Universitas Sumatera Utara

Transkripsi

1 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA Logam Dalam kehidupan seharihari, kita tidak terpisah dari bendabenda yang bersifat logam. Benda ini kita gunakan sebagai alat perlengkapan rumah tangga seperti sendok, garpu,pisau dan lainlain sampai pada tingkat perhiasan mewah yang tidak dapat dimiliki oleh semua orang seperti emas, perak dan lainlain. Secara gamlang dalam konotasi keseharian kita beranggapan bahwa logam diidentikkan dengan besi. Logam tersebut padat keras berat dan sulit dibentuk (Palar, 2008). Logam berat adalah unsur logam dengan molekul tinggi. Dalam kadar yang rendah sekalipun logam berat umumnya sudah beracun bagi tumbuhan dan hewan, termasuk manusia. (Notohadiprawiro,T.1993) Logam berat ini dapat menimbulkan efek kesehatan bagi manusia tergantung bagian mana logam berat terikat dalam tubuh. Lebih jauh lagi, logam berat ini akan bertindak sebagai penyebab alergi, bagi beberapa orang karsinogen bagi manusia. Jalur masuknya adalah melalui kulit, pernapasan dan pencernaan. Logam berat jika sudah terserap kedalam tubuh akan menumpuk hingga nantinya dibuang melalui proses ekskresi. Hal serupa juga terjadi apabila suatu lingkungan terutama perairan telah terkontaminasi (tercemar) logam berat maka proses pembersihannya akan sulit sekali dilakukan. Kontaminasi logam berat ini dapat berasal dari faktor alam seperti kegiatan gunung berapi dan kebakaran hutan atau factor manusia seperti pembakaran minyak bumi, pertambangan, peleburan, proses industry, kegiatan pertanian, peternakan dan kehutanan, serta limbah buangan termasuk sampah rumah tangga. (Putra.J.A.2006) Aluminium Aluminium merupakan logam yang paling banyak di dunia, ditemukan dalam tanah, dalam air dan udara. Sekitar 8 % kerak bumi terdiri dari Aluminium. Elemen ini adalah elemen paling berlimpah yang secara alami terdapat di udara, tanah dan air. Perannya tidak bisa dihindari dari senyawasenyawa aluminium ditambahkan bukan

2 hanya ke suplai air tapi juga kebanyakan makanan dan obat yang diproses (Tony Sarvinder Singh,2006). Terlalu banyak asupan aluminium dapat memberikan efek negative yang dapat merusak otak (menyebabkan Alzheimer), menyebabkan kerusakkan DNA, disfungsi ginjal, serta diduga dapat memicu kanker payudara. Sumber alumunium yang bisa dikhawatirkan antara lain kandungannya di dalam obatobatan, seperti antacids, aspirin, obat anti diarrhea, bedak bayi dan lipstick. Selain itu agar waspada terhadap alat masak yang terbuat dari bahan aluminium karena alat ini dapat bereaksi kimia bila terkena asam cuka, Asam tomat, asam jawa, asam jeruk dan sebagainya. Aluminium terakumulasi di berbagai jaringan di dalam tubuh, termasuk otak, ginjal, hati, paruparu, dan tiroid. Aluminium bersaing dengan kalsium dalam proses absorpsi sehingga dapat mengakibatkan mineralisasi tulang berkurang. Pada bayi hal ini menghambat pertumbuhan. Hal ini juga mengganggu penyerapan fosfor, seng dan selenium oleh tubuh. Potensi bahaya dari keracunan Alumunium antara lain: dapat menyebabkan kerusakan otak, luka usus dan lambung, penyakit gastrointestinal, Parkinson's Disease, masalah kulit, retardasi mental pada bayi, gangguan belajar pada anak, penyakit hati, sakit kepala, mual mulas, sembelit, kurangnya energy dan perut kembung (Suara media, 2011) Calsium (Ca) Kalsium adalah logam metalik, unsur kelima terbanyak di kerak bumi. Unsur ini merupakan bahan baku utama dedaunan, tulang belulang, gigi dan kerang dan kulit telur. Kalsium tidak pernah ditemukan di alam tanpa terkombinasi dengan unsur lainnya. Ia banyak terdapat sebagai batu kapur, gipsum, dan fluorite. Apatite merupakan flurofosfat atau klorofosfat kalsium (Mohsin,Y.2006). Kalsium terdapat sebanyak 99 % dalam tulang kerangka dan sisanya dalam cairan antar sel dan plasma. Kalsium mengatur permeabilitas membrane sel bagi K dan Na dan mengaktivasi banyak enzim, seperti pembekuan darah. Defesiensi kalsium menyebabkan lunaknya tulang serta mudah terangsangnya syaraf otot dengan akibat kejang. Dalam kebanyakan kasus kekurangan disebabkan oleh defisiensi vitamin D dan terlambatnya resorpsi Ca.

3 Kalsium diperlukan sebagai bahan gizi untuk tanaman tinggkat tinggi dan sebagai mikronutrien untuk sejumlah ganggang. Walaupun kalsium merupakan mineral yang dibutuhkan manusia dan hewan, jumlah yang ditemukan dalam air tidaklah cukup. Disisi lain kalsium merupakan konstituen utama dalam air sadah (Montgomery, J. M. 1985) Spektrofotometri Serapan Atom (SSA) Teknik Analisis spektrofotometri termasuk salah satu teknik analisis instrumental disamping teknik kromatografi dan elektrolisis kimia. Teknik tersebut memanfaatkan fenomena interaksi materi dengan gelombang elektromagnetik seperti sinarx, ultraviolet, cahaya tanpak dan inframerah. Fenomena interaksi bersifat spesifik baik absorbsi maupun emisi. Interaksi tersebut menghasilkan signalsignal yang disadap sebagai analisa kualitatif dan kuantitatif. Contoh teknik absorbsi atom (SSA) yang merupakan alat ampuh dalam analisis logam (K. Kacaribu, 2008) SSA adalah metoda analisis yang berdasarkan pada pengukuran radiasi cahaya yang diserap atom bebas. Analisis menggunakan alat SSA ini memiliki keuntungan dari hasil analisisnya yang sangat peka, teliti dan cepat, pengerjaannya relatip sederhana serta tidak perlu dilakukan pemisahan unsur logam dalam pelaksanaannya. Analisis SSA yang didasarkan pada penyerapan energi radiasi dari sumber nyala atomatom yang berada pada tingkat energi dasar. Komponenkomponen utama yang menyusun SSA adalah sumber cahaya, atomizer, monokromator, detector, dan penampilan data (Anderson,1987). Penggunaan SSA dalam menganalisa kandungan logamlogam, dikarenakan dengan metode SSA unsurunsur dengan energi eksitasi rendah Instrumentasi Spektrofotometri Serapan Atom A B C D E F Gambar 2.1. Sistematis Ringkas dari Alat Spektrofotometri Serapan Atom Keterangan : A. Lampu Katoda Berongga Lampu katoda berongga merupakan sumber sinar yang memancarkan spectrum

4 dari unsur logam yang akan dianalisa (setiap logam memiliki lampu khusus untuk logam tersebut) B. Chopper Mengatur sinar yang dipancarkan C. Tungku Tempat pembakaran (untuk memecahkan larutan sampel pada tetesan halus dan meleburkannya kedalam nyala untuk diatomkan). D. Monokromator Mendispersi sinar yang ditransmisikan oleh atom. E. Detector Mengukur sinar yang ditranmisikan dan memberikan signal sebagai respon terhadap terhadap sinar yang diterima. F. Meter bacaan nilai absorbansi Gunanya untuk membaca nilai absorbansi (Haris, 1978) Peralatan SSA Sumber radiasi Sumber radiasi yang digunakan harus memancarkan spektrum atom dari unsur yang ditentukan. Spektrum atom yang dipancarkan harus terdiri dari garis tajam yang mempunyai setengah lebar yang sama dengan garis serapan yang dibutuhkan oleh atomatom dalam contoh. Sumber sinar lazim dipakai adalah lampu katoda berongga (hallow chatoda lamp). Untuk penetapan apa saja yang diminta, lampu katoda berongga yang digunakan mempunyai sebuah katoda pemancar yang terbuat dari unsur yang sama (Basset dkk 1994) Nyala Nyala digunakan untuk mengubah sampel berupa padatan atau cairan menjadi bentuk uap atomnya, dan juga berfungsi untuk atomisasi. Untuk spektroskopi nyala suatu persyaratan yang penting adalah bahwa nyala dipakai hendaknya menghasilkan temperatur lebih 2000 o K. Konsentrasi atomatom dalam bentuk gas dalam nyala, baik

5 dalam keadaan dasar maupun dalam keadaan tereksitasi, dipengaruhi oleh komposisi nyala. Komposisi nyala asetilen udara sangat baik digunakan untuk lebih dari tiga puluh unsur sedangkan komposisi nyala propana udara disukai untuk logam yang mudah diubah menjadi uap atomik. Untuk logam seperti Aluminium (Al) dan Titanium (Ti) yang membentuk oksida refraktori temperatur tinggi dari nyala Nitrousasetilen sangat perlu dan sensitivitas dijumpai bila nyala kaya akan asetilen Sistim pembakar pengabut (nebulizer) Tujuan sistim pembakar pengabut adalah untuk mengubah larutan uji menjadi atomatom dalam bentuk gas. Fungsi pengabut adalah menghasilkan kabut atau aerosol larutan uji. Larutan yang akan dikabutkan ditarik ke dalam pipa kapiler oleh aksi semprotan udara yang ditiupkan melalui ujung kapiler, diperlakukan aliran gas bertekanan tinggi untuk menghasilkan aerosol yang halus. (Basset dkk,1994) Monokromator Dalam spektroskopi serapan atom fungsi monokromator adalah untuk memisahkan garis resonansi dari semua garis yang tak diserap yang dipancarkan oleh sumber radiasi. Dalam kebanyakan instrumen komersial digunakan kisi difraksi karena sebaran yang dilakukan oleh kisi seragam dari pada yang dilakukan oleh prisma dan akibatnya instrumen kisi dapat memelihara daya pisah yang lebih tinggi sepanjang jangka panjang gelombang yang lebih besar (Braun, RD, 1982) Detektor Detektor pada spektrofotometer absorbsi serapan atom berfungsi mengubah intensitas radiasi yang datang menjadi arus listrik. Pada SSA yang umum dipakai sebagai detektor adalah tabung penggandaan foton (PMT = Photo Multiplier Tube Detector) (Mulja, 1977) Read out

6 Read out merupakan system pencatatana hasil. Hasil pembacaan dapat berupa angka atau kurva dari suatu recorder yang menggambarkan absorbansi atau intensitas emisi (Braun, R.D, 1982) Sistim Atomisasi A. Sistim Atomisasi nyala Setiap alat SSA mencakup dua komponen utama sistim introduksi sampel dan sumber (source) atomisasi. Untuk kebanyakan instrument sumber atomisasi ini adalah nyala dan sampel di introduksikan dalam bentuk larutan. Sampel masuk ke nyala dalam bentuk aerosol. Aerosol biasanya dihasilkan oleh Nebulizer (pengabut) yang dihubungkan ke nyala oleh ruang penyemprot (chamber spray). Proses atomisasi adalah proses pengubahan sample dalam bentuk larutan menjadi spesies atom dalam nyala. Secara ideal fungsi dari sistim atomisasi (source) adalah : 1. Mengubah sembarang jenis sampel menjadi uap atom fasa gas dengan sedikit perlakuan atau tampa perlakuan awal. 2. Melakukan seperti poin 1 untuk semua elemen (unsur) dalam sampel pada semua level konsentrasi. 3. Agar diperoleh kondisi operasi yang identik untuk setiap elemen dalam sampel. 4. Mendapatkan sinyal analitik sebagai fungsi sederhana dari konsentrasi tiaptiap elemen yakni agar gangguan dan pengaruh media sampel menjadi minimal. 5. Memberikan analisis yang teliti dan tepat. 6. Pengoperasian yang murah 7. Memudahkan operasi. B. Sistim Atomisasi dengan Tungku Sistim nyala api ini lebih dikenal dengan nama GFAAS. GFAAS dapat mengatasi kelemahan dari sistim nyala seperti, sensivitas, jumlah sampel dan penyiapan sampel. Ada tiga tahap atomisasi dengan tungku yaitu ; a. Tahap pengeringan atau penguapan larutan b. Tahap pengabuan atau penghilangan senyawasenyawa organik

7 c. Tahap atomisasi Gambar 2.2. Spektrofotometri Serapan Atom dan alatalat gelas yang digunakan dalam analisis. Gambar 2.3. Tungku Spektrofotometri Serapan Atom Jenisjenis nyala yang Digunakan Nyala api utama yang digunakan untuk penyerapan atom dan spektrometri emisi yang tercantum dalam Tabel 1.1. bersamasama dengan suhu maksimal akan terbakar. Api yang paling banyak digunakan untuk penyerapan atom adalah nyala asetilenudara dan nitrous oksida asetilen. Suhu tinggi api yang terakhir ini tidak diperlukan dan bahkan mungkin merugikan bagi banyak kasus dalam penyerapan atom karena akan menyebabkan ionisasi dari atom gas. Namun, sangat berguna bagi elemenelemen yang cenderung untuk membentuk oksida panasstabil di udaraasetilen api (yang "unsur tahan api"). Udaraasetilena dan api hidrokarbon lainnya menyerap sebagian besar radiasi pada panjang gelombang di bawah 200 nm, dan api udara argonhidrogen lebih disukai untuk wilayah spektrum untuk pendeteksian maksimum.

8 Gas Pembakar Pada SSA dipakai dua macam gas pembakar yang bersifat oksidasi dan tahan bakar. Gas pengoksidasi contohnya udara, udara (dan O 2 ) atau campuran O2 + N 2 O. Sedangkan bahan bakar adalah gas alam, propana, butana, asetilen dan H 2 atau asetilen. Gas pembakar dapat merupakan campuran seperti : Udara dengan asetilen (terbanyak) dipakai N2O dengan asetilen (Mulja, M. Suharman. 1995) Tabel 1.1. Campuran gas pembakar yang digunakan dalam analisis logam menggunakan metode SAA nyala Gas campuran nyala HidrogenOksigen HidrogenUdara PropanaUdara PropanaOksigen AsetilenaUdara AsetilenaOksigen AsetilenaNitrous oksida HydrogenArgon HydrogenUdara Kecepatan maximum nyala Cm/detik Suhu maksimum o C Dalam spektrometri emisi nyala api, api panas diperlukan untuk analisis sejumlah besar unsur, dan baik oksigenasetilen ("asetilin") api atau api nitro oksidaasetilen digunakan. Nyala api asetilen memiliki kecepatan pembakaran tinggi. (Cristian G. D. 1980). Kebanyakan metode SSA menggunakan sistim gabungan ini diantara nyala dan bahan bakar dimana system ini berfungsi, setelah larutan sampel diuapkan. Nyala yang paling banyak digunakan serapan atom adalah udaraasetilen yang mempunyai suhu maksimum 2000 o C.

9 Pengesanan yang tempat diperlukan dalam menentukan gas dan udara tersebut untuk mendapatkan gasudara dan seterusnya memberi pengulangan penentuan yang memuaskan Kegunaan Spektrofotometri Serapan Atom (SSA) Metode SSA telah diperkenalkan oleh A.Walsh tahun 1955 dan mengalami perkembangan yang sangat pesat. Sampai saat ini telah digunakan untuk mendeteksi (menganalisa) hamper keseluruh unsurunsur logam yang terdapat di tabel priodik unsur. Metode Atomic Absorbtion Spectrofotometric banyak digunakan untuk menganalisis sampel yang terdapat didalam bentuk bahanbahan pencemar lingkungan (Zul Alfian 2009). Pada tahun terakhir ini SSA semakin sensitif, canggih dan dapat digabungkan dengan computer dalam pengolahan datanya. Investasi besar dalam peralatanperalatan seperti SSA amat penting dalam menunjang misi laboratirium. Maka pemanfaatanya bergantung pada kemampuan sumber daya manusia, seperti kemampuan pemahaman teori dasar, spectrum aplikasi, ketelusuran metode analisis yang disyaratkan pada SNI Faktorfaktor gangguan dalam SSA Gangguan diartikan sebagai suatu factor kimia atau fisika yang akan mempengaruhi jumlah atom untuk analit pada keadaan standar (ground state) sehingga akan menyebabkan bertambah atau berkurangnya bacaan nilai serapan atom unsur yang dianalisis. Ada beberapa gangguan dalam menggunakan SSA: a. Suhu yang sesuai, suhu gas pembakar harus sesuai dengan suhu unsur yang akan dianalisis. b. Konsentrasi sampel tidak boleh melebihi kesensitifan dari alat detector SSA. Ini akan menyebabkan gangguan terhadap garis spectrum dan mengakibatkan kerusakan pada alat detector SSA. c. Pengaruh peguapan pelarut dan bahan larutan jangan sampai menurunkan suhu nyala gas pembakar, ini akan menyebabkan bacaan nilai serapan atom menjadi rendah.

10 Memang selain dengan metode SSA, unsurunsur dengan energi eksitasi rendah dapat juga dianalis dengan fotometri nyala, tetapi untuk unsurunsur dengan ekstasi tinggi hanya dapat dilakukan dengan fotometri nyala. Untuk analisis dengan garis spectrum resonansi antara nm, fotometri nyala sangat berguna, sedangkan antara nm metode SSA lebih baik dari fotometri nyala (Kopkar, S.M, 1990) Atomisasi menggunakan nyala dapat menganalisis seluruh logamlogam yang terdapat dalam sistim priodik Proses yang menghasilkan atomatom bebas (atomisasi) dalam analisis SSA ada beberapa cara yaitu: 1. Atomisasi Dengan Nyala Dalam analisis kuantitatif Metode SSA atomisasi dengan nyala, sampel harus disiapkan berupa larutan. Beberapa cara melarut sampel : a. Sampel langsung dilarutkan dalam pelarut yang sesuai b. Sampel dilarutkan dalam asam c. Sampel terlebih dahulu dilebur dengan pelarut suatu basa (alkali), kemudian hasil peleburan itu dilarutkan dengan asam. 2. Atomisasi Tanpa Nyala Dengan teknik tanpa nyala diperoleh sensitivitas pengukuran yang lebih tinggi dibandingkan teknik nyala. Cara atomisasi tanpa nyala ini adalah hasil perkembangan yang lebih maju, meliputi atomisasi generasi uap dan atomisasi dengan tungku suhu tinggi. 3. Atomisasi dengan cara ini terbatas untuk unsur As,Se, Sb,dan Hg Dengan cara biasa unsurunsur ini tidak memberikan hasil yang baik. As,Se dan Sb biasa direduksi menjadi hidrida dalam bentuk gas. Reduktor umum dipakai yaitu SnCl2 atau NaBH 4. Khusus untuk Hg dengan cara ini tidak dibutuhkan pembentukan uap hidrida. Dengan metode ini Hg mempunyai sensitifitas g/ml akan memberikan ketelitian 2000 kali lebih tinggi dari pada penetapan Hg dalam nyala asetilen. Bagai manapun atomisasi tanpa nyala hanya dapat dilakukan untuk logamlogam dengan temperatur ( > 2000 o C) (Christian, G. D., 1980).