SINTESIS NANOPARTIKEL PERAK TERSTABILKAN
GELATIN DAN TWEEN 20 UNTUK DETEKSI
ION LOGAM Hg
2+LILIS SULISTIAWATY
SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2015
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Sintesis Nanopartikel Perak Terstabilkan Gelatin dan Tween 20 untuk Deteksi Ion Logam Hg2+ adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir tesis ini.Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
Bogor, Februari 2015
Lilis Sulistiawaty
RINGKASAN
LILIS SULISTIAWATY. Sintesis Nanopartikel Perak Terstabilkan Gelatin dan Tween 20 untuk Deteksi Ion Logam Hg2+. Dibimbing oleh SRI SUGIARTI dan NOVIYAN DARMAWAN
Aglomerasi dan rusaknya sistem koloidal akibat pengendapan dan flokulasi merupakan masalah utama dalam sintesis nanopartikel perak (Stoeva et al. 2007). Nanopartikel perak dapat beragregasi dan tumbuh secara kontinu jika tidak diselimuti capping agent (Diez et al. 2009). Masalah tersebut dapat diatasi dengan menambahkan agen penstabil. Polimer dapat digunakan untuk menjaga kestabilan nanopartikel dari oksidasi, aglomerasi, dan pengendapan (Li 2009), karena sifatnya yang non-toksik dan biokompatibel, contohnya polianilin (Khanna et al. 2005), poliakrilonitril (Zhang et al. 2001), polietilen glikol (Luo et al. 2005), PVA (Pimpang 2010), polisakarida (Huang et al. 2010), selulosa (Cai et al. 2009), gelatin dan kanji (Raveendran et al. 2003). Sebagai agen penstabil, polimer efektif untuk mengkhelat ion Ag+ dan mencegah aglomerasi Ag (Zielinska et al. 2009) dan memiliki gugus–OH yang digunakan sebagai akselerator pada nanopartikel logam, seperti perak dan tembaga (Singh et al. 2010).
Pada penelitian ini sintesis dilakukan dengan metode reduksi menggunakan glukosa dan natrium sitrat yang berperan sebagai agen pereduksi untuk prekursor AgNO3. Sintesis nanopartikel perak dilakukan dengan mencampurkan larutan AgNO3 10-2 M dengan larutan glukosa 0,5 M dan natrium sitrat 3% sebagai pereduksi, sedangkan penstabil yang digunakan larutan gelatin 0,5% dan larutan tween 20 3%. Proses pembentukan nanopartikel perak diamati dengan melihat perubahan warna larutan campuran dari tidak berwarna menjadi kuning kecoklatan. Nanopartikel perak yang dihasilkan dikarakterisasi menggunakan spektrofotometer UV-Vis, Particle Size Analyzer (PSA) dan Transmission Electron Microscopy (TEM).
Sintesis nanopartikel perak dengan teknik pemanasan konvensional menunjukkan puncak spektrum untuk AgNPs-Glukosa muncul pada kisaran panjang gelombang 426 nm, sedangkan Gelatin-AgNPs-Glukosa pada λmaks 429 nm dan Tween-AgNPs-Glukosa pada λmaks 423 nm. Hasil pengukuran dengan spektrofotometer UV-Vis untuk AgNPs-Sitrat menunjukkan λmaks 426 nm, Gelatin-AgNPs-Sitrat pada λmaks 428 nm, dan Tween-AgNPs-Sitrat pada λmaks 430 nm. Hasil pengamatan distribusi ukuran dengan PSA untuk AgNPs-Glukosa, Gelatin-AgNPs-Glukosa dan Tween-AgNPs-Glukosa adalah 299,74 nm, 240,10 nm dan 354,20 nm. Sedangkan untuk AgNPs-Sitrat, Gelatin-AgNPs-Sitrat, dan Tween-AgNPs-Sitrat adalah 69,45 nm, 49,76 nm dan 107,2 nm.
Sintesis nanopartikel perak dengan teknik pemanasan gelombang mikro menunjukkan bahwa hasil karakterisasi menggunakan spektrofotometer UV-Vis, serapan panjang gelombang nanopartikel perak tanpa penstabil dengan pereduksi glukosa (AgNPs-Glukosa) muncul pada kisaran 411 nm, Gelatin-AgNPs-Glukosa memiliki serapan panjang gelombang pada kisaran 416 nm dan Tween-AgNPs-Glukosa pada kisaran 420 nm. Hasil pengamatan distribusi ukuran dengan PSA untuk AgNPs-Glukosa, Gelatin-AgNPs-Glukosa dan Tween-AgNPs-Glukosa adalah 173,72 nm, 144,50 nm dan 258,05 nm. Identifikasi ukuran partikel dengan TEM menunjukkan untuk AgNPs-Glukosa terdapat partikel perak yang terkecil
berukuran 7 nm dengan ukuran rata-rata 11,73 nm, untuk Gelatin-AgNPs-Glukosa partikel perak terkecil berukuran 1 nm dengan ukuran rata-rata 9,68 nm, dan untuk Tween-AgNPs-Glukosa partikel perak terkecil berukuran 5 nm dengan rata-rata 17,54 nm.
Penelitian ini menunjukkan sintesis nanopartikel dengan teknik pemanasan gelombang mikro menghasilkan ukuran partikel yang lebih kecil dibandingkan dengan teknik pemanasan konvensional. Modifikasi sintesis nanopartikel perak dengan penstabil gelatin dan tween 20 dapat meningkatkan kestabilan. Gelatin-AgNPs-Glukosa memiliki stabilitas yang lebih baik daripada Tween-AgNPs-Glukosa. Gelatin-AgNPs-Glukosa dan Tween-AgNPs-Glukosa selanjutnya diaplikasikan untuk mendeteksi ion logam berat. Reaksi Gelatin-AgNPs-Glukosa dan Tween-AgNPs-Glukosa dengan sederet ion logam menunjukkan perubahan warna yang signifikan hanya terjadi saat ditambahkan pada larutan ion logam Hg2+. Hasil uji identifikasi ion logam Hg2+ menunjukkan bahwa Tween-AgNPs-Glukosa lebih baik meskipun ukuran partikelnya lebih besar daripada Gelatin-AgNPs-Glukosa.
Pengukuran limit deteksi metoda (LDM) menunjukkan nilai yang cukup rendah untuk Gelatin-AgNPs-Glukosa yaitu 5,43 mg/L sedangkan limit kuantitasi (LoQ) sebesar 6,48 mg/L. Untuk semua pengukuran ini digunakan rentang konsentrasi ion logam Hg2+ dari 25-100 mg/L. Pada rentang ini nilai regresi (r) untuk Gelatin-AgNPs-Glukosa adalah sebesar -0,9972. Hasil uji presisi diperoleh persen RSD 1,97 sedangkan hasil uji akurasi diperoleh persen perolehan kembali (Recovery) adalah 88,00-92,86 %. Pengukuran limit deteksi metoda (LDM) untuk Tween-AgNPs-Glukosa sebesar 1,85 mg/L sedangkan limit kuantitasi (LoQ) sebesar 2,17 mg/L. Untuk semua pengukuran ini digunakan rentang konsentrasi ion logam Hg2+ dari 25-100 mg/L. Pada rentang ini nilai regresi (r) untuk Tween-AgNPs-Glukosa adalah sebesar -0,9985. Hasil uji presisi diperoleh persen RSD 0,23 sedangkan hasil uji akurasi diperoleh persen perolehan kembali (Recovery) adalah 95,95 – 97,67 %. Daerah kerja yang linier, limit deteksi yang rendah, serta stabilitas, presisi dan akurasi yang tinggi menunjukkan bahwa Gelatin-AgNPs-Glukosa dan Tween-AgNPs-Gelatin-AgNPs-Glukosa dapat dijadikan alternatif pada aplikasi sensor di masa depan yang lebih murah dan akurat.
Kata kunci : gelatin, glukosa, ion logam Hg2+, nanopartikel perak, natrium sitrat, sintesis, tween 20
SUMMARY
LILIS SULISTIAWATY. Synthesis of Silver Nanoparticles that Stabilized by Gelatin and Tween 20 for detection of Hg2+Metal Ion. Supervised by SRI SUGIARTI and NOVIYAN DARMAWAN.
The main problem is the agglomeration of silver nanoparticles synthesis and destruction of colloidal systems due to precipitation and flocculation (Stoeva et al. 2007). Silver nanoparticles can aggregate and grow continuously if they are not covered capping agent (Diez et al. 2009). These problems can be overcome by adding a stabilizing agent. Polymers can be used to maintain the stability of the nanoparticles from oxidation, agglomeration, and precipitation (Li 2009), because it is non-toxic and biocompatible, such as polyaniline (Khanna et al. 2005), polyacrylonitrile (Zhang et al. 2001), polyethylene glycol (Luo et al. 2005), PVA (Pimpang 2010), polysaccharides (Huang et al. 2010), cellulose (Cai et al. 2009), gelatin and starch (Raveendran et al. 2003). As a stabilizing agent, polymers are effective in shelating Ag+ metal ions and prevent the agglomeration of Ag (Zielinska et al. 2009) and has the OH groups are used as accelerators in the metal nanoparticles, such as silver and copper (Singh et al. 2010).
In this research synthesis conducted by reduction method using glucose and sodium citrate which acts as a reducing agent for the precursor AgNO3. Synthesis of silver nanoparticles is done by mixing the AgNO3 solution 10-2 M with 0.5 M glucose and 3% sodium citrate as reducing agent, and stabilizer used are 0.5% gelatin solution and a solution of 3% tween 20 solution. The process of formation of silver nanoparticles was observed by looking at the color of the mixed solution changes from colorless to yellow brown. Silver nanoparticles produced are characterisized using UV-Vis spectrophotometer, Particle Size Analyzer (PSA) and Transmission Electron Microscopy (TEM).
Synthesis of silver nanoparticles with conventional heating techniques showed the peak spectrum for AgNPs-Glucose appears in the wavelength range of 426 nm, on the other hand Gelatin-AgNPs-Glucose showed spectrum peak at 429 nm and Tween-AgNPs-Glucose at 423 nm. The results of measurements with UV-Vis spectrophotometer for AgNPs-Citrate show λmaks 426 nm, Gelatin-AgNPs-Citrate on λmaks 428 nm, and Tween-AgNPs-Citrate on λmaks 430 nm. Observation of size distribution using PSA for AgNPs-Glucose, Gelatin-AgNPs-Glucose and Tween-AgNPs-Glucose is 299.74 nm, 240.10 nm and 354.20 nm. Then for AgNPs-Citrate, Gelatin-AgNPs-Citrate, and Tween-AgNPs-Citrate is 69.45 nm, 49.76 nm and 107.2 nm.
Synthesis of silver nanoparticles by microwave heating technique shows that the characterization results using UV-Vis absorption wavelength of silver nanoparticles without stabilizer by reducing glucose (AgNPs-Glucose) appears in the range of 411 nm, Gelatin-AgNPs-Glucose has an absorption wavelength in the
range 416 nm and Tween-AgNPs-glucose in the range of 420 nm. Observation results of size distribution with PSA for AgNPs-Glucose, Gelatin-AgNPs-Glucose and Tween-AgNPs-Glucose is 173.72 nm, 144.50 nm and 258.05 nm. Identification of particle size by TEM shows for AgNPs-glucose gave smallest silver particles measuring 7 nm with an average size of 11.73 nm, for AgNPs Gelatin-silver-Glucose the smallest was 1 nm with average size of 9.68 nm, and for Tween-AgNPs-Glucose smallest was 5 nm with average of 17.54 nm.
This study shows the synthesis of silver nanoparticles by microwave heating technique produces smaller particle size compared with conventional heating techniques. Modification synthesis of nanoparticles with gelatin and tween-20 stabilizer can decrease stabilization of nanoparticles. Gelatin-AgNPs-Glucose has a better stability than Tween-AgNPs-Glucose. Gelatin-AgNPs-Glucose and Tween-AgNPs-Glucose then applied to detect heavy metal ions. Reaction Gelatin-AgNPs-Glucose and Tween-Gelatin-AgNPs-Glucose with some metal ions showed significant color change occurs only when added to a solution of metal ions Hg2 +. Identification of Hg2 + metal ions showed that Tween-AgNPs-Glucose was better even with bigger particles size compared to Gelatin-AgNPs-Glucose.
Measurement method detection limit (LDM) showed a low enough value for Gelatin-AgNPs-Glucose is 5.43 mg / L, while the limit of quantitation (LOQ) is 6.48 mg / L. For all measurement, the Hg2 + metal ions concentration used was in range 25-100 mg / L. For that range, regression value (r) for Gelatin-AgNPs-Glucose was -0.9972. Precision test gave % RSD of 1.97, while the accuracy of test results obtained percent recovery (Recovery) is 88.00 to 92.86%. Measurement method detection limit (LDM) for Tween-AgNPs-Glucose was 1.85 mg / L, while the limit of quantitation (LOQ) was 2.17 mg / L. For all measurement, the Hg2 + metal ions concentration used was in range 25-100 mg / L. For that range, regression value (r) for Tween-AgNPs-Glucose was -0.9985. Precision test gave %RSD 0.2, while the accuracy of test results obtained percent recovery (Recovery) is 95.95 to 97.67%. Linear working range, low limit of detection, as well as stability, high precision and accuracy showed that Gelatin-AgNPs-Glucose and Tween-Gelatin-AgNPs-Glucose can be used as an alternative in applications on sensor in the future.
Keyword : gelatin, glucose, Hg2+ metal ions, silver nanoparticles, synthesis, trisodium sitrat, tween 20
© Hak Cipta Milik IPB, Tahun 2015
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
Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains
pada
Program Studi Kimia
SINTESIS NANOPARTIKEL PERAK TERSTABILKAN
GELATIN DAN TWEEN 20 UNTUK DETEKSI
ION LOGAM Hg
2+SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2015
Judul Tesis : Sintesis Nanopartikel Perak Terstabilkan Gelatin dan Tween 20 untuk Deteksi Ion Logam Hg2+
Nama : Lilis Sulistiawaty NIM : G451124051
Disetujui oleh Komisi Pembimbing
Sri Sugiarti, PhD Ketua
Dr rer nat Noviyan Darmawan, MSc Anggota
Diketahui oleh
Ketua Program Studi Kimia
Prof Dr Dyah Iswantini Pradono, MSc.Agr
Dekan Sekolah Pascasarjana
Dr Ir Dahrul Syah, MSc.Agr
Tanggal Ujian: (4 Februari 2015)
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala rahmat dan karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan April 2014 ini ialah Sintesis Nanopartikel Perak Terstabilkan Gelatin dan Tween 20 untuk Deteksi Ion Logam Hg2+.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Ibu Sri Sugiarti, PhD dan Bapak Dr rer nat Noviyan Darmawan, MSc selaku pembimbing yang telah banyak memberi saran dan bimbingan. Terima kasih juga penulis sampaikan kepada Akademi Kimia Analisis Bogor yang telah memberikan kesempatan kepada saya untuk melanjutkan program pascasarjana ini, dan seluruh staf Laboratorium Instrumentasi dan Fisika Akademi Kimia Analsis Bogor yang telah membantu selama penelitian. Tak lupa pula, ungkapan terima kasih penulis sampaikan kepada teman-teman Pascasarjana Kimia (Dhian, Dewi, Imas, Damai, Mbak Ida, Cahya, Aldi, Bekti, Pak Adi dan Yani) atas masukan, saran dan motivasi yang diberikan. Selain itu, penghargaan yang luar biasa saya sampaikan kepada suami tercinta, dan ketiga putriku Alifya, Nida, dan Raya atas keridhoan dan pengorbanannya selama menyelesaikan pendidikan ini serta kepada Mamah, Papah, Leni, Lita dan Lusi juga seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi kita semua, bagi dunia ilmu pengetahuan, khususnya bidang ilmu Kimia.
Bogor, Februari 2015
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL xi
DAFTAR GAMBAR xii
DAFTAR LAMPIRAN xii
1 PENDAHULUAN 1 Latar Belakang 1 Tujuan Penelitian 3 Manfaat Penelitian 3 Hipotesis 3 2 METODE 3 Bahan 4 Alat 4 Prosedur Kerja 4
3 HASIL DAN PEMBAHASAN 9
Sintesis dan Optimasi Nanopartikel Perak (AgNPs) dengan Teknik
Pemanasan Konvensional 9
Sintesis dan Optimasi Nanopartikel Perak (AgNPs) dengan Teknik
Pemanasan Gelombang Mikro (microwave) 17
Aplikasi Nanopartikel Perak (Gelatin-AgNPs-Glukosa dan Tween-AgNPs-Glukosa) untuk Mendeteksi Ion Logam Berat secara
Kolorimetri 20
4 SIMPULAN DAN SARAN 25
Simpulan 25 Saran 25 DAFTAR PUSTAKA 26 LAMPIRAN 31 RIWAYAT HIDUP 58
DAFTAR TABEL
1 Hasil sintesis nanopartikel perak dengan teknik pemanasan
konvensional 16
2 Hasil sintesis nanopartikel perak dengan teknik pemanasan
gelombang mikro 20
3 Hasil pengamatan visual reaksi ion logam dengan Gelatin-AgNPs-
Glukosa dan Tween-AgNPs-Glukosa 22
4 Hasil analisis kuantitatif pengukuran ion logam Hg2+ oleh
DAFTAR GAMBAR
1 Skema agregasi Tween-AuNPs oleh ion logam 2
2 Spektrum UV-Vis AgNPs-Glukosa 9
3 Mekanisme reaksi pembentukan nanopartikel perak 10 4 Pengamatan visual Gelatin-AgNPs dan Tween-AgNPs 12 5 Spektrum UV-Vis kestabilan Gelatin-AgNPs-Glukosa (a) dan
Tween-AgNPs-Glukosa (b) 13
6 Spektrum UV-Vis kestabilan Gelatin-AgNPs-Glukosa pada
kondisi optimum 14
7 Hasil pengukuran TEM AgNPs-Sitrat (Perbesaran 150000 x) 15 8 Hasil karakterisasi dengan TEM dari Gelatin-AgNPs-Sitrat (a)
dan Tween-AgNPs-Sitrat (b) dengan perbesaran 20000 x 16 9 Spektrum UV-Vis dari kestabilan AgNPs-Glukosa dengan teknik
pemanasan gelombang mikro 18
10 Hasil pengukuran TEM AgNPs-Glukosa (a) Gelatin-AgNPs-Glukosa (b) dan Tween-AgNPs-Gelatin-AgNPs-Glukosa (c) dengan perbesaran
80000 x 19
11 Pengamatan visual deteksi ion logam menggunakan
Gelatin-AgNPs-Glukosa (a) dan Tween-Gelatin-AgNPs-Glukosa (b) 21
DAFTAR LAMPIRAN
1 Bagan alir sintesis nanopartikel perak dengan pereduksi
glukosa 31
2 Bagan alir sintesis nanopartikel perak dengan pereduksi
natrium sitrat 32
3 Pembuatan larutan analit Hg2+, Mn2+, Zn2+, Cu2+, Fe2+, Cr3+
dan Pb2+ 33
4 Sintesis AgNPs-Glukosa dengan pereduksi berbeda (a), dan
tabel ukuran partikel dan karakteristik spektrum nanopartikel (b) 34 5 Data hasil pengukuran PSA dari AgNPs-Glukosa (a),
Gelatin-AgNPs-Glukosa (b), dan Tween-Gelatin-AgNPs-Glukosa (c) dengan
teknik pemanasan konvensional 35
6 Pengamatan visual AgNPs-Glukosa pada berbagai rasio dengan
rentang waktu berbeda dengan teknik pemanasan konvensional 36 7 Spektrum UV-Vis dari AgNPs-Glukosa pada variasi rasio (a)
dan proses aglomerasi pada rasio 1:35 (b) dengan teknik
pemanasan konvensional 37
8 Spektrum UV-Vis dari pengamatan kestabilan AgNPs-Glukosa
dengan teknik pemanasan konvensional 38
9 Spektrum optimasi nanopartikel perak pada variasi konsentrasi
gelatin dan tween-20 dengan teknik pemanasan konvensional 39 10 Spektrum UV-Vis AgNPs-Sitrat pada saat optimasi 40 11 Data hasil pengukuran PSA dari AgNPs-Sitrat (a),
12 Optimasi modifikasi AgNPs-Sitrat dengan gelatin dan tween
20 42
13 Spektrum UV-Vis Gelatin-AgNPs-Glukosa optimum dan
kestabilannya dengan teknik pemanasan gelombang mikro 43 14 Optimasi sintesis Gelatin-AgNPs-Glukosa dengan teknik
pemanasan gelombang mikro 44
15 Spektrum UV-Vis Tween-AgNPs-Glukosa dan kestabilannya
dengan teknik pemanasan gelombang mikro 45
16 Optimasi sintesis Tween-AgNPs-Glukosa dengan teknik
pemanasan gelombang mikro 46
17 Distribusi ukuran partikel AgNPs-Glukosa (a)
Gelatin-AgNPs-Glukosa (b) dan Tween-AgNPs-Gelatin-AgNPs-Glukosa (c) dengan PSA 47 18 Spektrum UV-Vis reaksi ion logam terhadap
Gelatin-AgNPs-Glukosa dan Tween-AgNPs-Gelatin-AgNPs-Glukosa 48
19 Spektrum UV-Vis dari reaksi ion logam campuran terhadap
Gelatin-AgNPs-Glukosa dan Tween-AgNPs-Glukosa 49 20 Spektrum UV-Vis dari waktu kontak optimum deteksi ion
logam Hg2+ 50
21 Spektrum UV-Vis pengamatan kestabilan uji identifikasi Hg2+ oleh Gelatin-AgNPs-Glukosa (a) dan Tween-AgNPs-Glukosa
(b) 51
22 Data hasil pengukuran linieritas identifikasi ion logam Hg2+
oleh Gelatin-AgNPs-Glukosa dan Tween-AgNPs-Glukosa 52 23 Data hasil pengukuran limit deteksi identifikasi ion logam Hg2+
oleh Gelatin-AgNPs-Glukosa dan Tween-AgNPs-Glukosa 53 24 Spektrum UV-Vis dari reaksi ion logam campuran terhadap
Gelatin-AgNPs-Glukosa dan Tween-AgNPs-Glukosa 54 25 Spektrum UV-Vis reaksi Tween-AgNPs-Glukosa terhadap
variasi konsentrasi Hg2+ dan pengamatan visual 55 26 Hasil uji presisi (Repeatability) identifikasi ion logam Hg2+
dengan Gelatin-AgNPs-Glukosa dan Tween-AgNPs-Glukosa
sebagai sensor 56
27 Hasil uji akurasi identifikasi ion logam Hg2+ dengan
1
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Metode sintesis, kestabilan dan karakterisasi nanopartikel perak telah menjadi subyek penelitian dalam beberapa tahun ini. Nanopartikel perak telah diaplikasikan pada bidang katalis, biosensor, elektronik, dan optik (Nagarajan 2008). Karakteristik yang dominan pada nanopartikel logam adalah sifat optiknya. Warna yang teramati akan berubah dengan berubahnya ukuran dan bentuk nanopartikel. Nano bola emas memiliki warna karakteristik merah, sedangkan nano bola perak berwarna kuning. Warna ini disebabkan oleh kumpulan osilasi elektron dalam pita konduksi, yang dikenal dengan osilasi surface plasmon resonance (SPR) (Moores & Goettmann 2006). Secara umum nanopartikel perak dapat disintesis dengan dua metode, yaitu metode fisika (top down) dan metode kimia (bottom-up). Metode fisika dilakukan dengan memecah padatan logam menjadi partikel berukuran nano. Sintesis nanopartikel perak melalui metode kimia dilakukan dengan melarutkan garam perak, agen pereduksi, dan penstabil sampai terbentuk nanopartikel perak (Tolaymat et al. 2010). Pada sintesis nanopartikel perak dengan metode reduksi kimia, selain konsentrasi stabilizer dan reduktor, juga dipengaruhi oleh konsentrasi prekusor Ag, pengadukan, dan temperatur dalam mengontrol bentuk dan ukuran nanopartikel (Zielinska 2009). Sintesis dengan menggunakan gelombang mikro memiliki beberapa kelebihan, yang paling utama adalah bahwa energi gelombang mikro tidak terlalu tinggi namun dapat memanaskan material secara seragam sehingga menghasilkan nukleasi yang homogen dan waktu kristalisasi yang lebih singkat dibandingkan dengan pemanasan konvensional. Hal ini sangat menguntungkan untuk pembentukan koloid nanologam yang seragam dan homogen (Jiang et al. 2004).
Aglomerasi dan rusaknya sistem koloidal akibat pengendapan dan flokulasi merupakan masalah utama dalam sintesis nanopartikel perak (Stoeva et al. 2007). Proses agregasi dan tumbuh secara kontinu dapat terjadi pada nanopartikel perak jika tidak diselimuti capping agent (Diez et al. 2009). Penambahan agen penstabil dapat mengatasi masalah tersebut. Material yang paling banyak digunakan sebagai agen penstabil adalah yang memiliki afinitas tertentu terhadap logam serta memiliki kelarutan spesifik dalam pelarut tertentu. Polimer dapat digunakan untuk menjaga kestabilan nanopartikel dari oksidasi, aglomerasi, dan pengendapan (Li & Bian 2009). Polimer sering digunakan sebagai penstabil karena sifatnya yang non-toksik dan biokompatibel, contohnya polianilin (Khanna et al. 2005), poliakrilonitril (Zhang et al. 2003), polietilen glikol (Luo et al. 2005), PVA (Pimpang & Chopuun 2011), polisakarida (Huang & Chang 2006), selulosa (Cai
et al. 2009), gelatin (Darroudi et al. 2010) dan kanji (Raveendran et al. 2003). Sebagai agen penstabil, polimer efektif untuk mengkhelat ion Ag+ dan mencegah aglomerasi Ag (Zielinska 2009) dan memiliki gugus–OH yang digunakan sebagai akselerator pada nanopartikel logam, seperti perak dan tembaga (Singh et al. 2012). Gelatin dapat menstabilkan permukaan dengan pembentukan penghalang sterik. Oleh karena itu, fungsi utama dari gelatin adalah sebagai stabilisator. Dalam banyak kasus, polimer dan surfaktan dapat digunakan sebagai pencegah terbentuknya aglomerasi dari nanopartikel (Darroudi et al. 2010). Sifat permukaan
2
gelatin didasarkan pada rantai samping gelatin memiliki gugus yang bermuatan dan bagian tertentu dari rangkaian kolagen mengandung asam amino hidrofobik dan hidrofilik. Bagian hidrofobik dan hidrofilik dapat berpindah di permukaan, sehingga mengurangi tegangan muka larutan. Pada saat yang sama, gelatin memiliki beberapa sifat melindungi stabilitas permukaan yang dibentuk. Polioksietilen-20 sorbitan monolaurat atau tween 20 adalah surfaktan hidrofilik nonionik yang mempunyai fungsi sebagai pengemulsi, pelarut, dan pembasah. Beberapa penelitian menggunakan tween 20 sebagai penstabil dari nanopartikel karena dapat berprilaku sebagai surfaktan yang mempunyai gugus hidrofilik dan hidrofobik (Kim et al. 2001; Mercier & Pinnavaia 1998; Williams et al. 1999).
Nanopartikel perak berpotensi digunakan sebagai sensor kolorimetri untuk mendeteksi keberadaan logam berat (Roh et al. 2010). Selama ini, metode identifikasi dan pengukuran logam berat yang telah dilakukan melalui berbagai proses yang cukup kompleks, waktu, dan biaya analisis yang tidak murah. Peralatan seperti Atomic Absorption Spectrometry (AAS) (Maciel et al. 2003) dan
Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP) (Fong et al. 2007) merupakan alat yang umum digunakan untuk menganalisis logam berat. Namun, metode ini membutuhkan waktu untuk preparasi dan tidak dapat langsung dilakukan di lapangan. Oleh karena itu, diperlukan metode identifikasi semikuantitatif atau kualitatif yang lebih sederhana dan dapat digunakan langsung di lapangan untuk melengkapi metode AAS ataupun ICP. Salah satu alternatif untuk pengembangan tersebut adalah kolorimetri berbasis nanopartikel logam (Lee et al. 2007). Secara umum, kolorimetri menggunakan nanopartikel logam berdasarkan pada agregasi nanopartikel karena reaksi antara ligan pada permukaan nanopartikel dengan molekul analit. Perubahan warna larutan terjadi ketika jarak rata-rata antar partikel berkurang (Tolaymat et al. 2010). Perubahan warna akan terjadi pada saat nanopartikel yang dimodifikasi bereaksi dengan polutan yang ingin dideteksi. Akibatnya nanopartikel akan mengalami perubahan yang akan teramati secara visual. Perubahan warna yang terjadi disebabkan oleh adanya pergeseran energi plasmon sehingga panjang gelombang dari nanopartikel yang termodifikasi juga akan berubah (Caro et al. 2010). Perubahan warna itulah yang menjadi indikasi terjadinya reaksi dengan ion-ion logam yang ingin dideteksi. Hal ini akan memudahkan monitoring dengan mata telanjang dan tidak diperlukan instrumen tertentu (Chai et al. 2010). Roh et al (2010) telah berhasil menggunakan nanopartikel emas yang dicoating oleh tween 20 untuk deteksi logam Co2+, Ni2+ dan Cd2+. Tween akan membentuk kompleks dengan ion logam, ketika ion logam berada di sekitar nanopartikel, diikuti dengan menginduksi agregasi setiap Tween-AuNPs (Gambar 1).
Gugus OH dari bagian hidrofil tween akan bergabung dengan ion logam sebagai reaksi ion-kelat, kemudian terbentuk senyawa kompleks. Hasil ini menunjukkan
Gambar 1 Skema agregasi Tween-AuNPs oleh ion logam (Sumber : Roh et al. 2010 )
3 bahwa deteksi ion secara selektif mungkin dilakukan dengan mengendalikan kekuatan ion. Sementara Farhadi et al (2011) telah berhasil menggunakan nanopartikel perak tanpa modifikasi untuk deteksi secara selektif logam Hg2+. Guo et al (2011) telah berhasil menggunakan nanopartikel emas yang difungsionalisasi oleh protein untuk deteksi logam Hg2+, Pb2+, dan Cu2+.
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk membandingkan kestabilan dan kinerja nanopartikel perak hasil sintesis terhadap nanopartikel perak tanpa penstabil gelatin dan tween-20, mendapatkan kondisi optimum untuk menghasilkan nanopartikel perak, dan diperoleh teknik pemanasan yang sesuai agar dihasilkan nanopartikel perak dengan ukuran kecil. Gelatin-AgNPs dan Tween-AgNPs hasil sintesis diaplikasikan untuk mendeteksi ion logam berat.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai variabel-variabel yang berpengaruh dalam proses sintesis nanopartikel perak menggunakan glukosa dan natrium-sitrat, khususnya pengaruh teknik sintesis, jenis penstabil, dan jenis pereduksi terhadap ukuran nanopartikel. Nanopartikel perak yang dihasilkan diharapkan memiliki karakteristik yang mendukung untuk dapat diaplikasikan sebagai sensor ion logam. Selain itu, pada penelitian ini juga dilakukan verifikasi unjuk kerja sensor yang dihasilkan dengan memperhitungkan kinerja analitik seperti limit deteksi, linieritas, presisi, dan akurasi.
Hipotesis
Agregasi nanopartikel perak hasil sintesis dapat dicegah dengan penambahan gelatin dan tween-20 sehingga akan menaikkan kestabilan dari nanopartikel perak. Teknik pemanasan gelombang mikro dapat menghasilkan ukuran partikel yang lebih kecil dibandingkan dengan pemanasan konvensional. Selain itu kinerja nanopartikel perak dengan penstabil gelatin dan tween-20 akan lebih baik dibandingkan nanopartikel perak tanpa penstabil terhadap deteksi logam berat.
2
METODE
Penelitian ini meliputi 3 tahap, yaitu tahap pertama adalah sintesis nanopartikel perak dengan pereduksi glukosa dan natrium sitrat menggunakan teknik pemanasan konvensional dan pemanasan gelombang mikro, tahap kedua meliputi karakterisasi nanopartikel perak menggunakan spektrofotometer UV-Vis,
4
tahap ketiga mengaplikasikan nanopartikel perak untuk mengidentifikasi ion logam Hg2+. Tahapan selengkapnya dapat dilihat pada Lampiran 1 dan 2.
Bahan
Bahan yang digunakan adalah AgNO3 (Merck), Tween 20 (Merck), Gelatin (Merck), Glukosa Anhydrous (Merck), Natrium Sitrat (C6H5O7Na3 . 2H2O) (Merck), Larutan stok Hg2+, Mn2+, Zn2+, Cu2+, Fe2+, Cr6+, dan Pb2+ dengan konsentrasi 1000 mg/L, HNO3 (p.a), etanol (p.a), Na2EDTA, dan aquabidestilata.
Alat
Peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah, spektrofotometer ultraviolet-tampak (UV-Vis) 1700 Shimadzu, PSA, TEM JEM -1400 JEOL 120kV, neraca analitik (AND), microwave, hot plate with stirrer Heidolph MR Hei-End, pengaduk magnetik, kamera digital 12 MP (Samsung).
Prosedur Kerja
Pencucian Alat Gelas dari Material Organik dan Anorganik (Shugar & Ballinger, 2000)
Alat-alat gelas dicuci dengan menggunakan sabun dan sikat, kemudian untuk menghilangkan material organik digunakan pencucian dengan larutan NaOH-alkohol, yaitu berupa campuran etanol (95%) 100 mL dengan 12 mL H2O yang mengandung 12 gram NaOH. Selanjutnya alat-alat tersebut dibilas dengan
aquabidestilata. Sementara untuk dekontaminasi residu logam pada peralatan gelas, digunakan 5 L larutan yang mengandung 100 g NaOH dan 50 gram Na2EDTA. Peralatan gelas direndam selama 2 jam dalam larutan tersebut, kemudian dibilas beberapa kali dengan akuabidest.
Pembuatan Larutan AgNO3 10-2 M
Serbuk AgNO3 (Merck) ditimbang sebanyak 0,4248 gram, dilarutkan ke dalam labu takar 250 mL dengan akuabides, ditera, dan dihomogenkan. Selanjutnya, larutan AgNO3 10-2 M siap digunakan untuk sintesis nanopartikel perak.
Pembuatan Larutan Glukosa 5 x 10-1 M dan Natrium Sitrat 3%
Larutan Glukosa 5 x 10-1M dibuat dengan menimbang 24,8250 gram serbuk glukosa (Merck), dilarutkan ke dalam labu takar 250 mL dengan akuabides kemudian ditera dan dihomogenkan. Larutan Natrium Sitrat 3% dibuat dengan menimbang 3 gram serbuk C6H5O7Na3 . 2H2O (Merck), dilarutkan ke dalam labu takar 100 mL dengan akuabidest, ditera, dan dihomogenkan.
Pembuatan Larutan Penstabil Tween 20 3% dan Gelatin 0,5%
Larutan tween 20 3% dibuat dengan memipet 3 mL larutan tween 20 (Merck), dilarutkan ke dalam labu takar 100 mL kemudian ditera dengan
5 akuabides dan dihomogenkan. Larutan gelatin 0,5% dibuat dengan menimbang 1,25 gram serbuk gelatin (Merck), dilarutkan ke dalam labu takar 250 mL dengan akuabides kemudian ditera dan dihomogenkan.
Sintesis Nanopartikel Perak dengan Teknik Pemanasan Konvensional
Sintesis AgNPs, Gelatin-AgNPs, dan Tween-AgNPs dengan Glukosa sebagai Pereduksi (Darroudi et al. 2010 ; Roh et al. 2010)
Sintesis nanopartikel perak dilakukan dengan menentukan kondisi optimum, yaitu penentuan rasio konsentrasi AgNO3 dengan glukosa anhidrat atau natrium sitrat, dan variasi konsentrasi gelatin dan tween 20. Tahap awal pada sintesis ini adalah membuat nanopartikel perak (AgNPs) tanpa penambahan stabilizer, yaitu dengan mereaksikan 8 mL AgNO3 10-2 M, 7 mL glukosa 0,5 M dan 5 mL akuabides kemudian dipanaskan menggunakan hot plate pada suhu 70 – 85 ºC selama 1 jam sampai terbentuk warna kuning kecoklatan, kenudian diaduk menggunakan pengaduk magnetik (stirer) selama 3 jam. Tahap kedua adalah pembuatan nanopartikel perak dengan penambahan gelatin atau tween-20 sebagai
stabilizer (Gelatin-AgNPs / Tween-AgNPs), yaitu dengan mereaksikan 8 mL AgNO3 10-2 M, 7 mL glukosa 0,5 M, 0,5 mL gelatin 0,5% atau Tween 20 3%, dan 4,5 mL akuabides, campuran dipanaskan menggunakan hot plate pada suhu 70 – 85 ºC selama 1 jam sampai terbentuk warna kuning kecoklatan, kemudian diaduk menggunakan pengaduk magnetik (stirer) selama 3 jam. Tahap ketiga adalah karakterisasi hasil sintesis dengan spektrofotometer UV-Vis (1700 UV-Vis Shimadzu). Spektrum absorpsi diamati pada jangkauan panjang gelombang 200-1100 nm. Nanopartikel perak hasil optimasi dikarakterisasi juga dengan Particle Size Analyzer (PSA).
Sintesis AgNPs, Gelatin-AgNPs dan Tween-AgNPs dengan Natrium Sitrat sebagai Pereduksi
Tahap awal pada sintesis ini adalah membuat nanopartikel perak (AgNPs) tanpa penambahan stabilizer, yaitu dengan mereaksikan 8 mL AgNO3 10-2 M , 0,5 mL natrium sitrat 3%, dan 11,5 mL akuabides. Campuran larutan dipanaskan dengan merefluks larutan selama 1 jam sampai terbentuk warna kuning. Tahap kedua adalah pembuatan nanopartikel perak dengan penambahan gelatin atau tween 20 sebagai stabilizer (Gelatin-AgNPs / Tween-AgNPs), dengan mereaksikan 8 mL AgNO3 10-2 M, 0,5 mL natrium sitrat 3%, 0,5 mL gelatin 0,5% atau tween 3% dan 11 mL akuabides. Campuran larutan dipanaskan dengan merefluks larutan selama 1 jam sampai terbentuk warna kuning. Tahap ketiga adalah karakterisasi hasil sintesis dengan spektrofotometer UV-Vis (1700 UV-Vis Shimadzu). Spektrum absorpsi diamati pada jangkauan panjang gelombang 200-1100 nm. Nanopartikel perak hasil optimasi dikarakterisasi juga dengan Particle Size Analyzer (PSA).
6
Sintesis Nanopartikel Perak dengan Teknik Pemanasan Gelombang Mikro Sintesis AgNPs, Gelatin-AgNPs dan Tween-AgNPs dengan Glukosa sebagai Pereduksi (Darroudi et al. 2010 ; Roh et al. 2010)
Sintesis nanopartikel perak dilakukan dengan menentukan kondisi optimum, yaitu penentuan rasio konsentrasi AgNO3 dengan glukosa anhidrat, variasi konsentrasi gelatin dan tween 20, dan variasi waktu pemanasan dengan
microwave. Tahap awal pada sintesis ini adalah membuat nanopartikel perak (AgNPs) tanpa penambahan stabilizer, yaitu dengan mereaksikan 8 mL AgNO3 10-2 M, 7 mL glukosa 0,5 M dan 5 mL akuabides kemudian dipanaskan menggunakan microwave dengan daya 80 selama 15 menit selanjutnya campuran larutan diaduk menggunakan pengaduk magnetik (stirrer) selama 3 jam. Tahap kedua adalah pembuatan nanopartikel perak dengan penambahan gelatin atau tween 20 sebagai stabilizer (Gelatin-AgNPs / Tween-AgNPs) yaitu dengan mereaksikan 8 mL AgNO3 10-2 M, 7 mL glukosa 0,5 M, 0,5 mL gelatin 0,5% atau tween 3%, dan 4,5 mL akuabides, campuran dipanaskan menggunakan microwave
dengan daya 80 selama 15 menit dan diaduk selama 3 jam. Tahap ketiga adalah karakterisasi hasil sintesis dengan spektrofotometer UV-Vis (1700 UV-Vis Shimadzu). Spektrum absorpsi diamati pada jangkauan panjang gelombang 200-1100 nm. Nanopartikel perak hasil optimasi dikarakterisasi juga dengan Particle Size Analyzer (PSA), FTIR dan Transmission Electron Microscopy (TEM). Kestabilan AgNPs, Gelatin-AgNPs dan Tween-AgNPs diamati perubahan maks pada waktu-waktu tertentu dengan spektrofotometer UV-Vis.
Aplikasi Gelatin-AgNPs dan Tween-AgNPs untuk Mendeteksi Ion Logam secara Kolorimetri
Analisis Kualitatif Penambahan Ion Logam dalam Larutan Gelatin-AgNPs dan Tween-AgNPs
Deteksi dilakukan terhadap ion logam tunggal dan campuran. Aplikasi terhadap ion tunggal dilakukan dengan mereaksikan beberapa ion logam dengan nanopartikel perak. Setiap larutan analit yang mengandung ion Hg2+, Mn2+, Zn2+, Cu2+, Fe2+ , Cr6+ , dan Pb2+ sebanyak 1 mL dengan konsentrasi 1000 mg/L (Lampiran 3) ditambahkan dengan 2 mL larutan Gelatin-AgNPs atau Tween-AgNPs. Perubahan warna larutan yang terjadi diamati hingga 15 menit. Selanjutnya larutan hasil pengujian dikarakterisasi dengan spektrofotometer UV-Vis (1700 Shimadzu) dengan kisaran panjang gelombang 200-1100 nm.
Aplikasi terhadap ion logam campuran dilakukan dengan memvariasikan ion logam yang digunakan. Campuran I terdiri dari ion Hg2+, Zn2+, Cu2+, dan Pb2+, campuran II terdiri dari Mn2+, Zn2+, Cu2+, dan Pb2+, campuran III terdiri dari Cr6+, Zn2+, Cu2+, dan Pb2+, campuran IV terdiri dari Fe2+ , Zn2+, Cu2+, dan Pb2+, dan campuran V terdiri dari Hg2+, Mn2+, Zn2+, Cu2+, dan Pb2+, dengan konsentrasi masing-masing ion logam 100 mg/L. Larutan tersebut dibuat dengan memipet 5 mL larutan stok dari masing-masing ion logam (1000 mg/L) dan mengencerkannya dengan akuabides ke dalam labu takar 50 mL. Masing-masing campuran ion logam tadi dengan konsentrasi 100 mg/L sebanyak 1 mL ditambahkan ke dalam 2 mL Gelatin-AgNPs atau Tween-AgNPs. Pengamatan perubahan warna dilakukan setelah 15 menit, kemudian dikarakterisasi
7 menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 200-1100 nm untuk mengetahui nilai spektra absorpsi dan λmaks.
Analisis Kuantitatif Pengukuran Ion Logam Hg2+ oleh Gelatin-AgNPs dan Tween-AgNPs
Untuk mendapatkan metode yang efisien dalam uji kinerja sensor Gelatin-AgNPs dan Tween-Gelatin-AgNPs, dipelajari beberapa parameter seperti waktu kontak, variasi konsentrasi, dan kestabilan sensor logam.
Optimasi Pengukuran Ion Logam Hg2+
Optimasi variasi waktu kontak dilakukan dengan cara mereaksikan 2 mL larutan Gelatin-AgNPs atau Tween-AgNPs dengan 1 mL ion logam Hg2+ 50 mg/L, kemudian campuran diukur nilai serapannya dengan spektrofotometer UV-Vis dari waktu 0, 5, 10, 15, 20, 30, dan 40 menit pada panjang gelombang maksimum. Tahap berikutnya membuat variasi konsentrasi ion logam Hg2+. Konsentrasi deret standar larutan ion logam Hg2+ adalah 0, 25, 30, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, dan 100 mg/L. Masing-masing larutan ion logam Hg2+ dipipet 1 mL direaksikan dengan 2 mL Gelatin-AgNPs atau Tween-AgNPs. Kemudian diukur nilai serapannya dengan spektrofotometer UV-Vis pada λmaks setelah 5 menit pencampuran.
Penentuan kestabilan reaksi dilakukan dengan cara mereaksikan 2 mL Gelatin-AgNPs atau Tween-AgNPs dengan 1 mL ion logam Hg2+, kemudian absorbansinya diukur dengan spektrofotometer UV-Vis pada waktu 3, 5, 15, 30, 45, 60, 90, 120, dan 150 menit pada panjang gelombang maksimum.
Deteksi Ion Logam Hg2+ oleh Gelatin-AgNPs atau Tween-AgNPs pada Sampel Air Bersih
Gelatin-AgNPs atau Tween-AgNPs dipipet sebanyak 2 mL kemudian direaksikan dengan 1 mL contoh air bersih, setelah 5 menit diukur serapannya dengan spektrofotometer UV-Vis. Jika contoh air tidak mengandung ion Hg2+, selanjutnya dispike dengan larutan standar Hg2+ 50 mg/L.
Penentuan Linieritas Pengukuran
Penentuan linieritas ditetapkan dengan membuat deret larutan standar ion logam Hg2+ dari 0, 10, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95 dan 100 mg/L dibuat sebanyak 7 kali dari larutan standar induk 500 mg/L ion logam Hg2+. Kemudian dipipet sebanyak 2 mL Gelatin-AgNPs atau Tween-AgNPs dan direaksikan dengan masing-masing 1 mL deret standar ion logam Hg2+, lalu diukur nilai serapannya dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimum setelah 15 menit. Selanjutnya dibuat kurva kalibrasi yang menghubungkan antara konsentrasi dan absorbansi sehingga didapatkan nilai koefisien korelasinya (r) yang mengikuti persamaan :
8
Dengan x adalah nilai konsentrasi standar (mg/L), y adalah nilai pembacaan absorbansi standar, n adalah jumlah deret standar yang digunakan dan r adalah nilai koefisien korelasi (linieritas).
Penentuan Limit Deteksi (LDM) dan Limit Kuantitasi (LoQ)
Limit deteksi ditentukan dengan melakukan pengukuran terhadap blanko (tidak mengandung analit) sebanyak sekurang-kurangnya 7 kali. Pengukuran limit deteksi dilakukan dengan cara membuat 7 blanko yang berisi masing-masing 2 mL Gelatin-AgNPs atau Tween-AgNPs ditambahkan 1 mL akuades, kemudian diukur absorbansinya dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimum. Limit deteksi dihitung dengan persamaan :
Dengan LDM teoritis adalah Limit Deteksi Metode, SD adalah Standar deviasi, xi adalah Nilai konsentrasi ke-i, n adalah jumla ulangan pengukuran, x adalah nilai rata-rata konsentrasi (mg/L), ttabel α = 99%.
Penentuan Nilai Kepresisian Pengukuran
Uji presisi dilakukan dengan cara menyiapkan sampel air, kemudian dipipet sebanyak 1 mL sampel air ditambahkan 2 mL Gelatin-AgNPs atau Tween-AgNPs. Setelah 15 menit diukur nilai serapannya dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimum. Pengujian dilakukan sebanyak 7 kali. Nilai presisi dinyatakan dengan persen (%) RSD (Relative Standard Deviation), dihitung dengan persamaan :
Syarat keberterimaan pengukuran dibandingkan dengan CV (Coeficient Variation) Horwitz, dihitung dengan persamaan berikut :
Penentuan Nilai Keakuratan Pengukuran
Uji akurasi dilakukan bersamaan dengan pengujian contoh, dengan cara memipet 2,5 mL standar ion logam Hg2+ 500 mg/L kedalam labu takar 25 mL kemudian ditera dengan sampel air, pengujian dilakukan 7 kali. Setelah 15 menit diukur nilai serapannya dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang maksimum. Nilai akurasi dinyatakan dengan % recovery, dihitung dengan persamaan berikut :
Dengan C1 adalah konsentrasi / kadar analit dalam standar, C2 adalah konsentrasi / kadar analit dalam sampel, dan C3 adalah konsentrasi / kadar analit dalam campuran sampel dan spike standar.
9
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
Sintesis dan Optimasi Nanopartikel Perak (AgNPs) dengan Teknik Pemanasan Konvensional
Secara umum nanopartikel perak dapat disintesis dengan dua metode, yaitu metode fisika (top down) dan metode kimia (bottom-up). Sintesis nanopartikel perak melalui metode kimia dilakukan dengan melarutkan garam perak, agen pereduksi, dan penstabil sampai terbentuk nanopartikel perak (Tolaymat et al. 2010). Metode reduksi kimia banyak digunakan untuk menghasilkan nanopartikel perak karena langkah kerja yang mudah, murah, dan menggunakan temperatur yang rendah. Metode ini memerlukan pemanasan eksternal dan salah satunya adalah pemanasan dengan menggunakan hot plate yang disebut dengan pemanasan konvensional. Pada penelitian ini dilakukan sintesis nanopartikel perak dengan teknik pemanasan konvensional menggunakan pereduksi glukosa dan natrium sitrat, gelatin dan tween 20 sebagai agen penstabil, dan AgNO3 sebagai prekusor.
Sintesis AgNPs dengan Pereduksi Glukosa
Keberhasilan sintesis nanopartikel perak (AgNPs) ditandai dengan terjadinya perubahan warna larutan prekusor AgNO3 yang tidak berwarna menjadi kuning kecoklatan setelah terbentuk nanopartikel perak akibat eksitasi vibrasi permukaan plasmon pada nanopartikel (Caro et al. 2010). Selain perubahan warna larutan, hasil spektrum UV-Vis menjadi salah satu indikator yang dapat digunakan untuk mengkonfirmasi pembentukkan AgNPs. Hal ini sesuai dengan pernyataan yang dikemukakan oleh Oldenberg et al (2011) dimana proses terbentuknya AgNPs ditandai dengan munculnya puncak absorbansi pada kisaran 400-530 nm pada spektrum UV-Vis. Berdasarkan spektrum absorbansi UV-Vis yang disajikan pada Gambar 2, larutan AgNO3 10-2 M sebelum direaksikan tidak memiliki puncak spektrum pada daerah sekitar 250-1100 nm demikian halnya pada larutan glukosa 0,5 M. Setelah kedua larutan direaksikan, muncul spektrum absorbansi baru pada λmaks 438 nm yang menunjukkan komponen baru terbentuk didalam campuran.
10
Timberlake (2010) menyatakan bahwa AgNPs terbentuk melalui reaksi reduksi oksidasi dari ion Ag+ dari larutan AgNO3. Saat reduksi terjadi penambahan elektron mengubah ion Ag+ menjadi tidak bermuatan Ag0. Mekanisme reaksi reduksi glukosa yang mungkin terjadi dapat dilihat pada Gambar 3.
Penelitian ini juga membandingkan antara glukosa anhidrat dengan glukosa monohidrat yang digunakan sebagai reduktor dalam sintesis AgNPs. Hasil sintesis dengan glukosa anhidrat memberikan respon absorpsi lebih besar (A = 0,797) dibandingkan dengan glukosa monohidrat (A = 0,196) dan diperoleh puncak SPR untuk AgNPs dengan pereduksi glukosa anhidrat adalah 438 nm sedangkan AgNPs dengan pereduksi glukosa monohidrat memiliki puncak SPR pada 470 nm. Solomon et al (2007) menyatakan bahwa nilai absorbansi menunjukkan kecenderungan jumlah AgNPs yang dihasilkan dan jalannya reaksi seiring bertambahnya waktu. Berdasarkan pernyataan tersebut menunjukkan bahwa jumlah AgNPs yang dihasilkan dari sintesis dengan glukosa anhidrat lebih banyak daripada glukosa monohidrat. Hal ini disebabkan karena keberadaan hidrat dalam glukosa akan melemahkan daya reduksi glukosa terhadap ion Ag+ sehingga AgNPs yang terbentuk akan lebih sedikit. Oleh karena itu, pada penelitian ini digunakan glukosa anhidrat dalam sintesis nanopartikel perak. Hasil spektrum UV-Vis dapat dilihat selengkapnya pada Lampiran 4a.
Menurut Solomon et al (2007), ukuran dari AgNPs dapat diperkirakan berdasarkan panjang gelombang dari absorbansi maksimum. Tabel hubungan antara panjang gelombang maksimum SPR dengan ukuran partikel dapat dilihat pada Lampiran 4b, sehingga dari sintesis AgNPs yang dilakukan pada panjang gelombang maksimum 413 nm ukuran AgNPs yang dihasilkan akan berada pada kisaran 30 nm. Untuk menentukan ukuran AgNPs-Glukosa dilakukan pengukuran dengan menggunakan PSA seperti dapat dilihat pada Lampiran 5a. Dari hasil penelitian ini diperoleh nanopartikel perak (AgNPs-Glukosa) dengan ukuran 299,74 nm. Hal ini berbeda dengan yang dihasilkan oleh Solomon et al (2007), perbedaan ini antara lain disebabkan karena kondisi percobaan yang berbeda yaitu penggunaan NaBH4 sebagai pereduksi, dan PVP sebagai stabilizer. Disamping itu hal ini dapat disebabkan karena PSA tidak hanya mengukur nanopartikelnya saja akan tetapi berikut dengan pereduksi yang menyelimutinya. Selain pereduksi dan penstabil, dalam sintesis nanopartikel, teknik sintesis juga sangat menentukan ukuran, bentuk, dan morfologi permukaan. Sehingga dapat disimpulkan untuk mendapatkan nanopartikel perak dengan ukuran kurang dari 50 nm, metode ini tidak dapat diaplikasikan.
11 Optimasi sintesis AgNPs-Glukosa
Rasio prekusor (AgNO3) dan pereduksi (glukosa) dioptimasi dengan membuat beberapa variasi yang dilakukan pada rasio 1:5, 1:15, 1:25, 1:35, 1:45, dan 1:50, hasilnya dapat dilihat pada Lampiran 6. Rasio 1:5 diperoleh dengan mereaksikan 10 mL AgNO3 10-2 M dengan 1 mL glukosa 0,5 M dan 9 mL akuabides. Pada rasio 1:5, 1:15, dan 1:25 reduksi berjalan sangat cepat sekali sehingga sulit diamati prosesnya. Sedangkan pada rasio 1:45 dan 1:50 reaksi pembentukan AgNPs-Glukosa berjalan lambat. Rasio 1:35 adalah rasio optimum yang diperoleh dari penelitian ini, dilihat dari analisis visual pembentukan AgNPs-Glukosa. Pada rasio ini sintesis AgNPs-Glukosa berjalan secara cepat dan menghasilkan AgNPs-Glukosa yang memiliki kestabilan yang paling optimum. Hasil spektra absorpsi pembentukan nanopartikel perak pada rasio yang berbeda dapat dilihat pada Lampiran 7a. Terbentuknya nanopartikel perak dapat diidentifikasi secara visual. Perbedaan warna larutan menunjukkan jumlah nanopartikel perak yang terbentuk. Stabilitas penyimpanan jangka panjang merupakan faktor penting dalam penggunaan nanopartikel secara komersial. Stabilitas AgNPs diuji dengan menyimpan AgNPs pada suhu ruang dan dilihat kinerjanya dari waktu ke waktu dengan melihat perubahan spektrum UV-Vis dari larutan AgNPs. Pada rasio 1:35 diperoleh waktu optimum terbentuknya AgNPs, yaitu setelah 1 jam pencampuran setelah itu terjadi pergeseran panjang gelombang dari 450 nm menjadi 580 nm yang menunjukkan bahwa AgNPs-Glukosa tidak stabil. Hal ini dapat dilihat setelah 15 menit pencampuran menghasilkan AgNPs-Glukosa pada panjang gelombang 450 nm, 30 menit (465 nm), 1 jam (480 nm), 2 jam (530 nm), 3 jam (565 nm), dan setelah 4 jam (580 nm) seperti disajikan pada Lampiran 7b. Ketidakstabilan nanopartikel perak ini terjadi karena ada proses aglomerasi (Caro et al. 2010), ditandai dengan perubahan warna yang semakin pekat dan terjadinya pergeseran panjang gelombang ke arah panjang gelombang yang besar. Bertambahnya waktu reaksi menyebabkan semakin banyaknya nanopartikel perak dalam larutan, sehingga terjadi penggabungan antar nanopartikel perak membentuk nanopartikel dengan ukuran yang lebih besar. Aglomerasi terjadi karena gaya Van der Waals dan elektrostatik antar nanopartikel perak, yaitu terjadi tarik menarik antara elektron pada nanologam tersebut, sehingga jarak antar nanopartikel semakin mendekat dan semakin lama membentuk partikel-partikel yang berukuran besar.
Sintesis nanopartikel logam secara kimia dilakukan dengan adanya logam prekusor, agen pereduksi dan larutan penstabil. Mekanisme terjadi dalam dua langkah, yaitu nukleasi dan growth. Pada proses nukleasi diperlukan aktivasi energi yang lebih besar daripada energi pada tahapan growth. Proses tersebut diamati melalui parameter waktu, sehingga dapat dilihat kestabilan dari nanopartikel perak (Evanoff & George 2005). Pada pengamatan kestabilan AgNPs-Glukosa, terlihat bahwa seiring bertambahnya waktu, terjadi pergeseran panjang gelombang maksimum pada spektra absorpsi UV-Vis. Keadaan ini menunjukkan AgNPs-Glukosa memiliki tegangan permukaan yang cukup besar, sehingga tidak stabil dan tidak mampu melawan proses agregasi. Proses aglomerasi juga dapat ditandai dengan menurunnya nilai absorbansi. Nilai absorbansi terus bertambah hingga absorbansi maksimum dan setelah 2 hari terjadi penurunan absorbansi hingga tidak ada respon sinyal. Hasil spektra
12
absorpsi kestabilan nanopartikel perak dapat dilihat pada Lampiran 8. Oleh karena itu perlu ditambahkan agen penstabil untuk mencegah terjadinya aglomerasi. Optimasi Modifikasi AgNPs dengan Penambahan Gelatin dan Tween 20 sebagai Agen Penstabil
Beberapa metode dilakukan untuk mengatasi ketidakstabilan dari nanopartikel perak ini, salah satunya memodifikasi AgNPs dengan penambahan
stabilizer. Material yang dapat digunakan sebagai stabilizer antara lain PEG (Luo
et al. 2005), PVA (Pimpang & Chopuun 2011) yang merupakan polimer dan beberapa surfaktan. Dalam penelitian ini dilakukan modifikasi nanopartikel menggunakan gelatin sesuai dengan penelitian yang dilaporkan oleh Darroudi et al (2010) terhadap prekusor AgNO3 dan tween 20 seperti yang sudah dilakukan oleh Roh et al (2010) namun terhadap prekusor HAuCl4. Gelatin memiliki gugus amina (NH2) yang terdapat pada kerangka utamanya, yang dapat berikatan dengan Ag. Reaksi kimia yang diusulkan untuk proses ini mengikuti persamaan :
Ag+(aq) + gelatin(gel) (aq) [Ag(gel)]+(aq)
[Ag(gel)]+(aq) + 2C5H11O5CHO(aq) Gelatin capped Ag-NPs(s) + 2C5H11O5COOH(aq)
Beberapa penelitian menggunakan tween 20 sebagai penstabil dari nanopartikel karena dapat berprilaku sebagai surfaktan yang mempunyai gugus hidrofilik dan hidrofobik. Modifikasi sintesis AgNPs pada rasio 1:35 dilakukan dengan mereaksikan 5 mL AgNO3 10-2 M ; 3,5 mL glukosa 0,5 M; gelatin 0,5 % atau tween 3%, dan akuabides kemudian dipanaskan pada suhu 70-85 °C dengan hot plate, selanjutnya larutan campuran diaduk dengan menggunakan pengaduk magnet (stirer) selama 3 jam. Proses pengadukan selama reaksi berlangsung bertujuan untuk memperkecil ukuran partikel dan menempelkan stabilizer dengan AgNPs. Modifikasi dilakukan pada volume AgNO3, konsentrasi AgNO3 dan glukosa tetap, volume larutan penstabil dan akuabides yang berubah. Pengamatan visual modifikasi sintesis nanopartikel perak dengan stabilizer pada volume yang berbeda dapat dilihat pada Gambar 4.
Proses terbentuknya nanopartikel perak dengan penstabil gelatin (Gelatin-AgNPs-Glukosa) dan tween 20 (Tween-(Gelatin-AgNPs-Glukosa) diamati menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada panjang gelombang 200-1100 nm. Bentuk spektrum Gelatin-AgNPs-Glukosa dan Tween-AgNPs-Glukosa lebih simetris daripada spektrum AgNPs-Glukosa dan diperoleh kisaran maks adalah 417 – 430 nm, hal ini menunjukkan bahwa sebaran ukuran partikelnya lebih homogen. Selain itu penambahan gelatin dan tween 20 juga meningkatkan jumlah
13 nanopartikel perak yang terbentuk, hal ini ditandai dengan adanya kenaikan nilai absorbansi dari larutan nanopartikel perak setelah ditambah dengan gelatin (A = 2,370) dibandingkan dengan absorbansi nanopartikel perak tanpa penambahan gelatin (A = 0,405), demikian halnya setelah penambahan tween 20 nilai absorbansi meningkat menjadi 0,934. Nilai absorbansi dari Gelatin-AgNPs-Glukosa dan Tween-AgNPs-Gelatin-AgNPs-Glukosa lebih besar dibandingkan AgNPs-Gelatin-AgNPs-Glukosa, hal ini menunjukkan bahwa jumlah nanopartikel perak yang terbentuk lebih banyak. Semakin banyaknya jumlah nanopartikel menyebabkan semakin besarnya absorpsi sinar UV-Vis yang terjadi sehingga absorbansi yang dihasilkan semakin besar.
Ion logam Ag (Ag+) bersifat asam lunak merupakan ion logam yang berukuran besar, bermuatan kecil atau nol, dan elektron terluarnya mudah dipengaruhi oleh ion lain. Tween 20 bersifat basa lunak merupakan ligan yang atom terluarnya mudah terpolarisasi akibat pengaruh ion dari luar. Menurut teori HSAB (Hard Soft Acid and Base), umumnya asam lunak lebih menyukai untuk berkoordinasi dengan basa lunak. Ikatan yang terjadi antara tween-AgNPs merupakan ikatan kovalen. Berdasarkan uraian sebelumnya, seharusnya nanopartikel perak yang diselimuti oleh tween 20 akan memberikan nilai absorbansi yang tidak terlalu jauh berbeda dengan nanopartikel perak yang diselimuti oleh gelatin, tetapi pada kenyataannya justru berbeda artinya ada faktor yang mempengaruhi proses sintesis ini, salah satu faktor yang dapat diajukan adalah kestabilan tween 20 terhadap panas lebih rendah dibandingkan gelatin.
Stabilitas AgNPs-Glukosa meningkat secara drastis setelah dimodifikasi dengan gelatin dan tween 20, hal ini disebabkan karena AgNPs terselimuti secara sterik oleh agen penstabil sehingga tidak teraglomerasi. Kestabilan Gelatin-AgNPs-Glukosa dapat dibuktikan dengan tidak adanya pergeseran puncak spektrum setelah 2 minggu, sedangkan kestabilan Tween-AgNPs-Glukosa hanya sampai 6 hari, pada usia 1 minggu mulai terjadi pergeseran λmaks dan penurunan absorbansi yang dapat dilihat pada Gambar 5. Optimasi modifikasi AgNPs dengan gelatin dan tween 20 dapat dilihat pada Lampiran 9.
(a) (b)
Gambar 5 Spektrum UV-Vis kestabilan Gelatin-AgNPs-Glukosa (a) dan Tween-AgNPs-Glukosa (b)
14
Penambahan penstabil gelatin dan tween 20 mempengaruhi ukuran dari nanopartikel perak. Sebaran ukuran Gelatin-AgNPs-Glukosa adalah 240,10 nm, sedangkan ukuran AgNPs-Glukosa adalah 299,74 nm. Hal ini menunjukkan bahwa gelatin berfungsi sebagai capping agent yang mencegah bergabungnya setiap partikel perak membentuk ukuran yang lebih besar (aglomerasi). Sedangkan ukuran partikel untuk Tween-AgNPs-Glukosa adalah 354,24 nm, nilai ini lebih besar daripada ukuran AgNPs-Glukosa (299,74 nm). Terdapat beberapa faktor yang menyebabkan hal ini terjadi, antara lain partikel-partikel Tween-AgNPs-Glukosa satu sama lain letaknya saling berdekatan belum terpisah dengan sempurna oleh proses secara fisik yaitu dengan pengadukan menggunakan
magnetic stirrer. Selain itu dapat pula disebabkan karena nanopartikel perak terselimuti oleh tween 20 dan menyebabkan radius hidrodinamiknya menjadi lebih besar ketika diukur dengan PSA. Hasil pengukuran dengan PSA dapat dilihat pada Lampiran 5b dan 5c.
Sintesis AgNPs dengan Natrium Sitrat sebagai Pereduksi
Pada penelitian ini selain dilakukan sintesis nanopartikel dengan pereduksi glukosa, dilakukan pula sintesis dengan menggunakan pereduksi natrium sitrat untuk pembanding glukosa sebagai pereduksi. Sintesis nanopartikel dengan pereduksi natrium sitrat sudah dilaporkan sebelumnya oleh Udapudi et al (2012), Saputra dkk (2011), Harmami dkk (2007), karena prosesnya yang sederhana, material yang murah, mudah didapatkan, dan banyak digunakan pula sebagai pereduksi. Hasil optimasi untuk sintesis nanopartikel perak dengan pereduksi natrium sitrat dilakukan dengan mereaksikan 8 mL AgNO3 10-2 M, 0,5 mL natrium sitrat 3%, dan 11,5 mL akuabides, hal ini ditunjukkan pada Gambar 6. Hasil spektra absorpsi proses optimasi sintesis nanopartikel perak menggunakan prekusor AgNO3 dan pereduksi natrium sitrat dapat dilihat pada Lampiran 10.
Reaksi kimia yang mungkin terjadi pada proses reduksi AgNO3 menggunakan natrium sitrat sebagai pereduksi adalah :
4 Ag+ + C6H5O7Na3 + 2H2O 4 Ag0 + C6H5O7H3 + 3Na+ + H+ + O2 Gambar 6 Spektrum UV-Vis AgNPs-Sitrat dan AgNPs-Glukosa
15 Hasil sintesis menunjukkan terbentuknya AgNPs-Sitrat ditandai dengan munculnya warna kuning setelah 15 menit pemanasan dengan refluks, dan puncak spektrum muncul pada panjang gelombang 417 nm dengan nilai absorbansi 0,624, sedangkan spektrum AgNPs-Glukosa muncul pada λmaks 438 nm dengan nilai absorbansi 0,797. Nilai absorbansi Glukosa lebih besar daripada AgNPs-Sitrat, hal ini menunjukkan bahwa jumlah nanopartikel yang dihasilkan dari sintesis dengan pereduksi glukosa lebih banyak dibandingkan dengan pereduksi natrium sitrat, sedangkan dari nilai λmaks dapat menjelaskan bahwa ukuran nanopartikel yang dihasilkan dengan pereduksi natrium sitrat lebih kecil dibandingkan dengan pereduksi glukosa. Hal ini didukung oleh hasil pengukuran dengan menggunakan PSA menunjukkan distribusi ukuran partikel AgNPs-Sitrat adalah 69,45, sedangkan untuk AgNPs-Glukosa adalah 299,74. Hasil pengukuran dengan PSA dapat dilihat pada Lampiran 11a. Sedangkan hasil pengukuran dengan menggunakan TEM dapat dilihat pada Gambar 7, menunjukkan AgNPs-Sitrat memiliki ukuran rata-rata 47,02 nm.
AgNPs-Sitrat dan AgNPs-Glukosa sama-sama memiliki tingkat kestabilan yang rendah. Setelah pencampuran selama 24 jam terjadi agregasi antar nanopartikel membentuk partikel-partikel yang lebih besar sehingga terjadi aglomerasi.
Optimasi modifikasi AgNPs-Sitrat dengan Penambahan Gelatin dan Tween 20 sebagai Agen Penstabil
Sama halnya dengan sintesis nanopartikel perak dengan pereduksi glukosa modifikasi dilakukan pula terhadap pereduksi natrium sitrat dengan memvariasikan konsentrasi gelatin 0,5 % dan tween 20 3% yang disajikan pada Lampiran 12. Kondisi optimum diperoleh dengan mereaksikan 8 mL AgNO3 10-2 M, 0,5 mL natrium sitrat 3%, 0,5 mL gelatin 0,5% atau tween 20 3% dan 11 mL akuabides. Hasil spektrum UV-Vis pada kondisi optimum menunjukkan munculnya serapan panjang gelombang maksimum pada kisaran 428 nm dengan nilai absorbansi 1,892 untuk Gelatin-AgNPs-Sitrat, dan Tween-AgNPs-Sitrat pada kisaran maks 426 nm dengan nilai absorbansi sebesar 0,596. Hasil pengukuran sebaran ukuran partikel disajikan dalam Lampiran11b dan 11c, yang menunjukkan Gelatin-AgNPs-Sitrat memiliki ukuran 49,76 nm dan Sitrat memiliki ukuran 107,2 nm. Sebaran ukuran untuk Tween-AgNPs-Sitrat pun lebih besar dibandingkan dengan AgNPs-Tween-AgNPs-Sitrat. Salah satu penyebabnya adalah partikel-partikel yang mengumpul dalam satu tempat, atau
16
tidak tersebar seperti Gelatin-AgNPs-Sitrat, sehingga yang terukur oleh PSA adalah sekumpulan nanopartikel perak yang mengakibatkan radius hidrodinamiknya menjadi lebih besar. Hal tersebut diperkuat dengan hasil pengukuran dengan TEM, menunjukkan ukuran Gelatin-AgNPs-Sitrat adalah 21,87 nm dan untuk Tween-AgNPs-Sitrat adalah 32,30 nm. Nilai ini tidak terlalu berbeda, hal ini menunjukkan pengukuran dengan TEM lebih akurat (Gambar 8).
Rangkuman optimasi sintesis AgNPs dengan teknik pemanasan konvensional Optimasi sintesis nanopartikel perak menggunakan teknik pemanasan konvensional telah dilakukan dan telah divariasikan konsentrasi prekusor (AgNO3) , pereduksi (glukosa dan natrium sitrat) dan penstabil (gelatin dan tween 20). Data hasil penelitian sintesis AgNPs dengan teknik pemanasan konvensional disimpulkan pada Tabel 1.
Tabel 1 Hasil sintesis nanopartikel perak dengan teknik pemanasan konvensional
No Nanopartikel λ maks Abs PSA TEM
1 AgNPs-Glukosa 426 nm 0,405 299,74 nm - 2 Gelatin-AgNPs- Glukosa 429 nm 2,370 240,10 nm - 3 Tween-AgNPs-Glukosa 423 nm 0,934 354,20 nm - 4 AgNPs-Sitrat 426 nm 0,596 69,45 nm 47,02 nm 5 Gelatin-AgNPs-Sitrat 428 nm 1,892 49,76 nm 21,87 nm 6 Tween-AgNPs-Sitrat 430 nm 0,624 107,2 nm 32,30 nm
Secara umum sintesis nanopartikel perak dengan teknik pemanasan konvensional baik dengan pereduksi glukosa maupun natrium sitrat tanpa penstabil memiliki kestabilan yang rendah karena mudah teraglomerasi. Sintesis nanopartikel dengan natrium sitrat sebagai agen pereduksi menghasilkan ukuran partikel yang lebih kecil dibandingkan dengan nanopartikel perak yang disintesis dengan glukosa sebagai agen pereduksi. Akan tetapi nanopartikel perak dengan pereduksi natrium sitrat sulit disintesis, karena reproduksibilitasnya kurang baik, dan proses pemanasan yang tidak seragam. Untuk mendapatkan nanopartikel perak dengan ukuran kurang dari 50 nm, sintesis nanopartikel perak dengan pereduksi glukosa menggunakan teknik pemanasan konvensional tidak dapat
(a) (b)
Gambar 8 Hasil karakterisasi dengan TEM dari Gelatin-AgNPs-Sitrat (a) dan Tween-AgNPs-Sitrat (b) dengan perbesaran 20000 x
17 diaplikasikan. Penambahan larutan penstabil gelatin dan tween 20 dapat mencegah aglomerasi, serta meningkatkan kestabilan AgNPs-Glukosa dan AgNPs-Sitrat. Hal ini dapat dilihat dari spektrum UV-Vis yang dihasilkan setelah pengamatan pada waktu-waktu tertentu, yaitu tidak adanya pergeseran λmaks setelah 2 minggu disintesis.
Sintesis dan Optimasi Nanopartikel Perak (AgNPs) dengan Teknik Pemanasan Gelombang Mikro (microwave)
Sintesis nanopartikel perak dengan teknik pemanasan konvensional berlangsung lama dalam waktu 1 jam. Dari penelitian sebelumnya pemanasan konvensional juga memiliki kekurangan, yaitu pemanasan yang tidak merata sehingga reproduksibilitasnya kurang baik. Untuk mendapatkan AgNPs dalam waktu singkat maka pada penelitian ini sintesis juga dilakukan dengan teknik pemanasan gelombang mikro (microwave). Teknik pemanasan gelombang mikro telah dilaporkan sebelumnya antara lain oleh Jiang et al. (2004), Pal dan Deb (2012) untuk sintesis nanopartikel perak namun agen penstabil yang digunakan adalah PVP.
Dalam sintesis nanopartikel selain pereduksi dan penstabil, teknik sintesis sangat menentukan ukuran, bentuk, dan morfologi permukaan. Teknik sintesis dengan menggunakan gelombang mikro (microwave) memiliki beberapa kelebihan, yang paling utama adalah bahwa energi gelombang mikro tidak terlalu tinggi namun dapat memanaskan material secara seragam sehingga menghasilkan nukleasi yang homogen dan waktu kristalisasi yang lebih singkat dibandingkan dengan pemanasan konvensional. Hal ini sangat menguntungkan untuk pembentukan koloid nanopartikel yang seragam dan homogen (Jiang et al. 2004).
Pada penelitian ini sintesis nanopartikel perak dengan teknik pemanasan gelombang mikro dilakukan sesuai dengan prosedur Pal dan Deb (2012). Pada teknik sintesis ini hanya menggunakan pereduksi glukosa yang sudah dilakukan sebelumnya dengan kondisi optimum pada rasio konsentrasi AgNO3 dan glukosa 1:35. Pereduksi natrium sitrat tidak digunakan pada teknik sintesis ini karena berdasarkan studi awal selama pemanasan terjadi letupan dan tekanan yang besar sehingga berakibat terhadap buruknya reproduksibilitas dari nanopartikel perak yang dihasilkan.
Sintesis AgNPs dengan Pereduksi Glukosa
Sintesis nanopartikel perak (AgNPs) tanpa penambahan stabilizer,
diperoleh dengan mereaksikan 10 mL AgNO3 10-2 M, 7 mL glukosa 0,5 M, dan 3 mL akuabides kemudian dipanaskan menggunakan microwave dengan daya 80 watt selama 15 menit selanjutnya larutan campuran diaduk dengan menggunakan pengaduk magnet (stirer) selama 3 jam. Hasil sintesis dan kestabilan AgNPs dapat dilihat pada Gambar 9. Hasil sintesis dengan teknik pemanasan gelombang mikro untuk AgNPs tanpa penambahan stabilizer identik dengan AgNPs yang dihasilkan menggunakan teknik pemanasan konvensional, yaitu setelah pengamatan 1 hari terjadi aglomerasi yang dapat dilihat dari adanya pergeseran panjang gelombang maksimum, terjadi penurunan nilai absorbansi, dan juga dapat dilihat dari
18
perubahan warna larutan secara visual dari kuning kecoklatan menjadi tidak berwarna.
Sintesis nanopartikel perak dengan teknik pemanasan gelombang mikro menghasilkan AgNPs-Glukosa dengan ukuran 173,72 nm, nilai ini lebih kecil dibandingkan dengan nanopartikel yang dihasilkan melalui teknik pemanasan konvensional. Hal ini menunjukkan teknik pemanasan dengan gelombang mikro dapat memperkecil ukuran partikel.
Optimasi Modifikasi AgNPs-Glukosa dengan Penambahan Gelatin dan Tween 20 sebagai Agen Penstabil
Hasil optimasi pada tahap modifikasi ini adalah dengan mereaksikan 8 mL AgNO3 10-2 M dan 7 mL glukosa 0,5 M, kemudian ditambahkan 0,5 mL gelatin 0,5% (b/v) dan tween 20 3% (v/v), setelah itu ditambahkan 4,5 mL akuabides, lalu campuran dipanaskan menggunakan microwave dengan daya 80 watt selama 15 menit untuk gelatin sedangkan tween 20 pemanasan dengan daya 100 watt, campuran diaduk menggunakan pengaduk magnetik selama 3 jam. Gelatin-AgNPs-Glukosa menghasilkan spektra UV-Vis pada λmaks 416 nm, sedangkan Tween-AgNPs-Glukosa pada kisaran λmaks 420 nm, nilai ini tidak jauh berbeda dengan nanopartikel yang diperoleh dengan teknik pemanasan konvensional. Bentuk spektra yang dihasilkan melalui teknik pemanasan gelombang mikro lebih simetris dibandingkan dengan nanopartikel perak yang dihasilkan melalui teknik pemanasan konvensional, hal ini menunjukkan bahwa pemanasan dengan gelombang mikro menghasilkan nanopartikel yang lebih homogen. Disamping itu penambahan agen penstabil pada teknik ini pun dapat meningkatkan jumlah nanopartikel perak yang terbentuk, ditandai dengan meningkatnya nilai absorbansi dari 0,375 menjadi 1,200 untuk Gelatin-AgNPs-Glukosa, demikian halnya dengan penambahan tween 20 nilai absorbansi meningkat menjadi 0,874.
Kestabilan Gelatin-AgNPs-Glukosa dan Tween-AgNPs-Glukosa pun meningkat secara drastis setelah dimodifikasi dengan penambahan agen penstabil, dibuktikan juga dengan tidak adanya pergeseran panjang gelombang. Namun Tween-AgNPs-Glukosa kurang stabil dibandingkan dengan
Gelatin-AgNPs-Gambar 9 Spektrum UV-Vis dari kestabilan AgNPs-Glukosa dengan teknik pemanasan gelombang mikro
