## KARAKTERISASI CARBON NANODOTS BERBAHAN DASAR LIMBAH IKAN TONGKOL
Elisabeth Pratidhina * , Michael Jurdan * , Pearl Abigail Ermanto, Johan Prabowo, Johannes Benedictus Vidi Atmanjaya, Maria Margareta Meylinda Bhoki Program Studi Pendidikan Fisika, Universitas Katolik Widya Mandala Surabaya, Indonesia *Correspending author:elisa.founda@ukwms.ac.id, physics.michael.j.18@ukwms.ac.id

## Abstrak
Carbon  nanodots  (CDs)  adalah  nanomaterial  yang  memiliki  karakteristik  dapat  memancarkan cahaya  setelah  menyerap  cahaya  dengan  panjang  gelombang  yang  berbeda.  Carbon  nanodots (CDs)juga dikenal memiliki sifat optik yang baik, mudah larut dalam air, stabil, memiliki toksisitas rendah, dan dapat disintesis dengan metode sederhana. Carbon nanodots (CDs)dapat dibuat dari limbah  biomassa  seperti  limbah  ikan  tongkol.  Penelitian  ini  dilakukan  untuk  melakukan karakterisasicarbonnanodots dari limbah ikan tongkol. Karakterisasicarbon nanodots (CDs)secara berturut-turut  dilakukan  dengan  penjemuran  tulang  ikan  selama  8  hari,  pengovenan  pada  suhu 200 0 C  selama  1  jam,  penghancuran  dengan  grinder,  dan  pengovenan  kembali  pada  suhu 250 0 C dengan  lama  waktu  pengovenan  2  jam,  3  jam,  dan  4  jam.  Penyiapan  sampel  dilakukan  dengan mencampurkan masing-masing 1 gram bubuk hasil pengovenan dengan akuades 50 mL. Campuran kemudian secara berturut-turut diaduk selama 30 menit, didiamkan selama 30 menit, di centrifuge, dan disaring. Sampel kemudian dikarakteristik dengan analisis UV-Vis dan PL untuk menganalisis sifat-sifat  optis.  Analisis  FTIR  juga  dilakukan  untuk  mengidentifikasi  gugus  fungsi.  Berdasarkan analisis UV-Vis, semua variasi sampel menunjukkan panjang gelombang puncak absorbsi sekitar 265  nm.  Berdasaran  analisis  PL,  sampel  menunjukkan  intensitas  maksimum  pada  panjang gelombang  antara  470-500  nm,  sehingga carbon  nanodots mengemisikan cahaya  berwarna  biru ketika disinari dengan senter UV. Gugus fungsi yang tampak dari analisis FTIR adalah C=C, C  C, O-H, dan C=O=C.
Kata kunci: Carbon nanodots (CDs); limbah ikan tongkol; UV-Vis; PL;  FTIR.

## Abstract
Carbon nanodots (CDs) are nanomaterials that have the characteristics of being able to emit light after absorbing light with different wavelengths. Carbon nanodots (CDs) are also known to have good  optical  properties,  are  easily  soluble  in  water,  are  stable,  have  low  toxicity,  and  can  be synthesized by simple methods. Carbon nanodots (CDs) can be made from biomass waste such as tongkol (Euthynnus affinis)  waste . This research was conducted to characterize carbon nanodots from tongkol (Euthynnus affinis) waste . The characterization process are drying the fish bones for 8 days, placing in the oven at 200 0 C for 1 hour, crushing with a grinder, and placing again in the oven at 250 0 C for 2 hours, 3 hours, and 4 hours. The sample preparation are mixing 1 gram of each powder  with  50  mL  aqudes,  stirring  up  the  mixture  for  30  minutes,  standing  it  for  30  minutes, centrifuging, and filtering. The samples were characterized by UV-Vis and PL analysis to analyze their optical characteristics. FTIR analysis also carried out to identify the functional groups. Based on the UV-Vis analyzes, all the different samples showed  the peak absorption wavelength around 265 nm. Based on the PL analyzes, the wavelength maximum intensity is between 470 and 500 nm and emitted blue light when irradiated with a UV flashlight. The functional groups shown from FTIR are C=C, C  C, O-H, andC=O=C.
Keywords : Carbon nanodots (CDs); tongkol (Euthynnus affinis) fish waste; UV-Vis; PL; FTIR.

## PENDAHULUAN
Konsumsi bahan makanan menghasilkan limbah  biomassa  yang  sering  kali  tidak dimanfaatkan.  Salah  satu  limbah  yang  mudah
ditemukan adalah limbah ikan tongkol ( Euthynnusaffinis ).  Pada  ikan  tongkol  bagian yang dapat dikonsumsi hanya berkisar 45-50%
[1].Di  Indonesia,  secara  umum  ikan  tongkol hanya  diolah  pada  bagian  dagingnya  saja. Pemanfaatan bagian ikan tongkol lainnya masih jarang  dilakukan  oleh  masyarakat  Indonesia. Limbah  ikan  tongkol  yang  berupa  kepala, tulang,  jeroan  dan  kulit  jumlahnya  mencapai 50-70% [2]. Limbah ikan tongkol ini berpotensi memiliki  kandungan  lemak,  protein,  dan karbohidrat  yang  merupakan  sumber carbon . Limbah  biomassa  memiliki  potensi  jika dikelola dengan baik. Beberapa usaha meneliti pemanfaatan limbah biomassa sebagai material maju  telah  dilakukan,  salah  satunya  adalah sebagai  bahan  utama  sintesis  material carbon nanodots . C arbon  nanodots ,  yang  merupakan nanomaterial berbahan  dasar carbon yang menarik  perhatian  karena  beberapa  sifat optiknya  yang  kuat  dan  dapat  diatur. Carbon nanodots memiliki karakteristik dapat memancarkan cahaya setelah menyerap cahaya dengan  panjang  gelombang  yang  berbeda. Karakteristik ini disebut sebagai fotoluminensi atau photoluminescence (PL). Selain sifat optik yang baik, carbon nanodots juga dikenal mudah larut  dalam  air,  stabil,  memiliki  toksisitas rendah,  dan  dapat  disintesis  dengan  metode sederhana.  Keunggulan carbon  nanodots tersebut memungkinkan aplikasi sebagai bioimaging , photocatalist, light emitting devices, dan biosensing [3].
Proses sintesis carbon nanodots tergolong  mudah  dan  murah  untuk  dilakukan. Bahan utama carbon (C) yang digunakan dalam proses  sintesis  juga  dapat  menggunakan biomassa yang mudah diperoleh di sekitar kita. Beberapa  bahan  yang  telah  berhasil  disintesis menjadi carbon  nanodots adalah Aloe  vera , tebu, paprika, tomat, dan sebagainya [4].
Salah  satu  sifat  istimewa carbon nanodots adalah  sifat  optis  dimana  carbon nanodots dapat berfluoresens dengan memancarkan warna tertentu. Sifat ini membuat carbon  nanodots menjadi  material  yang berpotensi  untuk  dimanfaatkan  sebagai  sensor logam  maupun  bahan  kimia  lainnya.  Interaksi antara carbon  nanodots dengan  bahan  kimia tertentu  dapat  mempengaruhi  intensitas  dan spektrum photoluminescence (PL).
Pada penelitian ini, tim hendak memanfaatkan  limbah  ikan  tongkol  sebagai bahan utama pembuatan carbon nanodots . METODE Materi dan Bahan
Bahan  utama  dari carbonnanodots yang digunakan yaitu tulang ikan tongkol.
Bahan  lain  yang  dibutuhkan  dalam penelitian  ini  ialah  aquades  yang  berfungsi untuk  membuat  sampel.  Alat-alat  kimia  yang digunakan dalam penelitian ini antara lain beakerglasspyrex 250  mL,  cawan  poselen 75 cm, erlenmeyerpyrex 250 mL, corong kaca, kertas saring, gelas ukur pyrex 10 mL, dan oven dengan  tipe  Kirin  Oven  KBO  160  yang digunakan  untuk  mengoven  tulang  ikan tongkol.
Sintesis Carbon Nanodots
Carbon  nanodots (CDs)  dibuat  dengan menjemur  tulang  (duri)  ikan  tongkol  di  bawah sinar  matahari  selama  8  hari.  Tulang  ikan tongkol  yang  telah  dijemur  kemudian  dioven dengan suhu 200 0 C selama 1 jam hingga tulang ikan  tongkol  tersebut  berubah  menjadi  arang. Arang  tersebut  kemudian  dihancurkan  dengan menggunakan  grinder  hingga  menjadi  bubuk. Bubuk tersebut kemudian dioven 250 0 C. Waktu pengovenan divariasi yaitu 2 jam, 3 jam, dan 4 jam.
Penyiapan  sampel  dilakukan  dengan mengambil  masing-masing  1  gram  dari  bubuk hasil  pemanasan  CDs  yang  telah  divariasi tesebut.  Bubuk  hasil  pemanasan  CDs  tersebut dicampurkan  ke  dalam  akuades  50  mL. Campuran  tersebut  kemudian  diaduk  dengan magnetic  stirrer selama  30  menit  dan didiamkan selama 30 menit. Setelah didiamkan, campuran  tersebut  kemudian  di centrifuge dengan kecepatan 4900 rpm selama 5 menit dan disaring  untuk  mendapatkan  larutan carbon nanodots yang siap untuk dikarakterisasi. Gambar 1.Proses tahapan sintesis carbonnanodots

## Karakterisasi
Analisis  karakteristik  sifat-sifat  optis pada  sampel carbon  nanodots (CDs)  yang dibuat dilakukan dengan menggunakan analisis UV-Vis  dan  analisis photoluminescence (PL). Selain  itu  dilakukan  juga  analisis  Spektrum FourierFransformInfraredSpectroscopy
(FTIR)  untuk  mengindentifikasi  gugus  fungsi yang ada pada sampel.
Analisis  UV-Vis  dilakukan  dengan menggunakan  UV-Vis NIR  Spectrophotometer UV-3600  Plus ,  Japan  yang  terdapat  di laboratorium  Universitas  Negeri  Yogyakarta (UNY).  Analisis  spektrum Fourier  Transform Infrared  Spectroscopy (FTIR)  direkam  dengan Nicolet  Avatar  360  IR  yang  terdapat  di Laboratorium  Terpadu  Universitas  Islam Indonesia  (UII).  Analisis  PL  dilakukan  di Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI).

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  penelitian  ini,  telah  dihasilkan sampel carbon  nanodots yang  disintesis  dari bahan  dasar  limbah  tulang  ikan  tongkol. Terdapat tiga variasi sampel yaitu sampel yang diperoleh dengan pengovenan selama 2, 3, dan 4  jam.  Gambar  2  bagian  atas  menunjukkan penampakan  sampel  di  bawah  cahaya  ambien, sedangkan bagian bawah menunjukkan penampakan  sampel  ketika  disinari  dengan senter UV.
Gambar 2. Penampakan sampel carbon nanodots dengan variasi pengovenan (a) 2 jam
(b) 3 jam (c) 4 jam
Sifat  optis  dari  sampel  diuji  dengan menggunakan  analisis  UV-Vis  dan  PL. Spektrum  absorbsi  UV-Vis  dari  3  sampel carbonnanodots yang berhasil disintesis dengan variasi  pengovenan  2  jam,  3  jam,  dan  4  jam dapat  dilihat  pada  Gambar  3.  Ketiga  sampel menunjukkan  spektrum  yang  mirip  dengan puncak  absorbsi  yang  samar  pada  panjang gelombang 264-265 nm. Berdasarkan penelitian  sebelumnya,  panjang  gelombang yang  muncul  pada  spektrum  absorbsi  carbon dots  yang  disintesis  dari  limbah  biomassa adalah  250-270  nm  [5,6,7].  Puncak  absorbsi tersebut  kemungkinan  disebabkan  dari  transisi elektron antara keadaan 𝜋 − 𝜋 ∗ dari ikatan C=C
yang berada pada inti carbon nanodots . Puncak absorbsi  lain,  yaitu  pada  panjang  gelombang 307  nm,  tampak  pada  sampel  dengan  durasi pengovenan 2 jam. Puncak absorbsi ini bisa jadi muncul dari  kulit ( surface ) carbon nanodots.
Gambar 3.Spektrum absorbsi yang dihasilkan UV-Vis pada sampel carbonnanodots yang disintesis dengan variasi pengovenan (a) 2 jam, (b) 3 jam, (c) 4 jam
Gambar  4  menunjukkan  spektrum  PL yang  dihasilkan  ketika  sampel  dengan  variasi pengovenan  4  jam  dieksitasi  dengan  panjang gelombang  405  nm.  Terlihat  bahwa  intensitas PL  maksimal  untuk  panjang  gelombang berkisar antara  470-500  nm.  Hasil  serupa  juga diperoleh  untuk carbon  nanodots yang disintesis  dengan  variasi  pengovenan  2  jam (lihat  Gambar  5). Panjang  gelombang  tersebut merupakan panjang gelombang warna biru. Hal ini  sesuai  dengan  warna  yang  dipendarkan carbon  nanodots ketika  disinari  dengan  sinar UV.
Gambar 4.  Intensitas PL ternormalisasi dari sampel carbon nanodots yang disintesis dengan variasi pengovenan 4 jam. Panjang gelombang eksitasi yang dipakai adalah 405 nm
Gambar 5. Intensitas PL ternormalisasi dari sampel carbon nanodots yang disintesis dengan variasi pengovenan 2 jam
Gambar  6  menunjukkan  hasil  analisis FTIR  pada  sampel carbonnanodots yang diperoleh dari proses pengovenan selama 2 dan 4 jam. Kedua sampel memiliki pita absorsi yang mirip. Untuk sampel yang diperoleh dari proses pengovenan selama 2 jam, pita absorsi terlihat pada  bilangan  gelombang  3469,  2335,  2051, dan 1636 cm -1 yang masing-masing berkorespondensi  dengan  gugus  fungsi  O-H, C=O=C,  C  C,  dan  C=C.  Sedangkan  untuk sampel  yang  diperoleh  dari  pengovenan4  jam memperlihatkan  pita  absorbsi  pada  bilangan gelombang  3446,  2331,  2057,  dan  1635  cm -1 , yang  masing-masing  berkorespondensi  dengan gugus fungsi O-H, C=O=C, C  C, dan C=C.
Gambar  6.  Analisis  FTIR  pada  sampel

## carbonnanodots
Analisis FTIR pada pada sampel dengan pengovenan  2  jam  dan  4  jam  menunjukkan bahwa  dalam  sampel  yang  diuji  telah  terdapat ikatan karbon pada inti carbon nanodots . Data FTIR tersebut menunjukkan di bagian surfacecarbon  nanodots tampak  gugus  fungsi yang  mengandung  oksigen  ( carbonyl dan hydroxyl ).  Adapun  ikatan  O-H  dapat  muncul dikarenakan  masuknya  atom  oksigen  dan
hidrogen dikarenakan pembakaran terbuka saat pembuatan sampel.

## KESIMPULAN
Pada  penelitian  ini, carbon  nanodots telah  berhasil  disintesis  dengan  menggunakan bahan dasar limbah tulang ikan tongkol. Semua variasi  sampel  menunjukkan  puncak  absorbsi UV-Vis pada  panjang  gelombang  sekitar  265 nm.  Berdasaran  analisis  PL,  sampel carbon nanodots dengan  variasi  pengovenan  2  dan  4 jam  menunjukkan  intensitas  maksimum  pada panjang  gelombang  di  antara  470  hingga  500 nm, sehingga carbon nanodots dapat mengemisikan  cahaya  berwarna  biru  ketika disinari dengan senter UV. Gugus fungsi yang tampak  dari  analisis  FTIR  sampel carbon nanodots adalah C=C, C  C, O-H, dan C=O=C.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan terima kasih ini kami sampaikan kepada  berbagai  pihak  yang  telah  membantu kami menyelesaikan penelitian ini, yaitu:
Kemenristekdikti  yang  telah  mendanai penelitian ini sebagai sarana pengembangan diri mahasiswa.
 Universitas Katolik Widya Mandala
Surabaya atas bantuannya dalam penyediaan  tempat  dalam  melakukan penelitian ini.
 Universitas Negeri Yogyakarta atas bantuannya  dalam  analisa  sampel  yang telah dibuat.
 Laboratorium  Terpadu  Universitas  Islam Indonesia  atas  bantuannya  dalam  analisa sampel.
 Penelitian  ini  juga  didukung  oleh  fasilitas riset, dan dukungan ilmiah serta teknis dari Laboratorium Karakterisasi Lanjut Serpong di Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia.

## DAFTAR PUSTAKA
1 Pianusa.  AF.  2015.  Kajian  perubahan mutu kesegaran ikan tongkol ( Euthynnus  Affinis )  yang  direndam dalam  ekstrak  rumput  laut  ( Eucheuma spinosum )  dan  ekstrak  buah  bakau ( Sonneratia  alba ). Skripsi. Fakultas Perikanan  dan  Ilmu  Kelautan.  Manado (ID).UNSRAT.
2 Kittiphattanabawon  P,  Benjakul  S, Vissesanguan  W,  Nagai  T,  Tanaka  M.
2005.  Characterisation  of  acid  soluble collagen  from  skin  and  bone  of  bigeye snapper  ( Priacanthus  tayenus ). Food Chemistry . 89:363-372. 3 Atchudan, R., Thomas N., Jebakumar I., Suguna P., and Yong R. L. 2018. Indian Gooseberry-Derived Tunable Fluorescent  Carbon  Dots  as  a  Promise for  In  Vitro  /  In  Vivo  Multicolor Bioimaging  and  Fluorescent  Ink. ACS Omega . 3(17):590–601.
4 Rashmita,  D.,  Rajib,  B.,  Panchanan,  P. 2018. Carbon quantum dots from natural resource:  A  Review. Materials  Today
Chemistry . 8:96-109. 5 Ahn,  J.,  et.al.  2019.  Food  waste-driven N-doped  carbon  dots:  Applications  for Fe3+ sensing and cell imaging. Materials Science and Engineering: C , 102 , 106-112.
6 Dwandaru, W. S. B., & Sari, E. K. 2020. Chicken  Bone  Wastes  as  Precursor  for C-dots in Olive Oil. Journal of Physical Science , 31 (2), 113-131.
7 Nurohman,  Y.,  Pratidhina,  E.,  Sari,  E.
K., & Dwandaru, W. S. B. 2021. Carbon Dots  Synthesized  from  Tofu  Pulp  for Liquid Tofu Waste Photo- degradation. Indonesian Review of Physics (IRiP) , 4 (1), 8-13.