Artikel Kimia Analisis Baru

Titrasi tanpa kalibrasi

Peneliti di Amerika Serikat telah mengembangkan sebuah metode semi-otomatis dalam menghasilkan ion-ion untuk titrasi bebas-kalibrasi.

Erick Bakker di Purdue University, Indiana, dan rekan-rekannya telah menggunakan sebuah membran polimer selektif-ion (yang biasanya digunakan mendeteksi ion-ion) untuk menghasilkan ion. Para peneliti ini mengatakan bahwa pengaplikasian pulsa arus melintasi membran ini bisa menyebabkan terlepasnya ion dalam jumlah yang dapat ditentukan.

Ion-ion yang terlepas kemudian dideteksi melalui sebuah elektroda polimer yang serupa. Para peneliti ini menunjukkan bahwa sistem ini bisa digunakan untuk berbagai tipe titrasi elektrokimia dan mampu melakukan pendeteksian dengan batas deteksi nanomolar.

Mereka mengatakan bahwa dengan beberapa penyesuaian, metode ini bisa digunakan untuk melepaskan berbagai ion secara elektrolisis, dan bisa terbukti lebih praktis dibanding sistem penyaluran reagen yang ada sekarang. Khususnya, metode ini bisa menggantikan titrasi kimia tradisional, karena larutan baku tidak lagi diperlukan dan ukuran sampel yang kecil tidak akan jadi masalah, kata Bakker.

Menurut Bakker, sistem ini bisa digunakan untuk membuat sebuah miniatur piranti titrasi bebas kalibrasi. Metode ini digunakan dalam aplikasi kedokteran termasuk menghasilkan dan mendeteksi ion-ion logam seperti magnesium, dan protein nuklear manusia seperti heparin (yang penting untuk pembekuan darah).

Frank Davies, seorang spesialis dalam bidang bioeletkrokimia di Cranfield University mengatakan metode pelepasan ion bisa sangat bermanfaat dalam titrasi-titrasi elektrokimia. “Teknik ini bisa menjadi pilihan utama karena tidak memerlukan lagi kalibrasi,” kata Davies.

Tenaga surya membunuh bakteri dalam air

Ilmuwan telah mengembangkan teknik-teknik dekontaminasi air dengan tenaga surya dalam upaya untuk mengurangi penyebaran penyakit-penyakit asal air di negara-negara berkembang.

Disinfeksi air dengan tenaga surya merupakan sebuah cara yang sederhana untuk membunuh bakteri dalam air. Metode ini digunakan oleh rumahtangga-rumahtangga di negara-negara berkembang dimana ketersediaan air minum yang aman cukup langka. Mereka mengisi botol-botol plastik dengan air dan menjemurnya di bawah sinar matahari, dimana radiasi UV dan suhu air yang meningkat membunuh bakteri dalam enam jam. Tetapi metode ini memerlukan sinar matahari yang kuat dan volume air yang bisa disterilkan terbatas.

Sinar matahari digunakan untuk disinfeksi air dalam botol-botol plastik tetapi jumlah air yang bisa disterilkan terbatas.

Kevin McGuigan dari The Royal College of Surgeons di Irlandia, Dublin, dan rekan-rekannya menyelidiki disinfeksi air yang terkontaminasi Escherichia coli dengan menggunakan tenaga surya dalam reaktor-reaktor aliran volume besar. Sebuah pompa mensirkulasi air antara sebuah tangki penampung dan sebuah tabung kaca yang dikelilingi oleh penangkap sinar matahari yang memfokuskan energi matahari ke dalam tabung. Mereka menemukan bahwa penonaktifan E. coli tergantung pada total dosis sinar matahari bukan pada intensitas cahayanya. Mereka juga menunjukkan bahwa reaktor-reaktor ini bisa menjadi tidak efektif karena bakteri mendapatkan dosis radiasi yang tidak kontinyu ketika bakteri-bakteri tersebut mengalir antara tangki penampung yang tidak terkena cahaya dengan tabung yang terkena cahaya. Jika bakteri tidak dinonaktifkan secara sempurna oleh sinar matahari, maka keadaan tidak terkena cahaya akan memberi waktu bagi bakteri-bakteri ini untuk pulih dari kerusakan akibat radiasi, sehingga menjadikan mereka lebih resisten ketika disinari ulang.

“Bagi saya, signifikansi utama dari penelitian ini adalah bahwa metode-metode ini bisa menjadi efektif, tetapi penghitungan ulang aliran dalam reaktor disinfeksi surya harus dirancang dengan cermat untuk menghindari kemungkinan terbentuknya sub-populasi patogen resisten yang tetap bertahan akibat keterpaparan sinar matahari yang tidak lengkap,” kata McGuigan.

“Penelitian ini merupakan sebuah kontribusi penting yang menunjukkan kelebihan dan kekurangan potensial dari disinfeksi dengan sinar matahari, tergantung pada tipe reaktor cahaya surya dan cara operasi,” tanggap Cesar Pulgarin, seorang ahli di bidang proses dekontaminasi biologis di Swiss Federal Institute of Technology di Lausanne, Switzerland. “Ini juga merupakan upaya pertama untuk menilai dosis UV minimum yang diperlukan untuk penonaktifan bakteri secara sempurna dengan disinfeksi tenaga surya.”

WHO memperkirakan bahwa lebih dari satu milyar orang kekurangan akses terhadap air minum yang aman, yang menghasilkan jutaan kematian setiap tahun akibat penyakit-penyakit terkait air seperti diare. McGuigan mengatakan dia berencana memperkenalkan teknologi reaktor alir ini di negara-negara berkembang, dimana dia berharap ini bisa memberikan bantuan darurat bagi komunitas-komunitas yang dilanda kelaparan, banjir, dan peperangan.

Pendeteksian produk susu: memantau melamin dalam susu

Dua kelompok ahli spektroskopi massa terkemuka telah menerapkan keahlian mereka untuk memperbaiki pendeteksian melamin dalam susu.

Mereka merespon terhadap tuntutan akan teknik pendeteksian melamin yang sederhana, cepat dan murah setelah bahan kimia industri ini ditemukan terdapat dalam produk susu di Cina pada bulan September 2008. Bubuk susu yang tercemar disalahkan atas kematian empat bayi, sebagai penyebab penyakit yang mengenai puluhan ribu bayi.

Melamin, yang umum digunakan sebagai pencegah kebakaran material dan sebagai resin plastik, ditambahkan ke dalam susu selama pengolahan untuk meningkatkan kandungan proteinnya yang dinilai berdasarkan analisis kandungan nitrogen total.

Kedua teknik baru ini sama-sama memiliki kelebihan yakni sangat spesifik, akurat, sederhana dan cepat. Keduanya menggunakan ionisasi lingkungan − sampel-sampel diionisasi dalam lingkungan aslinya. Ini berarti teknik-teknik ini memiliki potensi untuk dikembangkan menjadi alat pendeteksian yang mudah dibawa-bawa untuk digunakan dalam kontrol kualitas produk. Teknik kedua kelompok ini berbeda rincian ionisasi sampelnya.

Renato Zenobi, ETH Zurich, Switzerland, dan rekan-rekannya menggunakan ultrasound untuk merubah sampel susu cair yang dibubuhi melamin menjadi percikan halus (nebulise). Percikan ini kemudian diionisaisi dengan teknik EESI (ionisasi elektrospray ekstraktif) dan dianalisis dengan menggunakan spektrometri massa tandem. Metode ini memerlukan waktu 30 detik per sampel untuk pemrosesan sampel yang maksimal. Batas deteksi melamin terendah berada dalam rentang beberapa nanogram melamin per gram susu.

Zenobi berkomentar tentang teknik ini dengan mengatakan “nebulisator untuk penyaluran sampel EESI sangat sederhana dan cepat, disamping mempertahankan sensitifitas yang tinggi.”

Graham Cooks, Universitas Purdue, West Lafayette, US, dan rekan-rekannya menggunakan probe plasma suhu rendah untuk mengionisasi sampel dan, dengan menggunakan tipe spektrometri yang sama, mencapai kecepatan dan batas deteksi yang sebanding. Batas deteksi yang ditemukan oleh kedua kelompok ini berada di bawah batas minimum toksisitas melamin bagi manusia.

Cook mengatakan bahwa teknik yang ada sekarang untuk penentuan melamin cukup kompleks, “media banyak membahas skandal penyembunyian melamin dan melaporkan metodologi spektrometri massa-kromatografi cair triple quadropole untuk pendeteksiannya. Kami tertantang untuk menggunakan instrumentasi yang lebih sederhana dan membuat sebuah metode yang lebih cepat berdasarkan pada ionisasi lingkungan.”

David Muddiman, profesor spektrometri massa di North Carolina State University, Raleigh, US, menyebut teknik-teknik ini sebagai “contoh yang mengagumkan dari bagaimana metode-metode ionisasi analisis langsung yang inovatif, ketika dikombinasikan dengan spektrometri massa, memiliki kemampuan untuk mengatasi masalah-masalah kontemporer yang dihadapi dunia. Teknik-teknik ini telah mengatasi semua kendala-kendala utama sehingga memungkinkan spektrometri massa tidak hanya dapat berkompetisi, tetapi menjadi metode utama dalam tipe-tipe analisis ini.”

Jalur Cepat Pembuatan Bensin “Hijau”

Proses untuk mengubah serpihan kayu, limbah pertanian dan biomasa lainnya menjadi bahan bakar transportasi telah meyita perhatian para peneliti. Salah satu dari peneliti yang tertarik mengembangkan teknologi ini adalah insinyur kimia George W. Huber, yang timnya di University of Massachusetts, Amherst melaporkan suatu proses pirolisis katalitik selektif yang untuk pertama kalinya mampu mengubah secara langsung selulosa kedalam senyawa yang dapat dipakai untuk membuat bensin (ChemSusChem, DOI: 10.1002/cssc.200800018)

Masalah yang terbesar dari konversi biomasa adalah yang dinamakan “recalcitrance” dari tanaman, yaitu ketidakmampuan secara cepat dan ekonomis untuk mengubah secara langsung karbohidrat kompleks dari tanaman menjadi bahan kimia berguna dan bahan bakar. Para peneliti mencari beberapa pendekatan baik fisis, kimia dan biologis untuk mengatasi masalah recalcitrance ini, termasuk teknik pirolisis baru yang dikembangkan oleh Huber dan mahasiswa pascasarjananya Torren R. Carlson dan Tushar P. Vispute.

Pirolisis adalah sebuah metode baku yang melibatkan pemanasan material padat organik, termasuk limbah pertanian dan industri pada suhu tinggi dan kedap oksigen. Proses ini akan mendekomposisi material tersebut menjadi campuran hidrokarbon cair.

Para peneliti di UMass mengidentifikasi kondisi − kondisi reaksi yang diperlukan untuk mengontrol pirolisis dari serbuk selulosa dan karbohidrat berbasis biomasa lainnya yang dicampur dengan serbuk halus katalis zeolite ZSM5. Selulosa pertama-tama akan terdekomposisi menjadi bahan organik volatil teroksigenasi yang secara selanjutnya memasuki pori-pori zeolit dan secara selektif mengalami serangkaian reaksi dekabonilasi, dehirasi, oligomerisasi dan reaksi lainnya. Huber mengatakan, proses mereka memakan waktu kurang dari 2 menit pada suhu 600°C didalam reaktor yang didesain khusus yang dapat menghailkan senyawa-senyawa aromatis berupa naphthalene, ethylbenzene, toluene, dan benzene; produk samping termasuk arang, H₂O, CO, dan CO₂.

Namun proses ini masih memiliki beberapa batasan saat ini. Sebagai contoh, para peneliti masih memakai selulosa murni sebagai bahan awal pirolisis. Tambahan lain, regulasi di US metapkan jika campuran bensin harus mengandung senyawa aromatis lebih kecil dari 25% termasuk kurang dari 1% untuk bensen.

Huber mengatakan, kalau menggunakan bahan biomasa alami harusnya akan menghasilkan produk yang sama dengan memakai selulosa murni ketika proses ini nantinya telah dioptimalisasi. Dia juga menyadari bahwa batasan peraturan dari bensin terhadap kandungan senyawa aromatis akan membatasi pemakaian produknya. Namun dia menjelaskan produk aromatis ini dapat dicampur dengan senyawa alkana dan komponen lain untuk membuat bensin standar, atau senyawa aromatis dapat di hirogenasi untuk menghasilkan alkana. Jika kami menggabungkan langkah hidrogenasi didalam proses ini maka secara prinsip akan dapat mengahsilkan bensin yang standar, ungkap Huber.

Huber, bersama para mahasiswanya.

Metode pirolisis baru ini merupakan metode sederhana untuk mengolah biomasa dalam jumlah yang besar dengan waktu yang singkat, komentar John R. Regalbuto, direktur dari National Science Foundation, yang mensuport kegiatan Huber. Proses Huber ini yang mengubah secara langsung selulosa menjadi bensin aromatis merupakan teknologi terdepan saat ini yang telah mengubah paradigma terhadap pembuatan bensin alternatif terbarukan, kata Regalbuto lebih lanjut.

Pengukuran Tekanan dalam Ukuran Nano

Para peneliti di National Institute of Standards and Technology (NIST) telah mendemonstrasikan kemampuan mereka untuk mengukur tegangan tingkat rendah di permukaan seluas hanya 10 nanometer di permukaan semikonduktor.

Tegangan mekanis di semikonduktor dan peralatan lainnya disebabkan oleh atom di lapisan kristal yang ditekan atau diregangkan sehingga bergeser dari posisi semula, sebuah fenomena yang rumit walau tidak selalu berbahaya. Tekanan pada permukaan dasar dari dioda pemancar cahaya dan laser dapat mengubah warna yang dihasilkan dan mengurangi daya tahan peralatan. Di sisi lain, tekanan sengaja diberikan pada sirkuit mikro canggih karena apabila diaplikasikan secara benar, proses ini dapat meningkatkan kecepatan transistor tanpa menimbulkan perubahan pada rancangan peralatan. "Technology tekanan memampukan industri semikonduktor untuk meningkatkan kemampuan peralatan-peralatan melebihi dari apa yang diharapkan dari bahan-bahan yang tersedia saat ini," ujar fisikawan peneliti NIST, Robert Cook, "sehingga dapat menghindari masalah-masalah dalam hal teknis dan biaya yang berkaitan dengan menggunakan bahan yang berbeda."

Kedua tekanan yang baik dan buruk (bagi semikonduktor − red) perlu diukur jika keduanya hendak dikontrol oleh perancang peralatan. Dengan semakin kecilnya ukuran sirkuit mikro, pengukuran ini semakin sulit dilakukan − terutama karena dua metode pengukuran tekanan yang umum digunakan memberikan hasil yang berbeda. Metode pertama, electron back scattered diffraction (EBSD), mengukur tekanan dengan mengamati pola difraksi electron yang dipancarkan kembali oleh permukaan kristal. Metode kedua, confocal raman microscopy (CRM), mengukur perubahan frekuensi dari photon yang berinteraksi dengan ikatan atom dalam kristal − pergeseran yang perubahannya tergantung dari besarnya tekanan pada ikatan-ikatan atom. Kelompok dari NIST menggunakan kedua instrumen yang telah dimodifikasi dengan ketelitian yang lebih tinggi pada serangkaian pengukuran untuk mengatasi masalah perbedaan dalam hasil pengukuran.

Mereka menemukan bahwa masalah utamanya adalah kedalaman penetrasi dari kedua metode. Pancaran elektron hanya mengenai 20 atau 30 nanometer dari permukaan material, menurut Cook, sementara laser yang dihasilkan oleh photon dalam CRM dapat menembus sampai skala micrometer atau lebih. Para peneliti NIST menemukan bahwa dengan memvariasi panjang gelombang dari photon Raman dan memposisikan focus dari mikroskop, mereka dapat memilih kedalaman yang diukur oleh teknik Raman − dan ketika CRM diubahsuai untuk lapisan-lapisan teratas dari kristal, hasil pengukuran mendekati hasil pengukuran EBSD.

Instrument NIST juga menunjukkan potensi penggunaan kombinasi kedua metode untuk menciptakan pengukuran tekanan pada silicon dalam skala nano yang terpercaya yang memungkinkan pengembang peralatan untuk mengoptimasi penggunaan bahan dan proses. EBSD, walaupun terbatas pada tekanan di permukaan, dapat mengukur dengan resolusi sampai 10 nanometer. Resolusi CRM sekitar 10 kali lebih besar, akan tetapi metode ini dapat menghasilkan profil tekanan di permukaan yang lebih dalam.

Cara baru pendeteksian bahan peledak

Dalam upaya untuk ‘mencium’ bahan peledak berbahan dasar peroksida, seperti yang digunakan dalam pengeboman di London tahun 2005, para ilmuwan telah mengembangkan sebuah sensor yang efektif dan murah yang secara selektif mampu mendeteksi uap hidrogen peroksida (J. Am. Chem. Soc.). Selain dapat diaplikasikan dalam bidang kontra-terorisme, alat ini juga bisa digunakan untuk mendeteksi H₂O₂ pada industri dimana kontak dengan senyawa ini menjadi isu kesehatan yang serius.

Untuk membuat peledak berbahan peroksida dibutuhkan H₂O₂ sebagai bahan awal (precursor), sehingga bom peroksida biasanya masih mengandung bahan kimia diatas. Sensor peroksida dengan ukuran sebesar kotak korek api ini ditemukan oleh sebuah tim dari University of California, San Diego, dipimpin oleh William C. Trogler, Andrew C. Kummel, dan Ivan K. Schuller, dapat mendeteksi uap H₂O₂ dalam orde ppb (parts per billion). Menurut para peneliti, alat yang murah dan berukuran mini ini merupakan kemajuan baru dari standar pendeteksian H₂O₂ yang sekarang masih bergantung pada peralatan yang kompleks dan mahal.

RESISTOR KIMIA Metallophthalocyanines adalah komponen kunci dalam pendeteksian H₂O₂

Alat ini memakai lapisan tipis dari logam phthalocyanines sebagai komponen kunci pendeteksinya. Lapisan itu adalah berperan sebagai resistor kimia yang dapat diartikan konduktivitas bahan berubah-ubah tergantung dari paparan jenis bahan kimia. Menurut Trogler, "Untuk logam phthalocyanines, biasanya paparan oksidator akan meningkatkan arus". Namun dalam kondisi terdapat oksidan H₂O₂, logam phthalocyanines berperilaku berbeda-beda. Untuk kobal phthalocyanines, paparan H₂O₂ akan menurunkan arus, sedangkan untuk logam yang lain seperti tembaga atau nikel paparan senyawa ini akan meningkatkan arus. Sebuah sensor dengan gabungan beberapa filem dari logam yang berbeda dari phthalocyanines akan dapat menghasilkan suatu rangkaian sidik jari unik dari keberadaan H₂O₂.

Joseph Wang, seorang profesor dari Arizona State University, memberikan komentar bahwa hasil penelitian ini sangat elegan dan efektif untuk mendeteksi uap hidrogen peroksida. Dia menambahkan bahwa cara ini bisa dikembangkan untuk pendeteksian bahan yang lain dengan memyesuaikan logam yang ada di tengah senyawa phthalocyanines.

Artikel Kimia Analisis

Menjadikan ikan berfluoresensi untuk pendeteksian merkuri

Ilmuwan di Korea Selatan telah mengembangkan sebuah penyelidik (probe) baru untuk logam merkuri yang bisa digunakan untuk pencitraan organ-organ makhluk hidup.

Merkuri merupakan salah satu polutan yang sangat toksik dan umum ditemui. Tetapi meskipun beberapa penyelidik fluoresensi telah ada untuk logam merkuri namun kebanyakan hanya mendeteksi bentuk anorganik dari logam ini; ada beberapa laporan tentang penyelidik untuk spesies merkuri organik seperti metilmerkuri. Meskipun demikian, unsur ini umum ditemukan dalam bentuk organik, yang lebih toksik dibanding merkuri anorganik karena lipofilisitasnya memungkinkan mereka melintasi membran-membran biologis. Konsekuensinya, cara-cara baru untuk mendeteksi spesies-spesies merkuri ini, khususnya pada organisme, sangat penting.

Sekarang, Kyo Han Ahn dari Pohang University of Science and Technology, Injae Shin dari Yonsei University dan rekan-rekannya telah memenuhi permintaan ini. Mereka telah mengembangkan penyelidik sederhana yang bereaksi baik dengan merkuri organik maupun anorganik menghasilkan sebuah produk fluoresen. Mereka telah menggunakan penyelidik (probe) ini untuk memantau spesies merkuri pada sel-sel mamalia dan organ-organ ikan zebra yang diinkubasi dengan merkuri organik.

Penyelidik (probe) yang dikembangkan Ahn dan Shin bereaksi dengan merkuri untuk melepaskan suatu senyawa fluroesen

Meskipun penyelidik-penyelidik sebelumnya untuk merkuri anorganik menggunakan ligan-ligan yang berbasis sulfur, pendekatan Ahn dan Shin memanfaatkan kimia yang berbeda, seperti dijelaskan oleh Amirla de Silva, seorang ahli di bidang sensor fluoresen di Queen’s University, Belfast, Inggris. “Ahn dan rekan-rekannya terinspirasi dari bidang reaksi oksimerkuri. Ini merupakan sebuah kemajuan konseptual yang menarik.” De Silva menambahkan bahwa karena reaksi antara penyelidik (probe) dan merkuri berlangsung ireversibel, maka penyelidik tersebut pada dasarnya adalah sebuah kemodosimeter - atau reagen - bukan sebuah sensor. “Meskipun demikian, sebuah kemodesimeter untuk metilmerkuri merupakan sebuah tahapan penting dalam memungkinkan pemantauan racun yang berbahaya ini.”

Ahn sepakat dan mengatakan penyelidik tersebut dapat menjadi bagian penelitian keracunan merkuri. “Sekarang kita sudah memiliki penyelidik molekuler yang bisa digunakan untuk meneliti dan menelusuri metilmerkuri toksik pada spesies hidup. Dengan menggunakan penyelidik ini, kita bisa meneliti distribusi dan perjalanan metilmerkuri dalam organisme,” paparnya.

Tahapan selanjutnya adalah membuat penyelidik yang lebih sensitif. “Salah satu isu yang paling menantang dalam pendeteksian merkuri adalah bagaimana membedakan merkuri anorganik dari metilmerkuri,” kata Ahn. “Kami belum sampai pada penyelidik seperti itu tetapi kami sedang berupaya keras untuk menemukannya suatu hari nanti.”

“Hidung” elektronik bisa membantu memahami cara kerja indera penciuman

Peneliti di Korea telah menggabungkan reseptor-reseptor penciuman manusia dengan nanoteknologi untuk membuat sebuah “hidung bio-elektronik” jenis baru yang mereka harapkan dapat membantu meningkatkan pemahaman tentang indera penciuman manusia.

Tai Hyun Park dan Jyongsik Jang dari Seoul National University menggabungkan keahlian tim peneliti mereka di bidang bioteknologi dan peranti polimer penghantar, dengan menempelkan protein-protein reseptor penciuman (hOR) pada tabung-nano polimer penghantar. Mereka kemudian melekatkan tabung-tabung nano ini ke sebuah array mikroelektroda untuk membuat transistor efek-medan, yang kemudian memungkinkan perubahan sinyal listrik yang terjadi ketika molekul-molekul bau terikat ke protein reseptor yang akan dideteksi.

Park mengatakan sistem ini bisa mendeteksi bau sangat baik. “Protein tersebut memiliki gugus-gugus amina pada permukaannya dan polimer-polimer penghantar difungsikan dengan asam karboksilat, sehingga kami bisa mengikat protein ke tabung-nano secara kovalen dengan sebuah ikatan peptida,” paparnya. “Ikatan kovalen ini berarti bahwa apabila molekul target terikat ke reseptor, sinyal akan ditransfer sangat efektif ke tabung-nano.”

Reseptor yang digunakan pada piranti ini diketahui sangat baik dalam mengikat amil butirat, sebuah ester dengan aroma buah nanas atau buah aprikot yagn digunakan sebagai aditif makanan. Tim ini menemukan bahwa mereka bisa dengan mudah mendeteksi konsentrasi amil butirat yang sangat rendah (femtomolar), tetapi ester-ester terkait (butil- dan heksil-butirat) yang berbeda satu atom karbon dengan senyawa target, tidak menghasilkan respons pada konsentrasi 10 milyar kali lebih tinggi.

“Sensitifitas dan selektifitas peranti ini sangat baik,” komentar Park, “yang menandakan bahwa protein masih berfungsi baik dan tidak dipengaruhi total dengan melekat ke tabung-nano. Kami belum mengetahui pengaruh apa yang dimiliki oleh pengikatan tersebut terhadap pembentukan protein, tetapi kami bisa memahami bahwa pengikatan itu masih berfungsi!”

Walaupun peranti ini memiliki pengaplikasian yang jelas dalam mendeteksi molekul-molekul spesifik, Park menjelaskan bahwa mereka ingin menggunakannya untuk memahami secara lebih baik bagaimana indera penciuman manusia bekerja: “Terdapat sekitar 370 hingga 380 reseptor-reseptor olfaktory berbeda, tetapi banyak diantaranya yang tidak selektif untuk senyawa-senyawa tunggal dan kita tidak tahu apa target dari beberapa diantaranya. Kami ingin mengklonkan berbagai reseptor berbeda dan menempatkannya pada peranti-peranti seperti ini, dan kemudian membuat peranti-peranti dengan kombinasi reseptor-reseptor berbeda, untuk mencoba dan mendeteksi bau-bau yang lebih kompleks dan memahami bagaimana kami membedakannya.”

Reseptor penciuman manusia dilekatkan ke sebuah tabung-nano polimer penghantar yang diletakkan pada dua elektroda.

Jasmina Vidic, dari National Institute of Agricultural Research di Jouy-en-Josas, Perancis, meneliti piranti-piranti hidung bio-elektronik yang melibatkan protein-protein reseptor yang diletakkan dalam dwi-lapis lipid mirip membran sel. “Ini merupakan pertama kalinya saya melihat polimer-polimer penghantar digunakan untuk mengimobilisasi reseptor-reseptor penciuman,” komentar Vidic, “dan karena polimer-polimer ini berikatan kovalen dengan ikatan-ikatan amida mereka sangat stabil. Fakta bahwa polimer-polimer ini bisa secara selektif mendeteksi ligan target berarti bahwa reseptor-reseptor kemungkinan masih dalam bentuk yang baik setelah melekat ke peranti tersebut, yang mana sangat menjanjikan.

Validasi Metode Analisis

Validasi metode analisis bertujuan untuk memastikan dan mengkonfirmasi bahwa metode analisis tersebut sudah sesuai untuk peruntukannya. Validasi biasanya diperuntukkan untuk metode analisa yang baru dibuat dan dikembangkan. Sedangkan untuk metode yang memang telah tersedia dan baku (misal dari AOAC, ASTM, dan lainnya), namun metode tersebut baru pertama kali akan digunakan di laboratorium tertentu, biasanya tidak perlu dilakukan validasi, namun hanya verifikasi. Tahapan verifikasi mirip dengan validasi hanya saja parameter yang dilakukan tidak selengkap validasi.

Beberapa parameter analisis yang harus dipertimbangkan dalam validasi metode analisis adalah sebagai berikut:

1. Accuracy (Kecermatan)

Accuracy adalah ukuran yang menunjukkan derajat kedekatan hasil analis dengan kadar analit yang sebenarnya. Accuracy dinyatakan sebagai persen perolehan kembali (recovery) analit yang ditambahkan. Accuracy dapat ditentukan melalui dua cara, yaitu metode simulasi (spiked-placebo recovery) atau metode penambahan baku (standard addition method).

Dalam metode simulasi, sejumlah analit bahan murni ditambahkan ke dalam plasebo (semua campuran reagent yang digunakan minus analit), lalu campuran tersebut dianalisis dan hasilnya dibandingkan dengan kadar standar yang ditambahkan (kadar yang sebenarnya). Recovery dapat ditentukan dengan cara membuat sampel plasebo (eksepien obat, cairan biologis) kemudian ditambah analit dengan konsentrasi tertentu (biasanya 80% sampai 120% dari kadar analit yang diperkirakan), kemudian dianalisis dengan metode yang akan divalidasi. Tetapi bila tidak memungkinkan membuat sampel plasebo karena matriksnya tidak diketahui seperti obat-obatan paten, atau karena analitnya berupa suatu senyawa endogen misalnya metabolit sekunder pada kultur kalus, maka dapat dipakai metode adisi.

Dalam metode adisi (penambahan baku), sampel dianalisis lalu sejumlah tertentu analit yang diperiksa (pure analit/standar) ditambahkan ke dalam sampel, dicampur dan dianalisis lagi. Selisih kedua hasil dibandingkan dengan kadar yang sebenarnya (hasil yang diharapkan).

Pada metode penambahan baku, pengukuran blanko tidak diperlukan lagi. Metode ini tidak dapat digunakan jika penambahan analit dapat mengganggu pengukuran, misalnya analit yang ditambahkan menyebabkan kekurangan pereaksi, mengubah pH atau kapasitas dapar, dll.

Dalam kedua metode tersebut, recovery dinyatakan sebagai rasio antara hasil yang diperoleh dengan hasil yang sebenarnya. Biasanya persyaratan untuk recovery adalah tidak boleh lebih dari 5%.

2. Precision (keseksamaan)

Precision adalah ukuran yang menunjukkan derajat kesesuaian antara hasil uji individual, diukur melalui penyebaran hasil individual dari rata-rata jika prosedur diterapkan secara berulang pada sampel-sampel yang diambil dari campuran yang homogen.

Presicion diukur sebagai simpangan baku atau simpangan baku relatif (koefisien variasi). Precision dapat dinyatakan sebagai repeatability (keterulangan) atau reproducibility (ketertiruan).

Repeatability adalah keseksamaan metode jika dilakukan berulang kali oleh

analis yang sama pada kondisi sama dan dalam interval waktu yang pendek. Repeatability dinilai melalui pelaksanaan penetapan terpisah lengkap terhadap sampel-sampel identik yang terpisah dari batch yang sama, jadi memberikan ukuran keseksamaan pada kondisi yang normal.

Reproducibility adalah keseksamaan metode jika dikerjakan pada kondisi yang berbeda. Biasanya analisis dilakukan dalam laboratorium-laboratorium yang berbeda menggunakan peralatan, pereaksi, pelarut, dan analis yang berbeda pula. Analisis dilakukan terhadap sampel-sampel yang diduga identik yang dicuplik dari batch yang sama. Reproducibility dapat juga dilakukan dalam laboratorium yang sama dengan menggunakan peralatan, pereaksi, dan analis yang berbeda.

Kriteria seksama diberikan jika metode memberikan simpangan baku relatif (RSD) atau koefisien variasi (CV) 2% atau kurang. Akan tetapi kriteria ini sangat fleksibel tergantung pada konsentrasi analit yang diperiksa, jumlah sampel, dan kondisi laboratorium. Dari penelitian dijumpai bahwa koefisien variasi meningkat dengan menurunnya kadar analit yang dianalisis.

Ditemukan bahwa koefisien variasi meningkat seiring dengan menurunnya konsentrasi analit. Pada kadar 1% atau lebih, standar deviasi relatif antara laboratorium adalah sekitar 2,5% ada pada satu per seribu adalah 5%. Pada kadar satu per sejuta (ppm) RSDnya adalah 16%, dan pada kadar part per bilion (ppb) adalah 32%. Pada metode yang sangat kritis, secara umum diterima bahwa RSD harus lebih dari 2%.

Percobaan keseksamaan dilakukan terhadap paling sedikit enam replika sampel yang diambil dari campuran sampel dengan matriks yang homogen. Sebaiknya keseksamaan

ditentukan terhadap sampel sebenarnya yaitu berupa campuran dengan bahan pembawa sediaan farmasi (plasebo) untuk melihat pengaruh matriks pembawa terhadap keseksamaan ini. Demikian juga harus disiapkan sampel untuk menganalisis pengaruh pengotor dan hasil degradasi terhadap keseksamaan ini.

3. Selektivitas (Spesifisitas)

Selektivitas atau spesifisitas suatu metode adalah kemampuannya yang hanya mengukur zat tertentu saja secara cermat dan seksama dengan adanya komponen lain yang mungkin ada dalam matriks sampel. Selektivitas seringkali dapat dinyatakan sebagai derajat penyimpangan (degree of bias) metode yang dilakukan terhadap sampel yang mengandung bahan yang ditambahkan berupa cemaran, hasil urai, senyawa sejenis, senyawa asing lainnya, dan dibandingkan terhadap hasil analisis sampel yang tidak mengandung bahan lain yang ditambahkan.

Selektivitas metode ditentukan dengan membandingkan hasil analisis sampel yang mengandung cemaran, hasil urai, senyawa sejenis, senyawa asing lainnya atau pembawa plasebo dengan hasil analisis sampel tanpa penambahan bahan-bahan tadi.

Penyimpangan hasil jika ada merupakan selisih dari hasil uji keduanya. Jika cemaran dan hasil urai tidak dapat diidentifikasi atau tidak dapat diperoleh, maka selektivitas dapat ditunjukkan dengan cara menganalisis sampel yang mengandung cemaran atau hasil uji urai dengan metode yang hendak diuji lalu dibandingkan dengan metode lain untuk pengujian kemurnian seperti kromatografi, analisis kelarutan fase, dan Differential Scanning Calorimetry. Derajat kesesuaian kedua hasil analisis tersebut merupakan ukuran selektivitas. Pada metode analisis yang melibatkan kromatografi, selektivitas ditentukan melalui perhitungan daya resolusinya (Rs).

4. Linearitas dan Rentang

Linearitas adalah kemampuan metode analisis memberikan respon proporsional terhadap konsentrasi analit dalam sampel. Rentang metode adalah pernyataan batas terendah dan tertinggi analit yang sudah ditunjukkan dapat ditetapkan dengan kecermatan, keseksamaan, dan linearitas yang dapat diterima.

Linearitas biasanya dinyatakan dalam istilah variansi sekitar arah garis regresi yang dihitung berdasarkan persamaan matematik data yang diperoleh dari hasil uji analit dalam sampel dengan berbagai konsentrasi analit. Perlakuan matematik dalam pengujian linearitas adalah melalui persamaan garis lurus dengan metode kuadrat terkecil antara hasil analisis terhadap konsentrasi analit.

Dalam beberapa kasus, untuk memperoleh hubungan proporsional antara hasil pengukuran dengan konsentrasi analit, data yang diperoleh diolah melalui transformasi matematik dulu sebelum dibuat analisis regresinya.

Dalam praktek, digunakan satu seri larutan yang berbeda konsentrasinya antara 50 – 150% kadar analit dalam sampel. Di dalam pustaka, sering ditemukan rentang konsentrasi yang digunakan antara 0 – 200%. Jumlah sampel yang dianalisis sekurang-kurangnya delapan buah sampel blanko.

Sebagai parameter adanya hubungan linier digunakan koefisien korelasi r pada analisis regresi linier Y = a + bX. Hubungan linier yang r = +1 atau –1 bergantung pada arah garis. Sedangkan nilai a menunjukkan kepekaan analisis terutama instrumen yang digunakan. Parameter lain yang harus dihitung adalah simpangan baku residual (Sy). Dengan menggunakan kalkulator atau perangkat lunak komputer, semua perhitungan matematik tersebut dapat diukur

5. Batas Deteksi (Limit of Detection) dan Batas Kuantitasi (Limit of Quatification)

Batas deteksi adalah jumlah terkecil analit dalam sampel yang dapat dideteksi yang masih memberikan respon signifikan dibandingkan dengan blangko. Batas deteksi merupakan parameter uji batas. Batas kuantitasi merupakan parameter pada analisis renik dan diartikan sebagai kuantitas terkecil analit dalam sampel yang masih dapat memenuhi kriteria cermat dan seksama.

Penentuan batas deteksi suatu metode berbeda-beda tergantung pada metode analisis itu menggunakan instrumen atau tidak. Pada analisis yang tidak menggunakan instrumen batas tersebut ditentukan dengan mendeteksi analit dalam sampel pada pengenceran bertingkat. Pada analisis instrumen batas deteksi dapat dihitung dengan mengukur respon blangko beberapa kali lalu dihitung simpangan baku respon blangko dan formula di bawah ini dapat digunakan untuk perhitungan

Q = (k x Sb)/Sl

Q = LOD (batas deteksi) atau LOQ (batas kuantitasi)
k = 3 untuk batas deteksi atau 10 untuk batas kuantitasi
Sb = simpangan baku respon analitik dari blangko
Sl = arah garis linear (kepekaan arah) dari kurva antara respon terhadap konsentrasi = slope (b pada persamaan garis y = a+bx)

Batas deteksi dan kuantitasi dapat dihitung secara statistik melalui garis regresi linier dari kurva kalibrasi. Nilai pengukuran akan sama dengan nilai b pada persamaan garis linier y = a + bx, sedangkan simpangan baku blanko sama dengan simpangan baku residual (Sy/x.)

a. Batas deteksi (LoD)
Karena k = 3, Simpangan baku (Sb) = Sy/x, maka:

LoD = (3 Sy/x)/ Sl

b. Batas kuantitasi (LoQ)
Karena k = 10, Simpangan baku (Sb) = Sy/x, maka:

LoQ = (10 Sy/x)/Sl

Cara lain untuk menentukan batas deteksi dan kuantitasi adalah melalui penentuan rasio S/N (signal to noise ratio). Nilai simpangan baku blanko ditentukan dengan cara menghitung tinggi derau pada pengukuran blanko sebanyak 20 kali pada titik analit memberikan respon. Simpangan baku blanko juga dihitung dari tinggi derau puncak ke puncak, jika diambil dari tinggi puncak derau atas dan bawah (Np-p) maka s0 = Np-p/5 sedangkan kalau dari puncak derau bawah saja (puncak negatif) maka s0 = Np/2, selanjutnya perhitungan seperti tersebut di atas.

6. Ketangguhan metode (ruggedness)

Ketangguhan metode adalah derajat ketertiruan hasil uji yang diperoleh dari analisis sampel yang sama dalam berbagai kondisi uji normal, seperti laboratorium, analisis, instrumen, bahan pereaksi, suhu, hari yang berbeda, dll. Ketangguhan biasanya dinyatakan sebagai tidak adanya pengaruh perbedaan operasi atau lingkungan kerja pada hasil uji. Ketangguhan metode merupakan ukuran ketertiruan pada kondisi operasi normal antara lab dan antar analis.

Ketangguhan metode ditentukan dengan menganalisis beningan suatu lot sampel yang homogen dalam lab yang berbeda oleh analis yang berbeda menggunakan kondisi operasi yang berbeda, dan lingkungan yang berbeda tetapi menggunakan prosedur dan parameter uji yang sama.

Derajat ketertiruan hasil uji kemudian ditentukan sebagai fungsi dari variabel penentuan. Ketertiruan dapat dibandingkan terhadap keseksamaan penentuan di bawah kondisi normal untuk mendapatkan ukuran ketangguhan metode. Perhitungannya dilakukan secara statistik menggunakan ANOVA pada kajian kolaboratif yang disusun oleh Youden dan Stainer.

7. Kekuatan (Robustness)

Untuk memvalidasi kekuatan suatu metode perlu dibuat perubahan metodologi yang kecil dan terus menerus dan mengevaluasi respon analitik dan efek presisi dan akurasi. Sebagai contoh, perubahan yang dibutuhkan untuk menunjukkan kekuatan prosedur HPLC dapat mencakup (tapi tidak dibatasi) perubahan komposisi organik fase gerak (1%), pH fase gerak (± 0,2 unit), dan perubahan temperatur kolom (± 2 - 3° C).

Perubahan lainnya dapat dilakukan bila sesuai dengan laboratorium. Identifikasi sekurang-kurangnya 3 faktor analisis yang dapat mempengaruhi hasil bila diganti atau diubah. Faktor risinal ini dapat diidentifikasi sebagai A, B, dan C. Perubahan nilai faktor-faktor ini dapat diidentifikasi dengan a, b, dan c. Lakukan analisis pada kondisi yang telah disebutkan pada pemeriksaan ketangguhan.

Nilai Penetapan faktor eksperimental
#1 #2 #3 #4
A atau a A A a a
B atau b B b B b
C atau c C c c C

Untuk menentukan efek perubahan A, banding rata-rata hasil (#1 + #2)/2 dengan (#3 + 4)/2, Untuk efek perubahan B, bandingkan (#1 + #3)/2 dengan (#2 +#4)/2 dan seterusnya.

Meng-Close Up Molekul

Dengan mengurung sebuah molekul organik berukuran kecil didalam sebuah karbon nanotube para peneliti di Jepang dengan menggunakan mikroskop elektron (TEM) telah berhasil mengamati pergerakan molekul dalam resolusi mendekati skala atomik.

Gambar TEM (atas) dan model molekul (bawah) menunjukkan konformasi dari carborane memperlihatkan dua rantai alkil didalam karbon nanotube. Atom boron berwarna merah jambu, hidrohen putih, karbon abu- abu. Sumber: Kazutomo Suenaga, Hiroyuki Isobe, and Eiichi Nakamura

“Yang kami lakukan seperti menjebak kumbang didalam botol kaca untuk melihat bagaimana sayapnya bergerak” kata Eiichi Nakamura, seorang professor kimia di Universitas Tokyo yang memimpin tim penemu. Didalam kondisi kedap udara, molekul kecil cenderung untuk bergerak sangat cepat tetapi dengan menjebak mereka kedalam sebuah nanotube akan memperlambat gerakan mereka sehingga dapat diamati.

Nakamura dan timnya mempelajari beberapa molekul termasuk ortho-carborane yang memiliki dua rantai alkil bersebelahan dengan jumlah karbon 22. Mereka menguapkan molekul organik tersebut dan membiarkan mereka mendifusi kedalam nanotube dalam kondisi kedap udara. Dengan meradiasi nanotube dengan electron dalam interval 2 detik, para peneliti berhasil menangkap pergerakan molekul dalam rekaman video. Rekaman ini mengungkap pergerakan molekul sepanjang nanotube sekaligus mengalami perubahan konformasi. Dalam rekaman terlihat sesekali ekor dari rantai alkil menempel beberapa saat pada dinding karbon nanotube. “Anda juga akan bisa mengamati pemanjangan dari ekor alkil tersebut” kata Roald Hoffmann dari Universitas Cornell.

“Ini adalah visualisasi langsung yang paling berhasil dari pergerakan molekul didalam sebuah tabung nano” kata Hoffmann lebih lanjut dan memuji langkah ini sebagai langkah yang sangat cerdas.