Perpustakaan Digital ITB

Logam berat merupakan unsur yang tersebar luas di lingkungan. Beberapa logam tersebut mempunyai peran penting dalam sistem kehidupan namun dapat membahayakan kesehatan manusia jika berada dalam jumlah yang tidak sesuai. Timbal (Pb), kadmium (Cd), merkuri (Hg), timah (Sn), arsen (As), dan tembaga (Cu) adalah contoh logam berat yang dapat mengkontaminasi makanan dan minuman. Regulasi di berbagai negara menetapkan batas maksimum keberadaan logam tersebut di makanan dan minuman. Saat ini metode yang banyak digunakan untuk analisis logam adalah dengan menggunakan instrumen seperti spektroskopi serapan atom (SSA) atau Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (ICPMS). Metode ini sangat sensitif dan selektif tetapi instrument ini sangat mahal dan tidak dapat dilakukan secara on-site analisis. Oleh karena itu pengembangan metode analisis logam yang mudah, murah dan dapat dilakukan secara on-site analisis terus dikembangkan. Kolorimetri merupakan metode yang mudah dan sederhana untuk analisis ion logam Pada kolorimetri, ligan akan bereaksi dengan logam dan membentuk kompleks berwarna yang dapat diamati secara visual. Porfirin merupakan senyawa makrosiklik yang banyak digunakan dalam analisis sebagai reagen kromogenik untuk deteksi ion logam. Saat ini senyawa turunan porfirn telah dikembangkan sebagai optical sensor untuk deteksi logam. Microfluidic paper-based analytical devices (μPADs) adalah salah satu alat sensor sederhana yang murah dan mudah digunakan untuk deteksi senyawa dalam sampel. Salah satu metode deteksi yang digunakan dalam μPADs adalah kolorimetri. Penelitian ini bertujuan untuk mengaplikasikan senyawa turunan porfirin sebagai reagen kromogenik untuk analisis logam dalam bentuk μPADs. Penelitian diawali dengan studi komputasi interaksi tiga senyawa kationik porfirin yaitu meso-tetrakis(N-methylpyridinium-4-yl)porphyrin (TMPyP), mesotetrakis( 1,3-dimethylimidazolium-2-yl)porphyrin (TDMImP), dan mesotetrakis( 1,2-dimethylpyrazolium-4-yl)porphyrin (TDMPzP) dengan logam (Pb, Cd, Hg, Sn, As, dan Cu). Studi ini dilakukan dengan menggunakan metode perhitungan ii Density Functional Teory (DFT) untuk memprediksi stabilitas dan reaktivitas kompleks yang terbentuk. Berdasarkan parameter global chemical reactivity descriptor, M-TDMPzP memiliki nilai chemical hardness yang tinggi dan elektrofilisitas yang rendah dibandingkan dengan M-TMPyP dan M-TDMImP. Hal ini menunjukkan bahwa interaksi logam dengan senyawa TDMPzP diprediksi akan membentuk kompleks yang lebih stabil dibandingkan dengan TMPyP dan TDMImP. Berdasarkan hal tersebut, senyawa terbaik hasil studi komputasi yaitu TDMPzP selanjutnya disintesis. Sintesis senyawa TDMPzP dilakukan dengan menggunakan metode Adler. TDMPzP disintesis dalam bentuk garam sulfonat yang larut air. Hasil sintesis menunjukkan senyawa TDMPzP sulfonat yang diperoleh berupa padatan kristal ungu dengan rendemen sebesar 96,8%. Karakterisasai senyawa tersebut dengan spektrofotometri UV-Vis, NMR, dan elemental analisis menunjukkan bahwa senyawa TDMPzP hasil sintesis telah murni. Pengamatan profil interaksi TDMPzP dengan logam dilakukan untuk mengetahui reaksi TDMPzP dengan logam secara eksperimen. Pengamatan reaksi warna TDMPzP dengan logam pada variasi pH menunjukkan bahwa TDMPzP selektif untuk deteksi logam Cu2+ pada rentang pH 2-4. Analisis stoikiometri mengindikasikan bahwa TDMPzP dengan logam Cu2+ bereaksi 1:1 dengan konstanta ikatan sebesar 4,15 x 105 M-1. Selektivitas TDMPzP untuk deteksi Cu2+ pada suasana asam berpotensi untuk dikembangkan dalam distance-based μPADs. Hasil menunjukkan bahwa sistem ini mempunyai batas pengukuran terendah 1 mg L-1 sesuai dengan regulasi pada US Environmental Protection Agency (EPA) yang membatasi jumlah maksimum kontaminasi logam Cu pada air minum sebesar 1,3 mg L-1 dan WHO guidelines for drinking water quality sebesar 2 mg L-1. Analisis adanya gangguan logam lain menunjukkan bahwa TDMPzP selektif terhadap Cu2+. Aplikasi sistem ini untuk analisis logam Cu2+ pada real sampel (air minum) menunjukkan hasil yang sesuai antara distance-based μPADs dan ICP-MS. Pada pengujian tersebut diperoleh nilai recovery dengan standard deviasi kurang dari 10%. Berdasarkan keseluruhan hasil penelitian yang diperoleh, dapat disimpulkan bahwa TDMPzP sebagai reagen kolorimetrik dapat diaplikasikan pada distance-based μPADs untuk analisis logam Cu2+ pada air minum. Metode ini sederhana, mudah, murah, cepat dan dapat dilakukan untuk on-site analisis.