Sintesis Karbon Dot Terdoping Nitrogen (N-CDs) dari Air Lemon (Citrus limon), Larutan Asam Sitrat, dan Amonium Hidroksida sebagai Sensor Fluoresens untuk Deteksi Ion Fe3+ di Lingkungan Perairan

Muhammad Faiz Akbar Harahap, Prof. Suherman, S.Si., M.Sc., Ph.D. ; Dr. Deni Pranowo, S.Si., M.Si.

2026 | Skripsi | KIMIA

Sintesis karbon dot terdoping nitrogen dari air lemon (L-N-CDs) dan larutan asam sitrat (CA-N-CDs) telah dilakukan dengan metode microwave-assisted synthesis yang dapat digunakan sebagai sensor fluoresens untuk mendeteksi ion Fe3+ di lingkungan perairan. L-N-CDs disintesis dengan prekursor air lemon dan CA-N-CDs disintesis dengan prekursor larutan asam sitrat sebagai sumber C, kemudian masing-masing CDs ditambahkan amonium hidroksida sebagai sumber dopan N. Sintesis dilakukan dengan menggunakan microwave dengan memvariasikan berbagai optimasi kondisi reaksi, seperti waktu dan daya iradiasi serta volume dopan N. Waktu iradiasi divariasi dari 6-18 menit, daya iradiasi divariasi dari 100-800 W, dan volume dopan N divariasi dari 50-300 µL. L-N-CDs dan CA-N-CDs yang telah disintesis pada kondisi optimum dievaluasi stabilitas intensitas fluoresensnya dengan berbagai kondisi lingkungan seperti pH, paparan sinar UV, dan waktu simpan di suhu ±4 ? dan suhu ruang. Selain itu juga dilakukan uji selektivitas dan sensitivitas L-N-CDs dan CA-N-CDs terhadap ion Fe3+ serta dievaluasi pengaruh interferensi ion logam lainnya. L-N-CDs dan CA-N-CDs dengan kondisi terbaik diaplikasikan untuk mendeteksi ion Fe3+ di perairan. 

Hasil penelitian menunjukkan bahwa kondisi optimum sintesis L-N-CDs dan CA-N-CDs masing-masing terjadi pada waktu 8 dan 14 menit dengan daya 600 W dan volume dopan N sebanyak 200 µL. Spektra FTIR-ATR menunjukkan bahwa atom N telah terpasivasi pada permukaan CDs yang ditunjukkan dengan adanya vibrasi ikatan karakteristik seperti N-H dan C=N. Analisis dengan TEM menunjukkan bahwa L-N-CDs dan CA-N-CDs berbentuk kuasi sferis dengan diameter rata-rata 2,25 nm. L-N-CDs dan CA-N-CDs memiliki stabilitas yang masing-masing baik pada rentang pH 4-11 dan 5-11, paparan sinar UV hingga 180 dan 0 menit, serta waktu penyimpanan pada suhu ±4 ? selama 22 dan 43 hari. L-N-CDs dan CA-N-CDs dapat mendeteksi ion Fe3+ secara selektif dan sensitif dengan Limit of Detection (LoD) sebesar 0,1888 dan 0,1921 ppm dan Limit of Quantification (LoQ) sebesar 0,6293 dan 0,6404 ppm. L-N-CDs dan CA-N-CDs telah berhasil diaplikasikan sebagai sensor fluoresens untuk mendeteksi ion Fe3+ pada sampel air lingkungan dengan tingkat presisi yang tinggi, ditunjukkan dengan nilai Relative Standard Deviation (RSD) <5>

The synthesis of nitrogen-doped carbon dots from lemon juice (L-N-CDs) and citric acid solution (CA-N-CDs) has been carried out using a microwave-assisted synthesis method that can be used as fluorence sensors to detect Fe3+ ions in aquatic environments. L-N-CDs were synthesized with lemon juice precursors and CA-N-CDs were synthesized with citric acid solution precursors as a C source, then ammonium hydroxide was added to each CDs as the N dopant source. The synthesis was carried out using a microwave by varying various optimized reaction conditions, such as irradiation time and power as well as dopant N volume. The irradiation time was varied from 6-18 minutes, the irradiation power was varied from 100-800 W, and the dopant N volume was varied from 50-300 µL. L-N-CDs and CA-N-CDs synthesized under optimal conditions were evaluated for their fluorescence intensity stability under various environmental conditions such as pH, UV exposure, and storage time at ±4 ? and room temperature. In addition, the selectivity and sensitivity tests were conducted on L-N-CDs and CA-N-CDs against Fe3+ ions and the effect of interference from other metal ions was evaluated. The L-N-CDs and CA-N-CDs with the best condition were applied to detect Fe3+ ions in water.

The result showed that the optimum conditions for the synthesis of L-N-CDs and CA-N-CDs occured at 8 and 14 minutes respectively with a power of 600 W and a dopant N volume of 200 µL. The FTIR-ATR spectra showed that N atoms had been passivated on the surface of CDs which was indicated by the presence of characteristic bond vibrations such as N-H and C=N. Analysis with TEM showed that L-N-CDs and CA-N-CDs are quasi-spherical in shape with an average diameter of 2.25 nm. L-N-CDs and CA-N-CDs has good stability at pH ranges of 4-11 and 5-11, UV expore of up to 180 and 0 minutes, and storage time at ±4 ? for 22 and 43 days, respectively. L-N-CDs and CA-N-CDs can selectively and sensitively detect Fe3+ ions with a Limit of Detection (LoD) of 0.1888 and 0.1921 ppm and a Limit of Quantification (LoQ) of 0.6293 and 0.6404 ppm. L-N-CDs and CA-N-CDs have been succesfully applied as fluorescence sensors to detect Fe3+ ions in environmental water samples with a high level of precision, as indicated by a Relative Standard Deviation (RSD) value of <5>

Kata Kunci : CA-N-CDs, Fe3+, fluoresens, karbon dot, L-N-CDs