Deteksi pewarna metilen biru (MB) karena penggunaannya yang luas dalam industri serta dampak negatifnya terhadap lingkungan dan kesehatan manusia. Paparan jangka panjang terhadap MB dapat menimbulkan gangguan seperti methemoglobinemia, sehingga diperlukan metode pendeteksian yang sensitif untuk pemantauan lingkungan. Berbagai teknik telah digunakan untuk mendeteksi MB pada konsentrasi rendah, seperti kromatografi cair kinerja tinggi, metode elektrokimia, sensor serat optik, dan hamburan Raman. Namun, teknologi Surface Plasmon Resonance (SPR) menonjol karena kepekaan tinggi, desain ringkas, dan portabilitasnya. SPR bekerja dengan mendeteksi perubahan indeks bias pada antarmuka logam-dielektrik melalui resonansi plasmon permukaan.
Kelemahan dari konvensional SPR (cSPR) adalah panjang propagasi plasmon yang pendek akibat redaman intrinsik, yang membatasi sensitivitasnya. Untuk mengatasinya, dikembangkan Long-Range Surface Plasmon Resonance (LRSPR) dengan menambahkan lapisan dielektrik buffer (DBL) antara substrat dan film logam. Modifikasi ini memperpanjang panjang propagasi plasmon, memperdalam penetrasi medan elektromagnetik, dan meningkatkan interaksi dengan analit, sehingga memberikan sensitivitas dan resolusi yang lebih tinggi.
Penelitian ini memperkenalkan lapisan komposit AgNP“NCQD“PVA sebagai material baru untuk LRSPR. Lapisan ini berfungsi ganda:
- AgNP (silver nanoparticles) meningkatkan medan elektromagnetik lokal dan sensitivitas indeks bias.
- NCQD (nitrogen-doped carbon quantum dots) memperkuat interaksi kimia dengan MB dan bertindak sebagai fluorofor untuk peningkatan sinyal.
- PVA (polyvinyl alcohol) memberikan stabilitas struktural sekaligus berperan sebagai lapisan dielektrik tambahan untuk memperbaiki simetri plasmonik.
Integrasi ketiga material tersebut diharapkan dapat meningkatkan performa optik sekaligus interaksi analit, menjadikan sistem ini unggul dalam aplikasi deteksi polutan seperti metilen biru. Dengan demikian, penelitian ini bertujuan menunjukkan peningkatan sensitivitas dan rentang deteksi LRSPR melalui penerapan lapisan fungsional ganda AgNP“NCQD“PVA, serta membuka peluang baru bagi pengembangan sensor fotonik canggih.
Metode dan Hasil
Penelitian ini menggunakan kombinasi nanopartikel perak (AgNP), nitrogen-doped carbon quantum dots (NCQD), dan polyvinyl alcohol (PVA) untuk membentuk lapisan komposit pada sensor Long-Range Surface Plasmon Resonance (LRSPR). AgNP disintesis melalui reduksi kimia, sedangkan NCQD dibuat dengan metode hidrotermal dua tahap menggunakan citric acid dan ethylenediamine. Lapisan komposit kemudian diaplikasikan pada substrat emas (Au) menggunakan teknik spin coating dan diuji menggunakan sistem Kretschmann configuration untuk mendeteksi berbagai konsentrasi metilen biru (0,5“1000 ppm).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa sistem LRSPR dengan lapisan AgNP“NCQD“PVA memiliki kinerja jauh lebih baik dibandingkan sensor berbasis emas murni. LRSPR menampilkan puncak resonansi yang lebih tajam dan pergeseran panjang gelombang yang lebih besar, menandakan peningkatan sensitivitas. Sensitivitas tertinggi diperoleh sebesar 4,2473 nm/ppm pada rentang 0,5“5 ppm, dengan korelasi linear yang kuat (R² = 0,9231). Lapisan komposit juga memberikan faktor merit (FOM) dan afinitas pengikatan yang lebih tinggi, berkat interaksi kimia dari gugus amina, karboksil, dan hidroksil pada NCQD dan PVA.
Secara keseluruhan, integrasi material AgNP“NCQD“PVA berhasil meningkatkan sensitivitas, resolusi, dan keandalan sensor LRSPR, menjadikannya potensial untuk aplikasi pemantauan lingkungan dan deteksi polutan berpresisi tinggi.
Penulis : Prof. Dr. Retna Apsari, M.Si
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
P.Zhang, A.H.A. Rosol, A.A. Latiff, R. Apsari, S.W. Harun. Bismuth-doped fiber saturable absorber for a Q-switched erbium-doped all- fiber laser
