LINEARITAS DAN LIMIT DETEKSI BIOSENSOR ARSEN DENGAN ELEKTRODE PASTA KARBON TERMODIFIKASI ZEOLIT-Fe ALI AULIA GHOZALI

LINEARITAS DAN LIMIT DETEKSI

BIOSENSOR ARSEN DENGAN ELEKTRODE PASTA

KARBON TERMODIFIKASI ZEOLIT-Fe

ALI AULIA GHOZALI

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2014

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi Linearitas dan Limit Deteksi Biosensor Arsen dengan Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Zeolit-Fe adalah karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.

Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.

Bogor, Juni 2014 Ali Aulia Ghozali NIM G44100007

ABSTRAK

ALI AULIA GHOZALI. Linearitas dan Limit Deteksi Biosensor Arsen dengan Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Zeolit-Fe. Dibimbing oleh DYAH ISWANTINI dan HENNY PURWANINGSIH.

Deteksi arsen dengan biosensor berbasis inhibisi enzim dapat menjadi alternatif metode analisis rutin mutu lingkungan akuatik. Biosensor dibuat dari elektrode pasta karbon yang termodifikasi zeolit-Fe dengan enzim piruvat dehidrogenase (PDH) sebagai agen pengenal hayati yang akan dihambat aktivitasnya oleh arsen. Hasil pengukuran biosensor dibandingkan dengan hasil pengukuran spektroskopi serapan atom (SSA). Linearitas dan nilai limit deteksi kedua metode dibandingkan. Hasil penelitian menunjukkan kinerja optimum biosensor didapat pada pH 7.00, suhu 33 °C, dan konsentrasi PDH 0.0142 U/mL. Linearitas terbaik didapat sebesar 97.70% pada rentang 2.50-20 ppb, sedangkan limit deteksi terbaik didapat sebesar 3.78 ppb. Nilai limit deteksi biosensor tersebut didapat lebih rendah dibandingkan nilai limit deteksi metode SSA sebesar 6.52 ppb. Uji data berpasangan menunjukkan tidak ada perbedaan yang nyata di antara kedua metode selang kepercayaan 95%. Reprodusibilitas fabrikasi biosensor masih rendah, sehingga perlu dilakukan peningkatan kinerja biosensor. Kata kunci: elektrode pasta karbon, zeolit-Fe, biosensor, arsen, linearitas, limit deteksi

ABSTRACT

ALI AULIA GHOZALI. Linearity and Detection Limit of Arsenic Biosensor Fabricated from Carbon Paste Electrode Modified by Zeolite-Fe. Supervised by DYAH ISWANTINI and HENNY PURWANINGSIH.

Detection of arsenic using biosensor based on enzyme inhibition could be a routine alternative analysis method of aquatic environmental quality. Biosensors were fabricated from carbon paste electrode modified by zeolite-Fe with pyruvate dehydrogenase (PDH) enzyme as bioreceptor which was inhibited its activity by arsenic. Measurement results were compared to atomic absorption spectroscopy (AAS) measurement. Linearity and LOD value of both methods were compared. The results showed optimum performance of biosensor was at pH 7.00, 33 °C, and at PDH concentration of 0.0142 U/mL. The best linearity was around 97.70% in range of 2.50-20 ppb, meanwhile the best LOD achieved as low as 3.78 ppb. Biosensor’s LOD was lower compared to AAS value of LOD measured as low as 6.52 ppb. Paired data test showed that there was no significant difference between the two methods at 95% confidence level. Reproducibility of fabricated biosensor was still low, hence it needs to enhance the biosensor performance.

Keywords: carbon paste electrode, zeolite-Fe, biosensor, arsenic, linearity, limit of detection

© Hak Cipta milik IPB, tahun 2014

Hak Cipta dilindungi Undang-Undang

Dilarang mengutip sebagian atau seluruh karya tulis ini tanpa mencantumkan atau menyebutkan sumbernya. Pengutipan hanya untuk kepentingan pendidikan, penelitian, penulisan karya ilmiah, penyusunan laporan, penulisan kritik, atau tinjauan suatu masalah; dan pengutipan tersebut tidak merugikan kepentingan IPB

Dilarang mengumumkan dan memperbanyak sebagian atau seluruh karya tulis ini dalam bentuk apa pun tanpa izin IPB

LINEARITAS DAN LIMIT DETEKSI

BIOSENSOR ARSEN DENGAN ELEKTRODE PASTA

KARBON TERMODIFIKASI ZEOLIT-Fe

ALI AULIA GHOZALI

Skripsi

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains

pada

Departemen Kimia

DEPARTEMEN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR

2014

Judul Skripsi : Linearitas dan Limit Deteksi Pasta Karbon Biosensor

Arsen dengan Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Zeolit-Fe Nama : Ali Aulia Ghozali

NIM : G44100007

Disetujui oleh

Dr Henny Purwaningsih, MSi Pembimbing II

Prof Dr Dyah Iswantini Pradono, MSc Agr Pembimbing I

Diketahui oleh

Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS Ketua Departemen

PRAKATA

P

uji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT, atas berkat dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan laporan ilmiah yang berjudul “Linearitas dan Limit Deteksi Biosensor Arsen dengan Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Zeolit-Fe”. Laporan ilmiah ini penulis susun berdasarkan hasil penelitian yang penulis lakukan di Laboratorium Kimia Fisik dan Laboratorium Bersama, Departemen Kimia IPB.

Penulis mengucapkan terima kasih kepada Prof Dr Dyah Iswantini Pradono, MSc Agr selaku pembimbing pertama, Dr Henny Purwaningsih S, MSi selaku pembimbing kedua, Prof Dr Purwatiningsih Sugita dan Dr Deden Saprudin MSi selaku penguji atas bimbingan, saran, serta kritik konstruktif selama proses penelitian dan penulisan karya ilmiah ini. Penulis mengucapkan terima kasih atas dukungan dari keluarga, segenap rekan, dan pihak terkait atas sokongan moral dan material serta semangat yang selalu diberikan kepada penulis.

Tiada gading yang tak retak, kritik serta saran atas penulisan karya ilmiah sangat penulis harapkan. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi pembaca. Akhir kata penulis ucapkan terima kasih.

Bogor, Juni 2014 Ali Aulia Ghozali

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI xi

DAFTAR GAMBAR xii

DAFTAR LAMPIRAN xii

PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Tujuan Penelitian 2

Waktu dan Tempat Penelitian 2

METODE PENELITIAN 3

Alat dan Bahan 3

Metode 3

Preparasi dan Aktivasi Zeolit Alam 3

Penentuan Nilai Kapasitas Tukar Anion (KTA) Zeolit 3

Preparasi Elektrode Pasta Karbon 4

Pengaruh Komposisi Zeolit-Fe 4

Penentuan Kadar Fe Terjerap 4

Analisis SEM 4

Imobilisasi Enzim Piruvat Dehidrogenase pada Elektrode 5

Pengukuran Elektrokimia 5

Pencirian Elektrode 6

Linearitas 6

Limit Deteksi 6

Uji Data Berpasangan 6

HASIL DAN PEMBAHASAN 7

Preparasi, Aktivasi, Karakterisasi dan Identifikasi Zeolit 7 Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Zeolit-Fe 9

Optimasi Kinerja Biosensor Arsen 11

Biosensor Arsen 13

SIMPULAN DAN SARAN 15

Simpulan 15

Saran 15

DAFTAR PUSTAKA 16

xii

DAFTAR GAMBAR

1 Reaksi dealuminasi zeolit dengan bantuan asam 7

2 Pengamatan visual zeolit 8

3 Hasil payaran SEM 9

4 Profil payaran voltamogram 6 EPK 10

5 Perbandingan profil arus voltamogram EPK dan EPK termodifikasi Fe 10

6 Plot kontur hasil optimasi 11

8 Profil voltamogram biosensor arsen 12

7 Mekanisme reaksi katalitik dan inhibisi enzim PDH 12 9 Kurva hubungan antara penurunan arus puncak terhadap konsentrasi arsen 13

10 Profil linearitas elektrode A, B, dan C 14

11 Kurva standar Fe dengan metode AAS 22

12 Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 10 mg 23 13 Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 15 mg 23 14 Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 20 mg 23 15 Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 25 mg 24 16 Grafik hubungan rerata arus puncak dengan jumlah zeolit-Fe dalam EPK 24 17 Profil arus puncak terhadap siklus pemayaran elektrode a 28 18 Profil arus puncak terhadap siklus pemayaran elektrode b 29 19 Profil arus puncak terhadap siklus pemayaran elektrode c 30

20 Profil linearitas elektrode a, b, dan c 31

21 Profil linearitas pengukuran As dengan AAS 33

DAFTAR LAMPIRAN

1 Diagram Alir Penelitian 19

2 Rancangan percobaan kombinasi 3 parameter dengan metode CCD 20

3 Nilai KTA Zeolit 21

4 Jumlah Fe terdsorpsi dalam zeolit 22

5 Profil hasil pemayaran EPK termodifikasi zeolit-Fe 23 6 Optimasi variabel pH, suhu, dan konsentrasi enzim 25

7 Regresi Response Surface Method 26

8 Data pembacaan arus oksidasi 3 elektrode 27

9 Perhitungan limit deteksi elektrode a, b, dan c 31 10 Perhitungan linearitas dan limit deteksi pengukuran As menggunakan AAS 33 11 Uji data berpasangan hasil pengukuran AAS dan biosensor arsen 35 12 Salinan Lampiran Permenkes No. 492/Menkes/Per/IV/2010 36 13 Salinan Lampiran Kepmen LH No. 51 tahun 2004 37

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Arsen (As) adalah salah satu logam berat yang bersifat kontaminan dalam lingkungan akuatik. Logam ini dalam bentuk persenyawaannya banyak diaplikasikan pada bidang pertanian, medis, industri, furnitur, dan senjata. Keberadaan logam umumnya terdapat secara alami pada batuan beku. Namun, penggunaan senyawaan As secara intensif menyebabkan paparan As pada perairan menjadi cukup tinggi. Logam As memiliki efek toksik . Gejala-gejala yang ditimbulkannya berupa gangguan fungsi hati, sistem pernapasan, sistem endokrin, sistem syaraf, kulit, sistem hemopoitis, dan sistem kardiovaskuler (Widowati et al. 2008). Permenkes 492/Menkes/Per/IV/2010 memberikan batas minimum arsen dalam air minum 0.010 mg/L, sedangkan pada KepmenLH No. 51 tahun 2004 batas kadar arsen pada perairan laut sebesar 0.012 mg/L. Logam arsen bersifat toksik dan mampu memblokir jalur metabolisme tubuh. Oleh karena itu, deteksi keberadaan arsen sangat diperlukan untuk memonitor kualitas air lingkungan.

Untuk mendeteksi keberadaan As dalam sampel diperlukan suatu metode pengukuran yang cepat, akurat, presisi, dan sensitif. Beberapa metode yang dikembangkan antara lain teknik spektrofotometri (Agrawal et al. 1999) dan Carbon Nano Tubes (CNTs) termodifikasi dengan platina (Daud et al. 2012). Metode-metode tersebut memiliki kelemahan sebab membutuhkan keahlian operator yang profesional, kurang portabel, dan waktu analisis yang relatif lama. Pengukuran menggunakan metode elektrokimia dengan elektrode biosensor memiliki potensi untuk dikembangkan dalam analisis pemantauan di lapangan secara rutin (Chaplin dan Bucke 1990).

Biosensor adalah alat deteksi yang memanfaatkan elemen-elemen biologis sebagai agen pengenal analit yang terkoneksi dengan transduser (Eggins 2002). Teknologi biosensor menyediakan kemudahan untuk analisis cepat, selektif, dan sensitif, sehingga dapat digunakan untuk keperluan analisis rutin. Salah satu prinsip teknologi biosensor adalah proses inhibisi aktivitas enzim. Inhibisi aktivitas enzim sebanding dengan konsentrasi substrat kompetitor yang menghalangi kinerja enzim sehingga, prinsip ini dapat digunakan untuk mengukur konsentrasi analit (dalam hal ini berupa polutan logam berat) dalam sampel. Aplikasi prinsip ini telah diterapkan pada pengukuran insektisida, pestisida, dan logam berat dengan biosensor (Souiru et al. 2009; Chauhan dan Pundir 2011; Shang et al. 2011). Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa aplikasi biosensor sebagai metode deteksi logam berat untuk analisis cepat, selektif, dan akurat dapat menjadi alternatif pengembangan metode deteksi logam berat di lingkungan. Dengan demikian, penelitian ini akan diarahkan pada pengembangan metode deteksi dengan perangkat biosensor.

Biosensor dapat dibuat dari berbagai jenis elektrode. Salah satu jenis elektrode yang umum dikembangkan adalah elektrode pasta karbon (EPK). EPK adalah elektrode yang terbuat dari campuran grafit dengan minyak mineral. Elektrode ini sederhana dan menyediakan permukaan yang dapat diperbarui untuk pertukaran elektron. EPK umum dikerjakan pada proses analisis, seperti: voltametri, amperometri, maupun potensiometri. EPK memiliki sifat yang mudah

2

dimodifikasi, mudah dibuat, dan sensitif. Sehingga, banyak penelitian elektroanalisis yang memakai EPK sebagai elektrode kerja (Vytřas et al. 2009). Beberapa penelitian yang menggunakan EPK antara lain: parameter kinetika biosensor antioksidan dengan enzim SOD Deinococcus radiodurans (Trivadila 2011), biosensor kolesterol dengan mediator ferosena (Iswantini et al. 2009), dan sensor katekolamina dengan EPK termodifikasi Cu dan Ag (Sanghavi et al. 2013). Oleh karena itu, EPK digunakan sebagai alternatif elektrode yang ekonomis, cepat dipreparasi, dan mudah dibuat.

Biosensor arsen memiliki prinsip kerja biosensor berbasis inhibisi. Arsen akan menghambat aktivitas katalitik dari reaksi piruvat menjadi asetil-KoA dengan cara mengubah gugus ditiol pada kompleks enzim E2 menjadi bentuk

senyawa kompleks arsen (Voet, Voet 2010). Arsen berperan sebagai inhibitor nonkompetitif dengan menyerang gugus alosterik enzim. Penyerangan ini menyebabkan pengubahan struktur 3 dimensi enzim yang memperlambat kinerja katalitik enzim. Dengan mekanisme lain As menaikkan konsentrasi H2O2 yang

dapat menghambat kinerja PDH (Samikkanu et al. 2003).

Pengembangan elektrode sangat diperlukan untuk menghasilkan biosensor yang stabil dan memiliki kinerja yang baik. Salah satu matriks yang dapat dipakai untuk memodifikasi maupun sebagai tempat imobilisasi enzim adalah zeolit. Balal et al. (2009) memaparkan bahwa modifikasi elektrode menggunakan zeolit dapat meningkatkan respon arus yang dihasilkan. Rocha et al. (2005) menemukan bahwa respon arus dan efisiensi pelekatan enzim tripsin pada zeolit NaY memiliki nilai yang paling baik di antara jenis zeolit sintetis NaX dan NaA. Penggunaan komposit zeolit dapat dilakukan untuk meningkatkan luas permukaan matriks pengimobilisasi, sehingga kapasitas imobilisasi akan meningkat. Diharapkan diperoleh respon arus yang baik dan aktivitas enzim terimobilisasi yang tinggi.

Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan membuat dan mengevaluasi linearitas dan limit deteksi biosensor As dengan enzim piruvat dehidrogenase sebagai agen pengenal hayati dengan zeolit-Fe sebagai matriks pemodifikasi sifat elektrode pasta karbon.

Waktu dan Tempat Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan dari bulan Januari hingga Juni 2014 di Laboratorium Kimia Fisik dan Laboratorium Terpadu Departemen Kimia Institut Pertanian Bogor (IPB).

Hipotesis

Biosensor arsen memiliki limit deteksi yang rendah (1.25-5.00 ppb) sehingga sensitif dalam analisis rutin kadar arsen dalam limbah. Penambahan zeolit-Fe ke dalam biosensor arsen diharapkan dapat meningkatkan respon arus sensor.

METODE PENELITIAN

Metode penelitian mengikuti diagram alir penelitian pada Lampiran 1. Metode penelitian dimulai dari tahap preparasi dan aktivasi zeolit, modifikasi zeolit dengan insersi Fe, karakterisasi zeolit yang digunakan, pembuatan EPK, uji hantar arus, imobilisasi enzim PDH, penentuan kondisi optimum kerja biosensor, dan penentuan limit deteksi serta linearitas.

Alat dan Bahan

Bahan-bahan pro analyst yang digunakan dalam penelitian ini adalah K3[Fe(CN)6] 0.1 mM, HCl (0.2, 3 M), NaOH (0.1 N), indikator fenolftalein,

EDTA 0.1 M, FeCl3·6H2O 0.1 M, enzim PDH dari hati sapi (Sigma Aldrich,

P7032), larutan substrat piruvat, As2O3 1000 ppb, AgNO3 0.1 M, dan larutan

dapar fosfat.

Bahan lainnya antara lain zeolit alam Cikalong, grafit, dan parafin cair. Sedangkan alat-alat yang digunakan selama proses penelitian antara lain kompartemen elektrode, mortar, membran dialisis, nilon, benang paranilon, pipet mikroliter, saringan 100 mesh, gelas piala, kertas minyak, dan seperangkat alat potensiostat/galvanostat eDAQ, AAS Shimadzu P-7000, dan komputer yang telah dipasang program pengolah data Echem v.2.1.0 serta MINITAB 16.

Metode

Preparasi dan Aktivasi Zeolit Alam (modifikasi SNI 13-3494-1994)

Zeolit alam dicuci, digerus, dan diayak dengan ayakan 100 mesh. Hasil ayakan kemudian dipanaskan dalam oven selama 3 jam pada suhu 300 °C. Zeolit lalu diaktivasi dengan cara asam. Sampel zeolit ditimbang sebanyak 100 g dan ditambah larutan 250 mL HCl 3.0 M. Campuran diaduk selama 60 menit disaring dan dibilas akuades hingga pH campuran netral. Zeolit kemudian dikeringkan dalam oven pada suhu 300 °C. Pencucian dihentikan bila tidak terbentuk endapan pada filtrat bila diteteskan AgNO3.

Penentuan Nilai Kapasitas Tukar Anion (KTA) Zeolit (modifikasi SNI 13-3494-1994)

Zeolit 0.5 g ditimbang dan dicampur dalam 100 mL HCl 0.2 M. Campuran kemudian diaduk selama 4 jam. Campuran disaring dan diambil filtratnya. Filtrat sebanyak 10 mL diambil dan ditempatkan dalam labu erlenmeyer. Filtrat lalu dititrasi dengan NaOH 0.1 N menggunakan indikator fenolftalein. Nilai KTA zeolit sebelum, setelah aktivasi, dan setelah insersi Fe dibandingkan. Nilai KTA dihitung berdasarkan rumus berikut:

4

Keterangan:

Vc : volume NaOH pada titrasi contoh (mL) Vb : volume NaOH pada titrasi blangko (mL) m : massa zeolit yang diuji (g)

[NaOH]N : konsentrasi NaOH (N)

Preparasi Elektrode Pasta Karbon

Satu gram zeolit yang telah diaktivasi direndam dalam FeCl3 0.01 M 250

mL dan diaduk selama 48 jam dengan bantuan pengaduk magnetik. Zeolit disaring dan dicuci dengan larutan HCl pH 2 dan air destilasi untuk menghilangkan ion klorida. Elektrode dipersiapkan dengan menggerus grafit dalam mortar. Serbuk grafit termodifikasi 55 mg kemudian dicampur dengan 35 μL parafin cair hingga merata. Zeolit yang telah termodifikasi Fe kemudian dicampurkan bersama grafit lalu ditambahkan dietil eter 2 mL. Campuran kemudian diaduk hingga pelarut menguap (Balal et al. 2009).

Tabung kaca kemudian dimasukkan kawat tembaga berdiameter 3 mm sebagai penghubung elektrode dengan sumber arus listrik. Ruang sepanjang 5 mm disisakan pada ujung tabung sebagai tempat pasta karbon. Pasta karbon termodifikasi kemudian dimasukkan dalam elektrode hingga penuh, padat, dan rata. Kelebihan minyak parafin diserap dengan kertas minyak. Respon elektrode kemudian diamati dalam larutan K3[Fe(SCN)6] 1 mM dengan teknik voltametri

siklik. Kecepatan payaran yang ditetapkan sebesar 100 mVs-1 pada selang potensial 0.0 hingga 1.0 V (modifikasi Taufik 2013).

Pengaruh Komposisi Zeolit-Fe

Pengaruh komposisi zeolit-Fe diamati dengan mengukur arus puncak yang terukur. Zeolit-Fe sebanyak 10, 15, 20, dan 25 mg ditambahkan dalam campuran grafit dan parafin. Respon elektrode diamati dalam larutan K3[Fe(SCN)6] 1 mM

dengan teknik voltametri siklik dengan parameter kecepatan payaran dan selang potensial yang sama. Penambahan komposisi zeolit-Fe dengan respon arus terbaik dipilih sebagai kondisi pengukuran selanjutnya.

Penentuan Kadar Fe Terjerap (modifikasi Balal et al. 2009).

Sebanyak 0.5 g zeolit direndam dan diaduk dalam 50 mL FeCl3 0.01 M

selama 48 jam. Filtrat kemudian dipisahkan dan diencerkan 100 kali. Konsentrasi Fe bebas kemudian diukur menggunakan AAS. Larutan FeCl3 0.01 M tanpa

penambahan zeolit ditetapkan sebagai konsentrasi awal. Selisih pengukuran adalah kadar Fe yang telah terjerap dalam zeolit. Ulangan dilakukan 5 kali.

Analisis SEM

Morfologi zeolit belum teraktivasi, teraktivasi, dan zeolit-Fe diperiksa dengan metode SEM. Ketiga permukaan pori zeolit diperiksa pada perbesaran 2500x dan dibandingkan homogenitas pori-pori zeolit.

Imobilisasi Enzim Piruvat Dehidrogenase pada Elektrode (modifikasi Ikeda et al. 1998)

Larutan enzim PHD dengan konsentrasi tertentu diteteskan pada permukaan elektrode pasta karbon sebanyak 35 μL. Elektrode dibiarkan mengering dengan menguapnya pelarut. Ujung elektrode kemudian ditutup dengan membran dialisis, lalu jaring nilon, dan diikat dengan paranilon. Elektrode direndam dalam larutan dapar fosfat pH 7.4 kemudian dapat digunakan untuk pengukuran aktivitas PHD dengan metode elektrokimia.

Pengukuran Elektrokimia

Pengukuran elektrokimia voltametri siklik dilakukan dengan bantuan seperangkat alat potensiostat/galvanostat eDAQ dan komputer yang telah terpasang program pengolah data Echem v.2.1.0. Elektrode yang digunakan dalam penelitian ini adalah elektrode pasta karbon termodifikasi zeolit-Fe (elektrode kerja), elektrode Ag/AgCl (elektrode referensi), dan elektrode platina (elektrode pembantu). Parameter pengukuran pada program diatur sebagai berikut:

Mode : Cyclic Initial E : 100 mV Final E : 100 mV Rate : 125 mV/s Step W : 20 ms Upper E : 750/1000 mV Lower E : 0 mV Range : 5 V

Dengan metode Response Surface Methodology: Central Composite Design (RSM: CCD) kondisi optimum pengukuran logam arsen ditentukan. Kombinasi-kombinasi yang telah ditentukan dimasukkan ke dalam piranti lunak statistika MINITAB 14. Percobaan kemudian dilakukan sesuai dengan kombinasi yang telah diberikan. Terdapat 3 parameter yang diuji, yaitu: suhu, pH, dan konsentrasi enzim PDH. Perancangan ini digunakan untuk mencari nilai optimum aktivitas enzim PDH setelah diimobilisasi. Berikut di bawah ini adalah tabel perlakuan terkode antara pH dengan temperatur.

Larutan dapar fosfat dengan pH tertentu sebanyak 1.9 mL dan larutan PDH 0.0005 U/mL 100 μL ditambahkan ke dalam sel pengukuran. Puncak arus anode yang diamati ditetapkan sebagai blangko. Selanjutnya ditambahkan substrat piruvat 2.1 mM sebanyak 1 mL dan diukur perubahan arus puncak anode. (modifikasi Trivadilla 2011). Kombinasi rancangan antara pH dan suhu yang diterapkan ditulis pada Lampiran 2. Hasil kombinasi kemudian diplotkan terhadap arus yang dihasilkan membentuk kurva trimatra.

Tabel 1 Perlakuan terkode kondisi optimasi pengukuran

Parameter Perlakuan Terkode

-1.63 -1.00 0.00 1.00 1.63

pH 5.37 6.00 7.00 8.00 8.63

Suhu (°C) 17.0 20.0 25.0 30.0 33.0

6

Pencirian Elektrode

Biosensor yang telah dipersiapkan kemudian dikarakterisasi pada kondisi optimum pengukuran. Parameter karakterisasi yang digunakan adalah: linearitas dan limit deteksi (Nazaruddin 2007). Untuk menguji perbedaan kedua metode pengukuran, digunakan uji data berpasangan (Harvey 2000).

Linearitas (modifikasi Samphao et al. 2012)

Linearitas pengukuran diukur dengan mengukur respon tegangan terhadap logaritma konsentrasi As2O3 Konsentrasi masing-masing yang digunakan adalah:

0.63-30 μg/L sebanyak 1.00 mL. Larutan yang digunakan adalah larutan dapar dengan pH optimum, 1.00 mL piruvat 30 mM dan 100 μL enzim PDH 0.0005 U/mL. Setelah biosensor digunakan, elektrode direndam dalam EDTA 0.1 M selama 2-3 menit. Penurunan puncak arus anode kemudian diamati setelah arsen ditambahkan. Data kemudian diplot dalam kurva dengan sumbu-x adalah logaritma konsentrasi ion arsenit dan respon arus (mA) pada sumbu-y.

Limit Deteksi (Harmita 2004)

Limit deteksi diukur dengan rumus berikut 𝐿𝑖𝑚𝑖𝑡 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑘𝑠𝑖 = 3 × 𝜎analit

𝑏 Keterangan:

σanalit = simpangan baku respon analitik analit

b = kemiringan garis pada persamaan garis linear

Uji Data Berpasangan (Harvey 2000)

Pengukuran biosensor arsen dibandingkan dengan pengukuran AAS (Atomic Absorption Spectroscopy). Konsentrasi As2O3 yang terukur dalam rentang

linearitasnya dibandingkan dengan hasil pengukuran biosensor. Hasil data kemudian diuji secara statistik dengan metode uji data berpasangan pada selang kepercayaan 95%. Rumus yang digunakan:

𝑡 = 𝑑 𝑛 𝜎_𝑑 Keterangan:

t = nilai uji-t

𝑑 = rerata perbedaan nilai dari kedua kelompok data N = jumlah data

HASIL DAN PEMBAHASAN

Preparasi, Aktivasi, Karakterisasi dan Identifikasi Zeolit

Zeolit alam Cikalong yang digunakan masih berbentuk bongkahan berwarna putih sedikit kehijauan dengan beberapa bintik kuning dan hijau. Tekstur zeolit alam Cikalong agak keras namun mudah hancur. Zeolit ini kemudian dibersihkan, dihancurkan dengan bantuan mortar, diayak dan disaring hingga 100 mesh untuk mendapatkan ukuran pori yang lebih seragam. Kandungan mineral zeolit yang dominan terdapat pada zeolit ini adalah modernit dengan sedikit pengotor berupa kuarsa (Wyantuti 2008).

Zeolit alam Cikalong diaktivasi secara kimiawi dan fisis. Aktivasi bertujuan menghilangkan pengotor-pengotor mineral lain yang menyumbat pori-pori zeolit. Hilangnya pengotor menyebaban luas permukaan zeolit bertambah dan memiliki aktivitas adsorpsi yang lebih besar. Selama proses aktivasi zeolit, terjadi proses dealuminasi. Proses ini mengakibatkan Al dan beberapa logam pengotor lainnya keluar dari struktur rangka zeolit. Selama proses dealuminasi, spesi H+(aq) diserang

oleh atom oksigen yang terikat pada kerangka zeolit. Menurut Mutngimaturrohmah et al. (2003) terdapat dua kemungkinan mekanisme pemutusan ikatan, yaitu pemutusan ikatan Si-O dan Al-O. Berdasarkan harga energi disosiasi ikatan, energi ikatan Al-O (116 kkal/mol) lebih rendah daripada energi disosiasi Si-O (190 kkal/mol). Oleh karena itu, ikatan Al-O lebih mudah putus. Mekanisme pemutusan ikatan ditunjukkan pada Gambar 1. Pada proses ini secara visual filtrat cucian perendaman berwarna kuning kehijauan. Warna ini diakibatkan oleh spesi AlCl3 yang terbentuk selama proses dealuminasi. Setelah

proses pencucian secara berulang hingga pH mendekati netral dan anion klorida sisa telah tereliminasi, zeolit teraktivasi secara kimiawi kemudian ditempatkan dalam tanur 300-400 ºC selama 3-4 jam (modifikasi SNI 13-3494-1994). Perlakuan ini bertujuan membebaskan air yang terjerap, sehingga luas permukaan zeolit untuk penjerapan lebih meningkat. Zeolit yang telah dipanaskan dalam tanur kemudian dimodifikasi dengan penambahan ion Fe3+. Hal ini dilakukan dengan prinsip penukaran kation logam pada pori-pori zeolit. Penukaran kation logam pada zeolit tidak mengubah struktur kristal tetrahedron zeolit, melainkan mengubah sifat dan afinitas daya jerap zeolit. (Hanafiah 2005).

Gambar 1 Reaksi dealuminasi zeolit dengan bantuan asam (Weitkamp, Puppe 1999)

8

Preparasi zeolit-Fe dilakukan dengan penjerapan zeolit teraktivasi dalam larutan FeCl3 selama 48 jam (Balal et al. 2009). Larutan FeCl3 sebanyak 50 mL

yang digunakan memiliki konsentrasi 0.01 M. Pengamatan visual menunjukkan zeolit-Fe memiliki warna jingga kekuningan, berbeda dengan zeolit teraktivasi yang memiliki warna putih. Sementara itu, zeolit yang belum teraktivasi berwarna putih dengan intensitas warna yang lebih rendah (Gambar 2). Untuk mengukur kadar Fe dalam zeolit-Fe, filtrat diambil dan kadar Fe bebas diukur dengan AAS. Setelah diberikan perlakuan, kadar zeolit terjerap sebanyak 28.440 mg/g zeolit (Lampiran 4). Jumlah Fe teradsorpsi pada permukaan zeolit sebanding dengan peningkatan kadar Fe pada permukaan zeolit. Dengan metode pembuatan dan analisis yang berbeda Agustina (2012) mendapatkan nilai Fe zeolit Cikalong bertambah sebanyak 4.7813 mg/g. Zeolit-Fe tersebut dibuat dengan penjerapan senyawa Fe(OH)3 dan analisis yang digunakan adalah desorpsi Fe dengan larutan

HNO3 5%.

Nilai KTA zeolit antarperlakuan diukur. Nilai KTA zeolit menandakan afinitas zeolit terhadap anion. Semakin besar nilai KTA, zeolit akan semakin mudah berinteraksi dengan anion (Hanafiah 2005). Hasil pengukuran KTA menunjukkan nilai rerata secara berturut-turut untuk zeolit belum teraktivasi, zeolit teraktivasi, dan zeolit-Fe adalah 8.2527, 11.3295, 16.5995 mek/100 g zeolit. Aktivasi zeolit secara asam mengubah karakter zeolit menjadi lebih positif. Sehingga, nilai KTA zeolit meningkat. Berubahnya karakter zeolit ini disebabkan terlepasnya Alselama proses aktivasi menjadi AlCl3 (Weitkamp, Puppe 1999).

Nilai KTA meningkat 2 kali lipat setelah zeolit diinsersi ion Fe(III). Insersi ion Fe(III) dapat dilakukan karena ion Fe(III) memiliki afinitas terhadap ligan mineral liat yang lebih kuat dibandingkan dengan ion yang bervalensi rendah dan atau ion dengan radius hidrasi yang tinggi (Hanafiah 2005). Karakter zeolit menjadi lebih positif sehingga memudahkan interaksi dengan muatan negatif, seperti gugus elektronegatif pada enzim. Permukaan zeolit yang cenderung positif juga diharapkan akan menguatkan interaksi antara enzim dengan permukaan elektrode. Sehingga, enzim tidak mudah mengalami ablasi dari permukaan elektrode.

Gambar 2 Pengamatan visual zeolit (dari kiri ke kanan): zeolit belum teraktivasi, zeolit teraktivasi HCl 3 M, dan zeolit teraktivasi yang telah termodifikasi FeCl3

Analisis morfologi zeolit dengan SEM menunjukkan rongga-rongga zeolit pada pembesaran 2500 kali (Gambar 3). Rongga pada zeolit yang belum termodifikasi terlihat tidak teratur. Beberapa substansi pengotor masih teramati menutupi pori-pori zeolit. Rongga zeolit semakin banyak dan terbuka pada zeolit teraktivasi asam. Hasil insersi atom Fe pada zeolit menyebabkan rongga semakin banyak dan teratur. Hal ini mengindikasikan luas permukaan zeolit semakin bertambah.

Elektrode Pasta Karbon Termodifikasi Zeolit-Fe

Elektrode pasta karbon (EPK) dibuat dengan komposisi 55 mg grafit dan 35μL parafin. Elektrode yang telah dibuat kemudian dikarakterisasi respon arusnya menggunakan K3[Fe(CN)6] 1mM. Elektrode dengan respon arus yang

konstan dan menunjukkan puncak redoks di 0.4-0.6 V dipilih untuk pengukuran selanjutnya. Dari 30 EPK yang dibuat, hanya ada 6 EPK dengan respon terbaik. Hasil pengujian menunjukkan rerata respon arus dari 6 EPK tersebut sebesar ± 0.0006 mA (Gambar 4). Profil arus EPK terlihat seragam dengan rentang 0.0008-0.0006 mA dengan deviasi arus yang rendah. Hal ini menunjukkan keterulangan fabrikasi elektrode rendah namun memiliki presisi yang tinggi.

Gambar 3 Hasil payaran SEM perbesaran 2500×: (a) zeolit belumteraktivasi, (b) zeolit teraktivasi HCl 3 M, (c) zeolit-Fe.

(a) (b)

10

Modifikasi EPK dilakukan dengan menambahkan zeolit-Fe ke dalam campuran EPK. Bobot zeolit-Fe yang ditambahkan sebesar 10-25 mg. Profil elektrode setiap penambahan zeolit-Fe ditunjukkan pada Lampiran 5. Semakin banyak zeolit yang ditambahkan, bentuk voltamogram menunjukkan arus oksidasi yang semakin meningkat. Akan tetapi, penambahan zeolit-Fe di atas 15 mg tidak menghasilkan keterulangan arus puncak yang seragam, bahkan cenderung menurun. Balal (2009) menjelaskan bahwa penambahan zeolit-Fe yang lebih tinggi mengurangi konduktivitas permukaan elektrode. Dengan demikian, zeolit-Fe yang ditambahkan ke dalam EPK sebanyak 15 mg.

Hasil pengukuran menunjukkan terjadi peningkatan arus (Gambar 5). Peningkatan arus yang terukur sebesar 3-5 kali pada EPK termodifikasi zeolit-Fe 15 mg (Lampiran 5). Hasil ini sesuai dengan penelitian Balal et al. (2009) yang menunjukkan penambahan nanozeolit termodifikasi Fe 15 mg pada EPK akan meningkatkan respon arus yang dihasilkan meningkat sebesar 3-10 kali. Potensial arus oksidasi bergeser menuju potensial 0.3-0.5V. Hal ini menunjukkan penambahan zeolit-Fe menimbulkan efek elektrokatalisis dengan pergeseran potensial semakin negatif pada proses redoks sampel selama proses pemayaran (Bae et al. 2000).

Gambar 4 Profil payaran voltamogram 6 EPK yang berbeda tanpa penambahan zeolit-Fe (E1, E2, E3, E4, E5, E6). 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 -0,004 -0,003 -0,002 -0,001 0,000 0,001 Arus (mA) Tegangan (V) E1 E2 E3 E4 E5 E6

Gambar 5 Perbandingan profil arus voltamogram EPK dan EPK termodifikasi Fe 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 -0,08 -0,06 -0,04 -0,02 0,00 0,02 0,04 0,06 Arus (mA) Tegangan (V) E1 E2 E3 E4 E5 E6 E1zeolitFe E2zeolitFe E3zeolitFe E4zeolitFe E5zeolitFe E6zeolitFe

Optimasi Kinerja Biosensor Arsen

Biosensor arsen dibuat dengan penambahan enzim piruvat dehidrogenase (PDH) terimobilisasi pada permukaan elektrode. Imobilisasi enzim bertujuan meningkatkan stabilitas enzim selama proses enzimatik berlangsung (Eggins 2002). Sebelum menambahkan arsen dalam sampel, dibutuhkan optimasi kinerja biosensor. Bagian enzim terimobilisasi dimasukkan ke dalam larutan dapar fosfat dengan pH optimum kinerja enzim PDH pada pH 7.4 menurut spesifikasi produk enzim. Kondisi optimum kinerja biosensor (pH, suhu, dan konsentrasi enzim) dicari dengan metode Respon Surface Methodology: Central Composite Design.

Hasil optimasi menunjukkan EPK zeolit-Fe memiliki kondisi optimum pada pH 7.00, suhu 33 °C, dan konsentrasi enzim 0.0142 U/mL (Gambar 6). Kondisi pH optimum yang diperoleh relatif sedikit bergeser dari pH optimum kinerja enzim antara 7.00-8.00 dalam keadaan bebas (Pawelczyk, Olson 1992). Pergeseran ini terjadi akibat perubahan lingkungan ionik di permukaan elektrode yang terimobilisasi enzim. Permukaan elektrode yang positif menarik anion ke permukaan untuk menetralkan muatan. Akibatnya, muatan negatif cenderung berkumpul di dekat enzim yang terimobilisasi dan mengubah pH optimum enzim menjadi lebih basa. Hal sebaliknya terjadi bila tempat imobilisasi enzim cenderung bersifat negatif (Bergamasco 2000).

[PDH] p H 0.0225 0.0200 0.0175 0.0150 0.0125 0.0100 0.0075 0.0050 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 A (mA) -0.005 - 0.000 0.000 - 0.005 0.005 - 0.010 0.010 - 0.015 0.015 - 0.020 < > 0.020 -0.010 -0.010 - -0.005 Contour Plot of A (mA) vs pH, [PDH]

Suhu p H 32 30 28 26 24 22 20 18 8.5 8.0 7.5 7.0 6.5 6.0 5.5 A (mA) -0.005 - 0.000 0.000 - 0.005 0.005 - 0.010 0.010 - 0.015 0.015 - 0.020 < > 0.020 -0.010 -0.010 - -0.005 Contour Plot of A (mA) vs pH, Suhu

Suhu [P D H ] 32 30 28 26 24 22 20 18 0.0225 0.0200 0.0175 0.0150 0.0125 0.0100 0.0075 0.0050 A (mA) -0.005 - 0.000 0.000 - 0.005 0.005 - 0.010 0.010 - 0.015 0.015 - 0.020 < > 0.020 -0.010 -0.010 - -0.005 Contour Plot of A (mA) vs [PDH], Suhu

Gambar 6 Gambar plot kontur hasil optimasi variabel pH, suhu, dan konsentrasi PDH: (a) pH terhadap [PDH], (b) pH terhadap suhu, (c) [PDH] terhadap suhu.

(b) (a)

12

Gambar 8 Profil voltamogram biosensor arsen (a)

(b)

Gambar 7 (a) Mekanisme reaksi katalitik enzim PDH dengan substrat piruvat (Voet, Voet 2010)

(b) Mekanisme inhibisi arsen pada enzim PDH (Diwan 2007)

-0,6 -0,4 -0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 -0,25 -0,20 -0,15 -0,10 -0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 Arus (mA) Tegangan (V) blangko piruvat 2.5ppbAs 5ppbAs 10ppbAs 15ppbAs 20ppbAs

Akan tetapi, sifat permukaan diduga tidak banyak terpengaruh oleh keberadaan zeolit. Hal ini ditunjukkan oleh nilai pH optimum enzim terimobilisasi tidak meningkat dan masih berada pada rentang optimum kinerja enzim. Pengukuran karakterisasi biosensor arsen dengan enzim PDH lalu disesuaikan pada kondisi optimum yang telah diperoleh.

Hasil pengolahan data ANOVA regresi linear model CCD pada tingkat kepercayaan 95% menunjukkan model kurva memiliki lengkungan kurva (p=0.213). Model kurva yang dibangun diketahui juga belum memenuhi syarat untuk dibuat kontur 3 dimensinya (p=0.221). Hal ini ditandai dengan interaksi antarvariabel tidak berpengaruh secara nyata (p=0.440) terhadap arus yang dihasilkan dan masih timbulnya kurvatur pada model. Hanya pH yang memiliki pengaruh signifikan terhadap arus yang dihasilkan (p=0.023). Keadaan ini menunjukkan model RSM yang dibangun masih linear (p=0.213) dan belum bersifat kuadratik (p=0.066) Hal ini disebabkan oleh komponen pengenal hayati berupa enzim yang rentan terhadap perubahan kondisi pH lingkungan. Perubahan pH lingkungan dapat mengubah kondisi geometri 3 dimensi enzim sehingga menurunkan aktivitas katalitiknya (Eggins 2002).

Biosensor Arsen

Biosensor arsen bekerja dengan mendeteksi terjadinya penurunan arus akibat keberadaan arsen dalam sampel. Aktivitas enzim PDH terhalangi oleh keberadaan arsen (Gambar 7). Arsen menghalangi proses redoks enzim dengan cara berikatan dengan gugus ditiol visinal pada enzim, sehingga aktivitas katalitiknya mengalami penurunan (Samikkanu et al. 2003). Penurunan aktivitas ini dapat terdeteksi dengan melihat penurunan arus oksidasi antara pengukuran sampel dengan As dan tanpa As. Bereaksinya substrat piruvat dengan enzim PDH akan menghasilkan puncak arus oksidasi. Adanya arsen menyebabkan penurunan arus puncak Gambar 9 Kurva hubungan antara penurunan arus puncak terhadap

konsentrasi arsen 0 200 400 600 800 1000 0 10 20 30 40 50 60 P en u ru n an A ru s (1 0 -4m A ) [As] (ppb) 1 2 3

14

oksidasi pada potensial 0.0-0.2 V (Gambar 8). Profil penurunan arus puncak terhadap peningkatan konsentrasi arsen ditunjukkan pada Gambar 9.

Pengukuran senyawa arsen dilakukan pada rentang 0.63-30 ppb. Pengukuran pada rentang ini bertujuan mengetahui linearitas dan limit deteksi biosensor arsen yang dibuat. Selain itu, linearitas arus, limit deteksi, dan limit kuantisasi biosensor dibandingkan dengan linearitas hasil pengukuran AAS. Hasil pengukuran pada 3 elektrode yang berbeda dengan ulangan 1 kali menunjukkan linearitas terbaik berada pada rentang penambahan arsen antara 2.50-20 ppb (Gambar 10). Dari 3 hasil pengukuran elektrode hanya elektrode B dan C yang memberikan profil arus yang serupa. Elektrode A memberikan respon arus yang jauh lebih besar namun tidak konstan pada rentang 0.63-2.50 ppb.

Hasil payaran voltamogram ini menunjukkan keterulangan fabrikasi elektrode masih rendah. Akibatnya, linearitas dan limit deteksi ketiga elektrode berbeda-beda. Hal ini disebabkan arus yang dihasilkan berbeda antara elektrode satu dengan yang lainnya. Perbedaan ini dapat terjadi akibat dari kesalahan acak proses fabrikasi elektrode atau proses imobilisasi yang kurang homogen (Švancara et al. 2009).

Elektrode b menunjukkan koefisien determinasi dan limit deteksi terbaik secara berturut-turut sebesar 97.70% dan 3.78 ppb. Berdasarkan perhitungan nilai limit deteksi biosensor dengan linearitas terbaik ini masih tinggi sebesar 3.78 ppb (Lampiran 8). Namun, nilai limit deteksi elektrode B masih lebih rendah daripada limit deteksi metode AAS (Lampiran 9). Limit deteksi masing-masing elektrode masih belum seragam, sehingga nilai limit deteksi biosensor arsen yang telah dibuat diperkirakan berada pada rentang 2-16 ppb.

Bila hasil pengukuran biosensor ini dibandingkan dengan beberapa penelitian tentang deteksi As, metode biosensor berpotensi memberikan nilai limit deteksi relatif rendah. Sarkar et al. (2011) dengan perangkat field test kit dapat mendeteksi As hingga 10 ppb. Sementara itu, Tahir et al. (2008) dengan metode spektrofotometi dapat mendeteksi As hingga konsentrasi 1 ppb. Siddiki et al. (2011) dengan metode biosensor GFP memiliki nilai limit deteksi sebesar 5 ppb As. Limit deteksi yang rendah sangat diperlukan karena nilai ambang batas

Gambar 10 Profil linearitas elektrode A, B, dan C

yb= 1,343x + 140,6 R² = 0,977 yc= 2,724x + 204,9 R² = 0,69 ya= 21,20x + 401,7 R² = 0,699 80 240 400 560 720 880 1040 0 5 10 15 20 25 P en u ru n an A ru s (m A 1 0 -4) [As] (ppb) b c a

konsentrasi senyawaan arsenik yang diperbolehkan dalam regulasi antara 10-15 ppb.

Pengujian data berpasangan data masing-masing elektrode dengan hasil pengukuran AAS pada tingkat kepercayaan 95% dan konsentrasi arsen yang sama (Lampiran 10). Hasil uji menunjukkan kedua data memberikan hasil pengukuran yang tidak berbeda nyata pada hasil pengukuran biosensor terhadap hasil pengukuran AAS. Hal ini menunjukkan metode pengukuran arsen dengan biosensor berpotensi dapat sebagai alternatif metode pengukuran selain AAS pada rentang konsentrasi As yang rendah. Akan tetapi, mengingat nilai limit deteksi yang belum seragam antarelektrode akibat keterulangan imobilisasi enzim yang rendah dan rentang linearitas yang sempit (2.50-20 ppb) membuat metode pengukuran ini masih sulit untuk diaplikasikan.

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Penelitian menunjukkan penggunaan zeolit-Fe sebagai material pemodifikasi EPK mampu meningkatkan arus sebesar 3-7 kali. Jumlah zeolit-Fe yang dapat memberikan profil arus seragam dan maksimum diketahui sebesar 15 mg. Dengan kondisi jumlah zeolit optimum kinerja biosensor diketahui memiliki kondisi optimum saat pH larutan, suhu, dan konsentrasi enzim PDH sebesar 7.00, 33 °C, dan 0.0142 U/mL. Nilai limit deteksi dari tiga biosensor masih berbeda satu sama lain, sehingga reprodisibilitas fabrikasi biosensor masih rendah. Linearitas terbaik pengukuran As dengan biosensor berada pada rentang 2.50-20 ppb. Nilai limit deteksi terbaik dari 3 biosensor didapatkan sebesar 3.78 ppb. Nilai ini lebih rendah dibanding limit deteksi pengukuran AAS, namun masih tinggi untuk mendeteksi konsentrasi As di bawah 10 ppb. Rentang linearitas yang sempit dan limit deteksi yang relatif tinggi membuat analisis dengan biosensor As ini masih sulit.

Saran

Penelitian mengenai stabilitas termodinamik dan selektivitas biosensor diperlukan untuk menambah informasi karakteristik biosensor As berbasis EPK zeolit-Fe dengan enzim PDH sebagai agen pengenal hayati. Titik optimasi kinerja optimum dengan parameter suhu, pH, dan konsentrasi PDH perlu dievaluasi. Rentang linearitas di bawah 2.50 ppb perlu diteliti untuk mendapatkan nilai limit deteksi yang lebih rendah dan rentang linearitas yang lebih lebar. Keterulangan fabrikasi biosensor perlu ditingkatkan dengan penambahan zat pengimobilisasi yang lebih baik. Sifat inhibisi arsen dapat diteliti lebih lanjut dengan parameter Km dan Vmaks enzim pada kondisi optimum pengukuran biosensor.

16

DAFTAR PUSTAKA

[BSN] Badan Standardisasi Nasional. 1994. SNI 13-3494-1994: Mineral zeolit, Pengukuran kapasitas pertukaran kation, Jakarta (ID).

Agrawal O, Sunita G, Gupta VK. 1999. A sensitive colorimetric method for the determination of arsenic in environmental and biological samples. J. Chin. Chem. Soc. 46(4): 641-645.

Bae ZU, Park YC, Lee JH, Chang HY, Lee SH. 2000. Electrocatalytic properties of a modified electrode with an asymmetric nickel(II)-tetraaza(14)annulene complex. Bull. Korean Chem. Soc. 21(7):749-751

Balal M, Mohammad H, Bahareh B, Ali B, Maryam H, Mozhgan Z. 2009. Zeolite nanoparticle modified carbon paste electrode as a biosensor for simultanous determination of dopamine and tryptophan. J. Chin. Chem. Soc. 56(4): 789-796.

Bergamasco R, Basseti FJ, de Moraes FF, Zanin GM. 2000. Characterization of free and immobilized invertase regarding activity and energy of activation. Braz. J. Chem. Eng. 17:4-7 http://dx.doi.erg/10.1590/S0104-66322000000400051

Chaplin MF, Bucke C. 1990. Enzyme Technology. Cambridge (GB): Cambridge University Press.

Chauhan N, Pundir CS. 2011. An amperometric biosensor based on acetylcholinesterase immobilized onto iron oxide nanoparticles/multi-walled carbon nanotubes modified gold electrode for measurement of organophosphorus insecticides Analytica Chimica Acta 701: 66-74

Daud N, Yusof NA, Tee TW, Abdullah AH. 2012. Electrochemical sensor for As (III) utilizing CNTs/leucine/nafion modified electrode. Int. J. Electrochem. 7(2012):175-185.

Diwan JJ. 2007. Pyruvate Dehydrogenase & Krebs Cycle. [terhubung berkala].

http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb1/part2/krebs.htm#l ocaliz (19 Juli 2014)

Eggins BR. 2002. Chemical Sensors and Biosensors. New Jersey (US): John Wiley & Sons Inc.

Hanafiah KA. 2005. Dasar-Dasar Ilmu Tanah. Jakarta (ID): PT RajaGrafindo Persada

Harmita. 2004. Petunjuk pelaksanaan validasi metode dan cara perhitungannya. Majalah Ilmu Kefarmasian 1(3): 117-135

Harvey D. 2000. Modern Analytical Chemistry. Boston (US): Mc Graw Hill Co. Ikeda et al. 1998. Electrochemical monitoring of in vivo reconstruction of glucose

dehydrogenase in Escherichia coli cells with externally added pyrroloquinoline. J. Electroanal. Chem. 449:219-224.

Iswantini D, Saprudin D, Kibtiah. 2009. Penggunaan Metode Voltametri dalam Biosensor Kolesterol dengan Ferosen sebagai Mediator, Jurnal Biofisika. Mutngimaturrohmah, Gunawan, Khabibi. 2003. Aplikasi zeolit alam

terdealuminasi dan termodifikasi HDTMA sebagai adsorben fenol. [skripsi]. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Diponegoro: Semarang.

Nazaruddin. 2007. Biosensor urea berbasis biopolimer khitin sebagai matriks imobilisasi. Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan 6(1): 41-44.

Powalczyk T , Olson MS. 1992. Regulation of pyruvate dehydrogenase kinase activity from pig kidney cortex. Biochem. J. (288):369-373

Rocha C, Cristina MR, Gonçalves MP, Teixeira JA. 2005.Spent-grains and zeolites as potential carriers for trypsin immobilization. Prosiding. International Chemical Engineering Conference, Departamento de Engenharia Quimica da Universidade de Coimbra. http://hdl.handle.net/1822/3518

Samikkannu T, Chen C-H, Yih L-H. 2003. Reactive oxygen species are involved in arsenic trioxide inhibition of pyruvate dehydrogenase activity. Chemical Research in Toxicology 16(3):409-414.

Samphao A, Rerkchai H, Jitcharoen J, Nacaricha D, Kalcher K. 2012. Indirect determination of mercury by inhibition of glucose oxidase immobilized on a carbon paste electrode. Int. J. Electrochem. Sci. 7(2012): 1001-1010

Sanghavi BJ, Mobin SM, Mathur P, Lahiri GK, Srivastava AK. 2013. Biomimetic sensor for certain catecholamines employing copper(II) complex and silver nanoparticle modified glassy carbon paste electrode. Biosensors and Bioelectronics 39(1):124-132.

Sarkar B, Solaiman AHM, Das AK, Chowdhury DA. 2011. Comparative analysis of arsenic detection in water by field test kit and AAS method. JES 2(1):38-41

Shang Z, Xu Y, Gu Y, Wang Y, Wei D, Zhan L. 2011. A Rapid Detection of Pesticide Residue Based on Piezoelectric Biosensor Procedia Engineering 15: 4480-4485

Siddiki MSR, Kawakami Y, Ueda S, Maeda I. 2011. Solid phase biosensors for arsenic or cadmium composed of a trans factor and cis element complex. Sensors (11):10063-10073 doi:10.3390/s111110063

Souiru M, Gammoudi I, Ouada HB, Mora L, Jouenne T, Jaffrezic-Renault N, Dejous C, Othmane A, Duncan AC. 2009. Escherichia coli-functionalized magnetic nanobeads as an ultrasensitive biosensor for heavymetals. Procedia Chemistry . 1: 1027–1030

Švancara I, Vytřas K, Kalcher K, Walcarius A, Wang J. 2009. Carbon paste electrodes in factsnumbers, and notes: a review on the occasion of the 50-years jubilee of carbon paste in electrochemistry and electroanalysis. Electroanalysis (21): 7-28 doi:10.1002/elan.200804340

Tahir MA, Rasheed H, Malala A. 2008. Method development for arsenic analysis by modification in spectrophotometric technique. Drink. Water Eng. Sci. Discuss (1):135-154

Taufik M. 2013. Analisis Cu(II) pada bawang dayak (Eleutherine palmifolia (L.) Merr.) menggunakan elektrode pasta karbon termodifikasi kuersetin. Skripsi. Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Bogor.

Trivadilla. 2011. Biosensor antioksidan menggunakan superoksida dismutase Deinococcus radiodurans yang diimobilisasi pada permukaan elektrode pasta karbon dan parameter kinetikanya [tesis]. Sekolah Pascasarjana,Institut Pertanian Bogor. Bogor.

Voet D, Voet JG. 2011. Biochemistry 4th Edition. New Jersey (US): John Willey Inc.

18

Vytřas K, Švancara I, Metelka R. 2009. Carbon paste electrodes in electroanalytical chemistry. J. Serb. Chem. Soc. 74(10): 1021-1033.

Weitkamp J, Puppe L. 1999. Catalysis and Zeolites: Fundamentals and Applications. Berlin (DE): Spinger-Verlag

Widowati W, Sastiono A, Jusuf R. 2008. Efek Toksik Logam. Yogyakarta (ID): Penerbit Andi.

Wyantuti S.2008. Karakterisasi zeolit alam asal Cikalong Tasikmalaya. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Padjajaran. Bandung.

LAMPIRAN

Lampiran 1 Diagram Alir Penelitian

Zeolit

Aktivasi

Zeolit teraktivasi Grafit + Parafin

Zeolit termodifikasi Fe3+ FeCl3 0.01 M 250 mL Imobilisasi enzim PHD Biosensor Konsentrasi tertentu Uji RSM: CCD Kondisi optimum Validasi ECP

ECP Uji hantar

arus

 Limit deteksi  Linearitas

 Uji Data Berpasangan

Campuran grafit+parafin yang telah halus 100

20

Lampiran 2 Rancangan percobaan kombinasi 3 parameter dengan metode CCD

No. pH Suhu (°C) [LDH] (U/mL)

1 6.00 20 0.0085 2 6.00 20 0.0198 3 6.00 30 0.0085 4 6.00 30 0.0198 5 8.00 20 0.0085 6 8.00 20 0.0198 7 8.00 30 0.0085 8 8.00 30 0.0198 9 7.00 25 0.0142 10 7.00 25 0.0142 11 7.00 25 0.0142 12 7.00 25 0.0142 13 7.00 25 0.0142 14 7.00 25 0.0142 15 7.00 17 0.0142 16 7.00 25 0.0050 17 7.00 25 0.0234 18 7.00 33 0.0142 19 8.63 25 0.0142 20 5.37 25 0.0142

Lampiran 3 Nilai KTA Zeolit

Tabel 2 Standardisasi NaOH 0.1 N oleh asam oksalat 0.1 N 5 mL

Ulangan Volume titran (mL) [NaOH]N

Awal Akhir Terpakai

1 0.50 6.20 5.70 0.0877

2 6.20 11.97 5.77 0.0867

3 11.97 17.50 5.78 0.0870

Rerata 0.0870

Indikator : fenolftalein

Perubahan warna : tak berwarna – merah muda Massa asam oksalat : 0.6300 g

[Asam oksalat] = (0.6300 g/ 63 gmol-1) / (0.1 L) = 0.1000 N

[NaOH] = (VAsam oksalat/Vtitran) x NAsam oksalat

= (5.00 mL/5.70 mL) x 0.1001 N = 0.0877 N

Rerata [NaOH] = (0.0877+0.0867+0.0870)N/3 = 0.0870 N

Tabel 2 Data titrasi nilai KTA filtrat zeolit dengan NaOH 0.0870 N

Sampel Ulangan

Volume titran (mL) KTA

(mek/100 g)

Awal Akhir Terpakai

Blangko 19.80 29.30 9.50 Zeolit belum teraktivasi 1 17.97 27.83 9.86 6.2328 2 27.83 37.87 10.04 9.3493 3 37.87 47.90 10.03 9.1761 Rerata 8.2527 Zeolit teraktivasi 1 31.40 41.50 10.10 10.4046 2 10.67 20.87 10.20 12.1387 3 20.87 31.03 10.16 11.4451 Rerata 11.3295 Zeolit-Fe 1 0.03 10.60 10.57 18.5660 2 10.60 20.97 10.37 15.0957 3 20.97 31.40 10.43 16.1368 Rerata 16.5995 𝐾𝑇𝐴 = 𝑉𝑐− 𝑉𝑏 𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑁 𝑚 × 100 = 9.86 − 9.50 𝑚𝐿 0.0870 𝑁 0.5025 𝑔 × 100 = 6.2328 𝑚𝑒𝑘 100 𝑔

22

Lampiran 4 Jumlah Fe terdsorpsi dalam zeolit

Tabel 3 Kurva standar Fe AAS

No Konsentrasi (ppm) Absorbans 1 0.4000 0.0402 2 1.0000 0.0646 3 2.0000 0.1055 4 4.0000 0.1861 5 8.0000 0.3433

Persamaan garis linear y = 0.0251 + 0.0399x R2 = 0.9999

Keterangan: y = absorbans

x = konsentrasi Fe (ppm)

Tabel 4 Data adsorpsi Fe ke dalam zeolit (FeCl3 0.01 M 50 mL)

No Perlakuan Massa Zeolit Absorbans (fp 100x) [Fe]bebas (ppm) [Fe]teradsorpsi (ppm) Massa Fe terjerap (mg/g) 1 Fe 0.01 M - 0.2616 592.73 - - 2 Ulangan 1 0.5005 0.1434 296.49 296.24 28.624 3 Ulangan 2 0.5004 0.1489 310.28 282.45 28.246 4 Ulangan 3 0.5014 0.1465 304.26 288.47 28.848 5 Ulangan 4 0.5012 0.1504 314.04 278.69 27.869 6 Ulangan 5 0.5012 0.1464 304.01 288.72 28.872 Rerata 28.440 Contoh perhitungan:

1. [Fe]bebas = (Asampel-a)/b x fp = (0.1434-0.0251)/0.0399 x 100 = 296.49 ppm

2. [Fe]terjerap = [Fe 0.01 M]ppm – [Fe]sampel

= (592.73 – 296.49) ppm = 296.24 ppm

3. Massa Fe terjerap = [Fe]terjerap x Vsampel = 296.24 ppm x 50 mL = 14.812 mg

4. Massa Fe terjerap/g zeolit = 14.812 mg/0.5005 g = 28.364 mg/g 5. Rerata massa Fe terjerap/g zeolit = 1₅ 5_𝑖=1[𝐹𝑒]_𝑖 = 28.440 𝑚𝑔/𝑔

Gambar 11 Kurva standar Fe dengan metode AAS y = 0.0399x + 0.0251 R² = 0.9999 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0 5 10 A b o rb an s [Fe] (ppm)

Lampiran 5 Profil hasil pemayaran EPK termodifikasi zeolit-Fe dengan K3[Fe(CN)6] 1mM dalam KCl 0.1 M

Gambar 12 Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 10 mg

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 -0,004 -0,003 -0,002 -0,001 0,000 0,001 0,002 0,003 Arus (mA) Tegangan (V) blangko E2 E11 E14 E15 E17 E20 E23 E25

Gambar 13 Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 15 mg

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 -0,008 -0,007 -0,006 -0,005 -0,004 -0,003 -0,002 -0,001 0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 0,005 Arus (mA) Tegangan (V) blangko E3 E6 E8 E9 E10 E14

Gambar 14 Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 20 mg

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 -0,006 -0,005 -0,004 -0,003 -0,002 -0,001 0,000 0,001 0,002 0,003 0,004 Arus (mA) Tegangan (V) blangko E2 E3 E6 E8 E10 E11

24



Tabel 5 Data rerata arus oksidasi maksimum Arus oksidasi ulangan ke-* (mA) Zeolit-Fe (mg) 10 15 20 25 1 0.0017 0.00300 0.0017 0.0017 2 0.0020 0.00350 0.0027 0.0010 3 0.0015 0.00300 0.0022 0.0018 4 0.0018 0.00270 0.0018 0.0009 5 0.0020 0.00240 0.0026 6 0.0017 0.00210 0.0017 7 0.0022 0.0031 8 0.0019 Rerata 0.0019 0.0028 0.0023 0.0014 Standar deviasi 0.0002 0.0005 0.0006 0.0005

*data yang diambil berdasarkan profil voltamogram terbaik

Gambar 15 Profil voltamogram EPK termodifikasi zeolit-Fe 25 mg

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 -0,004 -0,003 -0,002 -0,001 0,000 0,001 0,002 Arus (mA) Tegangan (V) blangko E1 E2 E3 E5

Gambar 16 Grafik hubungan rerata arus puncak dengan jumlah zeolit-Fe dalam EPK

0,0000 0,0005 0,0010 0,0015 0,0020 0,0025 0,0030 0,0035 10 15 20 25 R e ra ta A ru s (m A ) zeolit-Fe (mg)

Tabel 6 Perbandingan peningkatan arus puncak oksidasi (mA) antara EPK dan EPK termodifikasi Fe No EPK EPK+zeolit-Fe 15 mg 1 0.00060 0.00300 2 0.00040 0.00350 3 0.00080 0.00300 4 0.00080 0.00270 5 0.00040 0.00240 6 0.00070 0.00210 Rerata 0.00062 0.00280 Standar deviasi 0.00018 0.00050

Lampiran 6 Optimasi variabel pH, suhu, dan konsentrasi enzim

Tabel 7 Hasil optimasi variariael pH, suhu, dan konsentrasi enzim

No. pH Suhu

(°C)

[LDH] (U/mL)

Arus (mA)

Blanko Sampel Analit

1 6.00 20 0.0085 0.0298 0.0185 -0.0113 2 6.00 20 0.0198 0.0204 0.0182 -0.0022 3 6.00 30 0.0085 0.0174 0.0126 -0.0048 4 6.00 30 0.0198 0.0166 0.0171 0.0005 5 8.00 20 0.0085 0.0217 0.0204 -0.0013 6 8.00 20 0.0198 0.0226 0.0145 -0.0081 7 8.00 30 0.0085 0.0213 0.0225 0.0012 8 8.00 30 0.0198 0.0510 0.0410 -0.0100 9 7.00 25 0.0142 0.0078 0.0150 0.0072 10 7.00 25 0.0142 0.0127 0.0124 -0.0003 11 7.00 25 0.0142 0.0121 0.0211 0.0090 12 7.00 25 0.0142 0.0083 0.0117 0.0034 13 7.00 25 0.0142 0.0121 0.0265 0.0144 14 7.00 25 0.0142 0.0235 0.0239 0.0004 15 7.00 17 0.0142 0.0201 0.0178 -0.0023 16 7.00 25 0.0050 0.0408 0.0444 0.0036 17 7.00 25 0.0234 0.0088 0.0096 0.0008 18 7.00 33 0.0142 0.0217 0.0442 0.0225 19 8.63 25 0.0142 0.0139 0.0177 0.0038 20 5.37 25 0.0142 0.0277 0.0199 -0.0078

Arus analit = Arus sampel – Arus blanko = 0.0265 mA – 0.0121 mA = 0.0144 mA

26

Lampiran 7 Regresi Response Surface Method

Response Surface Regression: A (mA) versus pH, Suhu, [PDH] The analysis was done using uncoded units.

Estimated Regression Coefficients for A (mA)

Tabel 8 Perhitungan ANOVA Response Surface Method: Central Composite Design (Minitab 14)

Term Coef SE Coef T P

Constant -0.3946 0.1517 -2.601 0.026 pH 0.0826 0.0308 2.684 0.023 Suhu 0.0030 0.0054 0.554 0.592 [PDH] 8.5615 4.2021 2.037 0.069 pH*pH -0.0047 0.0020 -2.404 0.037 Suhu*Suhu -0.0000 0.0001 -0.060 0.954 [PDH]*[PDH] -97.9643 61.2948 -1.598 0.141 pH*Suhu -0.0002 0.0005 -0.429 0.677 pH*[PDH] -0.7146 0.4430 -1.613 0.138 Suhu*[PDH] -0.0355 0.0886 -0.400 0.697 S = 0.007080 R-Sq = 60.3% R-Sq(adj) = 24.6%

Analysis of Variance for A (mA)

Tabel 9 Perhitungan ANOVA model RSM yang dibangun

Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F P

Regression 9 0.000762 0.000085 0.000762 1.69 0.213 Linear 3 0.000220 0.000498 0.000166 3.31 0.066 Square 3 0.000395 0.000395 0.000132 2.63 0.108 Interaction 3 0.000148 0.000148 0.000049 0.98 0.440 Residual Error 10 0.000501 0.000501 0.000050 Lack of Fit 5 0.000342 0.000342 0.000068 2.14 0.211 Pure Error 5 0.000160 0.000160 0.000032 Total 19 0.001264

Unusual Observations for A (mA)

Obs StdOrder A (mA) Fit SE Fit Residual St Resid 18 18 0.023 0.012 0.005 0.010 2.32 R

Lampiran 8 Data pembacaan arus oksidasi 3 elektrode

Tabel 10 Data pembacaan arus oksidasi elektrode a (dalam 10-4 mA)

Siklus ke- Blangko Piruvat 35 mM [As] (ppb) 2.50 5.00 10.00 15.00 20.00 1 221 805 711 823 760 836 469 2 302 990 804 889 840 859 519 3 310 1209 882 916 898 869 547 4 313 1387 942 929 949 873 582 5 315 1484 983 929 988 869 605 6 318 1522 1020 918 1019 866 615 7 318 1524 1043 903 1036 859 614 8 319 1511 1052 884 1052 772 609 9 365 1487 1058 862 1064 825 602 10 418 1451 1058 840 1068 726 596 11 442 1416 1052 818 1067 697 590 12 462 1370 1042 792 936 700 581 13 477 1333 954 773 932 687 572 14 492 1293 931 754 910 702 561 15 506 1254 905 732 889 703 552 Rerata arus puncak maksimum 415 1519 1046 919 1051 848 609 Keterangan:

28

Gambar 17 Profil arus puncak terhadap siklus pemayaran elektrode a Tabel 11 Data pembacaan arus oksidasi elektrode b (dalam 10-4 mA)

Siklus ke- Blangko Piruvat 35 mM [As] (ppb) 2.50 5.00 10.00 15.00 20.00 1 193 330 315 225 251 235 227 2 202 348 278 224 242 228 220 3 206 354 251 220 228 219 208 4 212 354 229 218 218 209 197 5 213 346 214 216 211 200 193 6 210 348 205 211 200 193 186 7 209 340 193 209 194 187 184 8 197 332 188 206 186 183 179 9 190 322 185 205 179 177 176 10 181 315 181 201 175 171 171 11 170 302 176 194 172 170 167 12 161 296 176 185 167 167 167 13 162 285 172 180 163 164 165 14 159 278 170 175 161 162 164 15 159 265 168 170 157 158 163 Rerata 176 350 207 203 194 188 184

Keterangan: Data yang diambil untuk perhitungan rerata arus tercetak tebal pada tabel. 0 500 1000 1500 2000 0 10 20 A ru s (1 0^ -4 m A ) Siklus ke-blangko piruvat 2.50 ppb As 5.00 ppb As 10.00 ppb As 15.00 ppb As 20.00 ppb As

Gambar 18 Profil arus puncak terhadap siklus pemayaran elektrode b Tabel 12 Data pembacaan arus oksidasi elektrode c

Siklus ke- Blangko Piruvat 35 mM [As] (ppb) 2.50 5.00 10.00 15.00 20.00 1 75 292 163 126 129 144 161 2 91 335 195 147 133 145 148 3 89 358 196 152 138 148 147 4 90 384 208 153 142 150 123 5 91 397 197 156 146 152 146 6 91 401 225 164 141 146 141 7 92 419 213 167 138 172 137 8 91 415 205 168 146 151 134 9 92 403 205 170 141 151 135 10 89 394 196 170 143 146 129 11 92 391 192 168 142 140 127 12 91 386 185 172 146 143 132 13 88 376 182 169 143 143 128 14 92 376 181 170 150 145 124 15 90 367 182 167 147 143 128 Rerata 90 390 195 161 142 148 136

Keterangan: Data yang diambil untuk perhitungan rerata arus tercetak tebal pada tabel. 150 200 250 300 350 400 0 10 20 A ru s (1 0 ^-4 m A ) Siklus ke-blangko piruvat 2.50 ppb As 5.00 ppb As 10.00 ppb As 15.00 ppb As 20.00 ppb As

30

Gambar 19 Profil arus puncak terhadap siklus pemayaran elektrode c

0 100 200 300 400 500 0 10 20 A ru s (1 0^ -4 m A ) Siklus ke-blangko piruvat 2.50 ppb As 5.00 ppb As 10.00 ppb As 15.00 ppb As 20.00 ppb As

Lampiran 9 Perhitungan limit deteksi elektrode a, b, dan c

Tabel 13 Data penurunan arus oksidasi terhadap konsentrasi As

[As] (ppb) 2.50 5.00 10.00 15.00 20.00 Penurunan Arus pada Elektrode (10-4 mA) a 473 600 468 671 910 b 143 147 156 162 166 c 195 229 248 242 254 Contoh Perhitungan: 1. I = Isampel – Iblangko = (195-90) 10-4 mA = 105x10-4 mA

2. Ipenurunan arus = Ipiruvat-blangko – Isampel-blangko = (300-105) 10-4 mA = 195x10-4 mA

Gambar 20 Profil linearitas elektrode a, b, dan c Tabel 14 Perhitungan kuadrat rerata selisih arus elektrode a, b, dan c

Arus (10-4 mA) Elektrode [As] (ppb) 2.50 5.00 10.00 15.00 20.00 y a 473 600 468 671 910 b 143 147 156 162 166 c 195 229 248 242 254 yi ai 454.70 507.70 613.70 719.70 825.70 bi 143.96 147.32 154.03 160.75 167.46 ci 211.71 218.52 232.14 245.76 259.38 (yi-y) (ai-a) -18.30 -92.30 145.70 48.70 -84.30 (bi-b) 0.96 0.31 -1.97 -1.26 1.46 (ci-c) 16.71 -10.48 -15.86 3.76 5.38 (yi-y)2 (ai-a)2 334.89 8519.29 21228.49 2371.69 7106.49 (bi-b)2 0.92 0.10 3.88 1.58 2.13 (ci-c)2 279.22 109.83 251.54 14.14 28.94 yb= 1,343x + 140,6 R² = 0,977 yc= 2,724x + 204,9 R² = 0,69 ya= 21,20x + 401,7 R² = 0,699 80 240 400 560 720 880 1040 0 5 10 15 20 25 P e n u ru n an A ru s (m A 1 0^ -4) [As] (ppb) b c a

32

Keterangan: n = 5; a= nilai arus terukur pada elektrode a; ai = nilai arus menurut persamaan garis

linear pada elektrode a.

Tabel 15 Perhitungan nilai limit deteksi biosensor arsen Elektrode 𝒚𝒊− 𝒚 𝟐 𝝈𝟐₌ 𝒚𝒊− 𝒚 𝟐 𝒏 − 𝟐 𝝈 = 𝒚_𝒊− 𝒚 𝟐 𝒏 − 𝟐 LOD (ppb) a 39560.85 13186.95 114.83 16.25 b 8.60 2.87 1.69 3.78 c 683.68 227.89 15.10 16.63 Contoh perhitungan: 1. yi = 21.20x10-4 mA + 401.7(2.50 ppb)10-4 mA/ppb = 454.70x10-4 mA 2. (yi-y) = (454.70-473) 10-4 mA = -18.30x10-4 mA 3. (yi-y)2 = (-18.30)2 10-8 mA2 = 334.89x10-8 mA2 4. Σ(yi-y)2 = (334.89+...+7106.49) 10-8 mA2 = 39560.85x10-8 mA2 5. σ2 = 1/(n-2) (Σ(yi-y)2)= 39560.85 10-8 mA2/(5-2) = 13186.95x10-8 mA2 6. σ = (σ2)0.5 = 114.83x10-4 mA 7. 𝐿𝑂𝐷 = _{𝑔𝑟𝑎𝑑𝑖𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑎𝑚𝑎𝑎𝑛 𝑔𝑎𝑟𝑖𝑠}3 𝜎 = 3 ×114 .83 ∙ 10 −4 _𝑚𝐴 21.20 ∙ 10−4 _{𝑚𝐴 𝑝𝑝𝑏} = 16.25 𝑝𝑝𝑏 Catatan:

Lampiran 10 Perhitungan linearitas dan limit deteksi pengukuran As menggunakan AAS

Gambar 21 Profil linearitas pengukuran As dengan AAS Tabel 16 Perhitungan kuadrat selisih rerata pengukuran arsen dengan AAS

Absorbans Ulangan [As] (ppb) 2.50 5.00 10.00 15.00 20.00 y 1 0.0011 0.0019 0.0058 0.0152 0.0176 2 0.0018 0.0027 0.0077 0.0152 0.0164 3 0.0019 0.0033 0.0047 0.0145 0.0157 yi 1i -0.0001 0.0024 0.0074 0.0124 0.0174 2i 0.0013 0.0035 0.0080 0.0125 0.0170 3i 0.0012 0.0034 0.0079 0.0124 0.0169 (yi-y) (1i-1) -0.0012 0.0005 0.0016 -0.0028 -0.0002 (2i-2) -0.0006 0.0008 0.0003 -0.0027 0.0006 (3i-3) -0.0008 0.0001 0.0032 -0.0021 0.0012 (yi-y)2 (1i-1)2 1.4× 10-6 2.5× 10-7 2.6× 10-6 7.8× 10-6 4.0× 10-8 (2i-2)2 3.0× 10-7 6.4× 10-7 9.0× 10-8 7.3× 10-6 3.6× 10-7 (3i-3)2 5.6× 10-7 1.0× 10-8 1.0× 10-5 4.4× 10-6 1.4× 10-6

Keterangan: n = 5; 1= nilai arus terukur pada ulangan ke-1; 1i = nilai arus menurut persamaan

garis linear pada ulangan ke-1. y1= 0,0010x - 0,0026 R² = 0,9532 y2= 0,0009x - 0,0010 R² = 0,9571 y3= 0,0009x - 0,0011 R² = 0,9071 -0,005 1E-17 0,005 0,01 0,015 0,02 0 5 10 15 20 25 A b so rb an s [As](ppb) ulangan 1 ulangan 2 ulangan 3

34

Tabel 17 Perhitungan nilai limit deteksi dan pengukuran arsen dengan AAS Ulangan 𝒚𝒊− 𝒚 𝟐 𝝈_𝟐= 𝒚𝒊− 𝒚 𝟐 𝒏 − 𝟐 𝝈 = 𝒚𝒊− 𝒚 𝟐 𝒏 − 𝟐 LOD (ppb) 1 1.2×10-5 4.0×10-6 0.0020 6.03 2 8.7×10-6 2.9×10-6 0.0017 5.67 3 1.7×10-5 5.6×10-6 0.0024 7.86 Rerata 6.52 Contoh perhitungan: 1. yi = -0.0010 + 0.0009(2.50 ppb)/ppb = -0.0001 2. (yi-y) = (-0.0001-0.0011) = -0.0012 3. (yi-y)2 = (-0.0012)2 = 1.4×10-6 4. Σ(yi-y)2 = (1.4+...+4.0) 10-6 = 1.2×10-5 5. σ2 = 1/(n-2) (Σ(yi-y)2)= 1.2×10-5 /(5-2) = 4.0×10-6 6. σ = (σ2)0.5 = 0.0020 7. 𝐿𝑂𝐷 = _{𝑔𝑟𝑎𝑑𝑖𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑎𝑚𝑎𝑎𝑛 𝑔𝑎𝑟𝑖𝑠}3 𝜎 = 3 ×0.0020 0.0010 𝑝𝑝𝑏 = 6.03 𝑝𝑝𝑏