Perpustakaan Digital ITB

Pencemaran air oleh logam berat seperti ion timbal (Pb²?) merupakan ancaman serius bagi kesehatan manusia dan lingkungan, terutama di kawasan industri dan perkotaan yang memiliki aktivitas manufaktur dan limbah berbahaya. Meski batas ambang konsentrasi Pb²? telah ditetapkan oleh WHO dan pemerintah Indonesia, beberapa wilayah masih menunjukkan kadar yang melampaui ambang batas tersebut. Hal ini memicu kekhawatiran akan dampaknya terhadap kualitas air minum, irigasi, dan kehidupan akuatik. Oleh karena itu, dibutuhkan sistem deteksi Pb²? yang tidak hanya sensitif dan selektif, tetapi juga efisien secara biaya, mudah digunakan, serta memungkinkan pengukuran di lokasi secara langsung tanpa memerlukan laboratorium khusus. Penelitian ini mengembangkan sensor kapasitif berbasis perubahan fase yang diimobilisasi dengan oksida grafena (graphene oxide, GO) untuk mendeteksi Pb²? dalam air dengan sensitivitas tinggi dan potensi aplikatif di lapangan. Penelitian dilakukan dalam dua tahap. Tahap pertama berfungsi sebagai tahap persiapan yang berfokus pada perancangan dan pengujian awal sistem sensor kapasitif, dan selanjutnya diujicobakan untuk mendeteksi kadar air dalam biodiesel sebagai model awal untuk menguji sensitivitas sistem terhadap variasi kapasitansi. Sensor menggunakan elektroda semi-silindris tanpa lapisan fungsional, yang dipasang secara non-intrusif pada dinding luar pipa aliran. Tahap ini melibatkan perancangan rangkaian elektronik pengkondisi sinyal, yang terdiri dari konversi kapasitansi ke pergeseran fase, konversi sinyal sinusoidal ke sinyal persegi, dan operasi logika gerbang XOR untuk menghasilkan sinyal pulsa berdurasi spesifik. Sensor diuji dalam mendeteksi kadar air pada biodiesel, menunjukkan hubungan linier antara konsentrasi air (1%–10%) dan output sensor, dengan sensitivitas yang bergantung pada frekuensi dan konfigurasi penguatan sinyal input. Simulasi berbasis fungsi transfer dan bode plot mengkonfirmasi kemampuan deteksi perubahan kapasitansi kecil dalam sistem tersebut. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa kondisi optimal terjadi ketika nilai penguatan salah satu sinyal input setengah dari yang lainnya, yang kemudian dikonfirmasi oleh hasil pengukuran aktual. Tahap ini menjadi dasar penting untuk memahami pengaruh variasi kapasitansi terhadap pergeseran fase sebelum diterapkannya material fungsional dalam sistem deteksi spesifik dan selektif. Tahap kedua berfokus pada pengembangan sensor kapasitif untuk deteksi Pb²? dalam air dengan menggunakan elektroda interdigital (Interdigitated Electrode, IDE) yang dilapisi GO sebagai material aktif. Selain itu, dilakukan peningkatan kualitas sistem akuisisi data dan pengolahan sinyal dengan memanfaatkan perangkat Digilent Analog Discovery untuk mereduksi noise dan meningkatkan kestabilan output sensor. GO dipilih sebagai lapisan aktif karena memiliki luas permukaan besar, gugus fungsional reaktif (seperti hidroksil, epoksi, dan karboksil), serta kemampuan selektif terhadap Pb²? yang tinggi. Interaksi Pb²? dengan permukaan GO menyebabkan perubahan distribusi muatan dan nilai kapasitansi antara jari-jari elektroda IDE, yang kemudian diterjemahkan ke dalam bentuk pergeseran fase sinyal melalui sistem elektronik yang telah dirancang. Seluruh proses pengukuran dan visualisasi data dilakukan melalui perangkat lunak berbasis Python yang terintegrasi dengan antarmuka pengguna. Untuk memastikan keberhasilan proses imobilisasi GO, dilakukan analisis karakterisasi melalui metode SEM untuk mengamati morfologi permukaan, FTIR untuk mengidentifikasi gugus fungsi aktif, serta XRD untuk mengonfirmasi struktur kristalin GO yang terbentuk. Hasil pengujian menunjukkan bahwa sensor IDE-GO merespons secara linier terhadap peningkatan konsentrasi Pb²? dalam larutan uji, dengan sensitivitas sebesar 0,0556 °/ppm, waktu respons yang cepat, dan batas deteksi (LOD) mencapai 1,7 ppm. Korelasi linear yang kuat (R² > 0,946) ditunjukkan pada rentang konsentrasi 10–400 ppm, menandakan konsistensi dan reprodusibilitas performa sensor. Teknologi ini tidak hanya setara dengan metode konvensional seperti AAS dan ICP-MS dari segi sensitivitas, tetapi juga menawarkan sistem yang lebih sederhana, ringkas, portabel, serta tidak memerlukan kalibrasi kompleks maupun operator terlatih. Sistem sensor yang dikembangkan menunjukkan potensi besar sebagai perangkat presisi tinggi untuk deteksi ion logam berat seperti Pb²? dalam aplikasi monitoring kualitas air secara real-time dan jangka panjang.