BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Teknik Perunut Radioaktif Teknik perunut adalah suatu teknik yang digunakan untuk tujuan mendapatkan informasi perilaku dari obyek dengan cara menandai obyek tersebut dengan suatu bahan tertentu. Yang dimaksud dengan obyek disini adalah suatu sistem yang dinamis, artinya bahwa sistem atau bagian dari sistem tersebut mengalami perubahan sebagai fungsi dari ruang dan atau waktu. Sebagai contoh dari sistem dinamis itu misalnya aliran suatu populasi masa atau material induk. Sedang yang dimaksudkan dengan bahan tertentu adalah bahan perunut itu sendiri. Dalam sistem yang dinamis bahan perunut bercampur dengan aliran populasi masa. Informasi yang ingin diketahui dari sistem tersebut diperoleh dengan cara mendeteksi perunut yang telah bercampur homogen dengan aliran masa dari sistem yang diselidiki (IAEA, 2008). Perunutan merupakan suatu proses pemanfaatan senyawa yang telah ditandai dengan isotop atau radioisotop untuk menjadi bagian dari sistem biologi atau mekanik sehingga diketahui mekanisme yang terjadi atau diperoleh suatu hasil pengukuran. Teknik perunut dapat menggunakan isotop atau radioisotop. Dasar aplikasi dari teknik perunut dengan isotop stabil adalah sifat kimia spesifik dari unsur yang digunakan dengan berat molekul yang berbeda. Contoh isotop stabil adalah 15 N, 52 Cr, 13 C, dan lainnya. Alat yang digunakan untuk mengukur isotop stabil seperti massatomic spektrofotometer, X-ray flourescene (XRF), dan Neutron Atomic Absorbtion (NAA). Sedangkan dasar aplikasi dari teknik perunut dengan radioisotop adalah paparan aktivitas dari masing-masing unsur yang digunakan. Contoh radioisotop adalah 14 C, 45 Ca, 32 P, 3 H. Alat yang dapat digunakan untuk mengukur aktivitas paparannya adalah Liquid Scintilation Counter (LSC), Gamma Counter. Perunut dengan isotop radioaktif 32 P yang tergabung dalam larutan senyawa H 3 PO 4, dalam hal ini dipakai untuk menentukan atau mencirikan kadar zat makanan unsur fosfor (P) pada bagian daun tanaman sawi hijau. Pada umumnya pemakaian perunut dengan isotop radioaktif 32 P dipakai dalam lapangan pertanian khususnya dalam penelitian pemupukan. Hal ini disebabkan karena pemupukan dengan fosfat adalah ekonomis, penting, dan juga mudah dipakai. Dari semua radiofosfor yang diketahui, 4

2 5 yaitu 29 P, 30 P, 32 P, 33 P, dan 34 P, hanya isotop radioaktif 32 P yang sering dipergunakan sebagai perunut. Karena isotop radioaktif P 32 ini dapat dibuat dalam reaktor nuklir, yaitu penembakan 31 P dengan netron menurut reaksi seperti berikut ini : n + 31 P 32 P+ γγ (2.1) Isotop 32 P dapat digunakan untuk menentukan efisiensi pupuk P, untuk mempelajari residu pupuk P, P tersedia dalam tanah, pola perakaran aktif tanaman, distribusi perakaran dalam tanah, evaluasi agronomis fosfat alam dan ketersediaan P dari residu pupuk P (IAEA, 1990). Potassium phosphate adalah garam larut yang digunakan sebagai pupuk, aditif makanan, sumber fosfor, agen buffering, kalium dan fungisida. Ketika digunakan dalam campuran pupuk fosfat dengan urea dan amonium, senyawa ini dapat meminimalkan keluarnya amonia dengan menjaga ph pada tingkat yang relatif rendah. Potassium phosphate berisi 52 % P 2 O 5 dan K 2 O 34 %. Senyawa ini sering digunakan sebagai sumber nutrisi dan sebagai aditif dalam rokok. Potassium phosphate memiliki formulasi sebagai berikut: Gambar 2.1 Formulasi Potassium Phosphate (Sciencelab, 2012b) 2.2 Pemanfaatan Teknik Perunut Radioaktif Teknik perunut radioaktif memiliki manfaat diberbagai bidang yaitu dimana dapat diterapkan dalam mengungkap fenomena-fenomena yang terjadi seperti dibidang pertanian kedokteran, industri, dan hidrologi (Pusat Diseminasi Iptek Nuklir, 2015) Bidang Pertanian 1. Efesiensi pemupukan tanaman dengan teknik perunut. Radioisotop yang digunakan sebagai perunut dalam penelitian efesiensi pemupukan tanaman adalah fosfor-32 ( 32 P). Teknik perunut dengan radioisotop akan memberikan cara pemupukan yang tepat dan hemat 2. Pemuliaan tanaman dengan teknik mutasi radiasi

3 6 3. Pengendalian hama tanaman dengan teknik serangga mandul 4. Penyimpanan makanan Bidang Kedokteran Berbagai jenis radioisotop digunakan sebagai perunut untuk mendeteksi (diagnosa) berbagai jenis penyakit, antara lain: 1. Talium-201 (Ti-201) untuk mendeteksi kesehatan jantung 2. Iodin-131 (I-31) untuk mendeteksi kerusakan pada kelenjar tiroid (gondok) 3. Xenon-133 (Xe-133) untuk mendeteksi penyakit paru paru Bidang Industri 1. Untuk mempelajari pengaruh oli dan aditif pada mesin selama mesin bekerja digunakan suatu isotop sebagai perunut. Dalam hal ini piston, ring, dan komponen lain dari mesin ditandai dengan isotop radioaktif dari bahan yang sama. 2. Pemekrisaan material menggunakan teknik radiografi dengan sinar gamma Bidang Hidrologi 1. Untuk mempelajari kecepatan aliran sungai 2. Untuk menyelidiki kebocoran pipa air bawah tanah 2.3 Satuan Radioaktivitas Radioaktivitas adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan suatu peluruhan (desintegritas). Peluruhan radioaktif adalah peristiwa hilangnya energi dari inti atom yang tidak stabil dengan memancarkan radiasi dan partikel-partikel pengion. Satuan SI / Standard International untuk radioaktivitas adalah becquerel (Bq). Satu becquerel didefinisikan sebagai satu peluruhan atau desintegritas per second (dps). Satuan radioaktivitas lain yang digunakan sebelumnya adalah Curie (Ci) (Sisworo,2006).

4 7 Tabel 2.1 Hubungan antara satuan radioaktivitas dan laju peluruhan Satuan Radioaktivitas Laju Peluruhan Curie Becquerel dps dpm 1 Ci 3,7 x = 37 GBq 3,7 x ,22 x mci 3,7 x 10 7 = 37 MBq 3,7 x ,22 x µci 3,7 x 10 4 = 37 KBq 3,7 x ,22 x nci 3,7 x 10 Bq 3,7 x 10 2,22 x pci 3,7 x 10-2 Bq 3,7 x ,22 27,027 mci 1 GBq 1 x x ,027 µci 1 MBq 1 x x ,027 nci 1 KBq 1 x x 10 4 Keterangan dps dpm Desintegritas : Desintegritas per second : Desintegritas per menit : Peluruhan 2.4 Hukum Peluruhan, dan Waktu Paruh Semua Isotop radioaktif meluruh secara eksponensial dengan waktu melalui peluruhan (desintegrasi) nukleus, yang menghasilkan radiasi dalam bentuk partikel alpha (α) atau beta (β) atau sinar gamma (γ), dan tabel peluruhan 32 P dapat dilihat pada lampiran 7. Isotop radioaktif mempunyai ciri-ciri sebagai berikut: 1. Laju peluruhan (λ) yang konstan dengan waktu luruh terkait (tt 1/2 ) 2. Skema peluruhan dan jenis radiasi (α, β, γ) 3. Pola energi dari partikel atau gelombang Laju peluruhan radionuklida pada umumnya dinyatakan dalam waktu paruh (tt 1/2 ). Waktu paruh dari suatu isotop radioaktif didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan agar aktivitas radiasi berkurang dari aktivitas semula atau dengan perkataan lain radionuklida akan kehilangan separuh dari radioaktivitas asalnya. Sebagai contoh digambarkan pada waktu paruh 32 P yang ditunjukan oleh gambar 2.2.

5 8 32 P waktu paruh = 14.3 hari Waktu (hari) Gambar 2.2 Grafik eksponensial dari waktu peluruhan 32 P (Sisworo, 2006). 2.5 Bentuk-Bentuk Fosfor dalam Tanah Kadar P dalam tanah bervariasi mulai dari 0,02 sampai 0,5% dengan rata-rata 0,05% P. Keberadaan P dalam tanah dibagi menjadi empat kategori umum : (1) P sebagai ion dan senyawa dalam larutan tanah; (2) P diserap pada permukaan bagian anorganik tanah; (3) mineral P, baik dalm bentuk kristalin maupun amorfus, dan (4) P sebagai komponen bahan organik tanah (Barber, 1984). Menurut Gardner, et al. (1991), P berasal dari penguraian bahan organik dan anorganik tanah sebagai berikut : (1) larutan tanah mengandung sejumlah sangat kecil P 2- yang dapat larut, seperti ortofosfat (HPO 4 atau H 2 PO - 4 ), (2) mineral yang berisi P seperti apatit dan Ca-, Mg-, Fe-, dan Al-P; (3) pool labil yang mengandung P yang diabsorbsi oleh koloid tanah dan oleh Fe-P dan Al-P dalam keseimbangan dengan P dalam larutan. Jumlah P dalam larutan ini sangat rendah, relatif terhadap pecahannya yang labil. Fosfor dalam larutan tanah juga terdapat dalam bentuk anion H 2 PO - 4 atau HPO 2-4 (Bohn, et al., 1979). Peranan P bagi tanaman sangat penting, sehingga disebut sebagai unsur esensial dan merupakan faktor pembatas yang mempengaruhi pertumbuhan dan produksi tanaman. Unsur ini dibutuhkan tanaman untuk melakukan pembelahan sel, pembentukan lemak dan albumin; pembentukan bunga, buah dan biji; pematangan tanaman; perkembangan akar, terutama akar lateral dan rambut akar; kekuatan batang pada tanaman sereal; dan peningkatan kualitas tanaman terutama pada tanaman sayuran (Brady, 1984).

6 9 Fosfor diperlukan tanaman dalam jumlah besar (hara makro). Jumlah P dalam tanaman lebih kecil dibandingkan nitrogen dan kalium, tetapi P dianggap sebagai kunci kehidupan (key of life). Tanaman menyerap P dalam bentuk ion ortofosfat primer (H 2 PO - 4 ) dan ion ortofosfat sekunder (HPO 2-4 ). Tisdale, et al. (1993) menyatakan kemungkinan P masih dapat diserap dalam bentuk lain, yaitu pirofosfat dan metafosfat. Juga terdapat kemungkinan P diserap dalam bentuk senyawa P organik yang larut air, misalnya asam nukleat dan phytate. Menurut Gardner, et al. (1991), P terutama diserap dalam bentuk ion bervalensi tunggal H 2 PO - 4 dan kurang dalam bentuk ion bervalensi dua HPO 2-4 yang lebih banyak dijumpai pada ph netral atau di atas ph netral. Akar secara aktif menyerap P dari larutan tanah yang konsentrasi P-nya sangat rendah serta menyimpannya dalam tubuh tanaman pada konsentrasi sampai lebih dari 1000 kali konsentrasi dalam tanah. Fosfor bergerak dalam tubuh tanaman, diredistribusikan dari bagian yang tua dan yang mengandung P labil walaupun sumber dari tanah terganggu. 2.6 Unsur Hara Unsur hara merupakan salah satu faktor lingkungan yang sangat mempengaruhi pertumbuhan tanaman. Bila unsur hara tidak terdapat dalam jumlah yang cukup dalam tanah, tanaman tidak dapat tumbuh normal. Unsur tersebut adalah unsur hara makro dan unsur hara mikro. Unsur hara makro terdiri dari C, H, O, N, S, P, K, Ca, Mg. Unsur hara N, P, K merupakan unsur hara utama yang diperlukan dalam jumlah banyak. Sedangkan sisanya dibutuhkan dalam jumlah yang sedang, tetapi memegang peranan penting dalam pembentukan jaringan tanaman. Unsur hara mikro diperlukan dalam jumlah yang sedikit. Contohnya Fe, Mn, Zn, Cu, Mo, dan Cl. Peranan unsur hara N, P dan K yang diperlukan tanaman adalah sebagai berikut (Donahue,1977) : 1. Nitrogen (N) : a. Pembentukan atau pertumbuhan daun, batang dan akar b. Membentuk protein, lemak dan berbagai persenyawaan organik c. Meningkatkan mutu tanaman penghasil daun-daunan d. Meningkatkan perkembangbiakan mikroorganisme di dalam tanah 2. Phospor (P) : a. Merangsang pertumbuhan akar dan tanaman muda

7 10 b. Mempercepat pembungaan dan pemasakan buah, biji, atau gabah c. Penyusun lemak dan protein d. Membantu asimilasi dan pernafasan 3. Kalium (K) : a. Membantu pembentukan protein dan karbohidrat b. Meningkatkan resistensi terhadap penyakit dan kualitas buah-buahan. 2.7 Deskripsi Tanaman Sawi Hijau Sawi hijau merupakan sayuran yang banyak ditanam maupun dikonsumsi oleh masyarakat Indonesia, khususnya daerah perkotaan. Hal tersebut disebabkan karena umur panen sawi hijau yang relatif pendek, sekitar 35 hari dan rasanya yang enak. Sawi hijau memiliki kandungan vitamin K, A, C, E yang tinggi (Rukmana, 1994). Tanaman sawi hijau banyak mengandung vitamin dan gizi yang dibutuhkan oleh tubuh manusia. Dalam setiap 100 gram bobot segar sawi hijau mengandung 2,3 g protein, 0,3 g lemak, 4,0 g karbohidrat, 220 mg Ca, 38 mg P, 6,4 g Vitamin A, 0,09 mg vitamin B, 102 mg Vitamin C, serta 92 g air. Diantara sayuran daun, sawi hijau merupakan komoditas yang memiliki nilai komersial dan digemari masyarakat Indonesia. Konsumen menggunakan daun sawi hijau baik sebagai bahan pokok maupun sebagai pelengkap masakan tradisoonal dan masakan cina. Selain sebagai bahan pangan, sawi hijau dipercaya dapat mengjhilangkan rasa gatal ditenggorokan pada penderita batuk. Sawi hijaupun berfungsi sebagai penyembuh sakit kepala dan mampu bekerja sebagai pembersih darah Tanaman sawi hijau memiliki morfologi dengan jenis perakaran tunggang dengan kedalaman akar cm. Tanaman sawi hijau memiliki batang yang pendek dan beruas-ruas dan daun yang berbentuk lonjong bersayap serta tangkai yang panjang. Bunganya majemuk berwarna kuning dengan empat kelopak, empat benang sari dengan dua putik. Buah berbentuk polong yang berisikan 2-8 butir biji yang berbentuk bulat hitam. Sawi hijau merupakan tanaman yang dapat ditanam sepanjang musim didaerah subtropika dan tropika dengan kisaran suhu optimum 25 o C - 36 o C pada jenis tanah lempung berpasir atau lempung berliat dengan derajat keasaman tanah pada ph 5,5-6,5 (Opena dan Tay, 1994).

8 11 Klasifikasi sawi hijau menurut Plantamor (2012) adalah: Kingdom : Plantae Subkingdong : Tracheaobionta Super Divisi : Spermatophyta Divisi : Magnoliophyta Kelas : Magnoliopsida Sub kelas : Dilleniidae Ordo : Capparales Famili : Brassicaceae Genus : Brasicca Spesies : Brassica rapa var. Parachinensis L. Tanaman sawi hijau memiliki umur panen yang relatif singkat karena dipanen sebelum fase generatif karena bagian yang memiliki nilai ekonomis tinggi adalah bagian daunnya. Selain itu, tanaman sawi hijau juga sangat reaktif terhadap pupuk dan peptisida. Oleh karena itu, tanaman sawi hijau rentan mengalami kegagalan panen akibat dari faktor lingkungan, hama penyakit maupun budidaya yang dilakukan. Hama yang sering menyerang tanaman sawi hijau diantaranya adalah ulat tritip (Plutella xylostella), ulat tanah (Agrotis sp.), ulat grayak (Spodoptera litura dan Spodoptera exigua), ulat krop (Crocidolomia binotalis Zell), siput (Agriolimas sp.), belalang (Locusta, sp.) dan penggorok daun (Liriomyza sp.) (Sakinah, 2013) Budidaya Tanaman Sawi Hijau Cara budidaya sawi hijau sesungguhnya tidak berbeda jauh dengan budidaya sayuran pada umumnya meliputi beberapa proses diantaranya: 1. Pembibitan Persemaian benih sawi hijau dilakukan dengan menggunakan media polybag berukuran 30 x 30 cm yang telah berisi tanah yang dicampur dengan pupuk kandang. Bila bibit sudah berumur 2 minggu setelah disemai, maka bibit tersebut telah siap untuk ditanam. 2. Penanaman Bibit yang telah berumur 2 minggu (berdaun 4 helai) dipindahkan ke media tanam yang sama dengan media pembibitan yaitu Polybag berukuran

9 12 30 x 30 cm yang telah berisi tanah yang dicampur dengan pupuk kandang. Terdapat 7 media tanam yang dibutuhkan sesuai perlakuan jam makan tanaman, dimana setiap media tanam ditandai dengan waktu perlakuan jam makan tanaman serta salah satunya sebagai kontrol. 3. Pemeliharaan Pemeliharaan adalah hal yang penting. Sehingga akan berpengaruh terhadap hasil yang akan didapat. Hal yang perlu diperhatikan adalah penyiraman. Penyiraman tergantung pada musim, bila musim penghujan dirasa berlebih maka perlu dilakukan pengurangan air yang ada, tetapi sebaliknya bila musim kemarau tiba maka harus menambah air. Bila tidak terlalu panas penyiraman dilakukan sehari cukup sekali yaitu pada waktu pagi atau sore hari. Aplikasi pemupukan hendaknya memperhitungkan sinar matahari. Pada saat 4. Pemanenan Pemanenan dilakukan setelah sawi hijau berumur 35 HST. Kriteria panen sawi hijau ketika daun paling bawah menunjukan warna kuning dan belum berbunga. 2.8 Detektor Geiger Muller (GM) Detektor Geiger Muller (GM) merupakan salah satu jenis detektor yang tertua dan sampai dengan sekarang masih sering digunakan, khususnya dalam bidang proteksi radiasi. Penggunaan detektor ini untuk pertama kalinya diperkenalkan oleh Geiger dan Muller pada tahun Detektor G-M merupakan alat pencacah radiasi yang sederhana dan tidak dapat digunakan untuk keperluan spektroskopi. Beberapa peralatan ukur radiasi portabel, menggunakan detektor jenis Geiger Muller. Salah satunya yaitu alat Radiation Alert Inspector dengan efisiensi alat sebesar 25% ( 2015). Dari sudut pandang elektronika, detektor G-M sangat sederhana dan juga ekonomis serta pengoperasiannya yang mudah. Detektor Geiger Muller (GM) adalah sebuah alat pengukur radiasi ionisasi. Pencacah GM bisa digunakan untuk mendeteksi radiasi alpha dan beta. Sensornya adalah sebuah tabung GM, sebuah tabung yang diisi oleh gas yang akan bersifat konduktor ketika partikel atau foton radiasi menyebabkan gas (argon) menjadi

10 13 konduktif. Alat tersebut akan membesarkan sinyal dan menampilkan pada indikatornya yang bias berupa jarum penunjuk, lampu atau bunyi klik dimana satu bunyi menandakan satu partikel atau 1 aktivitas. Pada kondisi tertentu, pencacah GM dapat digunakan untuk mendeteksi radiasi gamma. Detektor GM ditunjukan pada Gambar 2.3. Keterangan gambar : Katoda : yaitu dinding tabung logam yang merupakan elektroda negatif. Jika tabung terbuat dari gelas maka dinding tabung harus dilapisi logam tipis. Anoda : yaitu kawat tipis atau wolfram yang terbentang di tengah-tengah tabung. Anoda sebagai elektroda positif. Isi tabung : yaitu gas bertekanan rendah, biasanya gas beratom tunggal dicampur gas poliatom (gas yang banyak digunakan Ar dan He). Gambar 2.3 Detektor Geiger Muller (http: // id.wikipedia.org/wiki/geiger_muller,2015) Prinsip kerja detektor GM adalah menggunakan medium gas. Tabung GM hanya dapat digunakan untuk melihat jumlah cacahan radiasi. Hasil yang tercacah itu berupa cacahan/menit atau cacahan/detik. Bila bekerja dengan zat-zat radioaktif maka sangat penting untuk mengetahui jumlah radiasi yang dipancarkannya. Jumlah ini dinyatakan dengan aktivitas, yaitu jumlah disintegrasi inti per detik. Satuan lnternasional aktivitas adalah becquerel (Bq), sesuai dengan nama penemu keradioaktifan. Didefinisikan 1 Bq adalah satu disintegrasi inti per detik (Wiryosimin,1995) : 1 Bq = 1 disintegrasi/detik 2.1 Satuan lain yang lebih awal digunakan tetapi tidak satuan SI adalah curie (Ci) yaitu jumlah disintegrasi per detik dalam 1 gram radium. Dengan kata lain, aktivitas dalam Ci adalah aktivitas relatif terhadap 1 gram radium. Dalam 1 gram radium terdapat aktivitas 3,7 disintegrasi per detik, sehingga diperoleh hubungan (Wardhana, 2007) : 1 Ci = 3, Bq 2.2