PENGGUNAAN KEMOSENSOR UNTUK MENDETEKSI I

(1)

Volume 4 Nomor 3 Suplemen 1 1

Printed : 1693–1424 Online : 2089-9157

PENGGUNAAN KEMOSENSOR UNTUK MENDETEKSI ION LOGAM

Sri Wahyuni, Rimadani Pratiwi

Fakultas Farmasi, Universitas Padjadjaran,

Jalan Raya Bandung-Sumedang Km. 21 Jatinangor, Sumedang 45363, Indonesia Email: sri.wahyuni0709@gmail.com

ABSTRAK

Kemosensor adalah senyawa kimia yang dapat digunakan untuk mendeteksi adanya ion logam di dalam suatu sampel atau analit. Penelitian mengenai pengembangan metode ini terusdilakukan untuk memudahkan mendeteksi ion logam di dalam sampel yang memiliki syarat atau batas kadar logam yang diperbolehkan seperti pada makanan dan air minum. Artikel review ini dibuat dari 10 jurnal sebagai referensi dengan tahun terbitan dari tahun 2012. Banyak penelitian yang menunjukkan bahwa kemosensor memliki sensitifitas dan selektifitas yang tinggi untuk mendeteksi ion logam tertentu. Selain itu, pembentukan kompleks antara kemosensor dan ion logam tertentu yang menyebabkan adanya perubahan warna dapat dijadikan dasar untuk mengembangkan kemosensor menjadi indikator dalam bentuk test stripyang dapat berubah warna jika sampel mengandung logam.

Kata Kunci: Kemosensor, Ion logam, Test strip

ABSTRACT

Chemosensor is a chemical compound that can be used to detect the presence of metal ions in a sample or analyte. Research on the development of this method continues to be done to facilitate the detection of metal ions in the sample that has limit the permissible levels of metals in food and drinking water. This review article is made of 10 journals published as a reference since 2012. Many studies show that chemosensor has high sensitivity and selectivity to detect certain metal ions. In addition, the complex formation between chemosensor and specific metal ions that cause a color change, that can be used as a basis for developing chemosensor to be an indicator in the form of a test strip, that changes color if the sample contains metal ion.

(2)

Printed : 1693–1424 Online : 2089-9157 PENDAHULUAN

Pencemaran logam berat terhadap

lingkungan merupakan suatu proses yang

erat hubungannya dengan penggunaan

logam tersebut oleh manusia. Akhir-akhir

ini kasus keracunan logam berat yang

berasal dari pangan semakin meningkat

jumlahnya. Pencemaran lingkungan oleh

logam berat dapat terjadi jika industri yang

menggunakan logam tersebut tidak

memperhatikan keselamatan lingkungan,

terutama saat pembuangan limbah industri.

Logam-logam tertentu dalam konsentrasi

yang tinggi akan sangat berbahaya bagi

kehidupan manusia bila ditemukan

didalam lingkungan seperti air, tanah, dan

udara.1

Darmono (1995) menyatakan

bahwa toksisitas logam pada manusia

dapat menyebabkan timbulnya kerusakan

organ, terutama organ eksresi seperti hati

dan ginjal. Beberapa logam juga memiliki

sifat karsinogenik (penyebab kanker),

maupun teratogenik (toksik pada janin).2

Oleh karena itu, sangatlah penting

untuk mendeteksi ion logam didalam suatu

makanan atau minuman agar kita dapat

terhindar dari bahaya dan resiko keracunan

logam berat. Metode konvensional yang

digunakan untuk menganalisis logam

adalah titrasi kompleksometri.3_Tetapi

penggunaannya tergeser dengan adanya

instrumen seperti Spektro UV-Vis,

Spektrofluorometri dan Spektrometri

Serapan Atom (SSA). Banyak penelitian

yang mengembangkan metode untuk

mempermudah analisis logam dengan

menggunakan spektro UV-Vis dan

spektrofluorometri karena selain mudah

penggunaannya, harganya pun lebih

murah4 dibandingkan dengan SSA. Salah

satu pengembangannya adalah dengan

penambahan suatu zat kimia yang dapat

membuat suatu ion logam dapat

memberikan serapan didaerah UV/Vis

dan/atau dapat berfluoresensi yang disebut

dengan kemosensor.

Kemosensor merupakan senyawa

(3)

Printed : 1693–1424 Online : 2089-9157 untuk analisis logam. Sensor tersebut akan

bekerja dan berinteraksi dengan logam

yang terdapat pada analit sehingga

membentuk kompleks berwarna yang

dapat dianalisis dengan spektrofotometri

ataupun spektrofluorometri.

Beberapa penelitian menunjukkan

penggunaan kemosensor memiliki

selektifitas dan sensitifitas yang tinggi

terhadap ion logam tertentu. Selain itu,

kemosensor juga dapat dijadikan sebagai

indikator untuk mendeteksi adanya ion

logam dalam suatu sampel.

Dalam artikel review ini akan

dibahas mengenai beberapa jenis

kemosensor yang telah diaplikasikan untuk

analisis logam seperti yang terangkum

dalam Tabel 1 dan sintesisnya terangkum

dalam Tabel 2.

METODE

Pencarian artikel dilakukan dengan

mengakses database elektronik Google

Scholar menggunakan kata kunci

“chemosensor”, “chemosensor for metal

ion” pada Juni 2016. Diambil sebanyak 6

jurnal dari situs Science Direct. Sedangkan

3 jurnal lagi diperoleh dari The Journal of

Organic Chemistry (JOC), The Journal of

Biological and Chemical Luminescence,

dan Tetrahedron.

Dimethylaminocinnamaldehyde-aminothiourea (DA) based

Logam yang dapat dianalisis

dengan menggunakan kemosensor ini

adalah Ag2+, Hg2+, dan Cu2+ .5,6

Aminothiourea merupakan reseptor yang

baik karena memiliki afinitas yang tinggi.

Kemosensor ini juga dilaporkan memiliki

potensi untuk mendeteksi dan

memonitoring ion logam pada sampel air

minum berdasarkan peraturan WHO.7

Saat ion Ag2+, Hg2+, dan Cu2+

ditambahkan kedalam larutan DA,

intensitas fluorescence meningkat. Hal ini

mungkin disebabkan karena pada reaksi

tersebut terbentuk [Hg(S2O3)4]-6_dan

[CuEDTA]-2 yang sangat stabil dengan

(4)

Printed : 1693–1424 Online : 2089-9157 campuran logam, untuk mengukur ion

Hg2+ _{dapat dilakukan dengan mengambil}

atau menghilangkan Na2S2O3, sedangkan

untuk mengukur ion Cu2+ yang harus

dihilangkan adalah EDTA. Sedangkan

untukmengukur ion Ag2+ menggunakan

Na2S2O3 dan EDTA untuk menghambat

reaksi antara Hg2+ dan Cu2+ dengan DA.6

Penelitian mengenai pengaruh pH

juga telah dilakukan. Hasil menunjukkan

bahwa pH ideal untuk mendeteksi ion

Ag2+_{, Hg}2+_{, dan Cu}2+ _{berada pada rentang}

pH 5-9. Rentang pH yang luas

menyebabkan DA dapat digunakan untuk

berbagai sampel, termasuk mendeteksi ion

logam berat pada air limbah, industri

perdagangan, dan proses fisiologis.6

Pyridine Based

Logam yang dapat dinalisis dengan

menggunakan kemosensor ini adalah Cu2+_,

Zn2+, Ni2+, UO2+, dan Fe3+4,11. Dalam

penelitian yang sudah dilakukan Cu2+

dianalisis dengan menggunakan turunan

carbazole-pyridine yang disintesis dengan

metode Heck coupling dan reaksi

Wadsworth-Emmons.4

Studi dengan spektroskopi,

elektrokimia, dan metal-cation-binding

menunjukkan bahwa rangkaian dari

kromofor ini dapat menghubungkan

elektron antara carbazole dan pyridine

yang menyebabkan transfer muatan

intramolekular (ICT).

Interaksiantaraderivatkarbazoldengan ion

logam dapat secara signifikan memodulasi

keadaan ICT, sehingga spektrum pada

UV-Vis dan fluoresensi, pergeseran kimia

proton dan siklus voltamogram. Diantara

rangkaian bahan V3 menunjukkan

selektivitas tinggi untuk Cu2+ .4

Untuk deteksi Zn2+_{dan Ni}2+

menggunakan sensor Imine based

chemosensors 2-((5-methylpyridin-2

ylimino)methyl)phenol (L1). Reaksinya

menyebabkan perubahan warna dari yang

tidak berwarna menjadi kuning terang.11

Begitu juga untuk deteksi UO2+ dan

(5)

1-((5-methylpyridin-2-Volume 4 Nomor 3 Suplemen 1 5

Printed : 1693–1424 Online : 2089-9157

ylimino)methyl)naphthalen-2-ol (L2)

(6)

Printed : 1693–1424 Online : 2089-9157 Tabel 1. Deteksi Ion Logam menggunakan Kemosensor

Ion Logam

Kemosensor Instrumen Kondisi Spektrum Limit

deteksi

Cu2+ Carbazole-pyridine derivatives (V3) deionisasi (1:9) pH 7 (5 sampai 9)

- 510 - - 5

Ag2+ Dimethylaminocinnamaldehyde-aminothiourea (DA)

Hg2+ Dimethylaminocinnamaldehyde-aminothiourea (DA)

Cu2+ Dimethylaminocinnamaldehyde-aminothiourea (DA)

Al2+ methyl pyrazinylketone benzoyl hydrazone (MPBH)

spektrofluorometri Sampel dan MBPH dilarutkan di etanol; bonding agent EDTANa2

390 506 - 0,1-0,5

M ; 10

-7 _M

8

Pd2+ _phosphine–_rhodamine

conjugate

Spektrofluorometri Etanol:air (4:1) 530 587 10-9 _M ₇

(7)

Printed : 1693–1424 Online : 2089-9157

Tetraphenylethylene) spektrofluorometri Ni2+ _{Imine based chemosensors}

2-((5-methylpyridin-2

Zn2+ _{Imine based chemosensors}

2-((5-methylpyridin-2

UO2+

1-((5-methylpyridin-2-ylimino)methyl)naphthalen-2-ol

Fe3+

1-((5-methylpyridin-2-ylimino)methyl)naphthalen-2-ol

Ni2+

2-[(1-methyl-2-benzimidazolyl)azo] -p-cresol (HL)

UV-Vis DMSO-HEPES

buffer (1:1, v/v, pH 7,4)

600 - - - 12

(8)

yl)methyl)quinoline-2-Volume 4 Nomor 3 Suplemen 1 8

Printed : 1693–1424 Online : 2089-9157 Tabel 2. Sintesis Kemosensor

Kemosensor Reaksi Reagen dan Prosedur Hasil Referen

si

Carbazole-pyridine derivatives (V3)

Heck coupling

S2 67% V2 78% S3 84% V3 74%

(9)

Printed : 1693–1424 Online : 2089-9157

dimethylaminocinnamaldeh ydeaminothiourea

(DA)

Schiff base 1. 4-N,N’-Dimethylaminocinnamaldehyde dan aminothiourea

dilarutkan pada etanol

2. Refluks selama 6 jam dibawah atmosfer N2

3. Aduk selama 2 jam pada suhu ruang sampai terbentuk

endapan

4. Endapan disaring dan dicuci dengan etanol sebanyak 3 kali 5. Purifikasi dengan cara rekristalisasi agar tidak mengandung

etanol

83.0% 5

methyl pyrazinylketone benzoyl

Schiff base 1. Asam hidrazid benzen dan acetyl pyrazine yang sudah dilarutkan ke dalam etanol, dicampur menjadi satu

(10)

Printed : 1693–1424 Online : 2089-9157

hydrazone (MPBH) 2. Refluks selama 10 jam

3. Dinginkan pada suhu ruang dan pelarut akan teruapkan 4. Rekristalisasi hingga terbentuk produk berwarna kuning

terang

Phospine-rhodamine conjugate

- - 7

Rhodamine B-based chemosensor (RF)

(11)

Printed : 1693–1424 Online : 2089-9157

RbTPE - 65% 10

Imine based chemosensors 2-((5-methylpyridin-2 ylimino)methyl)phenol (L1) dan 1-((5-methylpyridin-2- ylimino)methyl)naphthalen-2-ol (L2)

2-((5- methylpyridin-2-ylimino)methyl)p henol (L1): Yield:76%

1-((5- methylpyridin-2-ylimino)methyl)n aphthalene-2-ol(L2): Yield: 78%)

(12)

Printed : 1693–1424 Online : 2089-9157

- 12

N-((1H-benzo[d] imidazol- 2-yl)methyl)quinoline-2-carboxamide

- Yield: 0.42 g,

70%

(13)

Printed : 1693–1424 Online : 2089-9157 dengan perubahan warna dari kuning

terang menjadi tidak berwarna (L2+ Fe3+_).

Sementra itu, untuk kompleks antara L2+

UO2+ merubah larutan menjadi kuning

gelap. Hal ini menunjukkan bahwa L1 dan

L2 dapat dijadikan indikator naked eye

untuk Zn2+, Ni2+, UO2+, dan Fe3+ .11

Benzimidazole based

Logam yang dapat dianalisis

dengan menggunakan kemosensor ini

adalah Ni2+ dan Ag+ .12,13 Dalam penelitian,

Ni2+ dipasangkan dengan

sehingga dengan mudah dapat dianalisis

dan dideteksi. Kemosensor HL disintesis

dengan menggunakan prosedur dari

penelitian D. Sarkar et al. 12

Sensor HL memberikan serapan

pada panjang gelombang 403 nm.

Penambahan larutan NiCl2 (100 M)

menyebabkan penurunan intensitas

absorpsi pada 403 nm dan serapan yang

baru terjadi pada panjang gelombang 600

nm dengan isosbetic sekitar 500 nm. Hal

ini mengindikasikan bahwa antara HL dan

Ni2+ _{terbentuk kompleks. Kompleks antara}

Ni2+ dan HL meyebabkan perubahan warna

dari orange kekuningan menjadi biru.

Selain itu, kemampuan kemosensor HL

dengan Ni2+ pada berbagai pH juga telah

diteliti. Pada pH rendah, reseptor L tidak

secara signifikan menanggapi Ni2+ pada

penyerapan spektroskopi hal ini mungkin

disebabkan karena terjadi protonasi HL.

Absorbansi pada panjang gelombang 600

nm adalah maksimum dan konstan pada

kisaran pH 7,0 sampai 9,0, diatas 9,0

absorbansi secara bertahap menurun. Hal

ini menunjukkan bahwa reseptor HL tidak

cocok untuk aplikasi biologis pada pH

fisiologis. Sedangkan untuk analisis dan

deteksi Ag+ menggunakan kemosensor

N-((1H-benzo[d]

imidazol-2-yl)methyl)quinoline-2-carboxamide (L).13

Rhodamine based

Logam yang dideteksi

menggunakan kemosensor ini adalah Cr3+

(14)

Printed : 1693–1424 Online : 2089-9157 rhodamine based kemosensor secara

selektif dapat mendeteksi kedua logam

tersebut.

Cr3+ dideteksi dengan

menggunakan kemosensor rhodamine

B-based (RF). Pada studi UV-Vis RF

memberikan serapan yang sangat lemah di

panjang gelombang 500 nm. Ketika Cr3+

ditambahkan, terbentuk chelate dengan RF

yang menginduksi pembukaan cincin pada

ikatan C-N dalam spirolaktam dan serapan

yang kuat pada 500-600 nm serta warna

merah muda yang dapat terlihat dengan

mata telanjang. Begitu juga pada

fluorescence spectral, terjadi peningkatan

fluorescence pada 590 nm setelah

penambahan Cr3+_{. Hal ini menunjukkan}

bahwa RF memiliki sensitifitas dan

selektivitas yang sangat baik untuk ion

Cr3+ dalam larutan.9

Untuk deteksi Pd2+ menggunakan

kemosensor L (conjugate phospine dan

rhodamine B) yang disintesis dari hasil

rekasi antara rhodamine dan POCl3. Ketika

kemosensor ditambahkan dengan larutan

Pd2+_{, larutan berubah dari tidak berwarna}

menjadi pink-merah yang mengindikasikan

bahwa kemosensor L dapat menjadi

indikator untuk Pd2+. Selain itu, absorbansi

meningkat pada 544 nm ketika ion Pd2+

ditambahkan. Hal ini menandakan bahwa

terbentuk kompleks antara L dan Pd2+ .7

Selain Cr3+ dan Pd2+, Fe3+ dan Cu2+

juga dapat dideteksi dengan menggunakan

kemosensor dengan rhodamine based. 10

Kemosensor yang digunakan adalah

RbTPE (Rhodamine B

Tetraphenylethylene). Adanya ion Fe3+

dalam sampel menyebabkan perubahan

warna dari tidak berwarna menjadi merah

muda sedangan adanya ion Cu2+

menyebabkan perubahan warna dari tidak

berwarna menjadi ungu. Ini menandakan

bahwa RbTPE selektif dan sensitif

terhadap kedua ion logam tersebut.10

Methyl Pyrazinylketone Benzoyl

(15)

Printed : 1693–1424 Online : 2089-9157 Penelitian Liao (2013),

menunjukkan bahwa kemosensor ini

memiliki sensitifitas dan selektifitas yang

tinggi untuk ion Al3+. Penelitian kompetisi

digunakan untuk menguji tingkat

keselektifan terhadap ion Al3+ di dalam

etanol. Untuk tujuan tersebut, MBPH 1

equiv dengan Al3+ dicampurkan dengan 1

equiv ion logam lainnya. Kehadiran Ion

logam Ni2+, Fe3+, Cu2+, Co2+ terdeteksi

rendah tetapi secara total dapat terdeteksi.

Selain ion tersebut, tidak mengganggu

deteksi dari ion Al3+. Hal ini menunjukkan

bahwa MBPH merupakan kemosensor

yang selektif untuk Al3+_{walaupun terdapat}

ion logam lainnya.8

SIMPULAN

Artikel Review ini memperlihatkan

bahwa kemosensor dapat secara selektif

mendeteksi ion logam tertentu. Hal

tersebut dapat terlihat dari peningkatan

intensitas absorbansi atau fluorescence

serta perubahan warna pada saat ion logam

direaksikan dengan kemosensor.

Kemosensor yang memiliki sensitifitas dan

selektifitas yang tinggi adalah

Dimethylaminocinnamaldehyde-aminothiourea (DA) yang dapat

mendeteksi ion Ag2+, Hg2+, dan Cu2+serta

phosphine–rhodamine conjugate untuk

mendeteksi ion Pd2+_{dengan batas deteksi}

pada tingkat ppb (10—9). Selain itu,

kemosensor juga dapat digunakan sebagai

indikatoryang dapat dikembangkan dalam

bentuk test strip yang dapat berubah warna

jika sampel mengandung logam.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih

kepada Ibu Rimadani Pratiwi M.Si., Apt

selaku pembimbing dan Bapak Rizky

Abdulah, PhD., Apt selaku dosen mata

kuliah Metodelogi Penelitian.

KONFLIK KEPENTINGAN

Seluruh penulis menyatakan tidak

terdapat potensi konflik kepentingan

dengan penelitian, kepenulisan

(16)

Printed : 1693–1424 Online : 2089-9157 DAFTAR PUSTAKA

1. Agustina, Titin. Kontaminasi Logam

Berat Pada Makanan dan Dampaknya

Pada Kesehatan. Teknubuga.

2010:2(2) 54.

2. Darmono. Logam Dalam Sistem

Biologi Makhluk Hidup. Jakarta: UI

Press;1995.

3. Putjaatmaka, A. Handayana. Kamus

Kimia. Jakarta: Balai Pustaka;2002.

4. Xin Jiang Feng, Pin Zhan Tian, Zheng

Xu, Shao Fu Chen, and Man Shing

Wong. Fluorescence-Enhanced

Chemosensor for Metal Cation

Detection Based on Pyridine and

Carbazole. The J Org Chem. 2013:78,

11318−11325.

5. Duong Tuan Quang, Nguyen Van

Hop, Nguyen Dinh Luyen, Ha Phuong

Thu, Doan Yen Oanh, Nguyen Khoa

Hien, et al. A new fluorescent

chemosensor for Hg2+ in aqueous

solution. The Journal of Biological

and Chemical Luminescence. 2012:

DOI 10.1002/bio.2368.

6. Nguyen Khoa Hien, Nguyen Chi Bao,

Nguyen Thi Ai Nhung, Nguyen Tien

Trung,Pham Cam Nam, Tran Duong,

et al. A highly sensitive fluorescent

chemosensor for simultaneous

determination of Ag(I), Hg(II), and

Cu(II) ions: Design, synthesis,

characterization and application. Dyes

and Pigments. 2015: 116, 89-96.

7. Songtao Cai,Yan Lu, Song He,

Fangfang Wei, Liancheng Zhao,

Xianshun Zeng. A highly sensitive and

selective turn-on fluorescent

chemosensor for palladium based on a

phosphine–rhodamine conjugate.

Chem. Commun..2013: 49, 822.

8. Zhen-Chuan Liao, Zheng-Yin Yang,

Yong Li, Bao-Dui Wang, Qiao-Xia

Zhou. A simple structure fluorescent

chemosensor for high selectivity and

sensitivity of aluminum ions. Dyes

and Pigments. 2013:97, 124-128.

9. Yanmei Zhou, Junli Zhang, Lin

Zhang, Qingyou Zhang, Tongsen Ma,

(17)

Printed : 1693–1424 Online : 2089-9157 fluorescent enhancement chemosensor

for the detection of Cr3+_{in aqueous}

media. Dyes and Pigments. 2013:97,

148-154.

10. Yang Yang, Chao-Ying Gao, Ning

Zhang, Dewen Dong.

Tetraphenylethene functionalized

rhodamine chemosensor for Fe3+and

Cu2+ions in aqueous media. Sensors

and Actuators B. 2016:222, 741–746.

11. Vinod Kumar Gupta, Ashok Kumar

Singh, Lokesh Kumar Kumawat,

Naveen Mergu. An easily accessible

switch-on optical chemosensor for the

detectionof noxious metal ions Ni(II),

Zn(II), Fe(III) and UO2(II). Sensors

and Actuators B. 2016:222, 468–482.

12. Deblina Sarkar, Ajoy Kumar

Pramanik, Tapan Kumar Mondal.

Benzimidazole based ratiometric and

colourimetric chemosensor for Ni(II).

Spectrochimica Acta Part A:

Molecular and Biomolecular

Spectroscopy. 20016:153, 397–401.

13. Changjun Chen, Haiyang Liu, Bin

Zhang, Yanwei Wang, Kai Cai, Ying

Tan. A simple benzimidazole

quinoline-conjugate fluorescent

chemosensor for highly selective

detection of Ag+. Tetrahedron. 2016: