1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan air menjadi suatu hal yang penting yang tidak dapat digantikan oleh senyawa lainnya, terutama bagi tubuh manusia. Hampir 70% tubuh manusia mengandung air, total rata-rata kebutuhan air setiap orang per hari berkisar antara 50% - 70% dari berat tubuh (Sawka dkk, 2015). Salah satu permasalahan yang sering terjadi adalah adanya air yang tercemar. Pencemaran air menjadi permasalahan yang tidak dapat diacuhkan dan membutuhkan perhatian khusus dalam penanganannya. Berbagai jenis senyawa yang mencemari air dapat berdampak bagi lingkungan dan mempengaruhi kualitas air. Selain itu, adanya senyawa logam berat terkandung di dalam air akan berdampak terhadap kesehatan jika terkomsumsi oleh manusia. Salah satu jenis logam berat yang paling umum dan sering terkandung di dalam air adalah Timbal (II) Nitrat atau PbNO3. Logam ini dapat mengakibatkan gangguan kesehatan serius dalam tubuh, yaitu mempengaruhi sistem saraf, hematopoietik, endokrin, ginjal, dan reproduksi dan toksisitasnya tetap menjadi masalah kesehatan (Choubey dkk, 2015). Sangat penting untuk mengetahui adanya kandungan PbNO3 dalam air sebagai langkah awal dalam pencegahan mengkonsumsi air berbahaya.
Pada umumnya, deteksi logam PbNO3 dapat dilakukan di laboratorium dengan menggunakan alat, yaitu Spektrofotometri Serapan Atom atau biasa disingkat SSA (Firmansyah dkk, 2012). Hasil yang didapatkan oleh alat ini juga baik, membutuhkan waktu yang lama dan terkadang kurang sensitif dalam menentukan unsur logam berat. Selain itu, metode ini kurang efektif untuk pengukuran langsung ditempat. Metode lainnya yang biasa dipakai adalah sistem potensiometri, yang dapat dilakukan secara langsung pada lokasi pencemaran air yang ingin dideteksi (Novitasari dkk, 2016). Kelebihannya adalah waktu yang singkat karena melakukan deteksi langsung di lokasi, tetapi kesalahan hasil pengukuran yang sering terjadi karena adanya interferensi dari unsur lainnya.
Oleh karena itu, apabila proses deteksi dapat dilakukan secara langsung dan
2
tingkat kesalahan deteksi rendah akan memberikan kemudahan dalam mendeteksi logam berat dalam air.
Emas dan perak merupakan salah satu material yang biasa digunakan sebagai material penyusun dalam sensor. Namun, kedua material ini memiliki kemampuan daya serap logam berat yang lemah, sehingga material grafit dan jelaga dapat digunakan sebagai material alternatif untuk membantu meningkatkan kemampuan deteksi ion PbNO3 dengan biaya produksi yang lebih rendah. Grafit merupakan salah satu karbon yang dapat menghantarkan listrik, adanya penambahan jelaga dilakukan untuk memperluas permukaan partikel yang akan berpengaruh pada daya serap lapisan (Mirski, 2011; Artadi dkk, 2007;
Selvanantharajah dkk, 2019). Pencampuran dua material ini memungkinkan untuk menghasilkan suatu lapisan tipis yang memiliki konduktivitas listrik dan kemampuan daya serap ion PbNO3 yang bagus. Namun, penggunaan dua material ini membutuhkan suatu penguat karena karakteristik grafit dan jelaga yang halus, rapuh, dan tidak mudah dibentuk, sehingga polimer ditambahkan sebagai penguat lapisan. Pada penelitian ini, pendeteksian ion PbNO3 menggunakan sensor resistif berbasis material grafit dan jelaga dengan melakukan variasi komposisi dua material tersebut untuk melihat perbandingan morfologi lapisan dan konduktivitas listrik yang dihasilkan.
Metode yang digunakan dalam pembuatan lapisan tipis dari grafit dan jelaga adalah spin coating, yaitu metode deposisi yang menggunakan putaran dengan kecepatan tinggi. Metode ini digunakan karena dapat mengatur kecepatan sehingga ketebalan permukaan yang dihasilkan lebih seragam (Tyona, 2013).
Keseragaman morfologi lapisan dapat berpengaruh terhadap respon kemampuan daya serap atau pengikatan ion PbNO3 oleh sensor resistif. Semakin homogen lapisan, maka semakin banyak pula ikatan yang akan terjadi pada sensor (Novitasari dkk, 2015). Pengaplikasian lapisan tipis pada substrat inilah yang dimanfaatkan sebagai sensor untuk melakukan adsorpsi terhadap ion PbNO3
sehingga dapat mengalami perubahan resistansi dan konduktivitas listriknya. Oleh karena itu, perlu untuk mengetahui respon lapisan tipis yang dihasilkan terhadap sifat kelistrikannya berdasarkan perbedaan komposisi grafit dan jelaga.
3 Karakterisasi lapisan yang dilakukan adalah pencitraan morfologi lapisan dan pengujian sifat kelistrikan. Pencitraan morfologi lapisan tipis merupakan salah satu cara untuk mengetahui bagaimana strukur lapisan yang terbentuk dari suatu sampel berdasarkan perlakuan/treatment yang berbeda. Pada penelitian ini, morfologi lapisan yang terbentuk pada komposisi kandungan grafit dan jelaga tertentu, dapat digunakan untuk mengetahui bagaimana susunan dan kerapatan partikel yang terjadi pada lapisan. Hal ini akan berpengaruh pada tingkat penyerapan yang dapat dilakukan sensor resistif terhadap ion PbNO3. Setiap lapisan dengan material penyusun tertentu akan menghasilkan morfologi tertentu yang berbeda-beda tergantung metode pembuatan dan unsur penyusunnya.
Pengujian sifat kelistrikan lapisan tipis dilakukan dengan melihat nilai resistivitas yang dihasilkan setiap sampel dengan komposisi material yang berbeda.
Pencitraan morfologi lapisan dilakukan dengan menggunakan mikroskop optik dan pengujian tingkat konduktivitas listrik dilakukan untuk mengetahui sifat kelistrikan sampel dengan menggunakan metode four point probe. Penggunaan sensor resistif ini dapat memudahkan dalam proses pendeteksian PbNO3 secara langsung dan cepat di lokasi pencemaran, sehingga diperlukan penelitian lebih lanjut bagaimana kinerja yang dihasilkan oleh sensor berbasis grafit dan jelaga terhadap morfologi dan konduktivitasnya.
1.2 Perumusan Masalah
Adapun rumusan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Bagaimana morfologi komposit jelaga dan grafit yang disintesis dengan metode spin coating?
2. Bagaimana pengaruh komposisi jelaga dan grafit terhadap konduktivitas listrik pada sensor resistif?
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Mengetahui morfologi komposit jelaga dan grafit yang disintesis dengan metode spin coating.
4
2. Menganalisis pengaruh komposisi jelaga dan grafit terhadap konduktivitas listrik pada sensor resistif.
1.4 Batasan Masalah
1. Data yang digunakan pada penelitian ini merupakan data sekunder.
2. Metode deposisi lapisan tipis yang dilakukan yaitu spin coating.
3. Analisis morfologi lapisan tipis sensor dilakukan secara kualitatif berdasarkan pencitraan mikroskop optik.
4. Logam berat yang dideteksi adalah PbNO3.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut.
1. Menjadi solusi alternatif lain sensor resistif dengan berbasis grafit dan jelaga.
2. Memberikan informasi mengenai pengaruh komposisi jelaga dan grafit terhadap konduktivitas listrik dan morfologi pada sensor resistif.
5 1.6 Kerangka Pemikiran Penelitian
Berikut ini merupakan kerangka acuan pemikiran penelitian tugas akhir.
Gambar 1. 1 Kerangka penelitian
Chemical Vapor Deposition (Annadhasan dkk, 2014)Low absorption abilitySilver (Alim dkk, 2017)
Thickness can be controlled (Firmansyah dkk, 2012)Low data processing
Arsenic (As) (Nath, 2015)
Lowest concentration detection ability
(Ferdaus dkk, 2014)
Simple and easy technique (Dawood dkk, 2014)
Low transmittance (Zhuo dkk, 2014) Sensor
(Agumba dkk, 2011) Resistivity Sensor
Deposition Material CharacterizationDetection Method
Flourescence
Morphology Electrical Conductivity
Gold (Waremra dkk,
Atomic Absorption Spectrophotometry
Spray Pyrolisis Spin Coating
Grafit, Jelaga Targets are often undetectable (Chang dkk, 2019)
Type of Heavy Mercury Lead Nitrate (N) Low cost and faster data (Rahayu dkk, Digunakan pada penelitian
6
Halaman ini sengaja dikosongkan
