bab ii tinjauan pustaka - repository.ump.ac.idrepository.ump.ac.id/4305/3/bab ii_verawaty...
TRANSCRIPT
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Bahan Pencemar
Bahan pencemar yang masuk ke muara sungai akan tersebar dan akan
mengalami proses pengendapan, sehingga terjadi pencemaran pada
lingkungan (Erlangga, 2007). Kontaminasi bahan pencemar yang berasal dari
aktivitas industri, pertanian, peternakan, maupun kegiatan rumah tangga telah
menyebabkan terjadinya penurunan kualitas air pada sumber air seperti
sungai, danau, dan waduk. Walaupun saat ini telah diberlakukan berbagai
macam kebijakan dan peraturan terkait dengan pengendalian pencemaran air,
diantaranya: PP No. 82 tahun 2001 dan Permen LH No. 13 Tahun 2010,
namun lemahnya praktek, pengawasan, dan penegakan hukum menyebabkan
penurunan kualitas air di badan air terus terjadi. Status Lingkungan Hidup
Indonesia (KLH, 2010) melaporkan bahwa sekitar 74% sungai-sungai besar
di Pulau Jawa tidak memenuhi Kriteria Air Kelas II.
B. Air
Air adalah senyawa yang penting bagi semua bentuk kehidupan. Air
menutupi hampir 71% permukaan bumi, air bergerak mengikuti suatu siklus
air, yaitu melalui penguapan terlebih dahulu dari air laut, sungai atau sumber
mata air lainnya, kemudian berkumpul di awan membentuk butiran yang akan
menjadi hujan, dan akhirnya turun di atas permukaan tanah menuju laut. Air
bersih sangat penting bagi keberlangsungan hidup manusia di bumi
(PermenPU, 1993).
Air dapat tercemar karena proses alamiah maupun disebabkan oleh
kegiatan manusia (anthropogenik). Aktifitas manusia yang dapat menjadi
sumber pencemaran logam berat diantaranya yaitu pertambangan, peleburan
logam dan jenis industri yang menggunakan logam, dan dapat juga berasal
dari lahan pertanian yang menggunakan pupuk atau pestisida yang
mengandung bahan kimia atau logam. Logam berat yang terkandung dalam
Analisis Logam Berat …, Verawaty Anif, Fakultas Farmasi UMP, 2017
5
air sungai, sangat berbahaya bagi makhluk hidup, karena apabila air sungai
tersebut digunakan sebagai air minum, maka akan mempengaruhi fungsi
organ tubuh. Oleh sebab itu sungai sebagai salah satu sumber air mempunyai
fungsi yang sangat penting bagi kehidupan dan penghidupan masyarakat,
perlu dijaga kelestarian dan kelangsungan fungsinya dengan mengamankan
daerah sekitarnya (PermenPU, 1993).
Peraturan Pemerintah No. 82 Tahun 2001 menyebutkan air adalah
semua air yang terdapat di atas dan di bawah permukaan tanah, kecuali air
laut dan air fosil. Peraturan Pemerintah tersebut juga menjelaskan bahwa air
merupakan salah satu sumber daya alam yang sangat penting bagi kehidupan
dan perikehidupan manusia. Berdasarkan definisi dan penjelasan mengenai
air tersebut diketahui bahwa air memegang peranan yang sangat penting
dalam kehidupan makhluk hidup. Air bersih yang berupa air tawar
mempunyai peran penting dalam kehidupan sehari-hari manusia dan makhluk
hidup lainnya antara lain untuk minum, mengolah makanan, mandi, energi,
transportasi, pertanian, industri, dan rekreasi. Jumlah air yang terbatas dan
semakin meningkatnya jumlah manusia menyebabkan terjadinya krisis air
bersih, kualitas air tawar yang ada saat ini semakin rusak. Penggunaan air
bersih untuk berbagai kebutuhan yang semakin tinggi menyebabkan
hilangnya kelayakan terhadap air bersih bagi sebagian orang. Perilaku boros
air bersih mengakibatkan semakin menipisnya ketersediaan air bersih di alam.
Kelangkaan air muncul di daerah tertentu dan air mengalami penurunan
kualitas yang mengancam dan menghambat pembangunan ekonomi di masa
depan. Terdapat hubungan antara penggunaan lahan misalnya untuk aktivitas
perkotaan dan industri yang meningkat dengan ketersediaan air bersih.
Lemahnya pengawasan yang dilakukan terhadap penggunaan lahan yang
menyebabkan pencemaran air akibat kegiatan-kegiatan tersebut sehingga
menyebabkan air bersih yang langka menjadi tercemar. Kebutuhan air bersih
dari waktu ke waktu semakin meningkat, seiring dengan bertambahnya
jumlah penduduk dan meningkatnya kegiatan manusia sesuai dengan tuntutan
Analisis Logam Berat …, Verawaty Anif, Fakultas Farmasi UMP, 2017
6
kehidupan yang terus berkembang untuk mencukupi berbagai kebutuhan
(Asmadi, et al., 2011).
C. Industri Pembuatan Semen
1. Semen
Semen adalah hasil industri dari paduan bahan baku: batu
kapur/gamping sebagai bahan utama dan lempung/tanah liat atau bahan
pengganti lainnya dengan hasil akhir berupa padatan berbentuk
bubuk/bulk, tanpa memandang proses pembuatannya, yang mengeras
atau membatu pada pencampuran dengan air. Bila semen dicampurkan
dengan air, maka terbentuklah beton yang artinya crescere (tumbuh),
yang maksudnya kekuatan yang tumbuh karena adanya campuran zat
tertentu. Batu kapur/gamping adalah bahan alam yang mengandung
senyawa kalsium oksida (CaO), sedangkan lempung/tanah liat adalah
bahan alam yang mengandung senyawa silika oksida (SiO2), aluminium
oksida (Al2O3), besi oksida (Fe2O3) dan magnesium oksida (MgO).
Untuk menghasilkan semen, bahan baku tersebut dibakar sampai
meleleh, sebagian untuk membentuk clinkernya, yang kemudian
dihancurkan dan ditambah dengan gips (gypsum) dalam jumlah yang
sesuai. Hasil akhir dari proses produksi dikemas dalam kantong/zak
dengan berat rata-rata 40 kg atau 50 kg (Richardo, 2006).
Dalam pengertian umum, semen adalah suatu binder, suatu zat
yang dapat menetapkan dan mengeraskan dengan bebas, dan dapat
mengikat material lain. Abu vulkanis dan batu bata yang dihancurkan
yang ditambahkan pada batu kapur yang dibakar sebagai agen pengikat
untuk memperoleh suatu pengikat hidrolik yang selanjutnya disebut
sebagai “cementum”. Semen yang digunakan dalam konstruksi
digolongkan ke dalam semen hidrolik dan semen nonhidrolik.
Semen hidrolik adalah material yang dapat mengeras setelah
dikombinasikan dengan air, sebagai hasil dari reaksi kimia dari
pencampuran dengan air, dan setelah pembekuan, mempertahankan
Analisis Logam Berat …, Verawaty Anif, Fakultas Farmasi UMP, 2017
7
kekuatan dan stabilitas bahkan dalam air. Pedoman yang dibutuhkan
dalam hal ini adalah pembentukan hidrat pada reaksi dengan air segera
mungkin. Kebanyakan konstruksi semen saat ini adalah semen hidrolik
dan kebanyakan di dasarkan pada semen Portland, yang dibuat dari batu
kapur, mineral tanah liat tertentu, dan gipsum, pada proses dengan
temperatur yang tinggi yang menghasilkan karbon dioksida dan
berkombinasi secara kimia yang menghasilkan bahan utama menjadi
senyawa baru. Semen nonhidrolik meliputi material seperti batu kapur
dan gipsum yang harus tetap kering supaya bertambah kuat dan
mempunyai komponen cair. Contohnya adukan semen kapur yang
ditetapkan hanya dengan pengeringan, dan bertambah kuat secara lambat
dengan menyerap karbon dioksida dari atmosfer untuk membentuk
kembali kalsium karbonat (Richardo, 2006).
Penguatan dan pengerasan semen hidrolik disebabkan adanya
pembentukan air yang mengandung senyawa-senyawa, pembentukan
sebagai hasil reaksi antara komponen semen dengan air. Reaksi dan hasil
reaksi mengarah kepada hidrasi dan hidrat secara berturut-turut. Sebagai
hasil dari reaksi awal dengan segera, suatu pengerasan dapat diamati
pada awalnya dengan sangat kecil dan akan bertambah seiring
berjalannya waktu. Setelah mencapai tahap tertentu, titik ini diarahkan
pada permulaan tahap pengerasan. Penggabungan lebih lanjut disebut
penguatan setelah mulai tahap pengerasan.
2. Jenis-jenis Semen
a. Semen Abu atau semen Portland adalah bubuk/bulk berwarna abu
kebiru-biruan, dibentuk dari bahan utama batu kapur/gamping berkadar
kalsium tinggi yang diolah dalam tanur yang bersuhu dan bertekanan
tinggi. Semen ini biasa digunakan sebagai perekat untuk memplester.
b. Semen Putih (gray cement) adalah semen yang lebih murni dari
semen abu dan digunakan untuk pekerjaan penyelesaian (finishing),
Analisis Logam Berat …, Verawaty Anif, Fakultas Farmasi UMP, 2017
8
seperti sebagai filler atau pengisi. Semen jenis ini dibuat dari bahan
utama kalsit (calcite) limestone murni.
c. Oil Well Cement atau semen sumur minyak adalah semen khusus
yang digunakan dalam proses pengeboran minyak bumi atau gas
alam, baik di darat maupun di lepas pantai.
d. Mixed & Fly Ash Cement adalah campuran semen abu dengan
Pozzolan buatan (fly ash). Pozzolan buatan (fly ash) merupakan hasil
sampingan dari pembakaran batubara yang mengandung amorphous
silica, aluminium oksida, besi oksida, dan oksida lainnya dalam
variasi jumlah. Semen ini digunakan sebagai campuran untuk
membuat beton, sehingga menjadi lebih keras.
Berdasarkan prosentase kandungan penyusunnya, semen Portland
terdiri dari 5 tipe yaitu :
a. Semen Portland tipe I
Adalah perekat hidrolis yang dihasilkan dengan cara
menggiling klinker yang kandungan utamanya kalsium silikat
Komposisi senyawa yang terdapat pada tipe ini adalah:
55% (C3S); 19% (C2S); 10% (C3A); 7% (C4AF); 2,8% MgO; 2,9%
(SO3); 1,0% hilang dalam pembakaran, dan 1,0%
b. Semen Portland tipe II
Dipakai untuk keperluan konstruksi umum dan dapat
digunakan untuk bangunan rumah pemukiman, gedung-gedung
bertingkat dan lain-lain. Komposisi senyawa yang terdapat pada tipe
ini adalah:
51% (C3S); 24% (C2S); 6% (C3A); 11% (C4AF); 2,9% MgO; 2,5%
(SO3); 0,8% hilang dalam pembakaran, dan 1,0% bebas CaO.
c. Semen Portland tipe III
Dipakai untuk konstruksi bangunan dari beton massa (tebal) yang
memerlukan ketahanan sulfat dan panas hidrasi sedang, misal bangunan
dipinggir laut, bangunan bekas tanah rawa, saluran irigasi, dam-dam.
Komposisi senyawa yang terdapat pada tipe ini adalah:
Analisis Logam Berat …, Verawaty Anif, Fakultas Farmasi UMP, 2017
9
57% (C3S); 19% (C2S); 10% (C3A); 7% (C4AF); 3,0% MgO; 3,1%
(SO3); 0,9% hilang dalam pembakaran, dan 1,3% bebas CaO.
d. Semen Portland tipe IV
Dipakai untuk konstruksi bangunan yang memerlukan
kekuatan tekan tinggi, misal untuk pembuatan jalan beton,
bangunan-bangunan bertingkat, bangunan-bangunan dalam air.
Komposisi senyawa yang terdapat pada tipe ini adalah:
28% (C3S); 49% (C2S); 4% (C3A); 12% (C4AF); 1,8% MgO; 1,9%
(SO3); 0,9% hilang dalam pembakaran, dan 0,8% bebas CaO.
e. Semen Portland tipe V
Dipakai untuk instalasi pengolahan limbah pabrik, konstruksi
dalam air, jembatan, terowongan, pelabuhan dan pembangkit tenaga
nuklir. Komposisi senyawa yang terdapat pada tipe ini adalah: (C3S);
43% (C2S); 4% (C3A); 9% (C4AF); 1,9% MgO; 1,8% (SO3); 0,9%
hilang dalam pembakaran, dan 0,8% bebas CaO.
Semakin baik mutu semen, maka semakin lama mengeras atau
membatunya jika dicampur dengan air, dengan angka-angka
hidrolitas yang dapat dihitung dengan rumus:
(% SiO2 + % Al2O3 + Fe2O3) : (% CaO + % MgO)
Angka hidrolitas ini berkisar antara <1/1,5 (lemah) hingga
>1/2 (keras sekali). Dalam industri semen angka hidrolitas ini harus
dijaga secara teliti untuk mendapatkan mutu yang baik dan tetap,
yaitu antara 1/1,9 dan 1/2,15 (Richardo, 2006).
D. Logam Berat
Logam berasal dari kerak bumi yang mengandung bahan-bahan
murni, organik, dan anorganik. Logam merupakan bahan pertama yang
dikenal oleh manusia dan digunakan sebagai alat-alat yang berperanan
penting dalam sejarah peradaban manusia untuk membantu kehidupan sehari-
hari (Darmono, 1995).
Analisis Logam Berat …, Verawaty Anif, Fakultas Farmasi UMP, 2017
10
Logam berat adalah unsur yang mempunyai densitas lebih besar dari 5
g/cm3, dan memiliki nomor atom 22 sampai 92 yang terletak pada periode III
sampai VII dalam susunan tabel periodik. Logam berat jarang ada yang
berbentuk atom bebas di dalam air, tetapi biasanya terikat oleh beberapa
senyawa lain sehingga membentuk sebuah molekul. Logam berat merupakan
senyawa kimia yang berpotensi menimbulkan masalah yaitu pencemaran
lingkungan. Logam berat memiliki kekuatan dan ketahanan yang baik, daya
pantul cahaya dan daya hantar listrik yang tinggi, serta daya hantar panas
yang cukup baik (Dahuri, 1996).
Berdasarkan sudut pandang toksikologi, logam berat dibagi menjadi
dua jenis yaitu logam berat esensial dan logam berat tidak esensial (beracun).
Keberadaan logam berat esensial dalam jumlah tertentu sangat dibutuhkan
oleh setiap organisme hidup, seperti antara lain,seng (Zn), tembaga (Cu), besi
(Fe), kobalt (Co), dan mangan (Mn). Sebaliknya, keberadaan logam berat
tidak esensial dalam tubuh organisme hidup dapat bersifat racun, seperti
logam merkuri (Hg), kadmium (Cd), timbal (Pb), kromium (Cr),dan lain-lain.
Logam berat esensial dibutuhkan oleh setiap organisme hidup, namun dalam
jumlah yang berlebihan dapat menimbulkan efek racun (Palar, 1994).
E. Karakteristik Logam Berat
1. Timbal (Pb)
Timbal (Pb) merupakan senyawa kimia dengan nomor atom 82,
titik leleh 327,46 ºC, dan titik didih 1749 ºC. Timbal (Pb) berada di alam
dalam bentuk batuan galena (PbS), sensite (PbCO3), dan alglesit (PbSO4).
Timbal mudah dibentuk dan dapat digunakan untuk melapisi logam untuk
mencegah perkaratan (Gayer, 1986).
Timbal (Pb) merupakan salah satu logam berat yang tersebar lebih
luas dibanding kebanyakan logam toksik lainnya. Timbal memiliki bentuk
berupa serbuk berwarna abu-abu gelap. Sumber pencemaran timbal dapat
berasal dari tanah, udara, air, hasil pertanian, makanan dan minuman
kaleng, limbah tukang emas, industri rumah, baterai, dan percetakan.
Analisis Logam Berat …, Verawaty Anif, Fakultas Farmasi UMP, 2017
11
Makanan dan minuman yang bersifat asam seperti air tomat, air buah
apel, dan asinan dapat melarutkan timbal yang terdapat pada lapisan
mangkuk dan panci. Sumber utama limbah timbal adalah gas buang
kendaraan bermotor dan limbah industri. Diperkirakan 65% dari
pencemaran udara disebabkan emisi yang dikeluarkan oleh kendaraan
bermotor, dimana timbal digunakan sebagai bahan tambahan pada bensin
(Mukono, 1991). Timbal dapat masuk ke dalam tubuh melalui
pernapasan, makanan, dan minuman. Masuknya senyawa timbal kedalam
tubuh makhluk hidup dapat mengakibatkan gejala keracunan seperti
gangguan gastrointestinal, rasa logam pada mulut atau mulut terasa bau
logam, muntah, sakit perut, dan diare. Di dalam tubuh timbal terikat pada
gugus sulfidril (-SH) pada molekul protein dan hal ini mengakibatkan
hambatan pada aktivitas kerja sistem enzim. Timbal tidak dibutuhkan oleh
manusia, sehingga bila makanan tercemar oleh logam timbal, tubuh akan
mengeluarkannya sebagian dan sisanya akan terakumulasi dalam tubuh
yang dapat menyebabkan gangguan dan kerusakan pada saraf, hati, ginjal,
tulang, dan otak. Pada bayi dan anak-anak, keracunan timbal dapat
mengakibatkan ensefalopati, gangguan mental, dan penurunan kecerdasan
(Setyawan, 2004). Batas normal kadar timbal yang masih dapat
ditoleransi oleh tubuh adalah berkisar antara 0,1–0,3 mg/hari. Apabila
yang masuk kedalam tubuh lebih dari 0,6 mg/hari dapat menyebabkan
keracunan timbal yang berakibat fatal (Homan dan Brogan, 1993).
2. Tembaga (Cu)
Tembaga (Cu) merupakan mikroelemen esensial bagi tubuh. Oleh
karena itu, tembaga harus selalu ada di dalam makanan. Hal yang perlu
diperhatikan adalah menjaga agar kadar tembaga di dalam tubuh tidak
kurang dan juga tidak berlebihan. Tubuh memerlukan 0,05 mg/kg berat
badan per hari. Pada kadar tersebut tidak terjadi akumulasi tembaga(Cu)
pada tubuh manusia normal. Dalam industri, tembaga banyak digunakan
dalam industri cat dan fungisida. Pada bahan makanan, cemaran logam
Analisis Logam Berat …, Verawaty Anif, Fakultas Farmasi UMP, 2017
12
tembaga (Cu) dapat terjadi akibat penggunaan pestisida secara berlebihan
(Ganiswara, 1995). Adanya tembaga (Cu) dalam jumlah yang besar dalam
tubuh dapat mengakibatkan gejala-gejala yang akut. Keracunan tembaga
dapat menyebabkan gangguan pencernaan seperti sakit perut, mual, muntah,
dan diare, serta gangguan sistem peredaran darah. Beberapa kasus yang
parah dapat menyebabkan gagal ginjal dan kematian (Darmono, 1995).
3. Mangan (Mn)
Mineral mangan tersebar secara luas dalam banyak bentuk seperti
oksida, silikat, karbonat. Penemuan sejumlah besar senyawa mangan di
dasar lautan merupakan sumber mangan dengan kandungan 24%,
bersamaan dengan unsur lainnya dengan kandungan yang lebih sedikit.
Kebanyakan senyawa mangan saat ini ditemukan di Rusia, Brazil,
Australia, Afrika Selatan, Gabon, dan India. Irolusi dan rhodokhrosit
adalah mineral mangan yang paling banyak dijumpai.
Mangan terdapat sekitar 1000 ppm (0,1%) dari kerak bumi. Tanah
mengandung mangan 7-9.000 ppm dengan rata-rata 440 ppm. Air laut
yang hanya 10 ppm mangan dan suasana mengandung 0,01 μg/m3. Mangan
terjadi terutama sebagai pyrolusite (MnO2), braunite, (Mn2+
(SiO12), dan
ke tingkat yang lebih rendah sebagai rhodochrosite (MnCO3).
Pyrolusite bijih mangan (MnO2) merupakan bentuk mangan yang
paling penting yang tersedia di alam. Lebih dari 80% dari sumber daya
Bijih mangan penting biasanya menunjukkan yang erat kaitannya dengan
bijih besi. Mangan banyak ditemukan di Afrika Selatan dan Ukraina.
Endapan mangan penting lainnya berada di Australia, India, Cina, Gabon
dan Brasil. Pada tahun 1978 diperkirakan 500 miliar ton nodul mangan
ada di di dasar laut.
4. Besi (Fe)
Besi adalah logam yang berasal dari bijih besi (hasil tambang)
yang banyak digunakan untuk kehidupan manusia sehari-hari dalam tabel
Analisis Logam Berat …, Verawaty Anif, Fakultas Farmasi UMP, 2017
13
periodik, besi mempunyai simbol Fe dan memiliki nomor atom 26. Besi
juga mempunyai nilai ekonomis yang tinggi.
Besi merupakan logam yang paling banyak dan paling beragam
penggunaannya. Hal itu dikarenakan beberapa hal seperti: limpahan besi
di kulit bumi cukup besar, pengolahannya relatif mudah dan murah, serta
besi mempunyai sifat-sifat yang menguntungkan serta mudah
dimodifikasi.
Salah satu kelemahan besi adalah besi mudah mengalami korosi.
Korosi menimbulkan banyak kerugian karena mengurangi umur pakai
berbagai barang atau bangunan yang berbahan besi dan baja (Mulyadi,
2008).
5. Kadmium (Cd)
Pencemaran kadmium dapat berasal dari kontaminasi makanan
dan penggunaan sisa lumpur kotor sebagai pupuk tanaman pangan sarta
hasil peleburan dan penggunaannya dalam industri (Roechan, 1986).
Kadmium merupakan salah satu dari berbagai jenis logam berat yang
berbahaya, tidak hanya bagi tanaman tapi juga bagi manusia dan hewan.
Logam kadmium masuk ke dalam tubuh melalui saluran pernapasan dan
saluran pencernaan (Roth dan Blasvhke,1988). Kadmium memiliki ikatan
yang sangat tinggi dengan gugus sulfidril (-SH) pada enzim dan protein.
Oleh karena itu keberadaan cadmium akan mengganggu aktifitas enzim,
metabolism Fe (besi), menyebabkan klorosis (kekurangan klorofil pada
tumbuhan) pada daun (Setyawan, 2004).
6. Aluminium (Al)
Aluminium (atau aluminum, alumunium, almunium, alminium)
ialah unsur kimia. Lambang aluminium ialah Al, dan nomor atomnya 13.
Aluminium ialah logam paling berlimpah. Aluminium murni, logam putih
keperak-perakan memiliki karakteristik yang diinginkan pada logam. Al
ringan, tidak magnetik dan tidak mudah terpercik, merupakan logam
Analisis Logam Berat …, Verawaty Anif, Fakultas Farmasi UMP, 2017
14
kedua termudah dalam soal pembentukan, dan keenam dalam soal
ductility. Sifat-sifat penting yang dimiliki aluminium sehingga banyak
digunakan sebagai material teknik:
a. Berat jenisnya ringan (hanya 2,7 g/cm³, sedangkan besi ± 8,1 g/cm³)
b. Tahan korosi
Sifat bahan korosi dari aluminium diperoleh karena
terbentuknya lapisan aluminium oksida (Al2O3) pada permukaan
aluminium. Lapisan ini membuat Al tahan korosi tetapi sekaligus
sukar dilas, karena perbedaan melting point (titik lebur).
c. Penghantar listrik dan panas yang baik Aluminium umumnya melebur
pada temperatur ± 600 oC dan aluminium oksida melebur pada
temperature 2000 oC.
d. Mudah difabrikasi/dibentuk
Kekuatan dan kekerasan aluminium tidak begitu tinggi dengan
pemaduan dan heat treatment dapat ditingkatkan kekuatan dan
kekerasannya. Aluminium komersil selalu mengandung ketidak
murnian ± 0,8% biasanya berupa besi, silikon, tembaga dan
magnesium
7. Magnesium (Mg)
Magnesium merupakan unsur kedelapan paling berlimpah dalam
kerak Bumi. Mg terdapat dalam bentuk bahan mineral magnesit, dolomit,
dan mineral lain.
Mg adalah logam yang kuat, putih keperakan, ringan (satu pertiga
lebih ringan dari Al) dan akan kusam jika dalam udara terbuka. Walaupun
berbeda dengan logam alkali, penyimpanannya dalam kondisi kedap
udara. Dalam bentuk serbuk logam ini akan mudah terbakar dengan nyala
putih. Jika terbakar maka akan sulit untuk memadamkannya karena Mg
terbakar bersama nitrogen (membentuk magnesium nitrida), dan
karbondioksida (membentuk magnesium oksida, dan karbon). Mg
merupakan bagian dari korofil pektin dan fiftin.
Analisis Logam Berat …, Verawaty Anif, Fakultas Farmasi UMP, 2017
15
Logam Mg ditemukan dalam sel, dimana zat ini dapat
mengaktifkan enzim yang diperlukan untuk metabolisme karbohidrat dan
asam amino. Mg juga membantu mengatur keseimbangan alkali-alkali di
dalam tubuh. Mg juga membantu meningkatkan penyerapan dan
metabolisme metabolisme mineral-mineral yang lain seperti kalsium,
fosfor, natrium serta kalium dan magnesium ini larut daalam cairan sel.
Dewasa ini penggunaan logam magnesium sudah sangat banyak
diantaranya adalah sebagai bahan refraktori untuk menghasilkan besi,
kaca, dan semen. Dalam bentuk logam, kegunaan utama unsur ini adalah
sebagai bahan tambah logam dalam aluminium. Logam aluminium-
magnesium ini biasanya digunakan dalam pembuatan kaleng minuman,
digunakan dalam beberapa komponen otomotif dan truk, serta dapat
melindungi struktur besi seperti pipa-pipa dan tangki air yang terpendam
di dalam tanah terhadap korosi. Magnesium memegang peranan amat
penting dalam proses kehidupan hewan dan tumbuhan. Magnesium
terdapat dalam klorofil, yaitu yang digunakan oleh tumbuhan untuk
fotosintesis. Magnesium juga mengambil peranan dalam replikasi DNA
dan RNA yang mempunyai peranan amat penting dalam proses keturunan
semua organisme. Di samping itu magnesium mengaktifkan berbagai
enzim yang mempercepat reaksi kimia dalam tubuh manusia dan
dijadikan sebagai obat penetralisir asam lambung.
F. Spektrofotometri Serapan Atom (SSA)
Spektrofotometri serapan atom merupakan metode yang digunakan
untuk menentukan kadar logam dalam suatu sampel. Keuntungan dari metode
spektrofotometri serapan atom adalah waktu pengerjaan yang cepat, alatnya
yang sensitif, dan sangat spesifik untuk unsur yang akan dianalisis. Metode
spektrofotometri serapan atom dapat menentukan kadar logam dengan
konsentrasi yang sangat kecil, yaitu sampai part permillion (ppm) (Haris &
Gunawan, 1992).
Analisis Logam Berat …, Verawaty Anif, Fakultas Farmasi UMP, 2017
16
Gambar 2.1. Spektrofotometri serapan atom
1. Prinsip Dasar dari Spektrofotometri Serapan Atom
Prinsip dasar dari SSA adalah penyerapan cahaya oleh atom bebas
dari suatu unsur pada tingkat energi terendah (groundstate). Keadaan
groundstate dari sebuah atom adalah keadaan dimana semua elektron yang
dimiliki unsur tersebut memiliki konfigurasi yang stabil. Saat cahaya
diserap oleh atom, maka satu atau lebih elektron tereksitasi ke tingkat
energi yang lebih tinggi. Penyerapan energi cahaya ini berlangsung pada
panjang gelombang yang spesifik untuk setiap logam dan mengikuti
hukum Lambert-Beer, yakni serapan berbanding lurus dengan konsentrasi
uap atom dalam nyala (Vandecasteele &Block, 1993).
2. Instrumentasi
Spektrofotometri serapan atom memiliki lima komponen dasar,
yaitu sumber cahaya, sistem atomisasi, monokromator, detektor, dan alat
pembacaan (Welz & Michael, 2005).
3. Sumber Cahaya
Dua sumber cahaya utama pada alat spektrofotometer serapan atom
adalah hollow cathode lamp (HCL) dan electrodeless discharge lamp
(EDL). HCL terdiri dari katoda yang terbuat dari unsur yang akan
dianalisis, sedangkan anoda terbuat dari tungsten, nikel, atau zirconium.
Bagian luar dari HCL terbuat dari kaca pyrexatau quartz. Lampu ini diisi
dengan neon atau argon dengan tekanan 100-200 Pa. Gas-gas tersebut
mengemisikan spektrum garis yang tajam. HCL digunakan dengan
Analisis Logam Berat …, Verawaty Anif, Fakultas Farmasi UMP, 2017
17
mengalirkan listrik yang besarnya bergantung pada unsur yang akan
dianalisis. Arus listrik tersebut sangat bervariasi antara 1-50 mA.
Penggunaan arus listrik yang semakin tinggi dapat mengurangi masa kerja
dari HCL (Ingle &Crouch, 1988). EDL lebih kuat dari HCL, memberikan
presisi yang baik, dan batas deteksi yang lebih rendah (Welz dan Michael,
2005). EDL berisi halida atau unsur yang mudah menguap, bersama
dengan neon atau argon dengan tekanan antara 30-300 Pa di dalam tabung
quartz. Sebagian besar EDL memancarkan radiasi 10 kali lebih kuat bila
dibandingkan dengan HCL (Ingle &Crouch, 1988).
4. Sistem Atomisasi
Sistem atomisasi yang digunakan pada spektrofotometer serapan
atom dapat berupa nyala atau elektrotermal. Spektrofotometer serapan
atom yang memiliki sistem atomisasi berupa nyala disebut Flame Atomic
Absorption Spectrometry (FAAS), sedangkan spektrofotometri serapan
atom yang memiliki sistem atomisasi berupa elektrotermal disebut
Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrophotometry (GFAAS).
Sistem atomisasi nyala dapat digunakan pada banyak unsur yang berbeda.
Pada sistem atomisasi nyala, larutan sampel yang mengandung logam
dalam bentuk garam akan diubah menjadi aerosol dengan dilewatkan pada
nebulizer, kemudian dengan adanya penguapan pelarut, butiran aerosol
akan menjadi padatan. Setelah itu, terjadi perubahan bentuk dari padatan
menjadi gas dan senyawa yang terdapat di dalam sampel akan berdisosiasi
menjadi bentuk atom-atomnya. Beberapa atom akan tereksitasi secara
termal oleh nyala, tetapi kebanyakan atom tetap tinggal atom netral pada
tingkat energi terendah (ground state). Atom-atom yang berada pada
tingkat energi terendah ini, kemudian menyerap cahaya yang dipancarkan
oleh sumber cahaya (Cantle, 1982).
5. Proses Atomisasi pada Spektrofotometer Serapan Atom
Temperatur nyala dapat diperoleh dengan menggunakan kombinasi
gas oksidan dan bahan bakar. Nyala yang paling umum digunakan yaitu
nyala udara-asetilen dan N2O-asetilen (Vandecasteele dan Block, 1993).
Analisis Logam Berat …, Verawaty Anif, Fakultas Farmasi UMP, 2017
18
Nyala udara-asetilen memiliki temperatur 2100 °C–2300 °C, sedangkan
nyala N2O-asetilen memiliki temperatur 2600 °C-2800 °C. Temperatur
pada nyala udara-asetilen ini cukup untuk mendapatkan atomisasi unsur
yang akan dianalisis dengan menggunakan spektrofotometer serapan atom.
Nyala N2O-asetilen digunakan untuk penetapan kadar unsur yang
membentuk oksida dan sulit terurai. Unsur-unsur tersebut adalah Al, B,
Mo, Si, So, Ti, V, dan W (Jose, 2002).
Dalam analisis digunakan dua macam gas pembakar yaitu gas
pembakar yang bersifat oksidasi dan bahan bakar. Gas pengabsorbsi
misalnya: udara, udara + O2, atau campuran O2 + N2O. Sedangkan contoh
bahan bakar adalah gas alam, asetilen, butana, propana, dan H2.
Spektrofotometer banyak digunakan dalam analisis kuantitatif logam alkali
dan alkali tanah. Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam analisis ini
yaitu larutan sampel harus seencer mungkin, kadar senyawa yang
dianalisis tidak lebih dari 5% dalam pelarut yang sesuai, larutan yang
dianalisis sebaiknya diasamkan terlebih dahulu, atau jika dilebur dengan
alkali tanah, terakhir harus diasamkan lagi. Pelarut yang digunakan
sebaiknya bukan senyawa aromatik atau halogenida. Pelarut organik yang
biasa digunakan adalah keton, ester, dan etil asetat (Mulja dan Suharman,
1995).
6. Monokromator
Fungsi dari monokromator pada spektrofotometer serapan atom
adalah untuk memisahkan garis resonansi dari beberapa garis yang tidak
diserap dan dipancarkan oleh sumber cahaya. Monokromator yang
digunakan yaitu kisi difraksi, karena sebaran yang dihasilkan lebih
seragam dibandingkan dengan prisma sehingga alat memiliki daya pisah
yang baik (Cahyady, 2009).
7. Detektor
Detektor pada spektrofotometer serapan atom berfungsi mengubah
intensitas radiasi menjadi arus listrik. Detektor yang biasa digunakan
Analisis Logam Berat …, Verawaty Anif, Fakultas Farmasi UMP, 2017
19
adalah tabung penggandaan foton atau photo multiplier tube detector
(Mulja dan Suharman, 1997).
8. Alat Pencatat
Alat pencatat ini berupa alat yang telah dikalibrasi untuk
pembacaan suatu transmisi atau absorpsi. Hasil bacaan dapat berupa angka
atau kurva yang menggambarkan nilai serapan atau intensitas emisi
(Ganjar dan Rohman, 2007)
9. Penyiapan Sampel
Destruksi sampel ini dilakukan untuk memutuskan ikatan antara
unsur logam dengan matriks sampel, agar diperoleh logam dalam bentuk
bebasnya sehingga dapat dianalisis dengan spektrofotometri serapan atom
(Raimon, 1993). Teknik analisis yang banyak digunakan di laboratorium,
termasuk spektrofotometer serapan atom membutuhkan sampel dalam
bentuk cairan. Oleh karena itu, perlu dilakukan ekstraksi atau destruksi
jika sampel yang akan digunakan adalah sampel padatan. Terdapat 3
teknik destruksi diantaranya adalah destruksi basah, destruksi kering, dan
fusion. Reaksi yang terjadi pada ketiga teknik destruksi ini dipengaruhi
oleh panas yang berasal dari penangas listrik, digestor block, dan
microwave (Anderson, 1999).
10. Destruksi kering
Destruksi kering dilakukan dengan cara memanaskan sampel pada
suhu 400 °C-600 °C selama 5-15 jam di dalam tungku. Penambahan garam
dalam jumlah yang cukup banyak dapat menimbulkan kontaminasi yang
besar (Anderson, 1999).
11. Destruksi dengan Menggunakan Microwave
Destruksi dengan menggunakan microwave merupakan modifikasi
dari metode destruksi basah biasa. Metode destruksi ini telah banyak
digunakan dalam proses penyiapan sampel sebelum dianalisis
Analisis Logam Berat …, Verawaty Anif, Fakultas Farmasi UMP, 2017
20
menggunakan spektrofotometer serapan atom. Larutan asam ditambahkan
ke dalam sampel kemudian didestruksi selama 5-40 menit. Destruksi
dengan microwave menggunakan bejana yang kedap sehingga waktu yang
digunakan untuk mendestruksi sampel lebih singkat dan dalam satu kali
proses dapat langsung mendestruksi 8-12 sampel sehingga kerja peneliti
menjadi lebih singkat. Inilah yang membedakan destruksi menggunakan
microwave berbeda dengan destruksi basah biasa yang hanya
menggunakan labu erlenmeyer terbuka (tidak kedap) yang dipanaskan di
atas penangas listrik (Anderson, 1999).
12. Destruksi Basah
Destruksi basah adalah proses perombakan logam organik dengan
menggunakan asam kuat, baik tunggal maupun campuran, kemudian
dioksidasi menggunakan zat oksidator sehingga dihasilkan logam
anorganik bebas. Destruksi basah sangat sesuai untuk penentuan unsur-
unsur logam yang mudah menguap. Pelarut-pelarut yang dapat digunakan
untuk destruksi basah adalah HNO3 dan HClO4. Pelarut-pelarut tersebut
dapat digunakan secara tunggal maupun campuran. Kesempurnaan
destruksi ditandai dengan diperolehnya larutan jernih pada larutan
destruksi yang menunjukkan bahwa semua konstituen yang ada telah larut
sempurna atau perombakan senyawa-senyawa organik telah berjalan
dengan baik. Senyawa-senyawa garam yang terbentuk setelah destruksi
merupakan senyawa garam yang stabil dan disimpan selama beberapa hari.
Pada umumnya pelaksanaan kerja destruksi basah dilakukan dengan
menggunakan metode kjeldhal. Metode destruksi basah lebih baik dari
pada cara kering karena tidak banyak bahan yang hilang dengan suhu
pengabuan yang sangat tinggi. Hal ini merupakan salah satu faktor
mengapa cara basah lebih sering digunakan oleh para peneliti. Disamping
itu destruksi dengan cara basah biasanya dilakukan untuk memperbaiki
cara kering yang biasanya memerlukan waktu yang lama.
Analisis Logam Berat …, Verawaty Anif, Fakultas Farmasi UMP, 2017
21
13. Gangguan pada Spektrofotometri Serapan Atom
a. Gangguan Spektra
Gangguan spektra terjadi bila panjang gelombang dari unsur
yang diperiksa berhimpit dengan panjang gelombang dari atom atau
molekul lain yang terdapat dalam larutan yang sedang diperiksa. Jarak
antara spektrum yang satu dengan yang lain kurang dari 0,01 nm.
Gangguan ini jarang dijumpai pada spektrofotometer serapan atom
karena penggunaan sumber cahaya yang spesifik untuk unsur yang
bersangkutan (Roth dan Blasvhke, 1988).
b. Gangguan Fisika
Gangguan fisika dapat terjadi karena perubahan viskositas
larutan yang mempengaruhi kecepatan sampel menuju detector dan
konsentrasi sampel. Oleh karena itu, sifat-sifat fisika zat yang diperiksa
dan larutan pembanding harus sama (Oberdier, 1996).
c. Gangguan Kimia
Gangguan kimia dibagi menjadi dua yaitu, gangguan kimia
dalam bentuk uap dan bentuk padat. Gangguan kimia ini biasanya
memperkecil jumlah atom pada level energi terendah (ground state).
Dalam nyala, atom dalam bentuk uap dapat berkurang karena
terbentuknya senyawa seperti senyawa oksida atau klorida. Dengan
menggunakan nyala yang sesuai, gangguan ini dapat dikurangi (Ebdon,
2006). Gangguan bentuk padat disebabkan karena terbentuknya
senyawa yang sukar menguap atau sukar terdisosiasi dalam nyala. Hal
ini terjadi pada saat pelarut menguap meninggalkan partikel-partikel
padat waktu melewati nyala. Gangguan padat dapat diatasi dengan
mengubah kondisi nyala, misalnya dengan penambahan aliran bahan
bakar atau menggunakan nyala dengan suhu yang lebih tinggi,
misalnya N2O-asetilen sehingga dapat memperkecil pembentukan
oksida yang stabil (Ebdon, 2006).
Analisis Logam Berat …, Verawaty Anif, Fakultas Farmasi UMP, 2017
22
G. Validasi Metode Analisis
Validasi metode analisis adalah proses dimana suatu metode
ditetapkan melalui beberapa uji laboratorium untuk mengetahui bahwa
parameter metode yang diuji memenuhi persyaratan untuk penerapan metode
yang dimaksud. Tujuan utama validasi adalah untuk menjamin metode
analisis yang digunakan mampu memberikan hasil yang cermat, handal, dan
dapat dipercaya. Parameter metode analisis adalah kecermatan (akurasi),
keseksamaan (presisi), selektivitas, linearitas, rentang, batas kuantitasi (LOQ)
dan batas deteksi (LOD) (Horwitz, 1975).
1. Keseksamaan
Keseksamaan atau presisi adalah ukuran yang menunjukkan derajat
kesesuaian antara hasil uji individual yang diukur melalui penyebaran
hasil individu dari hasil rata-rata jika prosedur ditetapkan secara berulang
pada sampel-sampel yang diambil dari campuran yang homogen
(Ganjar& Rohman, 2007).
Keseksamaan diukur sebagai simpangan baku atau simpangan baku
relatif (koefisien variasi) dan dinyatakan sebagai keterulangan.
Keterulangan adalah keseksamaan metode jika dilakukan berulang kali
oleh analis yang sama, pada kondisi yang sama, dan dalam interval waktu
yang pendek. Kriteria seksama diberikan jika metode memberikan
simpangan baku relatif (koefisienvariasi) sebesar 2% atau kurang
(Ganjar& Rohman, 2007).
2. Selektivitas
Selektivitas suatu metode adalah kemampuan dari metode tersebut
untuk mengukur analit tertentu saja secara cermat dan seksama dengan
adanya komponen lain yang mungkin ada didalam matriks sampel.
Selektivitas sering kali dinyatakan sebagai derajat penyimpangan metode
yang dilakukan terhadap sampel dengan penambahan cemaran, hasil urai,
senyawa sejenis, atau senyawa asing lain ke dalamnya. Hasil dari sampel
tersebut dibandingkan dengan hasil analisis sampel yang tidak
Analisis Logam Berat …, Verawaty Anif, Fakultas Farmasi UMP, 2017
23
mengandung bahan lain yang ditambahkan (Fifield dan Kealey, 2000).
Jika cemaran dan hasil urai yang ditambahkan ke dalam sampel tidak
tersedia, maka selektivitas dapat ditunjukkan dengan cara menganalisis
sampel yang mengandung cemaran atau hasil urai dengan menggunakan
metode tertentu lalu dibandingkan dengan metode lain untuk pengujian
kemurnian, seperti kromatografi (Fifield dan Kealey, 2000).
3. Linearitas
Linearitas adalah kemampuan metode analisis untuk memberikan
respon secara langsung atau dengan bantuan transformasi matematika
yang baik dan proporsional terhadap konsentrasi analit dalam sampel.
Linearitas dapat diperoleh dengan mengukur konsentrasi standar yang
berbeda, minimal lima konsentrasi. Data yang diperoleh kemudian
diproses menggunakan regresi linier, sehingga diperoleh nilai slope,
intersep, dan koefisien korelasi. Nilai koefisien korelasi di atas 0,9990
sangat diharapkan untuk suatu metode analisis yang baik. Selain koefisien
korelasi, simpangan baku residual (Sy) juga harus dihitung. Semua
perhitungan matematika tersebut dapat diukur dengan menggunakan
kalkulator atau perangkat lunak komputer (Anderson, 1999).
4. Batas Kuantitasi (LOQ) dan Batas Deteksi (LOD)
Batas kuantitasi merupakan parameter pada analisis renik dan
diartikan sebagai jumlah terkecil analit dalam sampel yang masih dapat
memenuhi kriteria cermat dan seksama. Batas deteksi adalah jumlah
analit terkecil dalam sampel yang masih dapat dideteksi dan masih
memberikan respon yang signifikan bila dibandingkan dengan blanko
(Khopkar, 1990).
Penentuan batas deteksi pada analisis yang menggunakan
instrumen, batas deteksi dapat dihitung dengan mengukur respon blanko
beberapa kali lalu dihitung simpangan baku blanko. Simpangan baku
blanko (Sb) sama dengan simpangan baku residual (Sy/x) (Khopkar,
1990).
Analisis Logam Berat …, Verawaty Anif, Fakultas Farmasi UMP, 2017