Absorpsi dan Responsivitas Larutan Porphyrin Alam Hasil Isolasi dari Spirulina sebagai Bahan Material Photonics Agus Supriyanto1, Kusumandari1, Fahru Nurosyid1 dan Antik Erlina2 Abstrak: Telah dilakukan pengujian karakteristik absorpsi larutan porphyrin dan responsivitas cahaya. Larutan senyawa molekul porphyrin diisolasi dari mikroalgae spirulina. Pengujian fotokonduktivitas dalam kondisi gelap diperoleh -4 -1 -1 sekitar 0,9x10 ohm .cm sedangkan pada kondisi diberi intensitas radiasi 0,5 -2 -2 -2 -4 -1 W.m , 10 W.m dan 16 W.m diperoleh fotokonduktivitas sekitar 1,5x10 ohm -1 cm . Spektrum absorbansi larutan porphyrin mempunyai soret band sekitar 410 nm dan Q-band sekitar 660 nm. Dari hasil perhitungan responsivitas cahaya pada larutan porphyrins dengan panjang gelombang 410 nm dan 660 nm -2 mempunyai tanggapan cahaya yang baik yaitu sekitar 3,92x10 ampere/watt -2 dan 5,53x10 ampere/watt. Sedangkan pada panjang gelombang lainnya -9 diperoleh sekitar 1,39x10 ampere/watt. Hal ini cukup potensial bahwa material porphyrins alam dapat digunakan sebagai material photonics pada devais foto. Kata Kunci: Absorpsi, porphyrin, responsivitas, photonics.
PENDAHULUAN
organik sebagai bahan semikonduk-
Perkembangan dalam
teknologi
fotodetektor
elektronik
tor mendapat perhatian khusus dari
dan
para
peneliti
karena
optoelektronik semikonduktor terus
penelitian
berkembang
ini.
sebagai material elektronik maupun
Dimana komunikasi fiber optik dan
optoelektronik, antara lain field effect
fotodetektor akan memegang peran-
transsistor (FET) (Nakamura, 2004),
an penting dimasa depan. Global
organics
market lewat situs resmi World
(OLED) (Othman, 2006), dan sel
Semiconductor
surya
pesat
dewasa
Trade
Statistics
dapat
hasil-hasil
light
diaplikasikan
emitting
(Triyana,
2004).
diodes
Material
(Elliot, 2006) melaporkan kebutuhan
organik ini dikenal dengan sebutan
pasar semikonduktor dan devais
organic semiconductors. Dewasa ini
terus
pengembangan
meningkat.
Material
semi-
bahan
konduktor anorganik seperti silikon,
sebagai
germanium dan paduannya masih
mempunyai
mendominasi
diproduksi dan diaplikasikan sebagai
bahan
teknologi
material
organik
peluang
semikonduktor dan devais tersebut.
devais
Namun,
optoelektronik.
akhir-akhir
ini
material
1
mikroelektronik
) Staf Pengajar Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Sebelas Maret Email:
[email protected] 2 ) Staf Balai Besar Pengembangan Budidaya Air Payau, Jepara
141
semikonduktor dapat
dan
142
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 5 No. 2, Agustus 2008 (141 – 147)
Pengembangan
teknologi
Dalam studi penelitian ini
sensitisasi dari bahan organik alam
dikaji absorpsi dari material larutan
menarik
porphyrin yang di ekstrak dan di
untuk
dipelajari
karena
ketersediaan di alam yang melim-
isolasi
pah. Beberapa tahun terakhir ini,
chromatography dari bahan alam
beberapa peneliti seperti Charles,
mikroalgae spirulina. Selain itu juga
2002
telah
di ukur karakterisasi sifat listriknya
mengembangkan pemamfaatan dan
dengan menentukan fotokondukti-
aplikasi dari material chlorophyll dan
vitas dan responsivitas cahaya dari
porphyrin untuk aplikasi fotodetektor,
larutan porphyrin tersebut. Dari hasil
sensor, katalis, solar cells, dan
ini diharapkan dapat mengetahui
optoelektronik. Molekul dyesensitizer
karakteristik
dari senyawa porphyrin merupakan
bahan
bahan
spirulina,
dan
Chou,
organik
2000
yang
sangat
dengan
metoda
dye
organik
sensitizer alam
dan
colomn
dari
mikroalgae
potensi
untuk
menjanjikan untuk dijadikan bahan
digunakan sebagai bahan fotonik
pembuatan devais optoelektronik.
dalam devais fotodetektor.
Keunggulan dari bahan ini organik alam
ini
(molecular
dengan
berat
weight)
molekul
yang
kecil
BAHAN DAN METODE Bahan
yang
digunakan
mempunyai nilai koefisien serapan
dalam isolasi porphyrin adalah dari
yang tinggi.
mikroalgae jenis spirulina. Bahan ini
Porphyrin
sebagai
dyes
sudah dalam bentuk serbuk yang
sensitizer telah banyak dilakukan
diperoleh
dari
sebagai
Pengembangan
Balai
Besar
material
organik
untuk
pembuatan
Payau, Jepara. Senyawa molekul
organics light emitting diodes OLED
porphyrin yang diisolasi dari bahan
(Shimatani, 2005), dan sel surya.
alam organik mikroalgae spirulina
Porphyrin
terlebih dahulu diekstrak dimana
semikonduktor
yang
terdapat
dalam
Budidaya
struktur Klorofil-a merupakan salah
mikroalgae
satu pigmen organik yang banyak
bubuk digerus sampai halus dan
dikaji dikarenakan berperan untuk
dilarutkan
mengkonversi
matahari
berbentuk bubur. Untuk melarutkan
menjadi energi kimia dalam proses
secara merata menggunakan vortek,
fotosintesis di tumbuh-tumbuhan.
kemudian
energi
spirulina
Air
sedikit
berbentuk
aseton
ditambahkan
hingga
aseton
Supriyanto, A., dkk, Absorpsi dan Responsivitas..............
143
sebanyak 10 ml secara perlahan dan
gradien dari V-I. Untuk menghitung
disaring menggunakan whatman 42.
nilai konduktivitas ditentukan oleh:
Untuk
mendapatkan
isolasi
porphyrin digunakan metoda colom chromatography,
dimana
larutan
ekstrak mikroalgae spirulina dituangkan pada tabung colom yang telah di isi
dengan
silika
gel.
Secara
Dimana
probe
larutan
eluen.
Larutan
isolasi
porphyrin
yang
berwana
kehijauan dipisahkan dengan larutan -karoten berwarna kekuningan. Karakterisasi larutan
porphyrin
spektros-kopik
sifat
Spectrophoto-meter
(cm)
konduktivitas
panjang dan
A
elektroda luas
dari 2
penampang elektroda probe (cm ). Adapun pengukuran responsivitas diperoleh dengan diberikan cahaya pada panjang gelombang tertentu. Persamaan untuk menentu-
sebagai berikut.
menggunakan
type
1601
L
(1)
kan besaran responsivitas diperoleh
optik
UV-Vis
.................
sebagai
ohm-1.cm-1,
perlahan dituangkan dan didorong dengan
1 L R A
PC.
I ph P
..................
(2)
Sedangkan karakterisasi sifat listrik
Dimana merupakan responsivitas
diukur arus-tegangan (I-V) dalam
cahaya (ampere/watt), Iph adalah
kondisi
terang
arus foto (ampere) yang ditimbulkan
menggunakan metoda konduktivitas
akibat pengaruh cahaya dan P daya
two point probe. Sumber tegangan
optik masukan (watt).
gelap
dan
menggunakan alat Keithley type 6517A.
Dan
kondisi
terang
HASIL DAN PEMBAHASAN
menggunakan lampu halogen 100
Hasil karakterisasi sifat optik
watt dengan variasi intensitas 0,5
dari ekstrak dan isolasi porphyrin
-2
W.m , 10 W.m
point
-2
-2
dan 16 W.m .
pada mikroalgae spirulina diperoleh
Dari pengukuran dengan two
bahwa puncak intensitas absorbansi
probe
hasil
Keithley
6517
A
ekstrak
lebih
tinggi
diperoleh data tegangan (V) dan
dibandingkan dengan hasil isolasi
arus (I), kemudian dari data V-I
colom
tersebut dibuat plot grafik hubungan
spektrum panjang gelombang hasil
V-I. Resistansi (R) sebagai slope
ekstrak
chromatography.
Namun
melebar dengan puncak
144
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 5 No. 2, Agustus 2008 (141 – 147)
spektrum
panjang
gelombang
nm. Hasil spektrum tersebut nampak
berada pada 410,5 nm; 504,5 nm;
sesuai
534 nm; 559 nm ; 609 nm dan 666
porphyrin
nm. Adapun spektrum absorbansi
penelitian oleh Hargus, 2005.
hasil isolasi porphyrin cukup tajam
dengan
tipikal
spektrum
telah
dilakukan
yang
Spektrum bang
si pada panjang gelombang 410 nm
spirulina masih melebar dimungkin-
dan 660 nm, Gambar 1. Sehingga
kan masih terdapat senyawa -
dapat dikatakan senyawa porphyrin
karoten. Karena senyawa -karoten
alam
mempunya
mempunyai
soret
band pada 410 nm dan Q band 660
ekstrak
gelom-
dengan puncak intensitas absorban-
tersebut
hasil
panjang
mikroalgae
spektrum
panjang
gelombang di daerah 460 – 500 nm.
3
abs-chrom abs-ekstrak
Absorbansi (a.u)
2.5
2
1.5
1
0.5
0 300
400
500
600
700
800
Panjang Gelombang (nm)
Gambar 1. Spektrum absorbansi porphyrin alam
Karaktersasi arus-tegangan (I-
hasil karakterisasi I-V kondisi gelap
V) dari larutan porphyrin yang di
dan terang bahwa nampak kurva I-V
isolasi
porphyrin
dari
mikroalgae
spirulina
alam
lebih
keadaan
menggunakan metoda two point
diberi
probe. Dan dilakukan dalam kondisi
dibandingkan dengan hasil keadaan
keadaan gelap dan terang.
gelap, nampak dalam Gambar 2.
Dari
cahaya
dalam
meningkat
Supriyanto, A., dkk, Absorpsi dan Responsivitas..............
145
0.0025 kondisi gelap 0.5 W/m2 10 W/m2 16 W/m2
Arus (ampere)
0.002
0.0015
0.001
0.0005
0 0
2
4
6
8
10
12
14
Tegangan (Volt)
Gambar 2. Kurva I-V larutan porphyrin dengan diberi keadaan gelap, 0,5 W.m-2, 10W.m-2 dan 16 W.m-2
Dalam
kondisi
gelap
resistansi sekitar 5640 ohm dan
diperoleh nilai resistansi sebagai
fotokonduktivitasnya sekitar 1,53x10-4
slope
dan
ohm-1.cm-1. Nampak ada peningkat-
konduktivitasnya sekitar 0,98x10-4
an nilai konduktivitas ketika diberi
ohm-1.cm-1. Untuk keadaan terang
intensitas cahaya. Hal ini menunjuk-
yang
radiasi
kan bahwa larutan porphyrin alam
diperoleh nilai
mempunyai respon terhadap cahaya
resistansi sekitar 5698 ohm dan
dan sifat dye sensitized yang cukup
fotokonduktivitasnya sekitar 1,52x10-4
baik.
sekitar
diberi
8780
intensitas
sebesar 0,5 W.m
-1
ohm
-2
-1
ohm .cm . Untuk keadaan terang yang
diberi
intensitas
radiasi
Pengukuran dari responsivitas cahaya
pada
larutan
porphyrin
sebesar 10 W.m-2 diperoleh nilai
dengan berkas cahaya monokroma-
resistansi sekitar 5688 ohm dan
tik yang ditujukan pada larutan
-4
porphyrin tersebut. Adapun berkas
keadaan
cahaya monokromatik mempunyai
terang yang diberi intensitas radiasi
panjang gelombang tertentu yang
sebesar 16 W.m-2 diperoleh nilai
sesuai dengan puncak absorbansi
fotokonduktivitasnya sekitar 1,52x10 -1
-1
ohm .cm .
Dan
Untuk
146
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 5 No. 2, Agustus 2008 (141 – 147)
yaitu sekitar 410 nm, 500 nm, 535
perhitungan
responsivitas
cahaya
nm, 610 nm dan 660 nm. Hasil
larutan porphyrin dalam Tabel 1.
Tabel 1. Responsivitas cahaya pada porphyrin dengan berbagaipanjang gelombang Panjang Gelombang (nm) 410
Arus (mA) 2.17
Daya Optik Masukan (mWatt) 8,29
Responsivitas (ampere/watt) 3.92x10-2
500
1.63
17,56
1.39x10-2
535
1.79
14,63
1.83x10-2
610
1.66
4,87
5.10x10-2
660
1.08
2,92
5.53x10-2
Responsivitas cahaya pada
dengan tipikal dari porphyrin yang
panjang gelombang 410 nm dan 660
mempunyai soret band 410 nm dan
nm cukup baik dengan masing-
Q-band
masing sekitar 3,92x10 watt
5,53x10-2
dan
-2
ampere/
ampere/watt
660
nm.
Hal
ini
juga
ditunjukkan dengan cahaya pada panjang
gelombang
tersebut
dibandingkan dengan cahaya pada
mempunyai respon yang cukup baik
panjang gelombang lainnya. Hal ini
dibandingkan
menunjukkan
gelombang
bahwa
besarnya
dengan
panjang
lainnya.
Adapun
sifat
listrik
responsivitas cahaya pada panjang
karakterisasi
gelombang tersebut sesuai dengan
menunjukkan bahwa porphyrin hasil
besarnya absorbansi dari sifat optik
isolasi
senyawa porphyrin.
mempunyai sensitifitas yang tinggi
spirulina
dimana
senyawa
karakteristik porphyrin
mempunyai
nilai
konduktivitas yang cukup signifikan
KESIMPULAN Dari
mikroalgae
absorpsi
alam
yang
untuk keadaan gelap dan terang. Hal
ini
menunjukkan
bahwa
diisolasi dari mikroalgae spirulina
porphyrin dapat digunakan sebagai
dengan
material
menggunakan
metoda
dye-sensitizer
dan
colom chromatography menunjukkan
berpotensi untuk digunakan sebagai
bahwa
bahan
spektrum
absorbansi
terhadap panjang gelombang sesuai
fotonik
optoelektronik.
dalam
devais
Supriyanto, A., dkk, Absorpsi dan Responsivitas..............
UCAPAN TERIMAKASIH Penulis mengucapkan terima kasih
pada
Direktorat
Jenderal
Pendidikan Tinggi, karena penelitian ini terealisasi atas dukungan dana yang
dibiayai
oleh
dari
Hibah
Bersaing XII, dengan nomor kontrak 017/SP2H/PP/DP2M/III/2008. DAFTAR PUSTAKA Charles Michael Drain, Joeseph T. Hupp, Kenneth S. Suslick, Michael R. Wasielewski, Xin Chen, 2002, A perspective on four new porphyrin-based functional materials and devices, J. Porphyrins Phthalocyanines; p: 243-254 Chou J-H, Kosal ME, Nalwa HS, Rakow NA and Suslick KS. 2000, In The Porphyrin Handbook, Vol. 6, Kadish KM,Smith KM, Guilard R. (Eds.), Academic Press: London,; p 43131. Elliott, J., WSTS, 2006, Projects 8.5 percent global semiconductor growth in 2006, http://www.wsts.org/plain/conten t/view/full/2076 (diakses, 2 Januari 2008) Hargus, J.A, 2005, Naturally-Derived Porphyrin and Chlorin Photosensitizer Photodynamics Theraphy, Lousiana State University. Thesis.
147
Nakamura, K, Musubu Ichikawa, Rei Fushiki, Taketomi Kamikawa1, Masamitsu Inoue, Toshiki Koyama and Yoshio Taniguchi, 2004, Organic Field-Effect Transistor of (Thiophene/Phenylene) CoOligomer Single Crystals with Bottom-Contact Configuration , Japanese Journal of Applied Physics Vol. 43, No. 1A/B, , pp. L100-L102 Othman, M. K, and Salleh, M.M , 2006, Effect of CuPc Buffer Layer on Blue Organic Light Emitting Diode (OLED) based on 4,4’-bis(2,2’diphenylvinyl)1,1’-biphenyl (DPVBi). Journal of Nanotechnology and its Applications Volume 1, Issue 3, November, , Pages 42–50. Shimatani, K, Hiroyuki Tajima,_ Takeshi Komino, Shingo Ikeda, Masaki Matsuda, Yoriko Ando, and Hidefumi Akiyama, 2005, The Electroluminescence Spectrum of Chlorophyll a, J.Chemistry Letters Vol.34, No.7 page(s) 948-949. Triyana, K., Yasuda, Fujita and Tsutsui, 2004 , Effects of Different Materials Used for Internal Floating Electrode on the Photovoltaic Properties of Tandem Type Organik Solar Cell , Jpn. J. Appl. Phys. 43, pp 2352.
