Pendahuluan: Tantangan Mutu Lingkungan, Produk, dan Kesehatan
Kualitas lingkungan, keamanan produk, dan kesehatan masyarakat merupakan isu yang semakin kompleks seiring meningkatnya aktivitas industri dan konsumsi manusia. Pencemaran logam berat, senyawa toksik, serta penggunaan bahan kimia yang melebihi ambang batas pada produk pangan dan kosmetik berpotensi menurunkan kualitas hidup dan merusak lingkungan. Di sisi lain, pemantauan biomarker kesehatan seperti glukosa, kolesterol, dan asam urat menuntut metode analisis yang cepat, akurat, dan mudah diakses.
Dalam orasi ilmiah yang disampaikan di Institut Teknologi Bandung, Prof. Dr. Henri Setianto, S.Si., M.T. dari Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam memaparkan riset yang dikembangkan di Laboratorium Kimia Analitik, khususnya bidang elektroanalitik, dengan judul sensor elektrokimia berbasis karbon dan nanokomposit dengan pendekatan multidisipliner berbasis material. Orasi ini menegaskan peran sensor elektrokimia sebagai solusi strategis untuk menjawab kebutuhan pemantauan kualitas secara real time.
Sensor Elektrokimia sebagai Solusi Analitik Modern
Sensor elektrokimia dikembangkan berbasis teknik elektrometri, yang mencakup berbagai metode seperti voltametri, konduktometri, potensiometri, amperometri, serta spektroskopi impedansi. Teknik-teknik ini berfokus pada pengukuran arus, potensial, konduktansi, dan impedansi listrik yang berkaitan langsung dengan reaksi kimia suatu analit.
Keunggulan utama sensor elektrokimia terletak pada kemampuannya menggantikan metode analisis konvensional yang bergantung pada instrumen besar dan mahal seperti kromatografi atau ICP-MS. Metode konvensional membutuhkan preparasi sampel yang rumit, waktu analisis yang panjang, serta operator dengan keahlian khusus. Sebaliknya, sensor elektrokimia menawarkan portabilitas tinggi, biaya relatif rendah, preparasi minimal, kecepatan analisis, selektivitas, presisi, dan sensitivitas yang sangat tinggi.
Tantangan Pengembangan Sensor Elektrokimia
Meskipun memiliki banyak keunggulan, pengembangan sensor elektrokimia menghadapi sejumlah tantangan. Salah satu tantangan utama adalah kebutuhan analisis multianalit, yaitu kemampuan mendeteksi beberapa senyawa sekaligus dalam satu sensor. Selain itu, sensor diharapkan mampu melakukan pemantauan langsung di lapangan dengan hasil yang akurat dan presisi.
Tantangan lain meliputi peningkatan sensitivitas dan selektivitas, kemampuan mendeteksi analit dalam berbagai fase (padat, cair, dan gas), serta penyederhanaan proses preparasi sampel. Tantangan-tantangan inilah yang mendorong pengembangan rekayasa elektroda dan modifikasi material berbasis komposit dan nanomaterial.
Peran Material Nanokomposit dalam Rekayasa Elektroda
Dalam orasi ini, Prof. Henri menyoroti penggunaan berbagai material nanokomposit sebagai strategi utama peningkatan kinerja sensor. Nanopartikel memiliki luas permukaan yang sangat besar, sifat katalitik yang baik, serta kemampuan mempercepat reaksi oksidasi dan reduksi melalui transfer elektron yang efisien.
Grafena, sebagai salah satu bentuk karbon, dikenal sebagai konduktor listrik yang sangat baik dengan kapasitas adsorpsi tinggi. Sifat ini memungkinkan grafena berperan dalam proses prakonsentrasi analit, terutama pada konsentrasi yang sangat rendah sehingga sulit terdeteksi secara langsung. Selain itu, polimer bercetakan molekul atau ion memberikan selektivitas tinggi melalui mekanisme pengenalan bentuk dan berat molekul target.
Pendekatan material hijau juga menjadi perhatian penting, dengan memanfaatkan bahan alam dan prinsip kimia hijau yang aman, minim limbah, dan berkelanjutan.
Elektroda Karbon dan Strategi Modifikasinya
Elektroda berbasis karbon memiliki variasi yang sangat luas, mulai dari elektroda pasta karbon, karbon kaca, serat karbon, elektroda karbon cetak, hingga elektroda karbon berbasis nanomaterial. Dalam riset yang dipaparkan, elektroda karbon cetak menjadi salah satu platform utama yang dimodifikasi dengan berbagai material nanokomposit.
Modifikasi elektroda bertujuan meningkatkan respons arus, memperbaiki sensitivitas, serta menghasilkan efek katalitik yang sinergis antara material-modifikator. Pendekatan ini memungkinkan sensor digunakan secara efektif, bahkan dalam kondisi analit dengan konsentrasi sangat rendah.
Aplikasi Riset: Deteksi Senyawa Kimia dan Biomarker
Riset pertama yang dipaparkan memanfaatkan kombinasi nanopartikel perak dan grafena pada elektroda karbon cetak. Kombinasi ini menghasilkan efek sinergis yang meningkatkan aktivitas elektrokatalitik dan respons arus secara signifikan. Sensor yang dihasilkan mampu mendeteksi analit pada batas deteksi yang sangat rendah dengan rentang linear yang luas.
Penelitian kedua berfokus pada deteksi sodium dodesil sulfat, senyawa yang umum digunakan dalam produk kosmetik seperti sampo dan sabun. Modifikasi elektroda dilakukan menggunakan nanopartikel zinc oxide dan polimer bercetakan molekul. Kombinasi ini menghasilkan peningkatan sensitivitas hingga beberapa kali lipat dibandingkan elektroda tanpa modifikasi, sekaligus memberikan selektivitas tinggi terhadap senyawa target.
Penelitian ketiga mengembangkan elektroda karbon aktif untuk deteksi asam urat dengan memanfaatkan hidroksiapatit dari limbah cangkang telur yang dikombinasikan dengan nanopartikel zinc oxide. Pendekatan ini tidak hanya meningkatkan kinerja sensor, tetapi juga menerapkan prinsip ekonomi sirkular dan kimia hijau melalui pemanfaatan limbah.
Kontribusi terhadap Prinsip Kimia Hijau dan Keberlanjutan
Ketiga penelitian tersebut menunjukkan bahwa teknik elektrometri dengan elektroda karbon termodifikasi nanokomposit mampu menghasilkan metode analitik yang efisien, akurat, dan ramah lingkungan. Penggunaan material hijau, minim preparasi, serta potensi pemantauan langsung di lapangan menjadikan sensor elektrokimia sebagai teknologi yang relevan untuk pembangunan berkelanjutan.
Pengembangan sensor ini membuka peluang luas dalam pengawasan kualitas pangan, pemantauan lingkungan, serta deteksi dini kondisi kesehatan masyarakat dengan biaya yang lebih terjangkau dan aksesibilitas yang lebih tinggi.
Kesimpulan
Orasi ilmiah Prof. Henri Setianto menegaskan bahwa sensor elektrokimia berbasis karbon dan nanokomposit merupakan solusi analitik yang strategis dalam menjawab tantangan mutu lingkungan, keamanan produk, dan kesehatan. Melalui rekayasa elektroda dan pemanfaatan material nanokomposit serta material hijau, sensor elektrokimia mampu memberikan pemantauan yang cepat, sensitif, selektif, dan berkelanjutan.
Pendekatan multidisipliner yang mengintegrasikan kimia analitik, ilmu material, dan prinsip keberlanjutan ini menunjukkan arah masa depan teknologi sensor yang tidak hanya unggul secara teknis, tetapi juga relevan secara sosial dan lingkungan bagi Indonesia.
Sumber
Setianto, Henri.
Sensor Elektrokimia Berbasis Karbon dan Nanokomposit dengan Pendekatan Multidisipliner Berbasis Material.
Orasi Ilmiah Guru Besar, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Teknologi Bandung.