata 0.05.
36
Lampiran 12 Salinan Lampiran Permenkes No. 492/Menkes/Per/IV/2010
37
Lampiran 13 Salinan Lampiran Kepmen LH No. 51 tahun 2004
38
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Denpasar 25 Maret 1992 dari pasangan Iwan
Baharudin dan Suyati. Penulis merupakan anak ketiga dari tiga bersaudara.
Penulis menempuh pendidikan di SMA Negeri 4 Denpasar hingga tahun 2010 dan
pada tahun yang sama diterima melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB
(USMI) di Departemen Kimia IPB.
Selama aktif di perkuliahan penulis bergabung ke dalam berbagai
kepanitiaan dan dalam organisasi BEM FMIPA IPB sebagai staf Divisi Sosial
Lingkungan (2012-2013). Selain itu, penulis juga aktif sebagai asisten
laboratorium di Tingkat Persiapan Bersama (2011 dan 2012 semester gasal).
asisten laboratorium Kimia Dasar Tingkat Persiapan Bersama (2013 semester
gasal dan genap. 2014 semester genap). dan asisten mata kuliah PKF (2013
semester gasal. 2014 semester genap). Penulis juga pernah mengikuti perlombaan
tingkat nasional seperti. Olimpiade Sains Tingkat Nasional bidang Kimia (2012
dan 2013) dan Olimpiade Sains Teknik tingkat Nasional (2013) sebagai peserta.
Selama masa aktif penulis pernah mendapatkan beasiswa dari Marga
Jaya (2013) dan mendapatkan beberapa penghargaan. Penghargaan yang penulis
terima antara lain: Mahasiswa Berprestasi Tingkat Persiapan Bersama (2011) dan
finalis Tanoto Students Research Awards dalam presentasi beregu (2013) dengan
judul penelitian “Analisis Potensi dan Kondisi Optimum Tanaman Mata Lele
(Lemna sp.) sebagai Absorben Logam Berat Cr dan Pb”. Kegiatan Praktik
Lapangan diikuti penulis di Balai Penelitian Tanah Bogor dan menulis laporan
yang berjudul “Korelasi Kandungan Fosforus Tersedia. Aluminium Dapat Tukar.
dan Kapasitas Tukar Kation terhadap Kesuburan Tanah” (2013). Penulis juga
berpartisipasi dalam acara Kavli Frontiers of Science Symposia ke-4 yang
diadakan di Medan oleh National Academy of Sciences. 19-27 Juni 2014.