## Kinerja Elektroda Platina Terlapis Enzim Butirilkholinesterase- Selulosa Asetat-Glutaraldehida untuk Deteksi Diazinon
[Performance of Platina Electrode Coated by Butyrylcholinesterase-Cellulose Acetate-Glutaraldehyde for Diazinon Detection]
Thamrin Azis 1*, Nurhaeni 2 , Caterina Bijang 3 , A. Nurwahida 1
1 Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Halu Oleo, Kendari
2 Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Tadulako, Palu
3 Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Pattimura, Ambon
* ) Corresponding Author: thamrinazis06@gmail.com; Telp : (085397827279)
ABSTRACT. Diazinon  (o,  o-diethyl-o  [2-isopropyl-6-methyl  pyrimidynyl]  phosphorotioate)  is  one  of  the organophosphate group pesticides widely used to protect cabbage plants ( Brassica olarecea ). Pesticide residues left  in  plants  can  bind  to  the  cholinesterase  enzyme  and  cause  system  disruption  nerve.  Analysis  of  diazinon residues  in  cabbage  plants  needs  to  be  done  to  determine  the  level  of  toxicity  caused.  The  electrochemical biosensor  method  as  an  electrochemical  sensor  uses  a  working  electrode  of  platinum  wire  coated  with  the enzyme butybholchesteresterase (BChE) and cellulose acetate (SA) membrane and glutaraldehyde (GA) can be used for the analysis of pesticide residues. The test results of the SA electrode composition of the 10% GA 20% membrane obtained Nernst factor prices 28.1 µV / decade with a measurement range of 10 -9 - 10 -6 M, detection limit value of 1.29 x 10 -7 M response time of  30 - 300 seconds.
Keywords: biosensor, butylochholesterase, membrane, electrochemistry
ABSTRAK. Diazinon (o,o-diethyl-o[2-isopropil-6-metilpirimidinil]phosphorotioate) merupakan salah satu pestisida golongan organofosfat banyak digunakan untuk melindungi tanaman kubis ( Brassica olarecea ). Residu pestisida tertinggal  pada  tanaman  dapat  mengikat  enzim  cholinesterase  dan  menimbulkan  gangguan  sistem saraf.  Analisis  residu  diazinon  dalam  tanaman  kubis  perlu  dilakukan  untuk  mengetahui  tingkat  toksitas  yang ditimbulkan.  Metode  biosensor  elektrokimia  sebagai  sensor  elektrokimia  menggunakan  elektroda  kerja  kawat platina terlapis enzim butirilkholinesterase (BChE) dan membrane selulosa asetat (SA) serta glutaraldehid (GA) dapat digunakan untuk analisis residu pestisida. Hasil uji kinerja elektroda komposisi membran SA 10 % GA 20% diperoleh harga faktor Nernst 28,1 µV/dekade dengan kisaran pengukuran 10 -9 – 10 -6 M, nilai limit deteksi1,29 x 10 -7 M waktu respon 30 – 300 detik.
Kata kunci: biosensor, butirilkholinesterase, membran,  elektrokimia
Riwayat artikel: Diterima 6 Agustus 2020, Disetujui 18 Agustus 2020 Cara  sitasi: Azis,  T.,  Nurhaeni.,Bijang,  C.,  &  Nurwahida,  A.  (2020).  Kinerja  Elektroda  Platina  Terlapis  Enzim  Butirilkholinesterase- Selulosa Asetat-Glutaraldehida untuk Deteksi Diazinon. KOVALEN: Jurnal Riset Kimia , 6(2): 106-111. DOI: https://doi.org/10.22487/kovalen.2020.v6.i2.15237

## LATAR BELAKANG
Pestisida  merupakan  senyawa  organik bersifat  toksik  yang  banyak  digunakan  untuk mengendalikan  serangga  dan  hama  dalam
bidang  pertanian  (Talarico et  al., 2016). Senyawa  diazinon  (o,o-dietil-o[2-isopropil-6- metil-pirimidinil-fosforotioat)  termasuk  salah satu  pestisida  golongan  organofosfat  banyak
digunakan  sebagai  kontrol,  prefentif  dan mengurangi  hama pada  sayuran  kubis ( Brassica  olarecea )  (Pérez-Fernández et  al., 2020)  .  Residu  pestisida  yang  dikonsumsi manusia dapat mengikat enzim cholinesterase,  yaitu  enzim  yang  berfungsi mengatur kerja syaraf dan  menghambat asetil kolinesterase mengakibatkan akumulasi asetilkolin  sehingga  menimbulkan  gejala  sakit kepala,  mual,  muntah,  sesak  nafas,  kejang otot  dan  dapat  mengakibatkan  kelumpuhan (Vimala et al. , 2016)
Untuk  mengetahui  tingkat  toksisitas  dan resiko  yang  ditimbukan  pestisida  terhadap mahluk  hidup  dan  lingkungan,  maka  perlu dilakukan  analisis  residu  pestisida.  Metode standar  untuk  deteksi  organofosfat  adalah kromatografi  gas  (KG),  kromatografi  cair kinerja tinggi (KCKT) dan detector spectrometer massa (Guo et al. , 2019; Zhu et al. , 2019). Metode ini sangatsensitif dan dapat diandalkan, tetapi memiliki kelemahan seperti, perawatan sampel yang  kompleks dan menggunakan  waktu  lama  (Zhu et  al., 2019).
Untuk  mengatasi  kelemahan  tersebut,  maka diperlukan  metode  analisis  yang  lebih  cepat, selektif  dan  sederhana.  Salah  satu  metode yang  dikembangkan  saat  ini  adalah  teknik elektro kimia memiliki keunggulan dibandingkan  teknik  konvensional,  seperti sederhana,  biaya  murah  dan  waktu  analisis yang  singkat  (Hao et  al .,  2019;  Pérez- Fernández et al. , 2020).
Biosensor  merupakan  salah  satu  teknik elektrokimia  yang  menggabungkan  perangkat sensor dengan senyawa biologi dan transduser  (Gupta et  al .,  2016;  Ibrahim et  al.,
2017).  Dalam  proses  kerja,  senyawa  aktif biologi  akan  berinteraksi  dengan  molekul sasaran  dan  menghasikan  besaran  fisik
seperti panas, arus listrik, potensial listrik yang akan  dimonitor  oleh  transduser.  Beberapa penelitian  menggunakan  biosensor  dengan berbagai  jenis  enzim  dan    transduser  untuk deteksi  residu  petisida.  Bakirhan et  al. (2018) menggunakan  sensor  elektrokimia  deteksi residu  pestisida  dalam  makanan  dengan biosensor optic menggunakan enzyme acetylcholinesteras deteksi organofosfat
diperoleh  limit  deteksi  2,2  x  10 -3 M.  Deteksi pestisida golongan organofosfat
menggunakan biosensor konduktometri diperoleh  limit  deteksi  diazinon  40  ppb, malation  30  ppb,  klopyrofos  20  ppb  dan profenofos 40 ppm (Mulyasuryani & Prasetyawan, 2015). Membran selulosa
asetat (SA) merupakan  membrane  organik  yang  tersusun dari  bahan  dasar  polimer  memiliki  kestabilan yang  baik  terhadap  berbagai  macam  zat kimia,mempunyai kekuatan mekanik yang baik dan  tahan  terhadap  tekanan  tinggi  sehingga dapat  menahan  materi  yang  sangat  kecil. Glutaraldehid  (GA)  berperan  sebagai  ikatan silang  dan    berfungsi  sebagai  pereaksi bifungsi  antar  aenzim  dan  selulosa  asetat (Mashuni et al., 2010)
Dalam  penelitian  ini  didesain  elektroda platina terlapis enzim Butiriklonesterase
(BChE) dengan bahan pendukung selulosaasetat  (SA)  dan  glutaraldehid  (GA). Hasil desain elektroda dengan dengan parameter  yang  optimum  digunakan  untuk deteksi residu diazinon dalam sayuran.

## METODE PENELITIAN

## Bahan dan Peralatan
Bahan  yang  digunakan  adalah  kawat perak,  KCl,  kawat  tembaga,  kawat  platina, kawat timah, enzim butirilkolinesterase (BChE)
((EC  3.1.1.8), Selulosa  Asetat  (SA)  (Sigma),
Glutaraldehid  (GA)  (Sigma),  asetilkolin  klorida (Sigma),  pestisida  diazinon  (Electrophorous electricus  Sigma),  NaH 2 PO 4 .H 2 O  (Merck),
Na 2 HPO 4. 12H 2 O  (Merck),  aseton  (Merck), etanol (Merck), parafilm.

## Prosedur Kerja

## Desain elektroda kawat terlapis (EKT)
Elektroda  dibuat  dari  kawat  tembaga terlapis  plastik  berdiameter  1,5  mm  dengan panjang  5  cm  ,  disambungkan  dengan  kawat platina berdiameter 0,4 mm berukuran panjang  2,5  cm  dengan  cara  pateri  dan masukkan  ke  dalam  tip  biru  dengan  posisi platina  menonjol  ke  luar  1  cm  dari  ujung runcing. Elektroda  dicelupkan kedalam bahan aktif  enzim  butirilkolinesterase  (BChE)  dan membran (selulosa asetat  dan  glutaraldehid). Elektroda  terlapis  enzim  dan  membran diaplikasikan  ke  sampel  sayuran  kubis  untuk menentukan kadar residu diazinon
Penyiapan larutan standar substrat butirilkolin klorida
Timbang  secara  teliti  butirilkolin  klorida 1,048  gram  kemudian  dimasukkan  ke  dalam labu  takar  50  mL,  selanjutnya  ditambahkan larutan  buffer  fosfat  pH  6,5  sebagai  pelarut sampai  tanda  batas.  Terhadap  larutan  ini kemudian  dilakukan  pengenceran  sampai diperoleh larutan dengan konsentrasi 1,0 x 10 - 3 M - 1,0 x 10 -9 M.
Pembuatan larutan standar pestisida diazinon
Timbang  secara  teliti  diazinon  3.0434 gram  kemudian  dilarutkan  dengan  n-heksan dalam  labu  ukur  100  mL  diencerkan  sampai tanda  batas.  Terhadap  larutan  ini  kemudian dilakukan  pengenceran  pada    1,0  x  10 -3 M  - 1,0 x 10 -9 M.
Pembuatan larutan enzim butirilkolinesterase (BChE) Enzim BChE dari Electrophorous electricus  Sigma  24  mg  padatan    dilarutkan dalam pelarut 6,32 ml buffer fosfat pH 6,5 dan 1 ml KCl 0,1 M

## Pembuatan selulosa asetat (SA)  10 %
Larutan  selulosa  asetat  10  %    disiapkan dengan  menimbang  secara  teliti  selulosa asetat    1,0  gram    kemudian  dilarutkan  aseton sebanyak 10 mL.
Pembuatan  glutaraldehid  (GA)  10    %,  15  % dan  20 %
Larutan glutaraldehid 25 % yang digunakan dalam penelitian ini adalah produksi  Aldrich  Sigma.  Selanjutnya  larutan GA    10  %;  15  %  dan  20  %  dibuat  dengan mengencerkan  larutan  GA  25  %  dengan aquades.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Kinerja  elektroda  ditentukan  berdasarkan pengamatan  harga  respon  potensial  masing- masing elektroda. Penentuan kinerja elektroda meliputi  penentuan  faktor  Nernst  (sensivitas), nilai  limit  deteksi,  waktu  respon,  koefisien selektivitas.

## Faktor Nernst dan Kisaran Pengukuran
Penentuan  faktor  Nernst  dan  kisaran pengukuran diperoleh
dengan cara mengalurkan potensial E(mV) terhadap konsentrasi  substrat  Butirilkholim  kloroda ditambahkan inhibitor diazinon dengan konsentrasi  10 -3 M –  10 -9 M.  Nilai  teoritis  faktor
Nernst  adalah  29,6  mV/dekade  dan  kurva linearitas terbaik memberikan harga R mendekati  satu.  Hubungan  antara  potensial elektroda E (mV) dengan  keaktifan ion  dapat dinyatakan persamaan berikut E  =  E 0  S log (a A ) (1)
Dan  hubungan  dengan  selektivitas  ion  dalam larutan dinyatakan persamaan berikut
F RT S ZA 303 , 2  (2)
Bila E(mV) terhadap –Log a memberikan garis linear akan memenuhi persamaan Nernst.
Gambar 1 Kurva potensial –Log[Diazinon]
untuk  komposisi  membran      SA
10% dan GA 10% pada konsentrasi substrat 10 -5 dan konsentrasi diazinon  10 - 9 –10 -6 M
Gambar 2 Kurva potensial –Log[Diazinon]
untuk  komposisi  membran      SA
10% dan GA 15% pada konsentrasi substrat 10 -5 dan konsentrasi diazinon  10 - –10 -6 M
Gambar 3 Kurva potensial –Log[Diazinon]
untuk  komposisi  membran      SA
10% dan GA 20% pada konsentrasi substrat 10 -5 dan konsentrasi diazinon  10 - 9 –10 -6 M
Kepekaan dan linieritas biosensor dengan rentang  konsentrasi  diazinon  10 -9 M –10 -6 M ditampilkan  pada  gambar  1,2  dan  3  Hasil pengukuran potensial
menggunakan potensiometer menunjukkan biosensor dengan  komposisi  membran      SA  10%  GA 10%  (Gambar  3)  memiliki  kepekaan    yang tinggi,  yaitu  28,39  mV/dekade  mendekati harga  faktor  Nernst  teoritis  (29,6  mV/dekade). Hasil  ini  menunjukkan  aktivitas  enzim  cukup baik  sebagai  katalis  dalam  reaksi  hidrolisis substrat butirilkolin klorida , sehingga memberikan  respon  potensial  E  (mV)  yang cukup tinggi bila dibandingkan dengan komposisi  membran  lain.  Nilai  linieritas linieritas  mendekati  1  yaitu  0,970  dan  harga intersepnya atau E 0 adalah 388,5. Oleh karena itu  dapat  disimpulkan  elektroda  dengan komposisi  membran  SA  10%    GA  10% aktivitas  enzim  cukup  baik  sebagai  katalis dalam  reaksi  hidrolisis  substrat  butirilkolin klorida, sehingga memberikan respon potensial  E  (mV)  yang  cukup  tinggi  bila dibandingkan dengan komposisi membran lain dan harga potensial E (mV) pada daerah linier mengalami kenaikan sesuai dengan bertambahnya  konsentrasi  diazinon  pada kisaran  konsentrasi  10 -9 M  -  10 -6 M,  sehingga dianggap  paling  baik  untuk  pengukuran diazinon.

## Limit Deteksi
Limit
deteksi merupakan batas konsentrasi  terendah  yang  dapat  diukur elektroda  ditentukan  dengan  membuat  garis singgung  pada  fungsi  linear  yang  Nernstian dan  non  Nernstian  antara –log[Diazinon] dengan  nilai  potensial  (mV).    Titik  potong kedua  garis  diekstrapolasikan  ke  sumbu  x sehingga  dapat  diperoleh  konsentrasi  limit deteksi.  Hasil  pengukuran  limit  deteksi  dari
-Log[Diazinon]M -Log[Diazinon]M -Log[Diazinon]M P ot e nsia l (m V ) P ot e nsia l (m V ) P ot e nsia l (m V )
elektroda  dengan  variasi  komposisi  membran dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel  1. Penentuan  limit  deteksi  berbagai
komposisi Tipe Elektroda Komposisi Membran Nilai Limit Deteksi SA GA E1 10% 10% 1,51x10 -7 M E2 10% 15% 5,13x10 -7 M E3 10% 20% 1,29x10 -7 M
Nilai  limit  deteksi  menentukan  kualitas suatu  metode  analisis,  Semakin  kecil  limit deteksi  suatu  elektroda,  maka  semakin  baik kualitas  elektroda  tersebut.  Salah  satufaktor yang  menetukan  kualitas  limit  deteksi  adalah membran selulosa asetat (SA). Semakin  peka suatu  membrane  terhadap  senyawa  target, maka  semakin  baik  nilai  limit  deteksi  yang akan  diperoleh.  Hasil  penentuan    limit  deteksi berbagai  komposisi  membrane  dapat  dilihat dalam  Tabel1.  Hasil  ektrapolasi  pembacaan elektroda SA 10 % GA 20 %  terhadap sumbu x  dengan  rentang  konsentrasi  diazinon 10 -9 M  -  10 -3 M    menghasilkan  limit  deteksi terendah1,29 x 10 -7 M (Tabel 1).

## Waktu Respon
Waktu respon adalah waktu yang diperlukan  suatu  biosensor  untuk  mencapai potensial  yang  konstan.  Hal  ini  disebabkan telah  terjadinya  kesetimbangan  reaksi  yang terjadi  pada  membran  elektroda  dengan larutan sampel.
Semakin sensitif suatu elektroda semakin cepat waktu responnya. Faktor respon dipengaruhi  oleh  beberapa  faktor,  seperti kestabilan  membran,  konsentrasi  sampel, temperatur sampel, adanya ion-ion pengganggu  dan  putaran  stirrer.  Profil  waktur espons  deteksi  diazinon  dengan  variasi
komposisi  membran  SA/GA  dengan  metode potensiometri terlihat pada Gambar 4.
(a) (b) (c)
Gambar 4. Waktu respon biosensor – diazinon dengan komposisi membran        (a) SA 10 %  GA10 %, (b) SA 10 %            GA 15 %, dan  (c)  SA10%  GA  20  %  pada konsentrasi substrat 10 -5 M
Tabel 2 .  Kinerja elektroda enzim butirilkolinesterase Kinerja Elektroda Tipe elektroda enzim butirilkolinesterase E1 (SA10% GA10%) E2 (SA10% GA15%) E3 (SA10% GA20%) E0 (mV) S R 2 Limit deteksi (M) Waktu respon 428,2 25,62 0,926 1,51x10 -7 30-300 221,5 6,96 0,956 5,13x10 -7 30-300 388,5 28,93 0,970 1,29x10 -7 30-300

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  yang  telah dilakukan,  maka  dapat  diambil  kesimpulan, bahwa elektroda komposisi membran selulosa asetat (SA) 10 % dan glutaradehid (GA) 20 % memiliki kinerja lebih baik dibanding elektroda komposisi  membran  SA  10  %    GA  5,0%  dan SA  10  %    GA  15  %.    Hasil  kinerja  elektroda SA  10  %    GA  10  %  meliputi    faktor  Nernst (sensivitas)    28,39  mV/dekade  pada  rentang pengukuran pada kisaran konsentrasi 10 -9 M  -  10 -6 M  baik  untuk  pengukuran diazinon.    Limit  deteksi  dengan  harga 1,29  x  10 -7 M  merupakan  limit  deteksi terendah dengan rentang konsentrasi diazinon 10 -9 M-10 -3 M    dan  waktu  respon  30  detik – 300 detik.

## DAFTAR PUSTAKA
Bakirhan,  Nurgul  K,  Bengi  Uslu,  and  Sibel  A
Ozkan. (2018). The Detection of Pesticide in Foods Using Electrochemical Sensors. In Food Safety  and  Preservation. Pp.  91-141: Elsevier.
Guo,  Jiagang,  et  al.  (2019).  Analysis  of Multiple Pesticide Residues In Polyphenol-Rich  Agricultural  Products by  UPLC-MS/MS  Using  a  Modified QuEChERS  Extraction  and  Dilution Method. Food chemistry 274:452-459.
Gupta, Deepali, Balwinder Singh, and
Harpreet Singh. (2016).  Design and Development  of  Pesticide  Residue Detection  System  using  EC  and  pH Sensor. International Journal Engineering  and  Manufacturing  (IJEM) 2:10-17. Hao,  Rui,  Zhuoyu  Peng,  and  Bo  Zhang.
(2019)  Single-Molecule  Fluorescence
Microscopy
for
Probing
the
Electrochemical  Interface. ACS  omega 5(1):89-97.
Ibrahim, AG, OD Oyedum, and OB
wojowogbe. (2017).
Design
Description  of  a  Stand-Alone,  Auto- Frequency  Ultrasonic  Brand  of  Weaver Bird  Pest  Control  Device  for  Field
Applications. International  Journal  of Engineering and Manufacturing 7(5):1. Mashuni, Mashuni,
et al. (2010). Determination  of  Carbamate  Pesticides Using  a  Biosensor  Based  on  Enzyme Acetylcholinesterase and Cholin Oxidase n Platinum Electrode. Indonesian Journal of Chemistry 10(3):290-294. Mulyasuryani, Ani, and Sasangka Prasetyawan. (2015). Organophosphate Hydrolase in Conductometric Biosensor for  The Detection of Organophosphate Pesticides. Analytical  chemistry  insights 10:ACI. S30656.
Pérez-Fernández,  Beatriz,  Agustín  Costa- García,  and  Alfredo  de  la  Escosura Muñiz. (2020).  Electrochemical  (Bio) Sensors  for  Pesticides  Detection  Using Screen-Printed  Electrodes. Biosensors 10(4):32.
Talarico, Daria, et al. (2016).  Screen Printed  Electrode  Modified  With Carbon Black  and  Chitosan:  A  Novel  Platform for Acetylcholinesterase Biosensor Development. Analytical and bioanalytical  chemistry 408(26):7299- 7309.
Vimala,  V,  SK  Clarke,  and  S  Urvinder  Kaur.
(2016). Pesticides  Detection  Using
Acetylcholinesterase Nanobiosensor. Biosens J 5(133):2. Zhu, Bingqi, et al. (2019). Simultaneous
Determination  of  131  Pesticides  in  Tea by  On-line  GPC-GC –MS/MS  Using Graphitized Multi-Walled Carbon
Nanotubes  as  Dispersive  Solid  Phase Extraction  Sorbent. Food  chemistry 276:202-208.