PENANGGUNG JAWAB
Koordinator Program Studi Kimia FMIPA Universitas Lambung Mangkurat
PENERBIT
Program Studi Kimia FMIPA Universitas Lambung Mangkurat
ALAMAT
Jl. A. Yani Km. 36 Banjarbaru, Kalimantan Selatan 70714 Telp./Fax.: 0511-4773112, 0511-4782899
E-mail: [email protected]
TAHUN PERTAMA TERBIT: 2007
EDITOR IN CHIEF
Utami Irawati, S.Si., MES., Ph.D. EDITORIAL BOARD
Head of Editorial Board: Prof. Rodiansono
Associate Editors : Dwi Rasy Mujiyanti, S.Si., M.Si. Dahlena Ariyani, S.Si., M.S. Dewi Umaningrum, S.Si., M.Si. Editorial Board Members
Prof. Dr. Rer.nat Drs. Karna Wijaya, M.Eng (UGM, Yogyakarta) Dr. Hendrik Oktendy Lintang (Universitas Ma Chung, Malang) Yuana Nurulita,S.Si, M.Si, Ph.D (Universitas Riau, Riau)
Prof. Dr. Abdullah, S.Si, M.Si (Universitas Lambung Mangkurat, Banjarbaru) Dr. Arnida, S.Si. M.Si. Apt.
Dewi Umaningrum, S.Si., M.Si. Ahmad Budi Junaidi, S.Si., M.Sc. Noer Komari, S.Si., M.Kes. Kamilia Mustikasari, S.Si., M.Si. SITE EDITOR AND ADMINISTRATOR Ahmad Rusadi Arrahimi, S.Kom.
Sains dan Terapan Kimia (Jurnal Ilmiah Berkala) berisi tulisan ilmiah tentang bidang kimia yang
meliputi hasil penelitian kimia, kimia teori, pendidikan kimia dan kimia terapan. Redaksi menerima tulisan yang belum pernah dipublikasikan dalam jurnal ilmiah lain. Naskah yang masuk akan di evaluasi oleh dewan penyunting. Penyunting berhak mengubah format penulisan tanpa mengurangi/mengubah substansi tulisan.
Sains dan Terapan Kimia (Jurnal Ilmiah Berkala) terbit dua kali dalam setahun pada bulan Januari
dan Juli. Biaya penerbitan artikel adalah sebesar Rp. 200.000,00, sudah termasuk biaya processing artikel, pengurusan DOI, dan satu eksemplar jurnal versi cetak, tidak termasuk biaya pengiriman jurnal edisi cetak. Biaya cetak jurnal tambahan Rp. 60.000,00/eksemplar. Pembayaran dilakukan melalui rekening Bank BNI Cabang Banjarmasin dengan nomor rekening 0201041846 atas
nama Dahlena Ariyani.
DAFTAR ISI
Aktivitas Antikanker Senyawa Turunan Kumarin dari Melicope latifolia
... 1-7 Indatul Fitriyah, Tjitjik Srie Tjahjandarie, Ratih Dewi Saputri, Mulyadi Tanjung
An Introduction to Different Types of Gas Chromatography
... 8-17 Natasya Teonata, Vania Aurellia Wijaya, Vinkannola Sangdyah Vithaloka,
Muhammad Thariq Attamimi, Muliasari Kartikawati
Biosintesis Nanopartikel Emas Menggunakan Ekstrak Etanol Daun Jambu Bol Putih
... 18-30 Astri Wiyani GM, Suriati Eka Putri, Muhammad Syahrir
Perbandingan Metode Potensiometri dan Spektrofotometripada Penentuan Formalin
... 31-36 Dewi Umaningrum, Radna Nurmasari, Maria Dewi Astuti
Sintesis Dan Karakterisasi Komposit Zeolit Magnetit dan Aplikasinya sebagai Adsorben Ni(
II)
... 37-47
Anis Kholifatur Rosyidah, Suyanta
Analisis Komponen Serat Pelepah Sagu (Metroxylon Sago) dan Kajian Morfologi Selulosanya setelah Oksidasi menggunakan Amonium Persulfat
... 48-63 Sunardi, Nina Noviyanti, Wiwin Tyas Istikowati, Khoirun Nisa, Muslih Anwar
Sintesis Beads Kitosan Terikat-Silang Tripolifosfat dengan Penambahan NaHCO3 sebagai Porogen untuk Absorpsi Asam Humat
... 64-73 Dahlena Ariyani, Jihan Askia, Uripto Trisno Santoso
Review Article: Terapi Fotodinamik Antimikroba: Prospek Baru dalam Penanganan
Pangan
... 74-90 Renny Indrawati, Amelia Myristi Lolita, Leenawaty Limantara
Uji Kualitatif Flavonoid, Alkaloid, Tanin Pada Kombinasi Kunyit
(Curcuma Longa) dan Coklat (Theobroma cacao L)
... 91-99 Farach Khanifah, Evi Puspitasari, Awwaludin S
PEDOMAN PENULISAN ARTIKEL
1.
Sains dan Terapan Kimia (Jurnal Ilmiah Berkala) menerima tulisan hasil penelitian,
penelusuran literatur dan review dalam bidang kimia murni, terapan dan pendidikan
kimia.
2.
Artikel yang dimuat merupakan hasil seleksi dewan redaksi dan belum pernah
diterbitkan atau dipulikasikan pada jurnal atau buletin ilmiah lain.
3.
Artikel ditulis dalam bahasa Indonesia atau bahasa Inggris sesuai dengan tata kaidah
bahasa yang baik dan benar, diketik dalam program MS-Word bentuk 2 kolom dengan
spasi ganda dengan bentuk dan ukuran huruf Arial 11 pada kertas yang berukuran A4
(21 x 29,7 cm). Panjang naskah maksimum 15 halaman termasuk tabel, gambar,
ilustrasi dan lain-lain, dengan batas margin atas dan bawah 2,5 cm, batas kiri dan
kanan 2 cm.
4.
Abstrak ditulis dalam bahasa Indonesia dan bahasa Inggris, maksimum terdiri
dari 200 kata, 1 spasi dengan disertai 3-5 kata kunci. Judul diusahakan tidak terlalu
panjang namun cukup informatif.
5.
Nama penulis tanpa gelar, nama dan alamat lembaga tempat penelitian ditulis lengkap
dan jelas. Nama penulis utama diberi garis bawah. Bila ada beberapa penulis, hanya
satu nama yang diberi tanda asterik (*) untuk keperluan korespondensi.
6.
Sistematika penulisan baku Sains dan Terapan Kimia disusun berurutan, yaitu judul
artikel, nama dan alamat penulis, abstrak dan kata kunci, pendahuluan, metode
penelitian, hasil dan pembahasan, kesimpulan, persantunan/sanwacana, daftar
pustaka dan lampiran (jika ada).
7.
Tabel dan gambar harus diberi nomor (sesuai dengan urutan penyebutan dalam
naskah). Gambar disertakan terpisah (tidak diletakkan dalam naskah) dibuat dalam
format *TIF atau *JPEG. Untuk grafik harus mempunyai label sumbu yang jelas disertai
satuan yang disingkat dengan notasi baku.
8.
Pengacuan pustaka ditulis dengan sistem Nama-Tahun publikasi, yang ditulis sesuai
dengan susunan kalimat. Untuk pengarang yang terdiri dari tiga orang atau lebih maka
hanya nama akhir pengarang pertama saja yang ditulis diikuti kata ”et al.” yang dicetak
dengan huruf miring.
9.
Daftar pustaka ditulis dalam urutan abjad secara kronologis tanpa nomor urut sesuai
dengan sistem Harvard.
10. Artikel dikirimkan secara elektronik melalui Open Journal Systems (OJS) pada laman:
https://ppjp.ulm.ac.id/journal/index.php/
AKTIVITAS ANTIKANKER SENYAWA TURUNAN KUMARIN DARI Melicope latifolia
Anticancer Activity of Coumarin Derivatives from Melicope latifolia
Indatul Fitriyah1), Tjitjik Srie Tjahjandarie1), Ratih Dewi Saputri1), Mulyadi Tanjung1)
1) Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya 1)e-mail: [email protected]
DOI: 10.20527/jstk.v15i1.8617
Submitted: June 16, 2020; Revised version accepted for publication: December 13, 2020 Available online: January 21, 2021
ABSTRAK
Melicope latifolia (DC.) T.G. Hartley merupakan tumbuhan endemik Bali yang termasuk famili Rutaceae. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengeksplorasi aktivitas antikanker senyawa turunan kumarin dari buah M. latifolia. Ekstraksi senyawa turunan kumarin yang terdapat dalam buah M. latifolia menggunakan metanol. Dua senyawa turunan kumarin, alosantoksyletin (1) dan isopimpinellin (2) telah berhasil diisolasi dan struktur kimianya ditetapkan dengan spektroskopi MS resolusi tinggi, 1D NMR (1H, 13C) dan 2D NMR (HMBC, HMQC). Uji aktivitas terhadap sel murine leukimia (P-388) menggunakan metode MTT menunjukkan nilai kemampuan daya hambat IC50 = 3,41 ± 0,31 untuk alosantoksiletin dan 23,70 ± 1,37 µg/mL untuk isopimpinelin.
Kata Kunci: Melicope latofolia, kumarin, antikanker.
ABSTRACT
Melicope latifolia (DC.) T.G. Hartley is a Balinese endemic that belongs to the family Rutaceae. The purpose of this study was to explore the anticancer activity of coumarin derivatives from M. latifolia fruits. Extraction of coumarin derivatives found in M. latifolia was done using methanol. Two coumarin derivatives, alloxanthoxyletin (1) and isopimpinellin (2) were isolated and their chemical structures were determined by using high-resolution MS, 1D NMR (1H, 13C) and 2D NMR (HMBC, HMQC) spectroscopy analysis. The activity on murine leukemia (P-388 cells) using the MTT method showed inhibitory ability the IC50 = 3.41 ± 0.31 µg /mL for alloxanthoxyletin, and 23.70 ± 1.37 µg /mL for isopimpinelin.
Keywords: Melicope latofolia, anticancer.
PENDAHULUAN
Melicope termasuk dalam genus dari famili jeruk-jerukan (Rutaceceae). Melicope menghasilkan senyawa golongan fenolik seperti benzopiran (Xu et.al., 2016), flavonoid (Saputri et.al., 2018) dan kumarin (Chou et.al., 2005). Senyawa golongan fenolik Melicope memperlihatkan adanya rantai samping terpenil antara lain prenil, farnesil dan geranil. Senyawa kumarin termasuk salah satu senyawa golongan arilpropanoid. Biosintesis
senyawa kumarin Melicope berasal dari jalur sikhimat yang berasal dari tirosin. Pembentukan senyawa kumarin melalui reaksi isomerase asam sinamat dan dikuti dengan reaksi siklisasi. Biosintesis senyawa kumarin terisoprenilasi Melicope berasal dari reaksi substitusi elektrofilik yang diaktifkan oleh gugus hidroksi atau metoksi yang terikat pada inti aromatik kumarin. Gugus hidroksi atau metoksi merupakan pengarah orto atau para bereaksi dengan isopentenil pirophosfat
menghasilkan keragaman senyawa kumarin terisoprenilasi (Chou et.al., 2005). Senyawa kumarin terisoprenilasi Melicope memperlihatkan berbagai akvitas biologis seperti antioksidan (Kassim et.al., 2013), insektisida (Putri et.al., 2020) dan antikanker (Chou et.al., 2005; Saputri et.al., 2019). M. latifolia merupakan tumbuhan endemik yang ditemukan di seluruh Kepulauan Indonesia dan dimanfaatkan untuk pengobatan demam, dan tekanan darah tinggi (Hartley et.al., 2001). Tujuan dari riset ini adalah untuk mengeksplorasi senyawa turunan kumarin yang terkandung dalam buah M. latifolia. Sitotoksik senyawa turunan kumarin kepada sel kanker murin leukemia P-388 akan diterangkan secara singkat. Sitotoksik turunan kumarin buah M. latifolia kepada sel P-388 belum pernah dilaporkan data publikasinya.
METODOLOGI PENELITIAN Prosedur Umum
Fasa diam yang digunakan berupa silika gel selama dalam proses pemisahan, antara lain Si gel 60 GF254 untuk KLT, Si gel 60 untuk KKG dan Si gel 60 PF254 untuk planar kromatografi radial (PKR). Penentuan serapan maksimum senyawa turunan kumarin dalam MeOH menggunakan alat spektrofotometer UV-Vis Tracer 1800 (Shimadzu). Penentuan gugus fungsi senyawa dalam pelet KBr menggunakan spektrofotometer IR Tracer 100 (Shimadzu). Massa molekul dan rumus kimia senyawa turunan kumarin menggunakan spektrometer MS resolusi tinggi Merck Waters. Fokus penentuan struktur menggunakan NMR JEOL
dengan kapasitas 400 MHz. Sitotoksik senyawa hasil isolasi menggunakan sel P-388 (murin leukemia) menggunakan metode MTT.
Bahan Tanaman
Sampel buah Melicope latifola T.G. Hartley berasal dari Kawasan Konservasi Karang Asem, Bali, Indonesia. Sampel tumbuhan diidentifikasi di Herbarium Bogoriensis, Jawa Barat.
Ekstraksi dan Isolasi
Serbuk kering buah M. latifola (0,5 kg) diekstraksi dengan metanol dalam suhu ruang selama tiga hari. Proses ekstraksi dilakukan sebanyak tiga kali dengan perlakuan kondisi yang sama. Pelarut metanol diuapkan dengan alat rotavapor vakum menghasilkan crude ekstrak MeOH coklat kehitaman. Senyawa nonpolar yang terdapat dalam ekstrak MeOH dipartisi dengan n-heksana menggunakan corong pisah. Proses partisi dengan n-heksana terhadap ekstrak MeOH dilakukan sebanyak tiga kali dengan perbandingan volume 1:1. Penambahan asam sitrat 5% terhadap ekstrak MeOH sisa bertujuan untuk menggaramkan senyawa alkaloid yang terdapat dalam ekstrak metanol yang tidak dapat terekstrak dengan pelarut semipolar seperti etil asetat (EtOAc) (Tjahjandarie et.al., 2020; Saputri et.al., 2018). Fasa asam dipartisi dengan EtOAc sebanyak tiga kali. Penguapan pelarut dengan rotavapor vakum diperoleh ekstrak EtOAc sebanyak 21 g. Pemisahan ekstrak etilasetat (20 g) menggunakan KKG dengan fasa gerak n-heksana: EtOAc (19:1, 4:1 dan 7:3) diperoleh tiga fraksi yakni A, B dan C. Pemisahan fraksi B (975 mg) menggunakan KKG dengan eluen
yang sama diperoleh tiga subfraksi B1-B3. Pemurnian sub fraksi B3 (105 mg) dengan PKR menggunakan fasa diam silika gel 60 PF254 dengan fasa gerak n-heksana:aseton yang kepolarannya dinaikkan secara gradient (19:1 sampai 8:2) didapatkan alosantoksiletin
(1) sebanyak 13 mg. Pemisahan fraksi C (625
mg) dengan KKG menggunakan fasa gerak
campuran n-heksana:EtOAc yang kepolarannya ditingkatkan (9:1 sampai 3:1) diperoleh subfraksi C1 dan C2. Pemurnian sub fraksi C2 (89 mg) menggunakan PKR dengan fasa gerak n-heksana:CHCl3 (19:1 ke 7:3) diperoleh isopimpinelin (2) sebanyak 9 mg. Struktur senyawa turunan kumarin disajikan pada Gambar 1.
Alosantoksiletin (1) Isopimpinelin (2)
Gambar 1. Senyawa alosantoksiletin (1) dan isopimpinelin (2)
Uji Aktivitas Antikanker
Sitotoksik senyawa 1-2 menggunakan kolorometri MTT assay diuji terhadap sel P-388 (kanker leukemia). Sel P-P-388 terlebih dahulu dikulturkan dalam media RPMI. Sel P-388 yang mengandung 1 x 105 sel diinkubasi ditambahkan dengan senyawa uji dalam berbagai konsentrasi (1; 3, 10, 30, 100 µg/mL) didiamkan di inkubator CO2 5% pada suhu 370C selama dua hari. Evaluasi pertumbuhan sel diamati dengan penambahan MTT dan diamati perubahan warna menghasilkan kristal formazan. Perubahan warna pada garam MTT sangat signifikan dengan total sel hidup. Kristal yang terbentuk kemudian dilarutkan dengan dimetil sulfoksida (DMSO) lalu diidentifikasi menggunakan micro plate reader pada panjang gelombang λ 570 nm (Tanjung et.al., 2020; Saputri et.al., 2018).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Senyawa alosantoksiletin (1) memperlihatkan titik leleh t.l. sebesar 108-110 oC. Alosantoksiletin (1) mempunyai puncak ion molekul [M+H]+ di m/z 259,0979 dengan rumus formula C15H15O4 dari hasil pengukuran spektrum massa resolusi tinggi (HRESIMS). Alosantoksiletin (1) dalam MeOH terlihat pada maks nm (log ε): 224 (4,14); 282 (4,11); dan 324 nm (3,92). spesifik untuk turunan kumarin pada spektrum UV-Vis (Tanjung et.al., 2016). Gugus fungsi yang terdapat dalam senyawa 1 dalam KBr memperlihatkan adanya C=O terkonyugasi di 1735 cm-1, C=C dari aromatik di 1610-1568 cm-1 dan eter di 1122 cm-1. Spektrum 1H-NMR alosantoksiletin (1) dalam CDCl3 terdiri dari satu proton aromatik, sepasang proton cis-vinilik dari α,β-keton tak jenuh, proton cincin piran dan satu proton
metoksi. Proton aromatik terlihat pada pergeseran kimia δH 6,35 (1H, s, H-8) dan sepasang proton cis-vinilik pada δH 7,96 (1H, d, J = 9,6 Hz, H-4) dan δH 6,16 (1H, d, J = 9,6 Hz, H-3) mengindikasikan bahwa senyawa 1 adalah senyawa turunan kumarin. Sinyal proton cincin piran terdiri sepasang cis-vinilik pada δH 6,61 (1H, d, J = 9,9 Hz, H-4´) dan δH 5,55 (1H, d, J = 9,9 Hz, H-3´) serta satu sinyal proton gem dimetil pada δH 1,46 (6H, s, H-5´/H-6´). Satu sinyal proton metoksi yang terikat pada inti aromatik terlihat pada δH 3,87 (3H, s, 7-OCH3). Spektrum 13C-NMR alosantoksiletin (1) menunjukkan 14 sinyal atom karbon dari 15 karbon total. Pengurangan satu sinyal karbon disebabkan adanya karbon gem dimetil yang simetris. Karbon alosantoksiletin (1) terdistribusi atas tujuh sinyal karbon kuarterner (δC 161,6; 158,3; 155,9; 150,3; 106,6; 103,8 dan 77,8), lima sinyal karbon metin (δC 138,7; 127,6; 116,1; 111,2; 91,6) dan dua sinyal karbon metil (δC 28,0, 56,0). Penetapan posisi metoksi dan cincin pirano pada senyawa 1 ditetapkan berdasarkan pengukuran 2D NMR. Sinyal cis vinylic di H-4 (δH 7,96) memperlihatkan hubungan dua dan tiga ikatan dengan C-2 (δC 161,6), C-5 (δC 150,3) dan C-9 (δC 155,9) pada
spektrum HMBC (Tabel 1), . Hasil korelasi ini menempatkan kedudukan karbon oksiaril di C-5. Sinyal cis vinylic lainnya di δH 6,16 (H-3) berhubungan dengan C-2 dan C-10 (δC 103,8). Sinyal substituen metoksi di δH 3,87 (7-OCH3) berhubungan dengan sinyak karbon
oksiaril di C-7 (δC 158,3). Proton aromatik di H-8 (δH 6,35) berhubungan dengan C-6 (δC 106,6), C-7, C-9 dan C-10. Hasil korelasi tersebut mengarahkan kedudukan metoksi di C-7. Dengan demikian cincin pirano terhubungkan pada C-5 dan C-6. Hasil analisis 1D dan 2D NMR menunjukkan senyawa 1 adalah alosantoksiletin (Amaro-Luis, et al., 1990). Spektrum HMBC yang menunjang struktur kimia alosantoksiletin ditampilkan di Tabel-1 serta Gambar-2.
Senyawa isopimpinellin (2) memperlihatkan titik leleh t.l. sebesar 147-148oC. Spektrum HRESIMS isopimpinellin (2) memperlihatkan puncak ion massa molekul [M+H]+ di m/z 247,0609, mendukung rumus formula C13H11O5. Spektrum UV-Vis isopimpinellin (2) (MeOH) λmaks nm (log ε): 223 (4,20); 241 (4,00); 248 (4,00); 268 (4,09) dan 311 nm (3,91) merupakan ciri senyawa turunan furokumarin (Tanjung et.al., 2016). Gugus fungsi yang terdapat dalam senyawa 2 memperlihatkan gugus fungsi yang sama dengan senyawa 1 yakni pada νmaks 1751 cm -1, 1606-1491 cm-1 dan 1145 cm-1 pada spektrum IR. Spektrum 1H-NMR senyawa 2 dalam CDCl3 terdiri dari sepasang proton cis-vinilik dari α,β-keton tak jenuh, proton cincin furan dan dua proton metoksi. Sinyal proton cis-vinilik terlihat pada H 8,12 (1H, d, J = 9,8 Hz, H-4) dan H 6,29 (1H, d, J = 9,8 Hz, H-3) yang mirip dengan senyawa 1.
Tabel 1. Data NMR alosantoksiletin dalam CHCl3 terdeuterasi
No.C δH (multiplisitas, konstanta
kopling dalam Hz) δC HMBC 1 - - - 2 - 161,6 - 3 6,16 (d, 9,6) 111,2 C-2; C-10 4 7.96 (d, 9,6) 138,7 C-2; C-5; C-9 5 - 150,3 - 6 - 106,6 - 7 - 158,3 - 8 6,35 (s) 91,6 C-6; C-7; C-9; C-10 9 - 155,9 - 10 - 103,8 - 1’ - - - 2’ - 77,8 - 3’ 5,55 (d, 9,9) 127,6 C-6, C-2’ 4’ 6,61 (d, 9,9) 116,1 C-5, C-2’ 5’ 1,46 (s) 28,0 C-2’, C-3’, C-6’ 6’ 1,46 (s) 28,0 C-2’, C-3’, C-5’ 7-OCH3 3,87 (s) 56,0 C-7
Sepasang sinyal alkena dari cincin furan terlihat pada δH 7,62 1H, d, J = 2,3 Hz, H-2´) dan 7,00 (1H, d, J = 2,3 Hz, H-3´). Dua buah sinyal metoksi yang terikat pada inti aromatik terlihat pada δH 4,17 (8-OCH3) dan δH 4,16 (5-OCH3). Spektrum 13C-NMR isopimpinellin (2) terdistribusi 13 karbon yang terpisahkan sesuai jenis karbonnya. Penetapan posisi kedua gugus metoksi dan cincin furano isopimpinellin (2) ditetapkan dengan pengukuran 2D NMR. Proton cis vinylic di δH 8,12 (H-4) memperlihatkan hubungan karbon di C-2 (δC 160,6), C-5 (δC 128,3) dan C-9 (δC 143,8) pada spektrum HMBC (Tabel 1), . Sinyal proton metoksi pada δH 4,16 (5-OCH3) berkorelasi dengan karbon C-5. Hasil korelasi ini menunjukkan adanya karbon metoksi di C-5. Sinyal alkena cincin furan di δH 7,62 (H-2´) berkorelasi dengan C-6 (δC 114,8), C-7 (δC 150,1) dan C-3´ (δC 105,2). Sinyal alkena
cincin furan lainnya pada δH 7,00 (H-3´) berkorelasi dengan C-7 dan C-2´ (δC 139,5). Korelasi dua dan tiga ikatan ini menegaskan kedudukan cincin furan terhubungkan pada C-6 dan C-7 serta metoksi di C-8. Kombinasi analisis UV, IR, HRESIMS, dan NMR. struktur kimia isopimpinellin dapat diprediksi (Siridechakorn et.al., 2012). Spektrum HMBC yang menunjang struktur kimia isopimpinellin ditampilkan di Tabel 2 serta Gambar 2.
Sitotoksik alosantoksiletin (1) dan isopimpinellin (2) terhadap sel P-388 berdasarkan metode MTT. Senyawa alosantoksiletin (1) mempunyai nilai IC50 = 3,41 ± 0,31 µg/mL degan kategori aktivitas moderat. Senyawa isopimpinellin (2) memperlihatkan nilai IC50 sebesar 23,70 ± 1,37 µg/mL dan dikategorikan lemah (Tjahjandarie, 2019).
Tabel 2. Data NMR isopimpinellin
No.C δH (multiplisitas, konstanta
kopling dalam Hz) δC HMBC 1 - - - 2 - 160,6 - 3 6,29 (d, 9,8) 112,9 C-2; C-10 4 8,12 (d, 9,8) 145,2 C-2; C-5, C-9 5 - 128,3 - 6 - 114,8 - 7 - 150,1 - 8 - 144,4 - 9 - 143,8 - 10 - 107,7 - 1’ - - - 2’ 7,62 (d, 2,3) 139,5 C-6; C-7, C-3’ 3’ 7,00 (d, 2,3) 105,2 C-7, C-2’ 5-OCH3 4,16 (s) 61,8 C-5 8-OCH3 4,17 (s) 60,9 C-8 (1) (2)
Gambar 2. HMBC yang penting pada senyawa alosantoksiletin (1) dan isopimpinelin (2) KESIMPULAN
Dua senyawa turunan kumarin telah berhasil diperoleh dari buah M. latifolia. Alosantoksiletin (1) memperlihatkan aktivitas moderat dengan IC50 = 3,41 ± 0,31 µg/mL dan isopimpinellin (2) mempunyai aktivitas lemah dengan 23,70 ± 1,37 µg/mL terhadap sel P-388.
UCAPAN TERIMAKASIH
Terimakasih diucapkan kepada Bapak Ismail R. atas pengambilan dan identifikasi M. latifolia.
DAFTAR PUSTAKA
Amaro-Luis, Juan, M., Massanet, Guillermo, M., Pando, Enrique., R-L, Francisco., and Zubia, E., 1990, New coumarins from Pilocarpus goudotianus, Planta Media, 56, pp.115-118.
Chou, H-C., Chen, J-J., Duh, C-Y., Huang, T-F., and Chen, I-S., 2005, Cytotoxic and anti-platelet aggregation constituents from the root wood of Melicope semecarpifolia, Planta Medicine., 71, pp. 1078-1081.
Hartley, T.G., 2001, On the taxonomy and biogeography of Euodia and Melicope (Rutaceae), Allertonia, 8(1), pp.1-319. Kassim, N.K., Rahmani, M., Ismail, A., Sukari,
M.A., Ee, G.C.L., Nasir, N.M., and Awang, K., 2013, Antioxidant activity-guided separation of coumarins and lignan from Melicope glabra (Rutaceae), Food Chem., 139, pp.87-92.
Nakashima, K., Oyama, M., Ito, T., Witono, J.R., Darnaedi, D., Tanaka, T., Murata, J., and Iinuma, M., 2012. Melicodenines A and B, novel diels–alder type adducts isolated from Melicope denhamii, Tetrahedron, 52(36), pp.4694-4696.
Saputri, R.D., Tjahjandarie, T.S., and Tanjung, M., 2019. Two novel coumarins bearing an acetophenone derivative from the leaves of Melicope quercifolia. Nat.
Prod. Res. 1-6,
https://doi.org./10.1080/14786419.2019 .1644634.
Saputri, R.D., Tjahjandarie, T.S., and Tanjung, M., 2018. Meliglabrin, a new flavonol derivative from the leaves of Melicope glabra (Blume) T.G. Hartley. Nat. Prod. Sci., 24, pp.155-158.
Saputri R.D., Tjahjandarie T.S., and Tanjung, M., 2019. Alkaloid furokuinolin dan asam sinamat ter-O-geranilasi dari kulit batang Melicope hookeri T.G. Hartley. J Sains Kesehatan. 2 (1), pp.1-7.
Sridechakorn, I., and Laphookhieo, S., 2012, Chemical constituents from Feronia Limonia roots, Chemistry of Natural Compounds, 48(2), pp.2-4.
Tanjung, M., Tjahjandarie, T.S., Saputri, R.D., Aldin, M.F., and Purnobasuki, H., 2020. Two new pyranoxanthones from the stem bark of Calophyllum pseudomolle
P.F. Stevens, Nat. Prod. Res.: 1-6, https://doi.org./10.1080/
14786419.2020.1808638.
Tanjung M, Fitriati F.F., Saputri D.S., and Tjahjandarie T.S., 2016. Antimalarial and antioxidant of isoprenylated coumarins from the stem bark of Mesua borneensis L. J Biol Active Prod from Nature. 6, pp.95-100.
Tjahjandarie, T.S., Tanjung, M., Saputri, R.D., Nadar, P.B., Aldin, M.F., Marliana, E., and Permadi, A., 2019. Flavestin K, An isoprenylated stilbene from the leaves of Macaranga recurvata Gage, Nat. Prod. Sci., 25(3), pp.244-247.
Tjahjandarie, T.S., Tanjung, M., Saputri, R.D., Rahayu, D.O., Gunawan, A.N.I, and Aldin, M.F., 2020. Two new 2-arylbenzofurans from Sesbania grandiflora L. and their cytotoxicity towards cancer cells, Nat. Prod. Res, pp.1-6,,
https://doi.org./10.1080/14786419.2020 .1821016.
Xu, J., Sun, X., Liu, X., Peng, M., Li, S., Jin, D.-Q., Lee, D., Bartlam, M., and Guo, Y., 2016, Phytochemical constituents from Melicope pteleifolia that promote neurite outgrowth in PC12 cells, J Funct. Foods, 23, pp.565-572.
An Introduction to Different Types of Gas Chromatography
Natasya Teonata1), Vania Aurellia Wijaya1), Vinkannola Sangdyah Vithaloka1), Muhammad Thariq
Attamimi1), Muliasari Kartikawati1)
1)Departemen Teknologi Pangan, Universitas Ciputra
UC Town, Citraland, Surabaya
1)e-mail: [email protected]
DOI: 10.20527/jstk.v15i1.8621
Submitted: June 17, 2020; Revised version accepted for publication: December 23, 2020 Available online: January 21, 2021
ABSTRACT
Gas Chromatography was introduced traditionally for the first time by James and Martin in 1952. As years went on, gas chromatography was further developed by combining various detectors and was used for different purposes. In this journal, 4 different types of detectors coupled with Gas Chromatography were discussed: Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS), Gas Chromatography - Olfactometry (GC-O), Gas Chromatography - Flame Ionization (GC-FID), Gas Chromatography - Time of Flight (GC-TOF), and also a new column technology: Multidimensional Gas Chromatography (MDGC). Each type is unique and utilized differently since they differ in their end detector. These detectors may further be combined to obtain better identification of volatile compounds.
Keywords: Gas Chromatography, Chromatogram, Column.
HISTORY OF GAS CHROMATOGRAPHY
Gas Chromatography (GC) was introduced traditionally first by James and Martin in 1952. (Sparkman et al., 2011). However, according to Bartle and Myers (2002) and Kolomnikov et al (2018), Martin’s works were just an initial pathway of the GC development. In 1941, Martin and his colleague Synge had experimented with the separation of amino acids and developed a technique to separate liquid, which was called Liquid Partition Chromatography. They also predicted that the chromatography should be possible to separate gas. However, no experimental proof of this theory was provided. In 1944, the two invented paper chromatography received a widespread use but then its use was almost
completely overshadowed by thin-layer chromatography. Later on, Martin and his new colleague James developed gas-liquid chromatography in 1952. After 1952, there has been constant development of the instrument and even combination with other instruments for further improvement and enhancement of the instrument performance. In present days, advanced instruments which are a result of various instrument like the Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS) have been developed.
There were several researchers who claimed that they had conducted experiments on gas chromatography even before Martin and James. For example, in 1942, Gerhard Hesse introduced adsorption gas chromatography in gas-solid systems and in
1943, N.C. Turner created an instrument he claimed as the first industrial gas chromatograph in the world (Smolkova-Keulemansova, 2000; Kolomnikov et al, 2018). The instrument was used to partially fractionate natural gas. The instrument created by N.C. Turner in 1943 was nearly standing at 2-meter tall and the column was filled with charcoal, while a heated reservoir full of mercury was attached to the bottom of the column used as a displacer. Unfortunately, the instrument remained to be uncommon. In 1940s, Stig Claesson made a device that was able to analyse gases and liquid on charcoal columns with the chromatographic technique. It was claimed that the installation of the device was large enough and operated well. Despite being published, the article was completely forgotten. In the article, it was briefly mentioned that the founder of Beckman Instruments, Arnold Beckman, was interested in the device and going to produce it the idea was then abandoned as the device was deemed to be too complex and gas chromatography was a dead end (Kolomnikov et al, 2018).
HOW GC WORKS
Gas Chromatography is an instrument that works to separate, identify and quantatively determine volatile compounds with boiling points up to 350oC or 400oC (Keulemans and Verver, 1959). GC is a partition chromatography where the liquid film is held in a solid support that acts as a stationary phase, and controlled gas flows in the surface of the liquid surface acting as the
moving phase. The temperature used in GC column is adjusted according to the mixture pf components undergoing the partitioned separation (Horning et al., 1964).
Some limitations of this method include the necessity of the compounds being analayzed to be a stable volatile to some extent; and the dependency of temperature limit on the column. Horning et al. (1964) stated that even though molecular weight limitation is yet to be known, it is predicted that it will be around C75 for hydrocarbons (a region where carbon-carbon bond dissociation energy is equal to dispersion forces overcoming energy to provide vapor phase). Non-volatile polar substances must be derived to a less polar form before an analysis. GC also involves high temperature in the process, thus compounds decomposition cannot be avoided.
Before the process begins, there are a few things that need to be considered, such as the form of the sample, choices of column, as well as the carrier gas, oven temperature and evaporation during injections. (Sparkman et al., 2011). A sample injected to the instrument will be converted to a gaseous state and carried by a carrier gas. The separation of the components will take place at the column and will be identified by the detector. GC provides both qualitative and quantitative very important and valuable analytical data (Horning et al., 1964)
TYPES OF GC
GC is differentiated to a few types, where the difference is in its rear detector. This section will discuss a few types of GC.
Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC/MS). GC-MS (Gas Chromatography -
Mass Spectrometry) is a combination of two different instruments, i.e Gas Chromatography and Mass Spectrometry (Sneddon et al., 2007). GC-MS could do both qualitative and quantitative analysis for volatile and semi-volatile organic compounds in various experimental samples (Sneddon et al., 2007). Scheme of GC-MS is shown in Figure 1. Compounds are injected and separated based on their volatility by GC, followed with analysis using the MS part of the instrument where the compound is shot using an electron until it breaks into ions which will come up in the detectors (Al-Bukhaiti et al., 2017). The data is transferred to the computer until the chromatogram receives it. Data obtained is in the form of chromatogram comprised peaks, recession time, retention time and a peak area which then are calculated for method validation and compound concentration (Darmapatni, 2016).
Figure 1. GC-MS Scheme (Designed with Keynote) redrawn from Shubin et al., (2012). A column selected in an appropriate manner will produce an accurate and reliable analysis;
but if the column was selected improperly, it will generate inadequate, inaccurate, poor and unreliable separations which ultimately will lead to invalid or complex results. (Al-Bukhaiti et al., 2017). Gas Chromatography (GC) can analyse more than 10,000 compounds with more than 400 GC capillary columns (Singh et al., 2013). The choices of column and supporting instruments have a keen influence on the final result of separation optimization. The modification of the column parameters (stationary phase, length, inner diameter and film thickness) enhance chromatographers control for its column efficiency, resolution and speed of analysis (Grob and Barry, 1977). The common carrier gases used are helium, nitrogen and hydrogen (Al-Bukhaiti et al., 2017). Inertness, absence of oxygen, dryness, safety, as well as the cost and availability of gas carriers should be considered for using (Fowlis, 1995).
Application of GC-MS in food analysis involves food composition, such as food additives, flavor and aroma components, and also its contaminants, for example natural toxins, pesticides, fumigants, environmental pollutants, veterinary drugs, or packaging materials (Lehotay and Hajslova, 2002).
Gas Chromatography-Olfactometry (GC/O). GC/O is a technique to analyse odor
activity from defined air streams which volatiles got separated using GC, by combining olfactometry or the use of human detectors (Friedrich and Acree, 1998). Scheme of GC/O is shown on Figure 2. The simplest form of GC/O, which is direct sniffing
of effluent from the gas chromatographic column has been known since 1964 (Fuller et al., 1964), but the combination of GC effluent with humid air under laminar flow started from 1970s and the quantitative dilution were developed in the mid-1980s (Friedrich and Acree, 1998).
In GC/O, the extract of food matrix is injected into a modified GC. The modification of GC is there presence of an olfactometer at the rear detector. A Sniffer is placed at the outlet of olfactometer that use to smell from humid air stream and record it (Friedrich and Acree, 1998).
Figure 2. GC/O scheme (Designed with AutoDesk Sketchbook and Keynote) redrawn from Plutowska & Wardencki (2008)
Data produced by GC/O is a qualitative data in which the perception of the sniffer is shown. However, there has been a report of quantitative analysis using GC/O from Culleré et al., (2004) where judges gave a score between 0-3 to compounds, and the data analysis were done by ANOVA. Sniffer is trained with chemicals and standard vocabularies and it will last days-weeks (Cain, 1979). There are two ways to evaluate the data, aroma extract dilution analysis (AEDA) which and combined hedonic aroma response method (CHARM) analysis. AEDA measures
the maximum dilution of an extract that an odor is perceived in (Delahunty et al., 2006), it expresses the raw data as a flavor dilution values (Friedrich and Acree, 1998). CharmAnalysis™ records the duration of odors (Delahunty et al., 2006), expressing the raw data as Charm values (Friedrich and Acree, 1998).
Both data are comparable because it expresses a relative number of dilutions until the odor elutes from the column and become undetectable by the sniffer (Friedrich and Acree, 1998). The results of GC/O analysis could be expressed by odor activity values which can be classified as a chromatogram. The chromatogram describes the intensity and pattern of the odor-active compounds because an odor activity value is the ratio of the concentration of an odorant to its odor intensity (Friedrich and Acree, 1998). Charm values are obtained using a certain algorithm so they become proportional both to the amount of compound in the sample extract and inversely to the odor detection threshold (Delahunty et al., 2006). An easier interpretation of chromatogram is made by counting the ratio of the total amount of odor-active compounds eluting at a particular index to the threshold amount for that same mixture of compounds (Acree et al., 1984). AEDA reports the maximum dilution value, which is equivalent to the height of the Charm peak (Delahunty et al., 2006). AEDA is limited to the availability of statistical data manipulation, non-consideration of odor loss during the process of isolation and synergistic/ suppressive/ distinct compounds in flavor
mixture (Zellner et al., 2008). Factor that also will affect the odor results is the dilution. This relevancy was shown by demonstrating the similarity of standard solution, a mixture of identified potent aroma compounds, to an actual food product (Gut and Gsroch, 1994; Grosch et al, 1995).
Drawbacks of GC/O analysis is directly related to the use of human detector. Abbott et al. (1993) mentioned that it is hard for panellists to detect the end of odor region. GC/O is time-intensive and typically done with 1-2 panellists. Panellists need to be carefully pre-screened for sensitivity and specific anosmia (Friedrich and Acree, 1998). It also has been shown that individual’s olfactory sensitivity changes throughout the day, where ovulatory cycle occurs (Koster, 1968), which became a concern because series of dilution analysis often takes weeks to perform.
Gas Chromatography-Flame Ionization (GC/FID). GC/FID is based on the
measurement of the electrical conductivity of a hydrogen flame (Horning et al., 1964). It measures the amount of carbon that is present in a sample. Horning et al. (1964) mentioned that the low electrical conductivity of burned hydrogen will increase when organic vapors are mixed in. After the sample passes through the column, it is burned in a hot, hydrogen-air flame. This combustion produced carbon ions. However, the efficiency of using this instrument debatable since only around 1 of 105 carbon ions are produced during combustion. But the amount of ions that is produced is proportional to the amount of
carbon that is present in the sample. Electrodes inside the instrument are used to measure the number of carbon ions present in the sample.
GC-FI is known to be a destructive instrument since all of the samples will be pyrolyzed (JoVE Science Education Database, 2019). GC-FID mostly used in quantitative analysis of hydrocarbon compounds and oil analysis. It is important to calibrate the GC-FID system using calibration standard for every analyte for quantitative analysis. The factor response method (determined based on the material standard analysis or another method before analyte measurement) also used for GC-FID calibration. FID response for hydrocarbon usually comparable with the amount of analyte carbon. Test compound quantitative analysis often done using one of the compounds in the sample as the internal calibration standard and the result is compared with the standard. With this system, only one material standard which is needed and the fee for the analysis greatly reduced compared with a conventional calibration method that need calibration standard for every analyte (Godswill et al., 2014).
The qualitative method results in a piece of information about the chemical identity from species in a sample. The qualitative analysis showed time retention ratio between chromatographic peak which contains a peak of unknown compound which is obtained for sample reference using more than one stationary phase. On the other side, the quantitative method gives numerical
information about the amount of one or more compounds in a sample. The purpose of quantitative analysis is to determine the specific amount of compound molecule in a sample. The most common of two different analytes with the same concentration will give a different response detector for chromatography. Therefore, the detector response must be measured to estimate the concentration of each compound, known as a standard curve (Godswill et al., 2014).
In GC-FID measurement, the standard material for every targeted compound is very important for a quantitative analysis. The time retention specificity for a sample and the standard methyl ester are also measured to have a calibration curve and correlation coefficient. The accuracy and precision of the method is evaluated by measurement of the standard and sample, which also decides the recovery. The average ratio for standards and sample must be close enough to 100% for the given concentration (Godswill et al., 2014).
Gas Chromatography-Time-of-Flight (GC-TOF). The technology was first developed in
the 1940s by Stephens et al. Two years later, the first TOF MS was constructed by Cameron and Eggers. However, TOF MS only started gaining popularity in the 1960s due to its magnetic sector and quadrupole instruments. Currently, there are three types of GC-TOF-MS instruments differed by their basic characteristics (Cajka, 2013):
- High-resolution/accurate mass analyzer: providing moderate acquisition speed (20-50 spectra/s) - Unit-resolution instruments that feature
high acquisition speeds (500-1000 spectra/s)
- High-speed high-resolution/accurate mass analysers allowing high acquisition speeds (up to 200 spectra/s) as well as high mass resolving power (50,000 FWHM). The new type of TOF-MS instrument combined quadrupole and TOF-MS allows analysis under conditions of high-resolution time-of-flight mass spectrometry with selections of precursor ions and monitoring the product ions throughout the entire mass range with high mass accuracy (Cajka, 2013). A GC-TOF scheme can be seen in Figure 4. Samples injected into the machine needs to be either gas or liquid. If the sample is solid, then the sample needs to be dissolved beforehand. Liquid samples are going to be vaporized first. After the sample is vaporized, gaseous ions will form from the analyte. Gaseous ions that formed by the analyte is accelerated to get constant kinetic energy and then ejected to the mass analyser, using a pulsed electric-field gradient which has a positive influence on the mass resolution of the instrument. Ions with higher mass will penetrate the reflector deeper which extends the time needed for them to reach the detector. When the ion hits the detector, the detector sends an electrical message to the computer processor. Ions wit the same m/z value will reach the detector at almost the same time. In order to improve the
resolution, the ions are passed along the flight tube twice. The time taken for an ion to go through the tube and reach the detector is dependent on the mass to charge (m/z) value of the ion.
Figure 4. GC-TOF-MS scheme (Designed with Keynote.) redrawn from Boots et al., (2012) GC-TOF-MS is advantageous for fast chromatography. One GC TOF MS instrument can measure more than 1000 mass spectra per-second. In food technology, GC TOF MS is often used for flavor components, drugs screening, petrochemical analysis or metabolomics studies. Other than that, the instrument is also used to determine pesticide residues, polybrominated diphenyl ethers (PDBEs), acrylamide and volatiles in different food matrices (Cajka and Hajslova, 2007).
Multidimensional Gas Chromatography (MDGC). MDGC is a new column of
technology which can be an alternative to analyze complex samples. MDGC system consists of two or more column with individual separation to increase peak capacity by physically separating compounds from a complex (Herrero et al., 2009). There are a few types of MDGC. MDGC techniques are divided into two-dimensional gas chromatography (GC-GC), and heart-cut multidimensional gas chromatography (H/C- MDGC) (Marriott et al., 2012).
GC-GC used two columns with different compositions (Herrero et al., 2009). GC-GC Scheme is shown in Figure 5. The stationary phase in the first dimension is less polar than the second so that in the first dimension, the separation is done by differentiating boiling point properties, wherein the second used polarity (Ryan et al., 2005). GC-GC effluent transfer must be operated at high speed, so a rapid sampling which doesn’t affect the second-dimension analysis is needed. To facilitate an effluent transfer, a modulator is used in between two columns, which also functions as signal amplitude increaser and the key component of GC-GC. (Herrero et al., 2009; Marriott et al., 2012). In the first dimension, the use of TOF detector that features high mass accuracy and resolution and good scanning speed which combined to a mass spectrometer is preferred, to analyze unknown compounds since it has a wide range of mass. This technique offers fast run time and increased capacity, but the drawback of this technique is that its expensive equipment and maintenance, difficult optimization method and the not so high sensitivity improvement (Herrero et al., 2009). GC-GC can be integrated with liquid chromatography (LC). Online automated LC/GC were developed by de Koning et al. (2004), which consist of two-dimensional chromatography (liquid and gas). Due to the slow GC preparation, LC was operated in sop-flow mode. Automatic transfer of sequential LC fractions to GC were done by six-port switching valve or dual side-port syringe (Marriott et al., 2012).
Figure 5. GC-GC Scheme (Designed with Autodesk Sketchbook and Keynote) redrawn from Murray (2012)
A H/C-MDGC instrument (shown in Figure 6) uses two approaches of effluent switching (Marriott et al., 2012). Sequential transfer of compounds from the first to second column is usually done using an on-line heart cut, only allowing the transport of some key analytes (Herrero et al., 2009). Herrero et al. (2009) highlighted that the system is based on longitudinally modulated cryogenic system (LMCS), which controls peak transfer by blocking and releasing from chromatogram between two columns. This technique broadens the peaks, but it is limited to a fast analysis, thus some types of columns could not be used and very fast detectors are needed after the second dimension (Herrero et al., 2009).
Figure 6. H/C-MDGC scheme (Designed with Autodesk Sketchbook and Keynote) redrawn from Nolvachai et al., (2017)
MDGC-Olfactometry (MDGC/O) is also popular in food sample analysis. Compounds with similar chemistry have a high probability of co-elution. Thus, there is a high probability that compounds will co-elute in single dimensional GC. Identification of a trace odor-active compound may be masked by larger odorless peak because GC-O runs under rapid GC conditions. The use of MDGC/O can resolve discrete regions of compounds which co-elute each other and separate chirals so odor intensity, potency and enantiomers can be evaluated (Delahunty et al., 2006; Begnaud & Chaintreau, 2005).
CONCLUSIONS
It is concluded that GC has a very broad utilization in food analysis. Because the types of detectors are very specific, it is usually used for different analysis, but it can also be combined to obtain better data analysis. GC/MS is used to determine wide range of samples as it has mass spectra database which can be used to interpret and compared to the sample. GC/O is used to determine volatiles and aromas present in food sample, by using human as a sniffer. GC/FID is usually used in hydrocarbons and oils analysis, because the principle is to detect conductivity of the burned sample. GC/TOF is combined with a MS detector, to identify unknown sample by calculating ion’s time of flight to a detector. MDGC is combination of multiple columns (two or more) to obtain higher peak capacity, since complex compounds can be separated.
REFERENCES
Abbott, N., Etievant, P., Issanchou, S., & Langlois, D. 1993. Critical evaluation of two commonly used techniques for the treatment of data from extract dilution sniffing analysis. Journal of agricultural and food chemistry, 41(10), pp.1698-1703.
Acree, T. E., Barnard, J., & Cunningham, D. G. 1984. A procedure for the sensory analysis of gas chromatographic effluents. Food Chemistry, 14(4), pp.273-286.
Al-Bukhaiti, W. Q., Noman, A., Qasim, A. S., &
AL-FARGA, A. 2017. Gas
Chromatography: Principles, Advantages and Applications in Food Analysis. International Journal of Agriculture Innovations and Research, 6(1), pp.2319-1473.
Bartle, K.D. and Myers, P. 2002. History of gas chromatography. Trends in analytical chemistry, 21(9-10), pp.547-557.
Begnaud, F. and Chaintreau, A. 2005. Multidimensional gas chromatography using a double cool-strand interface. Journal of Chromatography A, 1071(1-2), pp.13-20.
Boots, A. W., van Berkel, J. J., Dallinga, J. W., Smolinska, A., Wouters, E. F., & van Schooten, F. J. 2012. The versatile use of exhaled volatile organic compounds in human health and disease. Journal of breath research, 6(2), pp.027108. Cain, W. S. 1979. To know with the nose: keys
to odor identification. Science, 203(4379), pp.467-470.
Cajka, T. 2013. Gas chromatography–time-of-flight mass spectrometry in food and environmental analysis. Comprehensive Analytical Chemistry 61, pp.271-301. Cajka, T and Hajšlová, J. 2007. Gas
Chromatography-Time-of-Flight Mass Spectrometry in Food Analysis. LC GC Europe, 20, pp. 25.
Culleré, L., Escudero, A., Cacho, J., &
Ferreira, V. 2004. Gas
chromatography− olfactometry and chemical quantitative study of the aroma of six premium quality Spanish aged red
wines. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 52(6), pp.1653-1660.
Darmapatni, K. A. G. 2016. Pengembangan Metode GC-MS untuk Penetapan Kadar Acetaminophen pada Spesimen Rambut Manusia. Jurnal Biosains Pascasarjana, 18(3).
Delahunty, C. M., Eyres, G., & Dufour, J. P. 2006. Gas chromatography‐ olfactometry. Journal of Separation Science, 29(14), pp. 2107-2125.
de Koning, S., Janssen, H. G., van Deursen, M., & Brinkman, U. A. T. 2004. Automated on‐line comprehensive two‐ dimensional LC× GC and LC× GC–ToF MS: Instrument design and application to edible oil and fat analysis. Journal of separation science, 27(5‐6), pp.397-409.
Fowlis, I. A. 1995. Gas Chromatography: Analytical chemistry by open learning, 2nd Ed., John Wiley & Sons.
Friedrich, J. E. and Acree, T. E. 1998. Gas chromatography olfactometry (GC/O) of dairy products. International Dairy Journal, 8(3), pp. 235-241.
Fuller, G. H., Steltenkamp, R., & Tisserand, G. A. 1964. The gas chromatograph with human sensor: perfumer model. Annals of the New York Academy of Sciences, 116(2), pp.711-724.
Godswill, N. N., Frank, N. E. G., Edson, M. Y. J., Emmanuel, Y., Martin, B. J., Hermine, N. B., ... & Armand, N. M. 2014. GC-FID method development and validation parameters for analysis of palm oil (Elaeis guineensis Jacq.) fatty acids composition. Res Plant Sci, 2(3), pp. 53-66.
Grob, R. L., and Barry, E. F. 1977. Modern practice of gas chromatography (Vol. 2). Wiley., New York.
Grosch, W., Preininger, M., Warmke, R. and Belitz, H.D.1995. Studies of the flacour of Swiss cheese (Emmentaler). In: Aroma: Perception, Formation, Evaluation, eds. M. Rothe and H.P. Kruse. Deutches Institur for Ernahrungsforching, Potsdam-Rehbrucke: 425-439.
Guth, H. and Grosch, W.1994. Identification of the character impact odorants of stewed beef juice by instrumental analyses and sensory studies. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 42:2862-2866 Herrero, M., Ibáñez, E., Cifuentes, A., &
Bernal, J. 2009. Multidimensional chromatography in food analysis. Journal of Chromatography A, 1216(43), pp. 7110-7129.
Horning, E. C., Karmen, A., & Sweeley, C. C. 1964. Gas chromatography of lipids. Progress in the chemistry of fats and other lipids, 7, pp.167-246.
JoVE Science Education Database. 2019. Analytical Chemistry. Gas Chromatography (GC) with Flame-Ionization Detection. JoVE, Cambridge. Keulemans, A.I.M. and Verver, C.G. 1959.
Gas Chromatography. Reinhold Publishing Corporation.
Kolomnikov, I. G., Efremov, A. M., Tikhomirova, T. I., Sorokina, N. M., & Zolotov, Y. A. 2018. Early stages in the history of gas chromatography. Journal of Chromatography A, 1537, pp.109-117.
Koster, E. P. 1968. Olfactory sensitivity and ovulatory cycle duration. Olfactologia, 1, pp. 43-51.
Lehotay, S.J., and Hajslova, J. 2002. Application of gas chromatography in food analysis. TRAC Trends in Analytical Chemistry 21(9), pp. 686-697. Marriott, P. J., Chin, S. T., Maikhunthod, B., Schmarr, H. G., & Bieri, S. 2012. Multidimensional gas chromatography. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 34, pp. 1-21.
Murray, J. A. 2012. Qualitative and quantitative approaches in comprehensive two-dimensional gas chromatography. Journal of Chromatography A, 1261, pp.58-68. Nolvachai, Y., Kulsing, C., & Marriott, P. J.
(2017). Multidimensional gas chromatography in food analysis. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 96, pp. 124-137.
Plutowska, B., & Wardencki, W. 2008. Application of gas chromatography– olfactometry (GC–O) in analysis and quality assessment of alcoholic
beverages–A review. Food
chemistry, 107(1), pp. 449-463.
Ryan, D., Morrison, P., & Marriott, P. 2005. Orthogonality considerations in comprehensive two-dimensional gas chromatography. Journal of Chromatography A, 1071(1-2), pp.47-53.
Shubin Wu, G. L., & Lou, R. 2012. Applications of chromatography hyphenated techniques in the field of lignin pyrolysis. Applications of Gas Chromatography, 41.
Singh, P. K., Pande, M., Singh, L. K., & Tripathi, R. B. 2013. Steps to be considered during method development and validation for analysis of residual solvents by gas chromatography. Int. Res. J. Pharm. App. Sci, 3(5), pp. 74. Sneddon, J., Masuram, S., & Richert, J. C.
2007. Gas chromatography‐mass spectrometry‐basic principles, instrumentation and selected applications for detection of organic compounds. Analytical letters, 40(6), pp.1003-1012.
Sparkman, O. D., Penton, Z., & Kitson, F. G. 2011. Gas chromatography and mass spectrometry: a practical guide. Academic Press., California.
Smolková‐Keulemansová, E. (2000). A few milestones on the journey of chromatography. Journal of High Resolution Chromatography, 23(7‐8), pp. 497-501.
Zellner, B. D. A., Dugo, P., Dugo, G., & Mondello, L. (2008). Gas chromatography–olfactometry in food flavour analysis. Journal of Chromatography, 1186(1-2), pp.123-143.
BIOSINTESIS NANOPARTIKEL EMAS MENGGUNAKAN EKSTRAK ETANOL DAUN JAMBU BOL PUTIH
Biosynthesis Of Gold Nanoparticles Using Leaf Ethanol Extract Of White Bol Guava Astri Wiyani GM1, Suriati Eka Putri2, Muhammad Syahrir 3*
1,2,3* Program Studi Kimia, Jurusan Kimia FMIPA, Universitas Negeri Makassar,
Jl. Daeng Tata 2 Kampus FMIPA Parangtambung UNM, Makassar, Sulsel e-mail: [email protected]; [email protected]
DOI:10.20527/jstk.v15i1.9144
Submitted: September 9, 2020; Revised version accepted for publication: November 10, 2020 Available online: January 21, 2021
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui rasio antara prekursor dan bioreduktor yang sesuai untuk pembentukan nanopartikel emas serta mengetahui karakteristik nanopartikel emas yang dihasilkan. Larutan HAuCl4 25 ppm direduksi menggunakan ekstrak etanol daun jambu bol putih dengan metode microwave dan tanpa microwave selama 120 detik pada suhu 80o C. Penentuan waktu reaksi optimum dilakukan menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada beragam variasi waktu dimana ekstrak daun jambu bol putih mereduksi Au+3 menjadi Auo. Karakterisasi nanopartikel emas dilakukan menggunakan instrumen scanning electron microscope dan X-Ray Difraction. Hasil penelitian menunjukkan bahwa volume optimum untuk pembentukan AuNP adalah 0,75 mL yang memberikan absorbansi dan tingkat kestabilan yang tinggi. Morfologi nanopartikel yang dihasilkan tidak seragam, beragregasi, berbentuk kubik (FCC) dan ukuran yang dihasilkan rata-rata 17,13 nm.
Kata Kunci: Daun Jambu Bol putih, Ekstrak Etanol, Sintesis, Nanopartikel Emas
ABSTRACT
This research aims to investigate the volume of bioreductors suitable for the formation of gold nanoparticles and the characteristics of the gold nanoparticles produced. A 25 ppm HAuCl4 solutionwas reduced using white bol guava leaves extracts with a microwave method and without microwave for 120 seconds at 80oC. The duration of an optimum reaction was determined by using spectrophotometer UV-Vis where white bol guava leaves reduced Au to be Au0. Nanoparticles were characterized using scanning electron microscope and X-Ray diffractometer instruments. The result of this research reveals that the optimum volume to form AuNP is 0,75 mL, as it gave the highest absorbance and stability. The morphology analysis showed that the nanoparticles yielded were heterogenous and slightly aggregated, with cubic shapes (face center cubic), and an average size of 17.13 nm.
Keywords: White Bol Guava Leaves, Ethanol Extract, Synthesis, Gold Nanoparticles. PENDAHULUAN
Penelitian di bidang nanoteknologi telah menunjukkan terciptanya sebuah produk baru dengan kinerja yang lebih baik. Hal tersebut mengarahkan penelitian di bidang kimia untuk
mensintesis partikel yang berukuran nano (nanopartikel). Logam yang banyak dikembangkan menjadi nanopartikel yaitu Au (emas), Pt (platina), Ag (perak), dan Pd (paladium). Logam yang paling banyak diteliti
adalah emas (Au) karena ion emas diketahui memiliki aktivitas sebagai peredam radikal bebas yang dapat menimbulkan kerusakan di berbagai bagian sel yang menyebabkan penuaan (Sekarsari dan Titik; 2012).
Bentuk dan ukuran nanopartikel emas sangat penting dalam penentuan sifat optik, listrik, magnet, katalis dan antioksidan. Semakin kecil ukuran partikel semakin besar efek antioksidannya. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi ukuran partikel dalam sintesis yaitu temperatur larutan, konsentrasi garam dan agen pereduksi dan waktu reaksi.
Sifat nanopartikel emas berbeda dengan emas dalam bentuk logam. Logam emas memiliki bentuk padat kuning dan inert sementara nanopartikel emas berwarna merah anggur dan larutan dilaporkan sebagai antioksidan. Interaksi partikel dan pembentukan jaringan nanopartikel emas merupakan kunci dalam penentuan sifat nanopartikel. Nanopartikel emas juga memiliki berbagai ukuran dan memiliki bentuk berbeda seperti misalnya bola, oktahedral, dekahedral, tetrahedral, nanotriangles, nanoprisms, heksagonal trombosit dan nanorods (Khan et.al., 2014).
Emas (Au) dapat disintesis baik secara kimia yaitu dengan mereduksi emas dalam bentuk garamnya, maupun secara fisika pada emas dalam bentuk ruahnya. HAuCl4 mempunyai kelebihan yang menonjol dibandingkan emas dalam bentuk ruahnya, yaitu mempunyai sifat optik dan elektronik
dengan toksisitas yang rendah. Larutan Au memberikan rentang warna dari merah, coklat, hingga ungu seiring dengan peningkatan ukuran inti dari 1 nm sampai 100 nm.
Diameter nanopartikel emas berhubungan dengan luas permukaan koloid emas secara keseluruhan, semakin kecil diameter nanopartikel emas, maka akan semakin tinggi aktivitasnya (Amalia, 2016). Nanopartikel emas umumnya mempunyai struktur face center cubic (FCC). Hal tersebut sesuai dengan penelitian yang telah dilakukan Srivastava dan Mausumi (2013), bahwa nanopartikel emas mempunyai struktur kristal FCC.
Nanopartikel emas memiliki kecenderungan sama dengan nanopartikel perak dari segi struktur kristal (Song, et al.; 2009). Sifat dari nanopartikel yang cenderung untuk beragregasi karena adanya gaya antar partikel yang kuat sehingga partikel-partikel tersebut akan mendekat dan berkumpul membentuk kluster. Pembentukan kluster nanopartikel emas dengan bertambahnya waktu kontak merupakan penyebab terjadinya perubahan kepekatan warna koloid nanopartikel emas.
Ukuran nanopartikel emas dapat dikontrol dengan berbagai cara, salah satu cara yang dapat dilakukan adalah mengatur jenis atau konsentrasi dari agen pereduksinya. Reaksi reduksi yang cepat akan membentuk nanopartikel yang banyak pada permulaan proses sintesanya. Jumlah nanopartikel yang
banyak ini akan menghambat nanopartikel yang besar. Konsentrasi larutan yang homogen akan membantu terbentuknya nanopartikel emas yang homogen. Sintesis nanopartikel logam dipengaruhi oleh konsentrasi reaktan, zat penstabil, pH larutan, suhu, dan pengadukan (Yulizar, 2004).
Sintesis nanopartikel dapat dilakukan dengan menggunakan iradiasi microwave. Keuntungan terbesar dari iradiasi microwave adalah panas yang dihasilkan merata dan dapat menembus wadah yang digunakan untuk mereaksikan sampel. Dengan iradiasi microwave, pembentukan inti nanopartikel juga lebih seragam dan waktu yang dibutuhkan juga lebih cepat jika dibandingkan dengan pemanasan konvensional untuk sintesis nanopartikel (Hasany, et al., 2012).
Bahan alam sebagai bioreduktor berperan untuk memberikan kontribusi pada pengurangan bahan reduktor anorganik. Bioreduktor ini memiliki keutamaan seperti tidak menghasilkan produk sampingan atau hanya menghasilkan produk samping yang ramah lingkungan yang mudah dipisahkan dan didapatkan dengan mudah serta harga yang relatif lebih murah karena merupakan bahan alam.
Daun jambu Bol Putih mengandung glikosida, sebagai antibakteri, antikanker dan imunostimulan. Daun jambu bol putih ini mengandung senyawa metabolit sekunder yaitu flavonoid, terpenoid, steroid dan fenolik. Menurut H. Usman (2012), beberapa jenis
tumbuhan mengandung senyawa flavanoid yang ditemukan sebagai zat warna merah, kuning, ungu, hijau dan biru.
Sifat dari senyawa golongan flavanoid yang mudah mengalami oksidasi yaitu pelepasan atau pendonor elektron untuk menghambat molekul antioksidan menjadi radikal bebas. Berdasarkan sifat antioksidannya ini dan mudahnya mengalami oksidasi dapat mempermudah proses pembentukan nanopartikel emas yang mengalami proses reduksi.
Uraian di atas menjadi dasar pemikiran peneliti untuk mensintesis nanopartikel emas dengan menggunakan ekstrak etanol daun jambu bol putih.
METODE PENELITIAN
Alat dan Bahan
Preparasi sampel dilakukan di Laboratorium Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Negeri Makassar. Sintesis nanopartikel dan analisis dengan Spektrofotometer UV-Vis dilakukan di Laboratorium Kimia PT. Sucofindo Indonesia. Karakterisasi dengan instrumen SEM EDS dilakukan di Laboratorium Kimia LIPI (Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia) Yogyakarta, dan karakterisasi Instrumen XRD dilakukan di Laboratorium Terpadu (Science Building) Universitas Hasanuddin.
Preparasi Sampel
Tumbuhan yang digunakan dalam penelitian ini adalah daun jambu bol putih.
Tumbuhan ini diperoleh di Takalar, Sulawesi Selatan. Bagian tanaman yang digunakan dalam penelitian ini adalah daun dalam kondisi segar. Daun jambu bol putih dipetik lalu dicuci hingga bersih dengan akuades. Daun tersebut dikeringanginkan di udara terbuka. Setelah kering, kemudian dipotong-potong kecil.
Setelah kering, sebanyak 1000 g daun jambu bol putih ditimbang kemudian dimaserasi dengan 10 L etanol 96 % selama 3 x 24 jam. Selanjutnya disaring menggunakan kain putih bersih dan disaring kembali menggunakan pompa vakum. Etanol diuapkan dari filtrat dengan menggunakan rotary evaporator sehingga diperoleh ekstrak kental daun jambu bol putih yang siap digunakan untuk reaksi selanjutnya (Mittal et al: 2014).
Pembuatan Larutan HAuCl4 25 ppm
Larutan HAuCl4 25 ppm dibuat dengan melarutkan 0,0250 g serbuk emas ke dalam akuaregia sebanyak 4 mL dengan bantuan pemanasan. Selanjutnya, dimasukkan ke dalam labu takar 100 mL dan ditambahkan akuabides hingga tanda batas dan dihomogenkan. Sebanyak 50 mL larutan HAuCl4 25 ppm dipipet kemudian disintesis dengan ekstrak etanol daun jambu bol putih.
Sintesis Nanopartikel Emas tanpa
microwave
Sebanyak 50 mL larutan HAuCl4 25 ppm dipipet ke dalam erlenmeyer 250 mL kemudian ditambahkan masing- masing sebanyak 0,25 mL; 0,75 mL; 1,25 mL, dan 2,00 mL ekstrak etanol daun jambu bol putih. Kemudian
campuran diaduk dengan menggunakan pengaduk magnet selama 120 detik dan dilakukan pengamatan terhadap warna, pH dan spektrum UV-Vis dari larutan pada waktu 0,017 jam , 0,083 jam; 0,5 jam; 1 jam, 2 jam dan 3 jam, 24 jam, 72 jam, 168 jam dan 336 jam. Setelah dikarakterisasi, larutan campuran disentrifugasi dan dikarakterisasi dengan menggunakan instrumen SEM EDS dan instrumen XRD.
Sintesis Nanopartikel Emas menggunakan
microwave
Sebanyak 50 mL larutan HAuCl4 25 ppm dipipet kedalam erlenmeyer 250 mL kemudian ditambahkan masing- masing sebanyak 0,25 mL; 0,75 mL; 1,25 mL dan 2.00 mL ekstrak etanol daun jambu bol putih. Kemudian campuran disintesis menggunakan microwave selama 120 detik pada suhu 80o C dan dilakukan pengamatan atas karakter larutan campuran yang meliputi warna, pH dan spektrum UV-Vis pada waktu 1 menit, 5 menit, 30 menit, 1 jam, 2 jam dan 3 jam, 1 hari, 2 hari, 3 hari, 7 hari dan 14 hari. Setelah dikarakterisasi, larutan campuran disentrifugasi dan dikarakterisasi dengan menggunakan instrumen SEM EDS dan instrumen XRD.
Karakterisasi menggunakan X-Ray Difraction (XRD)
Serbuk nanopartikel emas yang dihasilkan kemudian dimasukkan ke dalam botol vial untuk dikarakterisasi menggunakan instrumen X-Ray Difractometer (XRD). Serbuk halus AuNP tersebut dimasukkan kedalam wadah sampel kemudian disinari dengan
menggunakan sinar-X pada nilai 2θ sebesar 38,1750; 34,2975 dan 44,3150 dengan masing-masing nilai FWHM 0,97; 0,745 dan 1,11. Selain itu, index Miller masing-masing puncak yaitu (111), (200), (202) dan (311). Kemudian hasil pembacaan instrumen XRD diteruskan ke seperangkat komputer dan CPU lalu instrumen XRD memberikan data-data berupa intensitas difraksi sinar-X yang terdifraksi dan sudut-sudut 2θ (Lembang, 2013).
Karakterisasi menggunakan instrument
Scanning Electron Microscopy (SEM). Serbuk nanopartikel emas yang dihasilkan dipreparasi terlebih dahulu dengan melapisi serbuk AuNP menggunakan logam yang konduktif seperti Au. Perlakuan ini dinamakan coating. Kemudian sample dimasukkan ke dalam wadah sampel dan dibaca pada detektor dengan tegangan 15 kV. Kemudian pada layar monitor CRT (Cathode Ray Tube) akan muncul data mengenai morfologi, komposisi, dan informasi kristalografi (Prasetyo, 2011).
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengamatan Warna dan pH
Ekstrak etanol daun jambu bol putih dengan volume yang bervariasi (0,25 mL; 0,75 mL; 1,25 mL, dan 2,00 mL) direaksikan dengan 50 mL larutan HAuCl4 25 ppm. Volume bioreduktor divariasikan untuk mengetahui volume optimum yang digunakan untuk mereduksi Au3+ menjadi Auo dan didapatkan volume optimum pada penambahan 0,75 mL.
Waktu reaksi divariasikan agar dapat memperoleh waktu optimum reduksi Au dan melihat kestabilan nanopartikel emas. Waktu optimum pada pembentukan nanopartikel emas adalah 60 menit. Hasil yang diperoleh digunakan sebagai analisis awal terbentuknya AuNP dari hasil reduksi ion emas dalam larutan menjadi AuNP menggunakan ekstrak etanol daun jambu bol putih.
Secara umum indikator terbentuknya AuNP salah satunya dapat dilihat pada perubahan warna larutan, dimana larutan menjadi ungu kehitaman. Berdasarkan penelitian ini, larutan AuNP berubah dari kuning kecoklatan menjadi ungu kehitaman pada menit ke 60. Seiring bertambahnya waktu, warna larutan menjadi semakin pekat diakibatkan terjadinya reaksi reduksi antara bioreduktor dengan prekursor HAuCl4. Perubahan warna AuNP dari menit pertama sampai waktu 136 jam.
Gambar 1. Perubahan warna larutan nanopartikel emas.
Warna ungu yang terbentuk mengindikasikan telah terjadinya reduksi dari
