Perpustakaan Digital ITB

Deteksi selektif hidrokarbon aromatik terklorinasi (chlorinated aromatic hydrocarbons/CAHs) dalam sampel lingkungan tetap menjadi tantangan besar akibat interferensi matriks yang kompleks. Disertasi ini menyajikan pengembangan sebuah sensor surface-enhanced Raman spectroscopy/SERS yang mengintegrasikan film emas mesopori (mAu) dengan lapisan selektif metal-organic framework/MOF UiO-66-I untuk mendeteksi CAHs secara sangat sensitif dan selektif. Substrat plasmonik dibentuk melalui elektrodeposisi prekursor emas (HAuCl?) bersama misel blok kopolimer polystyrene-block-poly(ethylene oxide) (PS18,000-b-PEO7,500) pada elektroda Au/Si. Analisis statistik spasial terhadap morfologi film menggunakan pair-correlation function, g(r), dan number variance, ?2(R) mengungkap bahwa susunan pori-pori pada film mAu bersifat hiperuniform tipe III yang tak-teratur (disordered hyperuniform). Sistem ini menampilkan korelasi jarak-jauh yang meningkatkan kopling cahaya datang dengan plasmon permukaan, sementara ketakteraturan jarak-dekat menghasilkan lokalisasi medan elektromagnetik (EM) yang intens, yang dikenal sebagai "hotspot". Simulasi elektromagnetik dan analisis distribusi Weibull mengonfirmasi bahwa morfologi hiperuniform ini menempati "zona Goldilocks", menghasilkan kerapatan hotspot yang tinggi dan reproduksibilitas yang lebih baik dibandingkan susunan acak (random non-overlapping/RNO) maupun yang teratur sempurna (square array/SQ). Fungsi selektifitas dicapai dengan melapisi film mAu menggunakan MOF UiO-66-I yang mengandung ligan tereftalat dan 2-iodotereftalat melalui metode vapor-assisted conversion/VAC. Lapisan MOF ini memainkan peran ganda yang krusial: 1. Perekrutan molekul target secara selektif: Gugus iodin pada ligan MOF membentuk ikatan halogen (HaB) yang reversibel dan spesifik dengan atom klorin pada CAHs. Hal ini memungkinkan perekrutan dan pelekatan molekul target (seperti 1,4-diklorobenzena/DCB dan 4-klorobifenil/BiCl) dari lingkungan yang kompleks langsung ke dalam hotspot SERS, sekaligus menolak interferen umum seperti protein (BSA), hidrokarbon aromatik polisiklik (polycyclic aromatic hydrocarbons/PAHs), dan ion-ion anorganik. 2. Peningkatan kopling cahaya: Lapisan UiO-66-I memiliki indeks refraksi yang relatif tinggi (n ~ 1.468 pada ? = 785 nm). Lapisan ini berfungsi sebagai lapisan pemerangkap optik yang meningkatkan kopling cahaya dengan struktur mAu di bawahnya, mengurangi reflektansi secara signifikan (~82% dibandingkan film Au datar). Simulasi EM lebih lanjut menunjukkan bahwa lapisan MOF dengan ketebalan optimal memfasilitasi pembentukan vorteks energi (aliran vektor Poynting) yang mengangkat dan memusatkan medan EM ke dalam lapisan MOF, tepat di lokasi molekul target teradsorpsi. Ketebalan lapisan MOF (tMOF) dioptimasi secara eksperimental dan teoretis. Hasil menunjukkan bahwa lapisan dengan ketebalan 77 nm menghasilkan sinyal SERS tertinggi, memberikan peningkatan intensitas 6 kali lipat dibandingkan film mAu yang tidak dilapisi. Sensor hibrida mAu@UiO-66-I ini menunjukkan kinerja deteksi yang luar biasa dengan performa: • Sensitifitas tinggi: Batas deteksi (limit of detection/LoD) untuk DCB dan BiCl mencapai di bawah 1 × 10-10 M, dimana beberapa orde magnitudo lebih rendah dari batas ambang kesehatan US EPA untuk DCB dalam air minum (5 × 10-7 M). • Selektifitas unggul: Sensor mempertahankan sinyal CAHs yang kuat dan jelas dalam matriks kompleks, termasuk campuran dengan BSA, naftalena, serta sampel referensi air tanah (ERM-CA616) dan air laut (G0154), tanpa adanya puncak interferensi yang signifikan. • Kemampuan penggunaan ulang: Berkat sifat reversibel dari ikatan halogen, sensor dapat diregenerasi melalui pencucian dengan etanol dan mempertahankan kinerjanya hingga beberapa siklus adsorpsi-desorpsi. • Reproduktibilitas baik: Analisis statistik pada peta Raman konfokal menunjukkan deviasi standar relatif (RSD) point-to-point sebesar 13,4%, sample-to-sample sebesar 15,2% dan substrate-to-substrate sebesar 17,8%, mengindikasikan uniformitas sinyal yang sangat baik untuk substrat SERS selektif. Keseluruhan hasil penelitian membuktikan bahwa strategi hibridisasi antara material plasmonik hiperuniform dan kimia retikular MOF berhasil menciptakan platform deteksi yang kuat. Pendekatan ini secara simultan mengonsentrasikan baik molekul target (melalui HaB) maupun energi cahaya (melalui pemerangkapan optik dan formasi hotspot) pada lokasi yang sama, sehingga mencapai sensitivitas dan selektifitas tertinggi untuk deteksi polutan lingkungan yang spesifik dalam matriks sesungguhnya. Disertasi ini tidak hanya menyajikan sebuah sensor yang efektif tetapi juga membuka jalan bagi pengembangan platform SERS generasi berikutnya untuk berbagai aplikasi diagnostik dan lingkungan.