i

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

iii

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

i

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

iii

© 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

xi

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

Tanggal Lulus :

xiii

PRAKATA

Puji 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

xi

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

LAMPIRAN 19

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

1

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.

3

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:

𝐾𝑇𝐴 𝑚𝑒𝑘

100 𝑔 =

𝑉𝑐 − 𝑉𝑏 𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑁𝑚

× 100

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.

5

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

[PDH] U/mL 0.0050 0.0085 0.0142 0.0198 0.0234

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

𝜎𝑑

Keterangan:

t = nilai uji-t

𝑑 = rerata perbedaan nilai dari kedua kelompok data

N = jumlah data

σd = standar deviasi perbedaan nilai kedua kelompok data

7

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 Al selama 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

9

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)

(c)

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

11

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]

pH

0.02250.02000.01750.01500.01250.01000.00750.0050

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

pH

3230282624222018

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

[PD

H]

3230282624222018

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)

(c)

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

Aru

s (

mA

)

Tegangan (V)

blangko

piruvat

2.5ppbAs

5ppbAs

10ppbAs

15ppbAs

20ppbAs

13

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 60Pe

nu

run

an A

rus

(10

-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 + 140,6R² = 0,977

yc = 2,724x + 204,9R² = 0,69

ya = 21,20x + 401,7R² = 0,699

80

240

400

560

720

880

1040

0 5 10 15 20 25

Pe

nu

run

an A

rus

(mA

10

-4)

[As] (ppb)

b

c

a

15

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.

17

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.

19

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

mesh

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

21

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 = 1

5 [𝐹𝑒]𝑖 = 28.440 𝑚𝑔/𝑔5

𝑖=1

Gambar 11 Kurva standar Fe dengan metode

AAS

y = 0.0399x + 0.0251R² = 0.9999

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0 5 10

Ab

orb

ans

[Fe] (ppm)

23

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

Aru

s (m

A)

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

0,002Ar

us (m

A)

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

Re

rata

Aru

s (m

A)

zeolit-Fe (mg)

25

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

R denotes an observation with a large standardized residual.

27

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:

Data yang diambil untuk perhitungan rerata arus tercetak tebal pada tabel.

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

Aru

s (1

0^-4

mA

)

Siklus ke-

blangko

piruvat

2.50 ppb As

5.00 ppb As

10.00 ppb As

15.00 ppb As

20.00 ppb As

29

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

Aru

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

Aru

s (1

0^-4

mA

)

Siklus ke-

blangko

piruvat

2.50 ppb As

5.00 ppb As

10.00 ppb As

15.00 ppb As

20.00 ppb As

31

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 + 140,6R² = 0,977

yc = 2,724x + 204,9R² = 0,69

ya = 21,20x + 401,7R² = 0,699

80

240

400

560

720

880

1040

0 5 10 15 20 25

Pen

uru

nan

Aru

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 =

𝒚𝒊 − 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 mA

2 = 334.89x10

-8 mA

2

4. Σ(yi-y)2 = (334.89+...+7106.49) 10

-8 mA

2 = 39560.85x10

-8 mA

2

5. σ2 = 1/(n-2) (Σ(yi-y)

2)= 39560.85 10

-8 mA

2/(5-2) = 13186.95x10

-8 mA

2

6. σ = (σ2)

0.5 = 114.83x10

-4 mA

7. 𝐿𝑂𝐷 = 3 𝜎

𝑔𝑟𝑎𝑑𝑖𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑎𝑚𝑎𝑎𝑛 𝑔𝑎𝑟𝑖𝑠=

3 ×114 .83 ∙ 10−4 𝑚𝐴

21.20 ∙ 10−4 𝑚𝐴𝑝𝑝𝑏

= 16.25 𝑝𝑝𝑏

Catatan:

LOD terkecil didapat pada linearitas terbaik.

33

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 - 0,0026R² = 0,9532

y2 = 0,0009x - 0,0010R² = 0,9571

y3 = 0,0009x - 0,0011R² = 0,9071

-0,005

1E-17

0,005

0,01

0,015

0,02

0 5 10 15 20 25

Ab

sorb

ans

[As](ppb)

ulangan 1

ulangan 2

ulangan 3

34

Tabel 17 Perhitungan nilai limit deteksi dan pengukuran arsen dengan AAS

Ulangan 𝒚𝒊 − 𝒚 𝟐 𝝈𝟐 =

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 = 3 𝜎

𝑔𝑟𝑎𝑑𝑖𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑟𝑠𝑎𝑚𝑎𝑎𝑛 𝑔𝑎𝑟𝑖𝑠=

3 ×0.0020

0.0010𝑝𝑝𝑏

= 6.03 𝑝𝑝𝑏

35

Lampiran 11 Uji data berpasangan hasil pengukuran AAS dan biosensor

arsen

Tabel 18 Perhitungan uji data berpasangan antara metode AAS dengan biosensor

Sampel

As

(ppb)

AAS*

(ppb)

Biosensor

a (ppb)

Biosensor

b (ppb)

Biosensor

c (ppb)

d1

(ppb)

d2

(ppb)

d3

(ppb)

2.5 3.11 3.36 1.79 -4.35 0.25 -1.32 -7.46

5 4.11 9.35 4.77 10.60 5.24 0.66 6.49

10 9.67 3.13 11.47 18.95 -6.54 1.80 9.29

15 18.00 12.70 15.39 16.31 -5.30 -2.61 -1.69

20 19.33 23.98 18.91 21.59 4.64 -0.42 2.26

Rerata -0.34 -0.38 1.78

Standar Deviasi 5.46 1.71 6.64

T-student 0.1392 0.4696 0.5994

H0 Terima Terima Terima

*data yang dipakai ulangan ke-2 pengukuran AAS

Contoh perhitungan:

1. [As]AAS = (A-y0’)/b’ = (0.0018-(-0.0010))/0.0009 = 3.11 ppb

2. [As]biosensor = (Isampel-y0)/b = (143-140.6) 10-4

mA/1.343×(10-4

mA/ppb)

= 1.79 ppb

3. d = [As]biosensor – [As]AAS = (1.79-3.11) ppb = -1.32 ppb

4. 𝑥 𝑑 = 1

𝑛 𝑑𝑖 =

1

5 −1.32 + ⋯ + −0.42 𝑝𝑝𝑏𝑛

𝑖=1 = −0.38 𝑝𝑝𝑏

5. 𝜎 = 𝑥 −𝑥𝑖

2𝑛𝑖=1

𝑛−1=

−0.38− −1.32 2

+ …+ −0.38− −0.42 2

5−1 𝑝𝑝𝑏 = 1.71 𝑝𝑝𝑏

Hipotesis uji:

H0 = Tidak terdapat perbedaan hasil yang signifikan antara pengukuran

menggunakan metode AAS dan biosensor tipe-n.

H1 = Terdapat perbedaan hasil yang signifikan menggunakan metode AAS dan

biosensor tipe-n.

(α = 0.05; Nilai uji-t (n=5; α=0.05) =2.776)

Uji data berpasangan:

𝑡 = 𝑑 𝑛

𝜎=

−0.38 × 5

1.71= 0.4969

T-hitung < T-referensi, maka, H0 diterima

(tidak cukup bukti untuk menolak H0)

Simpulan:

Tidak terdapat perbedaan hasil yang signifikan antara pengukuran menggunakan

metode AAS dan elektrode biosensor b pada taraf nyata 0.05.

36

Lampiran 12 Salinan Lampiran Permenkes No. 492/Menkes/Per/IV/2010

37

Lampiran 13 Salinan Lampiran Kepmen LH No. 51 tahun 2004

38

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Denpasar 25 Maret 1992 dari pasangan Iwan

Baharudin dan Suyati. Penulis merupakan anak ketiga dari tiga bersaudara.

Penulis menempuh pendidikan di SMA Negeri 4 Denpasar hingga tahun 2010 dan

pada tahun yang sama diterima melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB

(USMI) di Departemen Kimia IPB.

Selama aktif di perkuliahan penulis bergabung ke dalam berbagai

kepanitiaan dan dalam organisasi BEM FMIPA IPB sebagai staf Divisi Sosial

Lingkungan (2012-2013). Selain itu, penulis juga aktif sebagai asisten

laboratorium di Tingkat Persiapan Bersama (2011 dan 2012 semester gasal).

asisten laboratorium Kimia Dasar Tingkat Persiapan Bersama (2013 semester

gasal dan genap. 2014 semester genap). dan asisten mata kuliah PKF (2013

semester gasal. 2014 semester genap). Penulis juga pernah mengikuti perlombaan

tingkat nasional seperti. Olimpiade Sains Tingkat Nasional bidang Kimia (2012

dan 2013) dan Olimpiade Sains Teknik tingkat Nasional (2013) sebagai peserta.

Selama masa aktif penulis pernah mendapatkan beasiswa dari Marga

Jaya (2013) dan mendapatkan beberapa penghargaan. Penghargaan yang penulis

terima antara lain: Mahasiswa Berprestasi Tingkat Persiapan Bersama (2011) dan

finalis Tanoto Students Research Awards dalam presentasi beregu (2013) dengan

judul penelitian “Analisis Potensi dan Kondisi Optimum Tanaman Mata Lele

(Lemna sp.) sebagai Absorben Logam Berat Cr dan Pb”. Kegiatan Praktik

Lapangan diikuti penulis di Balai Penelitian Tanah Bogor dan menulis laporan

yang berjudul “Korelasi Kandungan Fosforus Tersedia. Aluminium Dapat Tukar.

dan Kapasitas Tukar Kation terhadap Kesuburan Tanah” (2013). Penulis juga

berpartisipasi dalam acara Kavli Frontiers of Science Symposia ke-4 yang

diadakan di Medan oleh National Academy of Sciences. 19-27 Juni 2014.