11
PENENTUANHYDROQUINONE(HQ)DALAMSAMPELKOSMETIKSECARA
DIFFERENTIALPULSEVOLTAMETRY(DPV)MENGGUNAKANSCREENPRINTED CARBONELECTRODE(SPCE)
DETERMINATIONOFHYDROQUINONE(HQ)INCOSMETICSAMPELSBY
DIFFERENTIALPULSEVOLTAMETRY(DPV)USINGSCREENPRINTEDCARBON
ELECTRODE(SPCE)
Ani Mulyasuryani*
Jurusan Kimia FMIPA Universitas Brawijaya Jl. Veteran, Malang
*E-mail : mulyasuryani@ub.ac.id
ABSTRACT
Hydroquinone is a phenolic compound are used in the cosmetics as whitening agent. This compound is very toxic and should be controlled in use. The maximum threshold of hydroquinone by BPOM (Food and Drug Regulatory Department in Indonesia) is 2%. Therefore, it’s required sensitive and accurate analysis method for determination of HQ in cosmetics. DPV has high sensitivity and low detection limit is 1×10-8M. The research was developed DPV method for determination of hydroquinone using SPCE. In the research were optimized of pH by CV while optimizing by DPV measurements including pulse high and scan rate. The result of research showed that the pH influence to anodic potential peak (Epa ) shift to the reduction
reaction. Optimum condition was resulted at pH 2, which is highest anodic peak current (Ipa).
The optimum measurements by DPV were resulted at 0.20 V pulse height and 0.15 V/s scan rate. In the optimum condition, DPV method has linear concentration range 1-100µM, limit of detection 0.015µM, and sensitivity 0.0652µM/µA. The HQ analysis result in cosmetic samples is between 0.7 to 26 µM or 0 to 2%.
Keywords : Hydroquinone, Differential Pulse Voltametry, Screen Printed Carbon Electrode
ABSTRAK
Hydroquinone (HQ) merupakan senyawa turunan fenol yang digunakan dalam industri kosmetik
sebagai pemutih. Senyawa ini sangat berbahaya dan penggunaannya harus dikontrol. BPOM menetapkan batas maksimal HQ dalam kosmetik sebesar 2%. Oleh karena itu, diperlukan metode analisis yang sensitif dan akurat untuk penentuan HQ dalam kosmetik. Metode DPV memiliki sensitifitas tinggi dan batas deteksi rendah mencapai 1×10-8M, sehingga pada penelitian ini telah dikembangkan metode DPV untuk penentuan HQ menggunakan SPCE. Pada penelitian ini telah dilakukan optimasi pH dan optimasi pengukuran. Optimasi pH dilakukan secara cyclic voltammetry (CV), sedangkan optimasi pengukuran meliputi tinggi pulse dan scan
rate secara DPV. Hasil dari penelitian ini menunjukkan bahwa pH berpengaruh terhadap
pergeseran potensial puncak anodik (Epa ) ke arah reaksi reduksi. Kondisi optimum dicapai
pada pH 2 yang menghasilkan arus anodik (Ipa ) paling tinggi. Kondisi optimum pengukuran
secara DPV dihasilkan pada tinggi pulse 0,20 V dengan scan rate 0,15 V/detik. Pada kondisi optimum, metode DPV mempunyai kisaran konsentrasi pada 1-100µM, dengan batas deteksi 0,015µM, dan kepekaan 0,0652µM/µA. Hasil analisis HQ dalam sampel kosmetik berkisar antara 0,7 hingga 26 µM atau 0 hingga 0,02 %.
12
1. PENDAHULUAN
Hydroquinone (HQ) merupakan salah satu senyawa antioksidan yang digunakan pada
pemutih wajah [1] yang dapat memberikan dampak negatif jika digunakan secara berlebihan [2; 3]. Penggunaan HQ dalam kosmetik maksimal sebesar 0,02% [4], FDA dan Badan Kesehatan Belanda telah melarang penggunaan HQ dalam kosmetik karena dampak negatif dari senyawa ini termasuk kanker [3 ;5]. Akan tetapi masih banyak ditemukan krim pemutih yang tidak berlabel atau bahkan beredar tanpa ijin yang mengandung bahan-bahan berbahaya. Oleh karena itu diperlukan kontrol kandungan HQ dalam kosmetik, sehingga diperlukan metoda analisis yang sensitif dan akurat.
Berbagai metode telah dikembangkan untuk menentukan konsentrasi HQ baik dalam sampel kosmetik atau air. Metode voltametri menarik untuk dikembangkan karena memiliki sensitifitas tinggi dan batas deteksi mencapai 1×10-8M. HQ dapat ditentukan secara voltametri karena merupakan senyawa elektroaktif yang dapat mengalami reaksi oksidasi [6]. Secara voltametri telah dikembangkan metoda penentuan HQ DPV (Differential Pulse Voltametry) menggunakan elektroda kerja berbasis karbon/grafit yang dimodifikasi dengan beberapa komposit [7 – 11]. Penggunaan screen-printed electrode (SPE) sebagai elektroda kerja untuk penentuan HQ belum dikembangkan secara luas. Penggunaan SPE merupakan upaya untuk memperkecil jumlah larutan sehingga dapat mengurangi limbah. Dengan demikian pada penelitian ini dikembangkan metode penentuan HQ secara DPV menggunakan elektroda karbon screen-printed. OH OH + H2O O -OH + H3O+ pKa1 = 9,85 O -OH + H2O O -O -+ H3O+ pKa2 = 11,4
13 O O + 2H+ + 2e -OH OH E0 = +0,699 V
Gambar 2. Reduksi quinone menjadi hydroquinone
HQ merupakan senyawa asam lemah bivalen dengan pKa1 9,85 dan pKa2 11,4 [9].
Secara teoritis HQ akan dioksidasi dalam bentuk molekul HQ dengan potensial 0,699V [6] dan -0,286V pada 25°C pada pH 7 [12] yang melibatkan pertukaran dua proton dan dua elektron [13]. Berdasarkan hasil penelitian Gillner dkk, dapat diketahui bahwa oksidasi HQ berlasung pada pH < pKa1. Dengan demikian pada penelitian ini dilakukan optimasi pH secara cyclic voltammetry
(CV), berdasarkan hasil CV dilakukan optimasi kondisi pengukuran dengan DPV. Pada DPV, selain potensial yang diaplikasikan parameter lain yang harus dioptimasi adalah tinggi pulse.
Pulse, yaitu amplitudo yang diaplikasikan saat pengukuran yang mana berfungsi untuk
mengurangi arus charging dan perbaharuan lapisan difusi pada permukaan elektroda [14]. Hasil penelitian diaplikasikan pada sampel kosmetik jenis krim pemutih wajah yang beredar di pasaran baik yang bermerek maupun tidak bermerek. Analisis dilakukan dengan metoda kurva standar dan adisi standar.
2. METODE PENELITIAN 2.1. Bahan dan Alat Penelitian
Bahan-bahan yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah padatan KH2PO4,
K2HPO4.3H2O, padatan hydroquinone (HQ) merupakan produk Merck dengan kualitas untuk
analisis (pro analysis grade), H3PO4 85% dan akuadem. Padatan KH2PO4, K2HPO4.3H2O dan
larutan H3PO4 sebagai bahan pembuatan larutan buffer fosfat.
Alat-alat yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah Potensistat/Galvanostat Uniscan PG581 yang dilengkapi dengan computer. Elektroda yang digunakan adalah screen printed
electrode (SPE) BI 1302 (Quasense Inc.) yang menggunakan karbon sebagai elektroda kerja
dan counter electrode, Ag/AgCl sebagai elektroda pembanding. Neraca Mettler, pH meter, dan peralatan gelas yang biasa digunakan di laboratorium.
2.2. Prosedur 2.2.1. Pengaruh pH
Pengaruh pH dipelajari menggunakan larutan HQ dalam larutan buffer fosfat (pH 2-9) 1mM sebanyak 100 µL. Pengukuran dilakukan dengan metoda CV pada kisaran potensial (-1)
14
digunakan elektroda diaktivasi secara CV sebanyak 40 siklus dalam larutan buffer yang sesuai.
2.2.2. Optimasi pengukuran
Optimasi pengukuran menggunakan larutan HQ 1mM dalam larutan buffer fosfat pH 2 sebanyak 100µL. Tinggi pulse yang diterapkan adalah 0,001; 0,01; 0,015; 0,1; 0,15; 0,2 dan 0,25 V. Scan rate yang digunakan adalah 0,001; 0,01; 0,015; 0,1 dan 0,15V/detik. Kisaran potensial yang diterapkan pada elektroda kerja adalah -0,4 – 1,2 V dan kisaran arus 100µA/V.
2.2.3. Penentuan HQ dalam sampel kosmetik.
Sampel kosmetik pemutih komersial (A, B, C) sebanyak 5 g dilarutkan dengan buffer fosfat pH 2, kemudian disentrifugasi pada 5400 rpm supernatant dipisahkan dan diencerkan hingga 100mL dalam labu takar. Penentuan konsentrasi HQ dilakukan dengan dua cara yaitu menggunakan kurva kalibrasi dan adisi standar. Kurva kalibrasi digunakan larutan HQ 0, 1, 5, 10, 20, 40, 60, 80, 100µM dalam buffer pH 2.Secara adisi standar, 5 mL larutan sampel ditambah dengan larutan HQ 1mM sebanyak 0, 200, 400, 600, 800, 1000µL. Pengukuran pada kisaran potensial yang diterapkan pada elektroda kerja adalah -0,4 – 1,2 V, dengan tinggi pulse 0,20 V dan scan rate 0,15 V/detik.
3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Pengaruh pH
Berdasarkan voltamogram CV dapat diketahui bahwa pH berpengaruh terhadap Epa, Epk,
Ipa, Ipk, Gambar 3. Pengaruh pH terhadap arus puncak anoda menunjukkan bahwa kenaikan pH
menyebabkan kesetimbangan bergeser ke arah terbentuknya ion Q2- sehingga jumlah molekul HQ dalam larutan semakin berkurang. Pengaruh pH terhadap pergeseran potensial ke arah yang lebih negatif menunjukkan bahwa kenaikan pH akan mendorong terjadinya reaksi reduksi.
15
Tabel 1. Data pengaruh pH terhadap arus puncak (Ipa dan Ipk) dan potensial puncak (Epa dan
Epk) larutan hydroquinone 100 µM pH Rata-rata ΔEp (mV) |Ipa/Ipk| Epk (mV) Ipk (µA) Epa (mV) Ipa (µA) 2 -238.33 32 531.67 -42 147 1.31 3 -319.33 31.33 474.33 -39.80 78 1.27 4 -345.33 31.20 443 -37.83 49 1.21 5 -358.33 29.20 439.67 -33.60 41 1.15 6 -401.33 29.53 402 -29.83 0,33 1.01 7 -393.67 33 339.67 -26.07 -27 0.79 8 -421.33 33.43 290 -24.23 -66 0.72 9 -440.33 32.17 189.33 -13.67 -126 0.42
Data Epa, Epk, Ipa, Ipk ditunjukkan pada Tabel 1, dari data tersebut dapat diketahui bahwa
pH reaksi yang terjadi yaitu reversible atau quasi reversible. Hal ini terlihat dari perbandingan arus puncak anoda dan katoda (Ipa/Ipk). Pada pH 6 harga Ipa/Ipk ~ 1, jadi jika ditinjau dari nilai
tersebut dapat disimpulkan bahwa pada pH 6 reaksi hidroquinon menjadi quinon berlangsun
reversible. Reaksi reversible juga dapat ditinjau dari perbedaan potensial puncak anoda dan
katoda (ΔEp), yang mana setara dengan 59/n mV [14]. Reaksi redoks HQ menjadi quinone
melibatkan dua elektron sehingga jika didasarkan harga ΔEp reaksi reversible terjadi pada pH 7.
Pada pH basa, HQ mengalami reaksi auto oksidasi secara cepat dengan molekul oksigen di udara bebas menghasilkan larutan berwarna coklat [12]. Selain itu, arus puncak anodik paling tinggi dihasilkan pada pH 2, sehingga untuk analisis dengan DPV digunakan pH 2 walaupun reaksi yang terjadi quasi reversible (100 mV < ΔEp < 200 mV)
3.2. Optimasi pengukuran dengan metoda differential pulse voltammetry
Optimasi pengukuran yang dilakukan pada penelitian ini adalah tingg pulse dan scan rate . Hasil optimasi tinggi pulse ditunjukkan pada Gambar 4a diketahui bahwa peningkatan pulse berbanding lurus dengan arus puncak. Hal ini terjadi karena peningkatan pulse berpengaruh terhadap besaran potensial yang diaplikasikan pada elektroda kerja, sehingga potensial oksidasi dapat tercapai lebih cepat. Akan tetapi peningkatan Ipa juga disertai dengan pergeseran Epa kea
rah yang lebih positif. Untuk pergeseran Epa yang tidak terlalu signifikan dicapai pada tinggi pulse
16
(a) (b)
Gambar 4. Voltamogram DPV dari larutan HQ 100 µM dalam buffer pH 2, pada berbagai tinggi
pulse (a) dan berbagai scan rate (b)
Peningkatan scan rate berpengaruh terhadap meningkatkan Ipa dan Epa, Gambar 4b.
Selain itu, scan rate mempengaruhi bentuk voltamogram. Tinggi pulse dan scan rate diplilih berdasarkan baseline hasil pengukuran, kehalusan dan kesimetrisan bentuk voltamogram serta Ipa. Kondisi optimum yang sesuai dengan kriteria tersebut yaitu pada tinggi denyut 0,2V dan scan
rate 0,015V/s.
3.3. Penentuan kadar hydroquinone dalam sampel kosmetik komersial
Kadar HQ dalam sampel ditentukan dengan dua cara yaitu kurva standard an adisi standar. Untuk analisis sampel dengan kurva baku, maka dibuat kurva baku pada kisaran konsentrasi 0 – 100 µM, menghasilkan persamaan Ip(µA) = 0,0652[HQ] – 0,0099. Berdasarkan
persamaan kurva standar diketahui bahwa kepekaan metoda DPV untuk penentuan HQ adalah 0,0652µM/µA dengan batas deteksi (S/N=3) sebesar 0,015µM.
Hasil pengukuran sampel secara adisi standar dapat dilihat pada Gambar 5, sampel A memiliki persamaan linier y = 0,0173+0,4497 dengan linieritas 0,8957, sampel B y = 0,0294x+0,0218 dengan linieritas 0,996 dan sampel C y = 0,0199x+0,0666 dengan linieritas 0,9763. Sampel kosmetik adalah sebagai berikut:
1. Sampel A, hanya terdapat nomor regristasi D00.2006010992 tanpa menyebutkan badan yang mengeluarkan ijin dan tidak mencantumkan komposisi dalam kemasan.
2. Sampel B, terdaftar BPOM No. IDM 000199237 dan terdapat komposisi dalam kemasan. 3. Sampel C, terdaftar di BPOM namun tidak mencantumkan nomor dan terdapat komposisi
dalam kemasan
17
Tabel 2. Kadar HQ dari sampel A, B dan C berdasarkan kurva standard an adisi standar
Sampel Konsentrasi HQ (µM) Kadar (%) Kurva Baku Adisi
Standar Kurva Baku
Adisi Standar
A 120 26 0,03 0,02
B 3 0,74 0,00 0,00
C 3 3,35 0,00 0,00
Kadar HQ pada ketiga sampel dari dua metoda ditunjukkan dengan Tabel 2. Badan POM menetapkan kandungan bahan ini dalam kosmetik sebesar 0,02%, sampel A mengandung HQ mendekati ambang batas , sedangkan sampel A dan B masih berada ambang batas yang diperbolehkan. Kadar HQ yang masih ditemukan dalam sampel kosmetik menunjukkan bahwa masih banyak produsen kosmetik yang menggunakan bahan ini meskipun telah dilarang.
4. KESIMPULAN
Penentuan hydroquinone secara differential pulse voltametri dengan menggunakan screen printed carbon electrode dipengaruhi oleh pH larutan, kondisi optimum dihasilkan pada pH 2. Kondisi optimum pengukuran dihasilkan pada tinggi pulse 0,2V dan scan rate 0,015 V/detik. Pada kondisi optimum kisaran konsentrasi yang bisa diukur adalah 0 – 100 µM, kepekaan 0,0652 µM/µA dengan batas deteksi 0,015µM. Metode ini dapat diterapkan pada penentuan hydroquinone dalam sampel krim pemutih.
5. DAFTAR PUSTAKA
[1]. Hu, S., Wang Y., Wang X., Xu Li., Xiang J., dan Sun W. Electrochemical detection of hydroquinone with a gold nanoparticle and graphene modified carbon ionic liquid electrode.
Sensor & Actuators B. 2012; 168 (20 June): 27-33
[2]. Hong, Z., Zhou L., Li J., dan Tang J. A sensor based on graphitic mesoporous carbon/ionic liquids composite film for simultaneous determination of hydroquinone and catechol.
Electrochim. Acta. 2013; 109 (30 Oct); 671-677
[3]. Tsai, T. C., dan Hantash, B. M. Cosmeceutical Agents: A Comprehensive Review of the Literature. Clinical Medicine: Dermatology. 2008; 1(1): 1-20
[4]. Peraturan Kepala Badan Pengawas Obat dan Makanan. Persyaratan Teknis Bahan Kosmetika. 2014.
[5]. Health Council of the Netherlands. Hydroquinone and benzoquinone. 2012.
[6]. Bhatt, D. P., Anbuchezian M., Balasubramanian R., Udhayan R., dan Venkatesan V. K. Cyclic voltammetric study of quinone-hydroquinone organic system in aqueous magnesium perchlorate electrolyte. J. Power Sources. 1993; 45(2): 177-186
18
voltammetry procedure using a graphite-polyurethane composite electrode. Eclectica
Quimica. 2006; 31(4): 59-62
[8]. Zhang D., Feng X., Jia L., dan Wang S. Simultaneous determination of hydroquinone and catechol at PASA/MWNTs composite film modified glassy carbon electrode. Colloids
Suraface B: Biointerfaces, , 2009; 74(1): 317-321
[9]. Wang, J., Yin H., Meng X., Zhu J., dan Ai S. Preparation of the mixture of graphene nanosheets and carbon nanospheres with high adsorpvity by electrolyzing graphite rod and its application in hydroquinone detection, Journal of Electroanalytical Chemistry. 2011; 662(2): 317-321
[10]. Guo, Q., Huang, J., Chen, P., Liu, Y., Hou, H., dan You, T. Simultaneous determination of catechol and hydroquinone using electrospun carbon nanofibers modified electrode.
Sensor & Actuators B. 2012; 163(1 March): 179-185
[11]. Zhou, X., He Z., Lian Q., Li Z., Jiang H., dan Lu X. Simultaneous determination of dihydroxybenzene isomers based on graphene-graphene oxide nanocomposite modified glassy carbon electrode. Sensor & Actuators B. 2014; 193(31 March): 198-204
[12]. Gillner, M., Moore, G. S., Cederberg, H., dan Gustafsson, K. Enviromental Health Criteria 157: Hydroquinone. World Health Organization, Geneva.1994.
[13]. Perrin, D. D., Serjeant, E. P., Albert, A., Sober, H. A., Dempsey, B., Budavari, S. Dissociation Constants of Organic Acids and Bases. CRC Press, LLC., USA. 2000.
[14]. Bard A. J., dan Faulkner L. R. Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. John Wiley and Sons, Inc., New York. 2001.
