## Pengembangan instrumen berbasis konduktivitas untuk mendeteksi cemaran pangan dalam produk pertanian
1 Ani Mulyasuryani *) , 2 Akhmad Zainuri
1 Jurusan Kimia FMIPA Universitas Brawijaya
2 Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Brawijaya
mulyasuryani@ub.ac.id

## Abstrak
Salah  satu  cemaran  pangan  dalam  produk  pertanian  adalah  residu  pestisida.  Instrumen  untuk mendeteksi  kadar  residu  pestisida  dapat  dikembangkan  dengan  mengukur  konduktivitas  pestisida yang dihidrolisis secara enzimatis. Enzim diamobilkan pada suatu elektroda dalam sel konduktivitas, sehingga  dapat  dihasilkan  konduktivitas  larutan  secara  langsung.  Berdasarkan  hubungan  linier antara konsentrasi pestisida dengan konduktivitas  dapat dibuat instrumen  yang  menghasilkan data dalam satuan konsentrasi. Pestisida yang diuji adalah diazinon, malathion, profenofos dan klorpirifos. Variabel kinerja instrumen adalah ukuran elektroda, pH larutan uji, dan voltase. Kepekaan maksimum dihasilkan pada elektroda ukuran 1x5 mm 2 , pH larutan 8,5 dan voltase 100 mV. Instrumen ini dapat mengukur kadar pestisida pada kisaran 0 – 1000 ppb, dengan akurasi 86-100 %.
Kata Kunci: residu pestisida, diazinon, malathion, profenofos, klorpirifos

## 1 Pendahuluan
Untuk  memacu  produktivitas  pertanian  penggunaan  pestisida  sangat  diperlukan  dan seringkali digunakan  secara berlebihan.  Departemen  Pertanian  menganjurkan pemakaian pestisida  organofosfat  karena  mudah hilang di alam.  Meskipun  demikian  residu  pestisida organofosfat  pada  manusia  dapat  menimbulkan  keracunan  baik  akut  maupun  kronis,  hal ini disebabkan oleh sifat akumulatif dari residu pestisida organofosfat [1]. Batas maksimum residu pestisida dalam beras adalah 0,1 mg/Kg dan dalam sayuran 0,5 mg/Kg  [2]. Untuk itu, perlu dilakukan suatu kontrol yang baik akan keberadaan senyawa beracun ini, karena walaupun  tidak  mematikan  tetapi  dapat  terakumulasi  dalam  tubuh,  sehingga  dapat menimbulkan penyakit yang berbahaya.
Metode baku yang digunakan SNI untuk analisis organofosfat adalah kromatografi gas (GC) [3]  dan  Kromatografi  Cair  Kinerja  Tinggi  (HPLC).  Sebagai  metoda  alternatif  untuk pengukuran  pestisida  organofosfat  adalah  mengembangkan  suatu  instrumen  yang  lebih sederhana. Biosensor adalah suatu instrumen yang menggabungkan antara reaksi biokimia dengan  suatu  tranduser.  Biosensor  menawarkan  berbagai  keuntungan,  yaitu  selektivitas tinggi,  waktu  uji  yang  cepat,  dapat  digunakan  berulang  kali  ,  dan  sangat  praktis  untuk pengukuran langsung dilapangan [4].
Biosensor  terdiri  dari  tiga  komponen,  yaitu  bioaktif  (bioreseptor),  tranduser  dan  detektor. Biosensor  pestisida  organofosfat  dibuat  atas  dasar  reaksi  hidrolisis  organofosfat  dengan adanya organophosphate  hydrolase sebagai biokatalis  (bioreseptor). Pada  reaksi tersebut dihasilkan  H + .  Jumlah  ion  H + hasil  hidrolisis  dapat  dideteksi  secara  potensiometri, amperometri, dan konduktometri. Pada penelitian ini digunakan tranduser konduktometri, karena  memiliki  beberapa  keunggulan  yaitu  elektroda  yang  digunakan  kecil  dan  praktis, tidak membutuhkan elektroda referensi apapun, tegangan yang dibutuhkan kecil sehingga
menghemat  konsumsi  energi,  dan  biaya  produksi  yang  murah  sehingga  berpotensi  untuk diproduksi dalam skala besar [5-7].
Konduktometri  adalah  suatu  metode  analisis  kimia  yang  didasarkan  pengukuran konduktivitas  larutan.  Konduktivitas  elektrolitik  suatu  larutan  adalah  ukuran  kemampuan larutan  untuk  membawa  arus  listrik,  dalam  suatu  sel  elektrokimia.  Hantaran  arus  listrik dilakukan oleh migrasi ion-ion sebagai akibat pengaruh medan elektrik. Dengan memakai GGL  (Gaya  Gerak  Listrik)  tertentu  dengan  harga  tetap,  tetapi  lebih  tinggi  dari  voltase penguraian elektrolit, arus (i), yang mengalir antara dua elektroda terendam dalam larutan elektrolit,  berbanding  terbalik  dengan  tahanan  R  larutan  elektrolit.  Konduktivitas  dan dinyatakan dalam Ohm -1 atau S [8].
Konduktivitas diukur dengan menggunakan sel konduktivitas yang dibuat dari dua lempeng logam dengan luas (A) yang sama serta pada jarak yang telah ditentukan (l), Gambar 1.
1
Gambar 1 Skema prinsip pengukuran konduktivitas larutan. U1 : signal input (AC); U2 :
signal output; R : resistor
Konduktivitas larutan merupakan fungsi dari luas elektoda dan jarak antar elektroda yang dinyatakan dalam persamaan 1.
(1)
l : jarak antar elektroda (cm)
A : Luas permukaan elektroda (cm 2 ) κ : konduktivitas spesifik (S cm -1 )
Pada  penelitian  ini,  telah  dikembangakan  alat  deteksi  yang  didasarkan  pada  pengukuran konduktivitas  larutan  hasil  hidrolisis  pestisida  organofosfat  yang  dikatalisis  oleh  enzim organosfat hidrolase. Pengembangan alat yang berdasarkan konduktivitas larutan dengan adanya reaksi enzimatis telah dikembangkan oleh penulis sejak tahun 2011 [9][10][11]
J.Oto.Ktrl.Inst (J.Auto.Ctrl.Inst)
2 Diskusi

## 2.1 Pengaruh Voltase input
Pada  penelitian  ini  sel  konduktometer  terdiri  dari  sepasang  SPCE  ( screen  print  carbon electrode ),  luas  elektroda  adalah  5  mm  1  mm.  Salah  satu  elektroda  dilapisi  membran kitosan  yang  mengandung  enzim  organofosfat  hydrolase.  Elektroda  yang  telah  dilapisi enzim  ditempatkan  dalam  slot  elektroda  kutub  negatif  pada  konduktometer,  sedangkan slot  elektroda  yang  lain  dipasang  elektroda  tanpa  membran  dan  enzim.  Konduktometer terintegrasi  dengan  computer,  yang  mampu  merekam  5  data  dalam  satu  detik.  Hasil pengukuran  dalam  satu  siklus  (20  detik)  dapat  terekam  dalam  file excel .  Sinyal  yang terukur  dipengaruhi  oleh  potensial  yang  diaplikasikan  pada  alat.  Semakin  besar  voltase semakin  besar sinyal  yang terukur. Namun  voltase juga berbanding lurus dengan  standar deviasi hasil pengukuran, Gambar 2.
Gambar 2 Pengaruh voltase terhadap standar deviasi (A). Profile signal pada voltase 50 mV (B) ; 100 mV (C) 150 mV (D)
Berdasarkan  hasil  penelitian  ini, pada  tahap selanjutnya  dipilih  potensial aplikasi sebesar 100 mV, karena pada  potensial ini dihasilkan sinyal yang cukup kuat (226 µS), dan tidak merusak lapisan membran kitosan di permukaan elektroda.

## 2.2 Pengaruh Luas Elektroda
Secara  teoritis  peningkatan  luas  elektroda  dapat  meningkatkan  konduktivitas  yang dihasilkan, sebagaimana persamaan (1). Hal ini terjadi pada hasil penelitian ini, tetapi tidak secara  langsung  berbanding  lurus  dengan  biosensor.  Gambar  3  menunjukan  bahwa sensitivitas  tertinggi  untuk  malation,  profenofos  dan  klorpirifos  dihasilkan  pada  luas elektroda 5 mm 2 , tetapi diazinon pada 7 mm 2 . Untuk prosedur selanjutnya digunakan luas elektroda 5 mm 2 .
Gambar 3 Kurva hubungan antara luas elektroda terhadap sensitivitas pada diazinon, malation, profenofos dan klorpirifos

## 2.3 Pengaruh pH
Secara teori aktivitas optimum enzim bebas dan  enzim yang diamobilkan ada  perbedaan, karena adanya interaksi enzim dengan media amobilisasi. Hal ini akan mengubah orientasi atau  halangan  ruang  enzim  untuk  berinteraksi  dengan  substrat.  Dengan  demikian  akan terjadi pula perubahan pH yang dapat menghasilkan kinerja enzim secara maksimal. Enzim organofosfat  hidrolase  bebas  mempunyai  pH  optimum  pada  kisaran  7,5  –  9  satuan  pH, oleh karena itu pada penelitian ini  optimasi pH dilakukan pada kisaran pH tersebut. Hasil penelitian ini diperlihatkan pada Gambar 4.
Gambar 4 Kurva hubungan antara pH terhadap kepekaan pada diazinon, malation, profenofos dan klorpirifos.
Sensitivitas maksimum biosensor terhadap ke 4 senyawa organofosfat dihasilkan pada pH 8,5  –  9.  Untuk  pengukuran  larutan  diazinon  dan  profenofos  sensitivitas  biosensor maksimum  dihasilkan  pada  pH  8,5.  Pada  pengukuran  malation  sensitivitas  biosensor maksimum pada  pH 9, tetapi standar deviasi pada pH  tersebut sangat besar, sedangkan pada  pengukuran  klorpirifos  sensitivitas  pada  pH  8,5  tidak  berbeda  secara  signifikan dengan  pH  9.  Dengan  demikian  dapat  diambil  kesimpulan  bahwa  pH  optimum  untuk pengukuran  keempat  senyawa  yang  diuji  adalah  pada  pH  8,5,  maka  untuk  tahap selanjutnya menggunakan pH 8,5. Hal tersebut dilakukan untuk validasi alat.
J.Oto.Ktrl.Inst (J.Auto.Ctrl.Inst)

## 2.4 Validasi
Berdasarkan  hasl  optimasi  voltase  input,  luas  elektroda  dan  pH  larutan  maka  dilakukan pengujian terhadap biosensor dengan mengukur konduktivitas larutan diazinon, malathion, profenofos  dan  klorpirifos.  Berdasarkan  data  hubungan  konsentrasi  terhadap konduktivitas, dibuat persamaan regresi linier. Dari data tersebut juga dapat dihitung batas deteksi  alat  terhadap  masing-masing  senyawa  organofosfat  yang  diuji.  Batas  deteksi didasarkan pada sinyal blanko.
Tabel 1  Regresi linier hubungan konsentrasi dan konduktivitas, dan batas deteksi alat terhadap masing-masing senyawa organofosfat yang diuji
Senyawa Regresi Linier R 2 LOD (ppm) Diazinon y = 534 x + 1844 0,99 0,25 Malathion y = 496 x + 1871 0,99 0,22 Profenofos y = 389 x + 1808 0,98 0,44 Klorpirifos y = 440 x + 1849 0,99 0,30
Berdasarkan  persamaan  regresi  linier  dari  Tabel  1,  dibuat  program  sesuai  dengan persamaan  tersebut.  Setelah  program  diterapkan  dilakukan  validasi  terhadap  alat  yang baru. Validasi menggunakan konsentrasi yang sudah diketahui, Gambar 5.
Gambar 5 Kurva hubungan antara konsentrasi senyawa organofosfat terhadap signal output.
Berdasarkan Gambar 5, diketahui bahwa akurasi hasil pengukuran 86-100%. Tetapi pada konsentrasi  100  ppb  (0,1  ppm)  akurasi  lebih  rendah  dibandingkan  pada  konsentrasi diatasnya, karena 0,1 ppm merupakan konsentrasi dibawal konsentrasi limit deteksi.
Outside

## 3 Kesimpulan
Instrumen  untuk  mengukur  residu  pestisida  organofosfat  dalam  produk  pertanian  dapat dikembangkan  berdasarkan  pengukuran  konduktivitas  larutan.  Kinerja  instrument
maksimum dihasilkan pada voltase input 100 mV, dengan luas elektroda 5 mm 2 dan diukur pada pH 8,5. Instrumen dapat mengukur larutan organofosfat dengan akurasi 86 – 100 %.

## 4 Ucapan Terima Kasih
Terima  kasih  penulis  sampaikan  kepada  Universitas  Brawijaya  yang  telah  memberikan Research Grant PUPT 2013 – 2015

## 5 Daftar Pustaka
[1] Alegantina, S., Mariana Raini, Pudji Lastari, Penelitian Kandungan Organofosfat Dalam Tomat  Dan  Slada  Yang  Beredar  Di  Beberapa  Jenis  Pasar  Di  DKI,  Departemen Kesehatan RI, 2005
[2] Anonim, Badan Standardisasi Nasional, “Batas maksimum residu pestisida pada hasil pertanian”, Standar Nasional Indonesia, SNI 7313:2008, 2008
[3] Anonim,  Badan  Standardisasi  Nasional,  “Metode  Pengujian  Kadar  Pestisida”,  Standar Nasional Indonesia, SNI 0625101991, 1991.
[4] Garcia,  M.N.V.,  T.  Mottram,  “Biosensor  Technology  Addressing  Agricultural  Problems” Biosysems Engineering, 2003 : 84 ,1–12.
[5] Chouteau,  C.,  S.Dzyadevych,  J.M.Chovelon  dan  C.  Durrieu,  “Development  of  Novel Conductometric  Biosensors  Based  on  Immobilized  Whole  Cell  Chlorella  vulgaris Microalgae”, Biosensors and Bioelectronics, 2004 : 19, 1089-1096
[6] Jaffrezic-Renault,  N.,  “New  Trends  in  Biosensors  for  Organophosphorus  Pesticides”, Sensors , 2001 : 1, 60-74
[7] Jaffrezic-Renault,  N.  and  Dzyadevych,  S.V.,  “Conductometric  Microbiosensors  for Environmental Monitoring”, Sensors, 2008 : 8, 2569-2588.
[8] Egins,  B.R.,  “Chemical  Sensors  and  Biosensors”,  John  Wiley  &  Sons,  LTD,  Singapore. 2002.
[9] Mulyasuryani, A. dan Arie Srihardyastutie, “Conductometric Biosensor for the detection of  Uric  Acid  by  immobilization  uricase  on  Nata  de  coco  membrane-Pt  electrode”, Analytical Chemistry Insights, 2011 : 6, 47 – 51
[10] Mulyasuryani,  A.,  Dhofir,  M.,  2014,  Enzyme  Biosensor  for  Detection  of Organophosphate Pesticide Residues Base on Screen Printed Carbon Electrode (SPCE)- Bovine Serum Albumin (BSA), Engineering, 6, 230-235
[11] Mulyasuryani, A. dan Prasetyawan, S, “Organophosphate Hydrolase in Conductometric Biosensor  for  the  Detection  of  Organophosphate  Pesticides”  Analytical  Chemistry Insights 2015:10, 23–27