SERAT OPTIK SEBAGAI PENDETEKSI ION Cd(II) DALAM AIR

Marena Thalita Rahma, 121810301031

Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Jember

Water is part of the human. However, existing water is water that is

contaminated by hazardous chemicals and heavy metals that can interfere with

human life. Testing of conducted to determine the water content of existing

content in it. This makes chemists to conduct research on methods or design

effective and efficient. This occurs in the measurement of cadmium in water.

Cadmium is a heavy metal that can be contained in water. Determination of metal

ion content of cadmium done using fiber optics. Fiber optics are used vary

according to usage. Fiber optics have been developed optical fiber without

plastisisier with synthesis OTES-APTS-PAR, fiber coupler, and a digital optical

fiber can identify metal ions Cd (II).

Keyword : Cadmium(II), Serat Optik, Sensor

1. PENDAHULUAN

Kadmium adalah logam berat

yang berbahaya dan banyak dijumpai

dalam kehidupan sehari-hari. Logam

berat yang biasa ditemukan dalam air

adalah arsen (As), timbal (Pb),

merkuri (Hg), dan kadmium (Cd).

Kadmium adalah salah satu jenis

logam berbahaya dan dalam waktu

yang lama dapat menyebabkan

kerusakan fungsi ginjal, paru-paru,

hati, beracun, dan mengurangi fungsi

indera penciuman manusia.

Kadmium banyak ditemukan

dalam limbah pabrik zat pewarna,

keramik, atau industri kimia.

Kadmium berbahaya bagi makhluk

hidup jika kadarnya melebihi

ambang batas yang diijinkan yaitu

0,003 mg/L. Referensi lain

mengatakan ambang batas kadmium

yang diijinkan adalah 0,005 mg/L.

Kadar kadmium yang kecil ini dapat

ditentukan oleh spektrofotometri

serat optic yang telah dikembangkan.

Penenetuan kadar ion kadmium

dalam air sebelumnya ditentukan

dengan serat optik dengan diameter

core yang seragam, dua serat optic

berdiameter core berbeda sebagai

sensor. Penggunaan serat optik core

yang seragam memiliki kelemahan

karena indeks bias cairan

dipengaruhi oleh cahaya yang telah

ditransmisikan kemudian dibiaskan

kembali. Serat optik core yang

berbeda adalah perbaikan dari serat

optik core yang seragam, namun

masih memiliki kelemahan yaitu

penggunaan sampel yang cukup

banyak.

Material sensor optik (optoda)

adalah salah satu sensor kimia

modern pada bidang kimia analitik

yang telah memanfaatkan bidang

polimer anorganik dengan bawaan

sifat-sifat yang spesifik. Optoda

merupakan miniatur optik yang

efektif karena sensor kimia fiber

optik tidak memerlukan suatu

material pembanding seperti pada

penggunaan electroda ionofor,

sehingga sangat mudah

penanganannya, reprodusibel dan

praktis. Optoda juga bukan

merupakan subyek dari interferensi

listrik, maka suatu optoda dapat

dipakai tanpa pengaruh medan listrik

sehingga kesalahan pengukuran yang

dapat terjadi pada sensor kimia dapat

diperkecil. Kesalahan pengukuran

dari sistem sensor kimia dapat terjadi

oleh kesalahan kimia, instrumental

dan non-kimia. Material sensor optik

terdiri atas bagian-bagian yang

berperan sebagai bahan pendukung

(matrik), plastisiser sebagai bahan

pemberi sifat plastis dan ionofor

(kromoionofor) sebagai bahan

sensing.

Pendeteksi kadmium dalam air

dalam paper ini menggunakan optoda

dari oktiltrietoksisilan dan

aminopropiltrimetiloksisilan dengan

kromiofor 4-(2-piridilazo)resorcinol

sebagai senyawa organik yang dapat

berperan sebagai ionophore dye dan

plastisiser sekaligus. Pendeteksi

kadmium lain dengan

pengembangkan spektrofotometri

menggunakan fiber coupler sebagai

pemandu seumber cahaya. serta

penggunaan spektrofotometri serat

optic digital. Pendeteksian

menggunakan serat optik digital

adalah dengan pembuatan instrument

secara kuantitaif yang membutuhkan

alat sederhana yaitu LED warna

hijau dan serat optik.

2. PEMBAHASAN

Pembuatan sensor serat optik

tanpa plastisiser diharapkan mampu

menciptakan seuah sensor kadmium

yang memiliki karakteristik tertentu

ditinjau dari panjang gelombang UV-

Vis, karakterisasi gugus fungsi dan

lainnya. Material optoda memiliki

komponen yang berbeda-beda yaitu

a. Kromonionoofor

b. Plastisiser

c. Bahan aditif (selectophore)

d. Bahan pendukung

Oktiltrietoksisilan (OTES) dan

aminopropiltrimetoksisilan (APTS)

merupakan senyawa metastabil yang

mungkin untuk mengadakan ikatan

dengan ligan-ligan turunan piridin

membentuk hybrid anorganik –

organik sebagai senyawa silil.

Senyawa organik 4-(2-

piridylazo)resorcinol (PAR)

memiliki beberapa gugus amina dan

gugus hidroksil yang dimungkinkan

dapat mengadakan hibrid dengan sol-

gel dari oktiltrietoksisilan dan

aminopropiltrimetoksisilan, sehingga

mengalami perubahan karakter.

Perubahan karakter dari polimer

OTES-APTS-PAR dapat dipelajari

dengan mempelajari spektrum

elektronik UV-Vis. Jika respon optik

dari OTES-APTS-PAR tinggi

dengan melihat perubahan panjang

gelombang maksimum (∆λmaks) yang

besar setelah berinteraksi dengan ion

logam target, maka material baru

yang diperoleh dapat diarahkan

sebagai material sensor optik

(optoda) untuk ion logam transisi.

OTES-APTS-PAR dapat

disintesis dengan kombinasi proses

sol-gel dan evaporasi tanpa atau

dengan substrat silica. Polimer OTES

dan APTS akan membentuk

kopolimer OTES-APTS dimulai

dengan pembentukan rantai pendek

dan berkembang menjadi rantai

panjag dan bercabang. Sol-gel

OTES-APTS dibuat dengan

menambahkan ammonium hidoksida

ketika hidrolisis. Sol-gel yang sudah

terbentuk kemudian diuapkan untuk

mendapatkan gel kering (xerogel)

yang memungkinkan dilapisi

substrat. Penggunaan silil OTES ini

diharapkan mampu meningkatkan

lipofisitas bahan.

Material optoda yang telah

disintesis ini kemudian diuji

karakterisasinya dengan

menganalisis struktur morfologi dari

material pendukung dengan analisa

SEM. Selain itu juga menguji dengan

analisis karakteristik gugus fungsi

dengan FTIR pada panjang

gelombang 700-4000 cm-1. Hal ini

dilakukan untuk melihat finger print

gugus fungsi dengan menggunakan

spectra FTIR. Analisa lain yaitu

dengan menganalisis perubahan λmaks

yaitu studi respon optik terhadap

material OTES-APTS dan PAR

terhadap ion logam target.

Pengukuran peubahan λmaks pada

OTES-APTS dengan mengukur pada

daerah serapan 300-800nm yang

hasilnya kemudian dibandingkan

dengan Optik PAR ion logam target

yaitu logam Cd(II).

Hasil dari sintesis OTES-

APTS adalah serapan elektronik

PAR memiliki λmaks pada 405,00 nm

dimana interaksi PAR dengan ion

logam Cd(II) memiliki kecepatan

tinggi setelah 10 detik. Pengukuran

spectrum elektronik optoda yang

berinteraksi dengan ion logam Cd(II)

sebagai berikut

Pengukuran ion logam Cd(II)

dalam air dapat dilakukan dengan

menggunakan fiber coupler. Alat

yang digunakan adalah laser, fiber

coupler, preparat (cermin),

mikrometer, mikrovolmeter dan

detektor. Sensor yang digunakan

adalah laser hijau sebagai suber

cahaya yang dilewatkan pada fiber

coupler menuju sampel yang ada

pada preparat. Berkas cahaya akan

mengenai sampel kemudian terjadi

absorpsi dan dipantulkan kembali

pada detektor fotodioda dengan

mengubah intensitas yang dihasilkan

menjadi tegangan yang dapat terbaca

pada mikrovolmeter.

Kadmium yang merupakan

larutan sampel dibuat dengan

menggunakan larutan kadmium

klorida (CdCl2). Pengukuran ion

logam Cd(II) dengan menggunakan

larutan induk 1000 ppm yang telah

diencerkan menjadi konsentrasi 0,01

– 6 ppm. Hasilnya yaitu pengukuran

ion logam kadmium menggunakan

fiber coupler dapat menentukan

konsentrasinya dalam jumlah yang

sangat kecil. Hal ini dapat dilihat

pada tabel berikut

Pengukuran kadar ion kadmium

dalam air dengan spektrofotometri

serat optik secara digital.

Perancangan alat ini diharapkan

mampu memberikan solusi dalam

menentukan kadar logam ion Cd

dalam air.

Gambar di atas menunjukkan

LED yang merupakan sumber cahaya

kemudian akan diteruskan melalui

serat optik dan akan diteruskan

mengenai sampel. Penggunaan serat

optik lebih dari satu untuk

meningkatkan sensitivitas dari alat

dan menghubungkan sampel dengan

sumber cahaya serta sampel dengan

alat digital.

Bila dilihat dari ketiga model di

atas, penggunaan fiber optik dapat

disesuaikan dengan tujuaannya.

Ketiga macam penelitian tersebut

secara umum memiliki kesamaan

dalam hal desain alatnya yaitu terdiri

dari serat optik, laser sebagai sumber

cahaya, mikrovolmeter. Teori

pertama menggunakan fiber optik

tanpa plastisiser dengan

menggunakan senyawa organik. Hal

ini menunjukkan bahwa serat optik

dapat dibuat melalui senyawa

organik yang dapat disintesis atau

dibuat sendiri dan mempunyai

karakteristik tertentu. Kelebihan

rancangan fiber optik kedua adalah

peralatan yang sederhana sehingga

sangat mudah dibuat, ekonomis dan

terjangkau. Kelebihan rancangan

ketiga yaitu dapat dilakukan secara

otomatis karena serat optik yang

diguanakan secara digital.

Rancangan seperti ini dapat

dilakukan dalam indutri skala besar

misalnya industri air mineral

3. KESIMPULAN

Fiber optik tanpa plastisisier dengan

sintesis OTES-APTS-PAR, fiber

coupler,dan serat optik digital dapat

mengidentifikasi ion logam Cd(II)

serta digunakan sesuai kebutuhan.

4. DAFTAR PUSTAKA

Afif, Purwanto, Shindunata. 2015.

Rancang Bangun Alat Ukur Kadar

Ion Kadmium dalam Air dengan

Spektrofotometri Serat Optik secara

Digital. Surabaya : Universitas

Airlangga.

Pujiyanto, Samian dan Andriawan,

Alan. 2015. Pengembangan

Spektrofotometri menggunakan Fiber

Coupler untuk Mendeteksi Ion

Kadmium dalam Air. Surabaya :

Universitas Airlangga.

Suwanto Slamet. 2006. SKRIPSI :

Studi Kinerja Optoda dari

Oktiltrietoksisilan dan

Aminopropiltrimetoksisilan dengan

Kromoionofor 4-(2

Piridilazo)Resorcinol untuk Sensor

Optik Ion Logam Cu(II) dan Cd(II).

Surakarta : Universitas Sebelas

Maret.