Sintesis N,S-Carbon Dots dari Limbah Plastik untuk Deteksi Dini Hg(II) Menggunakan Analisis Fluoresensi

Muhammad Iqbal Qeis, Prof. Indriana Kartini, S.Si., M.Si., Ph.D; Dr. Sutarno, M.Si.

2023 | Tesis | S2 Ilmu Kimia

Limbah plastik menimbulkan dampak negatif bagi lingkungan dan kesehatan manusia. Upaya pemanfaatan limbah plastik untuk sintesis carbon dots (CDs) terdoping N dan S telah dilakukan melalui metode sonikasi diikuti dengan perlakuan solvotermal menggunakan tiourea. Tujuan dari penelitian ini adalah mempelajari pengaruh pelarut, amplitudo (A) gelombang ultrasonik, dan waktu (t) sonikasi terhadap sifat optik CDs yang dihasilkan. Selanjutnya, dikaji pengaruh doping CDs menggunakan etilendiamin untuk menghasilkan N-CDs dan tiourea untuk N,S-CDs. Karakterisasi material CDs dilakukan dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis, attenuated total reflectance-infrared (ATR-IR), spektrofluorometer, x-ray diffraction (XRD), spektroskopi Raman, dan transmission electron microscope (TEM). Selektivitas respon fluoresensi CDs diuji untuk identifikasi logam.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa pelarut aseton dengan amplitudo 75?n waktu sonikasi 60 menit memberikan sifat optik CDs optimal dengan warna pendaran biru terang dan quantum yield (QY) sebesar 13,52%. Spektra ATR-IR mengonfirmasi keberhasilan modifikasi CDs menggunakan dopan. Doping heteroatom mampu meningkatkan QY pada N,S-CDs sebesar 30,15?ngan pendaran berwarna hijau terang. Morfologi N,S-CDs memiliki bentuk bulat dengan diameter sekitar 9,04 nm dan terdapat dua puncak difraktogram yang tajam pada 2 theta = 11,90 dan 26,69 derajat yang sesuai dengan bidang (100) dari struktur graphene oxide dan bidang (002) dari karbon grafit. Spektra Raman menunjukkan pita D dan pita G masing-masing pada 1353 dan 1576 cm-1 dengan rasio ID/IG sebesar 0,98. QY terbukti dapat meningkatkan aktivitas pada N,S-CDs sebagai sensor Hg(II) dengan beberapa keunggulan, seperti memiliki kestabilan yang baik pada penyimpanan hingga 10 hari, pH optimum pada pH 6-7, serta fotostabilitas UV sebesar 81,65% selama 90 menit. Selektivitas N,S-CDs berhasil merespon 100% quenching pada Hg(II) dengan batas deteksi (limit of detection, LOD) sebesar 0,09 mikromolar dari rentang linieritas 0-0,80 mikromolar. N,S-CDs berpotensi sebagai sensor fluoresensi terhadap Hg(II) dalam larutan berair.

Plastic waste negatively affects the environment and human health. Efforts to utilize plastic waste for synthesis of N- and S-doped carbon dots (CDs) have been made through sonication, followed by solvothermal treatment using thiourea. The aim of this research was to study the effects of the solvent, ultrasonic wave amplitude (A), and sonication time (t) on the optical properties of the CDs produced. Furthermore, the effects of doping CDs using ethylenediamine to produce N-CDs and thiourea to produce N,S-CDs was studied. The CDs materials were characterized using UV-Vis spectroscopy, attenuated total reflectance-infrared (ATR-IR) spectroscopy, and transmission electron microscopy (TEM). The selectivity of the CDs fluorescence response was tested for metal identification.

The results showed that acetone solvent with 75% amplitude and 60 min sonication time gave CDs optimal optical properties with a bright blue luminescence color and a quantum yield (QY) of 13.52%. The ATR-IR spectra confirmed the successful modification of the CDs with a dopant. The addition of heteroatom doping increased the QY of N,S-CDs by 30,15%, with bright green luminescence. The morphology of N,S-CDs is spherical with a diameter of approximately 9.04 nm and there are two sharp diffractogram peaks at 2 theta = 11.90 and 26.69 degree, which correspond to the (100) plane of the graphene oxide structure and the (002) plane of graphitic carbon, respectively. The Raman spectra showed D and G bands at 1353 and 1576 cm-1 respectively with an ID/IG ratio of 0.89. QY has been proven to increase the activity of N,S-CDs as Hg(II) sensors with several advantages, such as good stability in storage for up to 10 days, an optimum pH of pH 6-7, and UV photostability of 81,65% for 90 min. The selectivity of N,S-CDs successfully responded to 100% quenching of Hg(II) with a limit of detection (LOD) of 0.09 micromolar from linearity range of 0-0.80 micromolar. N,S-CDs have potential as fluorescence sensors for Hg(II) in aqueous solution.

Kata Kunci : carbon dots, N,S-CDs, fluoresensi, Hg(II)