Sintesis dan Karakterisasi Komposit MIP-C-Dots untuk Deteksi 4-Nitrofenol

Abstract

Limbah 4-nitrofenol sangat berbahaya terhadap makhluk hidup dan lingkungan apabila melebihi ambang batas yang ditentukan. Ambang batas yang ditetapkan Environmental Protection Agency (EPA) untuk perairan sebesar 43,4 mg/L. 4-nitrofenol sering digunakan secara sintetik pada industri pestisida, insektisida seperti folidol, pewarna, dan industri obat sebagai intermediate. Oleh karena itu, deteksi senyawa 4-nitrofenol dalam konsentrasi yang rendah diperlukan. Deteksi 4-nitrofenol dapat dilakukan dengan metode spektrofotometri, elektrokimia, dan kromatografi. Metode tersebut sudah berhasil mendeteksi 4-nitrofenol namun diperlukan metode deteksi 4-nitrofenol yang lebih selektif dan sederhana. Metode yang dapat digunakan, yaitu komposit antara carbon dots (C-dots) dengan molecularly imprinted polymer (MIP). Penelitian ini bertujuan menyintesis C-dots, MIP-C-dots, dan NIP-C-dots berbasis dari kulit buah naga dan asam sitrat serta MIP dari APTES dan TEOS, kemudian melihat karakter fluoresens dari C-dots dengan prekursor yang berbeda, serta menguji komposit MIP-C-dots kulit buah naga sebagai sensor fluoresens sebagai bahan deteksi selektif terhadap 4-nitrofenol. Sintesis C-dots menggunakan metode hidrotermal bersumber bahan hayati kulit buah naga dan asam sitrat. Hasil dari sintesis C-dots asam sitrat dan kulit buah naga didapatkan rendemen sebesar 37,76% dan 4,40% secara berurutan. Sintesis komposit MIP-C-dots menggunakan MIP yang berasal dari APTES dan TEOS dengan larutan penyangga dan reaksi polimerisasi selama 12 jam. Hasil karakterisasi FTIR menunjukkan gugus fungsi yang ada pada MIP-C-dots dan NIP-C-dots asam sitrat, yaitu O-H, C=O, N-H, C-O-H, Si-O-Si, sedangkan pada kulit buah naga, yaitu O-H, C=O, C=N, C-O-, dan Si-O. Gugus fungsi dari MIP dan NIP didapatkan serupa yang menunjukkan sintesis MIP-C-dots berhasil karena tidak terdapat gugus fungsi NO2 atau tidak ada perbedaan dari komposit MIP dengan NIP baik di kulit buah naga maupun asam sitrat. Hasil karakterisasi UV-Vis dari komposit yang berasal dari asam sitrat dan kulit buah naga menunjukkan area absorpsi dari transisi elektronik π π * berasal dari C=C dalam benzena dan C=O kemudian transisi elektronik n π * yang berasal dari O-H, C=O dan sp2 C-dots. Intensitas fluoresens dari MIP-C-dots asam sitrat lebih besar daripada kulit buah naga. Hal ini dikarenakan pada permukaan MIP-C-dots asam sitrat, keberadaan gugus fungsi lebih bertahan di permukaan dengan jumlah yang lebih banyak. Uji MIP-C-dots yang berasal dari kulit buah naga untuk deteksi 4-nitrofenol berhasil didapatkan limit deteksi 1,85 μM. MIP-C-dots berhasil mendeteksi 4-nitrofenol dengan konsentrasi yang rendah dibawah ambang batas konsentrasi yang ditetapkan EPA, yaitu 43,4 mg/L atau 312 μM. Limit deteksi dapat lebih rendah lagi dengan adanya penelitian lebih lanjut terkait optimasi pengaruh konsentrasi analat terhadap kinerja MIP-C-dots di rentang konsentrasi yang sesuai. Namun demikian, penelitian ini telah membuktikan bahwa MIP-C-dots kulit buah naga yang dapat mendeteksi 4-nitrofenol dengan mekanisme pemadaman. Komposit MIP-C-dots kulit buah naga selektif terhadap 4-nitrofenol dibandingkan dengan benzena. Hal ini ditunjukkan dari efisiensi pemadaman antara MIP-C-dots yang ditambahkan 4-nitrofenol dan benzena. Intensitas fluoresens lebih rendah ketika MIP-C-dots ditambahkan dengan 4-nitrofenol. Penelitian lebih lanjut perlu dilakukan terkait validasi dan optimasi metode. Limit deteksi dan limit kuantisasi dapat lebih rendah dengan memperhatikan pengaruh untuk kestabilan larutan fluoresens. Optimasi dari hal yang mempengaruhi kestabilan fluoresens seperti suhu, pH, penghilangan gas oksigen terlarut, absorptivitas molar, dan konsentrasi perlu dilakukan. Komposit MIP-C-dots yang diuji untuk deteksi 4-nitrofenol disarankan untuk diukur dibawah konsentrasi 960 nM dan diperlukan adanya penelitian lebih lanjut terkait sensitivitas.

4-nitrophenol waste is hazardous to living things and the environment if it exceeds the specified threshold. The threshold of 4-nitrophenol in waters by the Environmental Protection Agency (EPA) is 43,4 mg/L. 4-nitrophenol is often used synthetically in the pesticide industry, insecticides such as folidol, dyes, and in the drug industry as an intermediate. Therefore, the detection of 4-nitrophenol at a trace level is necessary. The methods employed to detect 4-nitrophenol are spectrophotometric, electrochemical, and chromatographic. This method has succeeded in detecting 4-nitrophenol, but a more selective and straightforward to 4-nitrophenol detection method is required. The method that can be used is a composite between carbon dots (C-dots) and molecularly imprinted polymer (MIP). This study aims to synthesize C-dots, MIP-C-dots, and NIP-C-dots based on dragon fruit peel and citric acid, MIP from APTES and TEOS, and examine the fluorescent character of C-dots with different precursors. Analyze dragon fruit peel MIP-C-dots composite as a fluorescent sensor as a selective detection material for 4-nitrophenol. Synthesis of C-dots using the hydrothermal method with biological sources of dragon fruit peel and citric acid. The results of the synthesis of C-dots of citric acid and dragon fruit peel yielded 37.76% and 4.40%, respectively. MIP-C-dots composite was synthesized using MIP derived from APTES and TEOS with buffer solution and polymerization reaction for 12 hours. The results of FTIR characterization show that the functional groups present in MIP-C-dots and NIP-C-dots of citric acid are O-H, C=O, N-H, C-O-H, Si-O-Si, while in dragon fruit skin, are O-H, C=O, C=N, C-O-, and Si-O. The functional groups of MIP and NIP were found to be similar, indicating that the MIP-C-dots synthesis was successful because there was the nonexistence of NO2 functional group or there was no difference between the MIP and NIP composites in both dragon fruit peel and citric acid. The results of UV-Vis characterization of the composite derived from citric acid and dragon fruit peel showed the absorption area of the electronic transition ππ * from C=C in benzene and C=O then electronic transition nπ * from O-H, C =O, and sp2 C-dots. The fluorescence intensity of MIP-C-dots of citric acid was more significant than dragon fruit peel. This is because, on the surface of the MIP-C-dots of citric acid, the presence of more functional groups persists on the surface in more significant numbers. The MIP-C-dots test derived from dragon fruit peel for detection of 4- was successfully obtained with a detection limit of 1.85 μM. MIP-C-dots could detect 4-nitrophenol at trace level below the threshold by the EPA of 43.4 mg/L or 312 μM. The detection limit could be even lower with further research on the optimization of the effect of analyte concentration on the performance of MIP-C-dots in the corresponding concentration range. However, this study has proven that MIP-C-dots of dragon fruit peel can detect 4-nitrophenol with a quenching mechanism. Dragon fruit peel MIP-C-dots composite was selective for 4-nitrophenol compared to benzene. The quenching efficiency between MIP-C-dots indicates this added with 4-nitrophenol and benzene. The fluorescence intensity was lower when MIP-C-dots were added with 4-nitrophenol. Further research needs to be done regarding the validation and optimization of the method. The detection and the quantization limits can be lower by considering the effect on the stability of the fluorescent solution. Optimization of things that affect fluorescence stability, such as temperature, pH, dissolved oxygen gas removal, molar absorptivity, and concentration needs to be done. The MIP-C-dots composite tested for the detection of 4-nitrophenol is recommended to be measured below the concentration of 960 nM and further studies on sensitivity are required.