1
I.1 Latar Belakang
Nanoteknologi menjadi hal menarik untuk dipelajari karena peran dan fungsinya dalam meningkatkan kesejahteraan hidup manusia. Secara umum nanoteknologi dapat didefinisikan sebagai teknologi perancangan (desain), pembuatan dan aplikasi struktur atau material yang berdimensi nanometer. Nanoteknologi adalah ilmu dan rekayasa dalam penciptaan material, struktur fungsional, maupun piranti dalam skala nanometer (Abdullah dan Khairurijjal, 2009). Jadi nanoteknologi tidak hanya sebatas bagaimana cara menghasilkan material atau partikel yang berukuran nanometer, melainkan memiliki pengertian yang lebih luas termasuk bagaimana cara memproduksi serta mengetahui kegunaan dan sifat yang muncul dari material nano yang telah dihasilkan.
Penelitian di bidang nanoteknologi telah menciptakan produk-produk baru dengan kinerja yang lebih baik. Hal ini mengarahkan penelitian kimia untuk melakukan sintesis material berukuran nano atau sering disebut nanopartikel. Di antara nanopartikel yang telah dipelajari, nanopartikel perak telah banyak menjadi fokus dari penelitian karena memiliki potensi aplikasi yang besar dalam berbagai sektor kehidupan dan industri. Nanopartikel perak menjadi topik yang cepat berkembang dan berkontribusi dalam meningkatkan jumlah publikasi ilmiah yang membahas terkait pengembangan teknik preparasi koloid nanopartikel perak dan karakter nanopartikel yang dihasilkan (El-Kheshen dan El-Rab, 2012).
Nanopartikel perak memiliki sifat yang unik dan berbeda dengan logamnya (bulk metal) ditinjau dari ukuran dan luas permukaannya sehingga dapat diaplikasikan dalam bidang optik, katalisis, dan bidang lainnya (Hsu dan Wu, 2011). Selain itu, nanopartikel perak juga dapat digunakan sebagai biosensor, deteksi biomolekular, diagnostik, dan antimikroba karena nanopartikel perak bersifat ramah lingkungan (Hussain dkk., 2011). Berbagai manfaat dari nanopartikel perak menyebabkan para peneliti menyelidiki metode sintesis dan spesi kimia yang tepat untuk menghasilkan karakter nanopartikel yang aplikatif.
Sintesis nanopartikel perak dapat dilakukan dengan beberapa metode seperti metode elektrokimia (Liu dkk., 2001), radiolisis (Soroushian dkk., 2005), fotokimia (Li dkk., 2005), proses dengan miscell (Xie dkk., 2006), sintesis solvotermal (Alagumuthu dan Kirubha, 2006), dan reduksi kimia (Guzman dkk., 2009). Masing-masing metode menghasilkan karakter fisik nanopartikel perak yang berbeda. Sintesis nanopartikel perak yang paling sering digunakan yaitu metode reduksi kimia garam perak dengan larutan perak nitrat sebagai prekursor. Metode ini dipilih karena relatif mudah dilakukan, dapat dilakukan dalam skala besar, hemat energi, dan memungkinkan banyak improvisasi pada reduktor yang digunakan untuk menghasilkan nanopartikel dengan ukuran dan distribusi ukuran yang kecil serta stabilitas yang tinggi. Metode reduksi kimia dilakukan dengan mereaksikan suatu spesi kimia yang dapat mereduksi ion perak yang bermuatan positif menjadi atom perak. Terbentuknya nanopartikel perak ditandai dengan munculnya Surface Plasmon Resonance (SPR) pada daerah 350-600 nm (Al-Thabaiti dkk., 2008), tergantung dari karakter fisik nanopartikel perak yang berupa morfologi, ukuran, dan distribusi ukuran.
Vanýsek (2010) menyatakan bahwa harga potensial reduksi dari ion perak (EºAg+/Ag0) adalah +0,7996 V. Hal ini membuat ion perak(I) mudah untuk direduksi oleh berbagai senyawa organik maupun senyawa anorganik. Berbagai jenis reduktor dengan gugus aktif yang berbeda telah berhasil mereduksi ion perak(I) dan dilibatkan untuk menyelidiki morfologi, ukuran, dan stabilitas nanopartikel perak, di antaranya natrium borohidrat (Solomon dkk., 2007), hidrazin hidrat (Guzman dkk., 2009), natrium sitrat (Šileikaitė dkk., 2009), anilin (Hussain dkk., 2011), asam aspartat (Rafey dkk., 2011), ekstrak tanaman Ipomoea carnea (Ganaie dkk., 2014) dan masih banyak reduktor yang lain. Dalam sintesis nanopartikel perak dengan metode reduksi kimia, spesi kimia yang memiliki rantai tiol, amina, hidroksi, dan karboksil dapat digunakan sebagai reduktor ion perak(I) (Hsu dkk., 2011).
Reduktor yang telah dilaporkan oleh peneliti dalam jurnal ilmiah, sebagian besar mengandung gugus fungsi karboksilat, seperti natrium sitrat (Šileikaitė dkk., 2009, Udapudi dkk., 2012, Ristian, 2013, Ariyanta dkk., 2014), sistein (Khan dan
Thalib, 2010), asam aspartat (Raffey dkk., 2011), asam tiosalisilat (Hsu dkk., 2011). Gugus fungsi karboksilat banyak digunakan karena stabilitas-resonansi anion karboksilatnya, sehingga menyediakan pasangan elektron yang dapat digunakan untuk menstabilkan nanopartikel perak. Stabilitas anion karboksilat bertambah pada bentuk aromatiknya yang berupa asam benzoat. Kemampuan gugus fungsi karboksilat pada asam benzoat dalam menstabilkan nanopartikel perak dipengaruhi oleh gugus-gugus fungsi lain yang juga terdapat pada molekul asam benzoat (Khan dan Thalib, 2010).
Adanya gugus fungsi lain dan perbedaan posisinya pada senyawa karboksilat juga mempengaruhi potensial reduksi dari molekul reduktor. Hussain dkk. (2011) menyatakan bahwa dalam metode reduksi kimia, potensial reduksi dari reduktor merupakan faktor penting dalam mengontrol karakter fisik nanopartikel perak. Kemampuan reduksi dari senyawa reduktor ditentukan oleh reaktivitas gugus aktif reduktor dalam mendonorkan elektron untuk ion perak(I). Secara umum, senyawa reduktor kuat akan memiliki reaktivitas yang lebih besar dalam mereduksi ion perak(I) menjadi atom perak. Reaktivitas reduktor juga berkaitan dengan konsentrasi minimum reaktan yang harus ditambahkan untuk menghasilkan respon analitik pada suatu pengukuran dengan instrumen. Konsentrasi minimum reaktan ini yang disebut dengan batas deteksi (Limit of Detection, LOD). Semakin kecil harga LOD maka sensitivitas reduktor tersebut semakin besar.
Selain ditinjau dari faktor kinetika, faktor termodinamika juga perlu diperhitungkan dalam menghasilkan nanopartikel perak yang stabil. Stabilitas nanopartikel dapat dihasilkan dengan upaya meminimalkan terjadinya agregasi nanopartikel. Secara alamiah, nanopartikel perak yang terbentuk akan cenderung bergabung dengan nanopartikel yang lain karena adanya gaya van der Waals. Gejala ini akan menjadikan nanopartikel perak memiliki ukuran dan distribusi ukuran yang besar. Hal ini tidak diharapkan oleh para pengguna nanopartikel perak dalam bidang industri.
Selain jenis reduktor, ukuran dan stabilitas nanopartikel perak juga dipengaruhi oleh pH sistem. Nanopartikel perak tidak stabil pada sistem dengan
[H+] lebih dari 1,0×10-3 mol L-1 sehingga kontrol pH menjadi hal yang penting dalam sintesis nanopartikel perak (Hussain dkk., 2011). Ahmad dkk. (2010) menambahkan NaOH ke dalam sistem untuk meningkatkan reaktivitas reduktor dalam mereduksi ion perak(I). Meskipun demikian, kenaikan pH tidak selalu berbanding lurus dengan reaktivitas reduktor, ukuran dan stabilitas nanopartikel perak. pH sistem yang terlalu basa akan memicu terjadinya agregasi nanopartikel perak (Susilowati dkk., 2015).
Meskipun telah banyak jenis reduktor yang dilaporkan berhasil dalam mereduksi ion perak(I), tetapi masih sedikit informasi terkait hubungan antara posisi gugus fungsional sebagai gugus aktif pereduksi ion perak(I) pada reduktor terhadap karakter fisik yang berupa morfologi, ukuran, distribusi ukuran dan stabilitas nanopartikel perak yang dihasilkan. Perbedaan jenis, posisi dan jumlah gugus fungsional dari reduktor mempengaruhi pH optimum dalam kontrol ukuran dan stabilitas nanopartikel perak. Oleh karena itu, pada penelitian ini dilakukan sintesis nanopartikel perak dengan menggunakan reduktor beberapa senyawa turunan asam benzoat yang berupa asam orto hidroksibenzoat, asam para hidroksibenzoat dan asam galat. Ketiga reduktor tersebut memiliki gugus karboksilat dan gugus hidroksi dengan posisi berbeda dalam suatu cincin aromatis. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh posisi gugus fungsi hidroksi pada asam benzoat, pH sistem dan konsentrasi prekursor terhadap morfologi, ukuran, distribusi ukuran, dan stabilitas nanopartikel perak.
I.2 Permasalahan Penelitian
Berdasarkan uraian pada latar belakang, maka rumusan masalah dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Bagaimana potensi asam orto hidroksibenzoat, asam para hidroksibenzoat dan asam galat sebagai reduktor dalam sintesis nanopartikel perak?
2. Bagaimana pengaruh pH sistem terhadap kemampuan asam orto hidroksibenzoat, asam para hidroksibenzoat dan asam galat untuk mereduksi ion perak(I)?
3. Bagaimana pengaruh posisi gugus hidroksi pada senyawa turunan asam benzoat sebagai reduktor terhadap sensitivitas, batas deteksi (LOD) dan batas kuantifikasi (Limit of Quantification, LOQ) masing-masing reduktor dalam sintesis nanopartikel perak?
4. Bagaimana pengaruh posisi gugus hidroksi pada senyawa turunan asam benzoat sebagai reduktor terhadap morfologi, ukuran dan distribusi ukuran nanopartikel perak?
5. Bagaimana pengaruh posisi gugus hidroksi pada senyawa turunan asam benzoat sebagai reduktor terhadap stabilitas nanopartikel perak?
I.3 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui potensi asam orto hidroksibenzoat, asam para hidroksibenzoat dan asam galat sebagai reduktor dalam sintesis nanopartikel perak.
2. Mengetahui pengaruh pH sistem terhadap kemampuan asam orto hidroksibenzoat, asam para hidroksibenzoat dan asam galat untuk mereduksi ion perak(I).
3. Mengetahui pengaruh posisi gugus hidroksi pada senyawa turunan asam benzoat sebagai reduktor terhadap sensitivitas, LOD dan LOQ masing-masing reduktor dalam sintesis nanopartikel perak.
4. Mengetahui pengaruh posisi gugus hidroksi pada senyawa turunan asam benzoat sebagai reduktor terhadap morfologi, ukuran dan distribusi ukuran nanopartikel perak.
5. Mengetahui pengaruh posisi gugus hidroksi pada senyawa turunan asam benzoat sebagai reduktor terhadap stabilitas nanopartikel perak.
I.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dalam penelitian ini meliputi:
1. Memberikan informasi tentang pengaruh posisi gugus fungsi hidroksi terhadap kemampuan senyawa asam benzoat dalam mereduksi ion perak(I) menjadi nanopartikel perak.
2. Memberikan informasi tentang pengaruh jenis reduktor terhadap karakter fisik nanopartikel perak yang terbentuk.
3. Memberikan prediksi reaktivitas reduktor dalam sintesis nanopartikel perak dengan metode reduksi kimia berdasarkan posisi dan sifat gugus fungsional yang terlibat.
