BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Transkripsi

1 BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pencemaran Logam Berat Banyak logam berat baik yang bersifat toksik maupun esensial terlarut dalam air dan mencemari air tawar maupun air laut. Sumber pencemaran ini banyak berasal dari pertambangan, peleburan logam, dan jenis industri lainnya dan dapat juga berasal dari lahan pertanian yang menggunakan pupuk atau antihama yang mengandung logam. (Darmono,2001) Pencemaran logam berat dalam lingkungan bisa menimbulkan bahaya bagi kesehatan, baik pada manusia, hewan, tanaman, maupun lingkungan. Terdapat 80 jenis logam berat dari 109 unsur kimia di muka bumi ini. Logam berat dibagi ke dalam dua jenis, yaitu : 1. Logam berat esensial yakni logam dalam jumlah tertentu yang sangat dibutuhkan oleh organisme. Dalam jumlah yang berlebihan, logam tersebut bisa menimbulkan efek toksik. Contohnya adalah Zn, Cu, Fe, Co, Mn, dan lain sebagainya. 2. Logam berat tidak esensial yakni logam yang keberadaannya dalam tubuh masih belum diketahui manfaatnya, bahkan bersifat toksik, seperti Hg, Cd, Pb, Cr, dan lain-lain. (Widowati,W.2008) Pencemaran yang disebabkan logam berat sangat perlu mendapat perhatian karena adanya sifat-sifat logam berat yang tahan pelapukan (non degradable) dan mudah diabsorbsi oleh biota laut baik secara langsung maupun melalui rantai makanan. Ada tiga cara unsur logam berat dapat masuk ke dalam tubuh biota laut yaitu melalui permukaan tubuh, terserap insang, dan rantai makanan. Pencemaran suatu

2 perairan oleh unsur-unsur logam berat selain dapat mengganggu ekosistem juga secara tidak langsung dapat merusak perikanan dan kesehatan manusia.(sumadhiharga,1995) Beberapa hasil penelitian mengungkapkan bahwa terdapat beberapa macam penyakit pada manusia akibat memakan makanan yang mengandung logam berat seperti kanker, gangguan saluran cerna, ginjal, dan lain-lain. Pencemaran merkuri di Minamata Jepang ( ) dan Nigata Jepang (1968) berasal dari limbah industri plastik yang memakai katalisator merkuri chlorida menyebabkan tingginya kadar merkuri pada ikan yang berasal dari hasil laut sekitarnya dan menyebabkan masyarakat yang mengkonsumsinya keracunan merkuri. Akibatnya timbul berbagai penyakit seperti depresi, gangguan jiwa dan cacat. Tercatat pada periode di Minamata 111 orang meninggal dan Nigata (1968) 5 orang meninggal dan 25 cacat (Palar,1994) Hasil penelitian yang dilakukan oleh pihak LON (Lembaga Oceanologi Nasional LIPI) pada tahun 1983 menunjukkan bahwa kadar merkuri dalam perairan Teluk Jakarta telah mencapai 0,027 ppm, berarti hampir empat kali dari jumlah hasil penelitian yang dilakukan dua tahun sebelumnya. Tercatat satu orang telah meninggal dan beberapa orang mengalami kelumpuhan, lidah keluh, dan sama sekali tidak memiliki daya. (Sastrawijaya,1991) Proses perjalanan logam berat dari sumber pencemar hingga sampai ke tubuh manusia digambarkan dalam gambar 1 (Suwirma, 1988).

3 Batuan industri Limbah logam berat sungai laut Air minum irigasi tambak Fitoplankton zooplankton Ikan,bentos,dll Pertanian ikan Manusia 2.2 Logam Kromium (Cr) Logam berat kromium (Cr) merupakan logam berat dengan berat atom 51,996 g/mol ; berwarna abu-abu ; tahan terhadap oksidasi meskipun pada suhu tinggi, mengkilat, keras, memiliki titik cair C dan titik didih C, bersifat paramagnetik ( sedikit tertarik oleh magnet), membentuk senyawa-senyawa berwarna, memiliki beberapa bilangan oksidasi, yaitu +2, +3, +6 dan stabil pada bilangan oksidasi +3. Bilangan oksidasi +4 dan +5 jarang ditemukan pada logam ini. Senyawa kromium pada bilangan oksidasi +6 merupakan oksidan yang kuat. Kromium bisa membentuk berbagai macam ion kompleks yang berfungsi sebagai katalisator. (Widowati,W.2008) Menurut Palar (1994) dari semua spesi ion kromium banyak krom trivalen (Cr 3+ ) dan krom heksavalen (Cr 6+ ) yang mempunyai implikasi biologis yang signifikan.

4 Proses perubahan spesi ion dari trivalen menjadi heksavalen dapat terjadi di dalam tubuh organisme, spesi ion dari heksavalen menjadi trivalen tidak pernah terjadi di dalam tubuh organisme. Selanjutnya diuraikan, kromium bervalensi 3 merupakan unsur esensial pada makhluk hidup, karena berperan dalam metabolisme glukosa dan lipida. Defesiensi kromium dapat memperlihatkan gejala diabetes melitus dan timbulnya platelet dalam pembuluh darah. Lebih dari itu, kromium dalam jumlah sedikit sangat dibutuhkan makhluk hidup sebagai unsur mikro. Dengan terjadinya pencemaran lingkungan, kadar unsur krom yang masuk ke dalam tubuh manusia dapat meningkat melebihi kadar normal (kadar normal : 0,05 mg/kg berat badan), baik melalui makanan maupun air minum, mencerna makanan yang mengandung kadar kromium tinggi bisa menyebabkan gangguan pencernaan, berupa sakit lambung, muntah, dan pendarahan, luka pada lambung, konvulsi, kerusakan ginjal, dan hepar, bahkan dapat menyebabkan kematian, (Widowati, 2008) Untuk mencegah dampak negatif dari logam berat krom terhadap kesehatan manusia, maka badan kesehatan dunia (WHO) telah menetapkan kadar krom heksavalen yang diperbolehkan dalam air minum maksimum 0,05 ppm, dan hal yang telah ditetapkan pula dalam baku mutu lingkungan untuk air golongan A dengan kadar yang sama yakni 0,05mg/L (MEN. NEG KLH,1988) sedang baku mutu logam Cr untuk biota laut adalah 0,05 mg/kg (WHO,1988) 2.3 Ikan, Udang, Kerang Ikan Ikan yang temasuk kelas teleostei adalah hewan air yang selalu bergerak. Kemampuan gerak yang cepat inilah yang menyebabkan ikan tidak banyak berpengaruh pada kondisi pencemaran logam seperti makhluk lainnya (kepiting, udang dan kerang). Ikan-ikan yang hidup di laut lepas jarang dipakai sebagai indikator pencemaran logam berat, tetapi pada lokasi tertentu yang daerah hidupnya terbatas

5 seperti di sungai, danau (ikan air tawar) dan di teluk (air laut), ikan-ikan itu akan menderita pada kondisi tercemar. Banyak penelitian mengenai toksisitas logam pada ikan yang hidup di air tawar dan di air laut dilakukan baik di lapangan maupun di laboratorium. Penelitian mengenai pengikatan logam oleh protein dalam jaringan ikan yang disebut metalotionin (MTN) telah dilaporkan oleh Brown (1982). Ikan Salmon yang dipelihara dalam air yang mengandung Hg kemudian diamati perubahan patologinya dalam hati mengandung MTN-Hg secara maksimum(jenuh). Hal ini menunjukkan bahwa enzim hati yang berupa protein mengikat Hg sehingga menjadi metaloenzim dengan berat molekul yang tinggi dalam fraksi elektroforesis. Dari hal tersebut dapat disimpulkan bahwa kandungan MTN dapat digunakan sebagai indikator untuk mengetahui tingkat pencemaran air tawar dalam suatu lingkunghan tertentu. Ikan yang ditangkap dalam sebuah danau atau sungai yang tercemar oleh sampah industri atau pertambangan menunjukkan adanya MTN yang mengandung Cu atau Zn yang kenaikan kandungan logamnya dapat meningkat sampai 4-6 kali lipat dari yang normal Udang Hewan air yang termasuk dalam krustasea baik yang hidup di air tawar maupun di air laut selalu mencari makan di dasar air. Sifatnya yang detrivorus (pemakan sisasisa) inilah yang menyebabkan hewan ini cukup baik untuk indikator polusi logam berat. Banyak penelitian mengenai pengaruh logam (terutama Hg, Pb, Cd, Cu, dan Zn) terhadap jenis krustasea ini yaitu kepiting, udang, dan hewan beruas lainnya. Derajat akumulasi logam ke dalam jaringan krustacea ini tergantung pada faktor dan kondisi lingkungan yaitu kadar garam, ph dan temperatur. Proses mekanisme absorpsi, ekskresi, detoksikasi dan akumulasi menunjukkan bahwa hewan tingkat tinggi mempunyai kemampuan meregulasi logam dalam tubuhnya walaupun ada perubahan konsentrasi logam dalam air sekitarnya.

6 2.3.3 Kerang Jenis kerang baik jenis kecil yang disebut oister maupun jenis besar yang disebut klam merupakan indikator yang baik dalam memonitor suatu pencemaran lingkungan oleh logam. Hal tersebut disebabkan oleh sifatnya yang menetap dalam suatu habitat tertentu. Dari analisis logam dalam jaringan kerang tersebut dapat diketahui kadar pencemaran logam di daerah tersebut. Jenis kerang juga dapat dipakai untuk memonitor pengaruh konsentrasi logam terhadap kualitas air, faktor musim, temperatur, kadar air, diet, dan reproduksi. Dilaporkan juga bahwa oister dapat mengakumulasi logam berlipat ganda lebih besar daripada konsentrasi logam tersebut dalam air sekitarnya. Hal ini menunjukkan bahwa oister merupakan bioakumulator paling baik terhadap logam daripada organisme lainnya. (Darmono,1995) 2.4 Perombakan bahan organik dan biologis Untuk penentuan unsur unsur yang terkandung dalam suatu materi organik dan biologis, biasanya dibutuhkan perlakuan awal yang bertujuan untuk menguraikan atau merombak senyawa senyawa bentuk organik menjadi senyawa bentuk anorganik. Proses perombakan tersebut dapat dilakukan dengan beberapa cara seperti : 1. Tehnik pipa pembakaran (combustion tube techniques). Digunakan terutama untuk penentuan unsur C, H, dan N 2. Tehnik destruksi kering (dry ashing techniques). Digunakan untuk unsur unsur yang sukar menguap 3. Tehnik tabung oksigen (oxygen flask techniques). Dapat digunakan untuk semua unsur 4. Tehnik destruksi basah disertai pemanasan (termasuk metode kjeldahl, dapat juga digunakan untuk semua unsur) 5. Peleburan dengan natrium peroksida (digunakan untuk non logam). Destruksi kering merupakan yang paling umum digunakan dengan cara membakar habis bagian organik dan meninggalkan residu anorganik sebagai abu untuk analisis labih lanjut. Secara sederhana dapat dilakukan dengan cara sebagai berikut : sampel

7 diletakkan pada cawan (quartz, porselin, platina) dan dipanaskan dalam udara terbuka (digunakan cawan penutup) sampai semua materi organik terbakar habis dan meninggalkan residu berupa logam oksida dan senyawa senyawa yang tidak mudah menguap seperti senyawa sulfat, posfat, dan silikat. Masalah utama dengan tekhnik yang sangat sederhana ini bahwa tiap unsur dapat diubah menjadi bentuk yang mudah menguap secara cepat sehingga hilang sebahagian atau keseluruhan logam tersebut. Kehilangan dengan cara penguapan ini menjadi lebih besar bila temperatur pengabuan sangat tinggi. Tetapi bila rendah maka sampel tidak akan diabukan secara keseluruhan dan ini juga menjadi faktor kesalahan. Maka prosedur ini sebaiknya dilakukan dalam tanur sehingga kita dapat mengatur temperatur dan menemukan temperatur yang cocok. Temperatur yang digunakan disesuaikan dengan unsur yang hendak dianalisis. Destruksi basah yaitu pemanasan sampel (organik atau biologis) dengan adanya pengoksidasi kuat seperti asam asam mineral baik tunggal maupun campuran. Jika dalam sampel dimasukkan zat pengoksidasi, lalu dipanaskan pada temperatur yang cukup tinggi dan jika pemanasan dilakukan secara kontinu pada waktu yang cukup lama, maka sampel akan teroksidasi sempurna sehingga meninggalkan berbagai elemen elemen pada larutan asam dalam bentuk senyawa anorganik yang sesuai untuk dianalisis (Anderson, 1987). Berbagai bahan kimia yang sering digunakan untuk destruksi basah ini dapat disebutkan sebagai berikut : 1. Asam sulfat sering ditambahkan ke dalam sampel untuk membantu mempercepat terjadinya reaksi oksidasi. Asam sulfat merupakan bahan pengoksidasi yang kuat meskipun demikian waktu yang diperlukan untuk destruksi masih cukup lama. 2. Campuran asam sulfat dan kalsium sulfat dapat dipergunakan untuk mempercepat dekomposisi sampel. Kalsium sulfat akan menaikkan titik didih asam sulfat sehingga suhu destruksi dapat dipertinggi dan destruksi dapat lebih cepat.

8 3. Campuran asam sulfat, asam nitrat banyak digunakan untuk mempercepat proses destruksi. Kedua asam ini merupakan oksidator yang kuat. Dengan penambahan oksidator ini akan menurunkan suhu digesti bahan yaitu pada suhu C, dengan demikian komponen yang dapat menguap atau terdekomposisi pada suhu tinggi dapat tetap dipertahankan dalam abu yang berarti penentuan kadar abu lebih baik. 4. Penggunaan asam perklorat dan asam nitrat dapat digunakan untuk bahan yang sangat sulit mangalami oksidasi. Dengan perklorat yang merupakan oksidator yang sangat baik memungkinkan destruksi dapat dipercepat. Kelemahan perklorat ini adalah bersifat mudah meledak sehingga cukup berbahaya, untuk ini harus sangat hati hati dalam penggunaannya. Destruksi dengan bahan perklorat dan asam nitrat ini dapat berlangsung sangat cepat yaitu dalam 10 menit sudah dapat diselesaikan (Sudarmaji, 1989). Beberapa cara analisis logam telah banyak dilakukan baik untuk keperluan diagnosis saja yaitu sistem kualitatif maupun keperluan penelitian yang lebih mendetail yaitu sisten kuantitatif. Sistem kualitatif dilakukan jika seseorang hanya ingin mengetahui jenis logam yang ada tetapi tidak dalam jumlahnya. Sedangkan sistem kuantitatif dilakukan untuk mengetahui secara detail berapa ppm logam tersebut. Biasanya sistem ini penting dilakukan untuk keperluan penelitian yang memerlukan sensitivitas yang tinggi. Bahan contoh untuk analisis ada bermacam macam baik tanaman, pakan ternak, bahan pangan untuk manusia, organ hewan, dan sebagainya. Untuk bahan yang dikelompokkan bahan nabati, pakan dan makanan, bahan yanng dianalisis biasanya dicurigai mengandung logam yang tinggi atau terlalu rendah, sehingga menyebabkan toksik atau defisiensi pada hewan atau manusia. Digesti atau ekstraksi dari bahan tersebut dapat dilakukan dengan sistem kering atau sistem basah, tergantung keinginan penelitinya. a. Destruksi Kering (pengabuan) Cangkir porselin yang bersih (sudah direndam HNO 3 10 % dan dibilas dengan akuabides serta dikeringkan) ditimbang. Masukkan sampel ke dalamnya dan

9 0 ditimbang, kemudian dikeringkan dalam oven 60 C selama 3 hari. Ditimbang lagi dan dihitung berat kering sampel, usahakan berat sekitar 3 5 gram. 0 Setelah dingin kemudian dimasukkan dalam furnace temperatur 100 C dan 0 sedikit sedikit dinaikkan sampai 550 C sekurang kurangnya selama 8 jam. Dinginkan dan larutkan dengan asam klorida pekat ssekitar 10 ml, panaskan sampai volum menjadi 5 ml. Larutkan dalam 10 % HCl, dimasukkan dalam gelas ukur melalui kertas saring whatman 42 dengan menggunakan corong plastik sampai volum menjadi 50 ml, kemudian dianalisis. b. Destruksi Basah 0 Cangkir porselin bersih ditimbang, kemudian masukkan dalam oven 60 C selama sekitar 3 hari. Cawan isi sampel kering ditimbang (usahakan berat kering) dengan cara menghitung berat keseluruhan dikurangi berat cangkir. Ditambahkan campuran larutan HNO : HClO = 4 : 1 sekitar 10 ml. 3 P 4 P 0 Panaskan dalam hotplate dengan suhu 115 C. Setelah kering sempurna dengan warna keputihan tambahkan HNO 3 10 % dan dibilas dengan akuabides. Saring dengan kertas saring whatman 42 masukkan dalam gelas ukur sampai volum larutan menjadi 50 ml, kemudian dianalisis. (Darmono, 1995). 2.5 Spektrofotometri Serapan Atom Apabila suatu larutan yang mengandung garam logam (senyawa logam) dilewatkan ke dalam suatu nyala, akan terbentuk uap yang mengandung atom-atom logam itu menyerap energi, maka elektron pada keadaan dasar akan naik ke tingkat energi yang lebih tinggi disebut keadaan tereksitasi. Banyaknya energi yang diserap berbanding lurus dengan jumlah atom yang terserap. Hal ini merupakan dasar penentuan kuantitatif logam-logam dengan menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom. Spektrofotometri Serapan Atom adalah suatu metode pengukuran kuantitatif suatu unsur yang terdapat cuplikan berdasarkan penerapan cahaya pada panjang gelombang tertentu oleh atom-atom bentuk gas dalam keadaan dasar.

10 Perpanjangan Spektrofotometri Serapan Atom ke unsur-unsur lain semula merupakan akibat perkembangan spekroskopi pancaran nyala. Telah lama ahli kimia menggunakan kimia pancaran radiasi oleh atom yang dieksitasikan dalam suatu nyala sebagai alat analitis. Suatu nyala yang lain, kebanyakan atom berada dalam keadaan elektronik dasar bukannya berada dalam keadaan eksitasi. Fraksi atom-atom yang tereksitasi berubah secara eksponensial dengan temperature. Teknik ini digunakan untuk penetapan sejumlah unsur, kebanyakan logam dan sampel yang sangat beraneka ragam. (Skoog, West, Holler,1996) Prinsip Dasar Analisa SSA Analisa SSA merupakan metode analisa untuk penentuan unsur atom dalam keadaan gas (keadaan dasar) berdasarkan serapan cahaya yang mempunyai panjang gelombang tertentu. Berdasarkan proses atomisasi maka Spektrofotometer Serapan Atom dibagi menjadi dua yaitu : 1. Spektrofotometer Serapan Atom atomisasi dengan nyala 2. Spektrofotometer Serapan Atom atomisasi tanpa nyala Spektrofotometer Serapan Atom dengan Nyala Skematis ringkas peralatan Spekrofotometer Serapan Atom dengan nyala adalah : A B C D E F Gambar 2.1 Skematis Ringkas Peralatan Spektrofotometer Serapan Atom Keterangan : A = Tabung Katoda (sumber cahaya) B = Nyala C = Monokromator D = Detektor

11 E = Amplifier F = Pencatat 1. Sumber Cahaya Sebagai sumber cahaya dipergunakan lampu katoda cekung (hollow cathode lamp).sumber ini menghasilkan garis resonansi yang spesifik untuk tiap-tiap unsur. Lampu ini terdiri dari katoda yang berbentuk silinder yang dilapisi oleh logam dari unsur yang dianalisa dalam bentuk murni sedangkan anoda dipakai wolfram.kedua elektroda dimasukkan dalam tabung kaca dari silika yang diisi dengan gas Ar, Ne, atau He dalam tekanan rendah. Untuk mempertajam spectrum radiasi resonansi dan mengurangi terjadinya pelebaran garis emisi, maka pada lampu katoda diberikan elektroda tambahan. Elektroda tambahan ini adalah katoda yang dilapisi oleh unsur logam yang mudah melepaskan elektron yang diperlukannya untuk memborbardir katoda cekung. 2. Nyala Nyala yang digunakan pada spektrofotometer serapan atom harus mampu memberikan suhu > K. Untuk mencapai suhu setinggi ini biasanya digunakan gas pembakar dalam suatu gas pengoksida (oksidan) seperti misalnya udara dan nitrogen oksida (N 2 O).Gas pembakar yang umum digunakan adalah etana (C 2 H 2 ), hidrogen (H 2 ) dan propana (C 3 H 8 ). Suhu maksimum yang dihasilkan pada pembakaran berbagai campuran gas pembakar dengan gas pengoksida sebagai berikut : Tabel 2.1 Jenis-jenis Gas Pembakar pada SSA Nyala Gas Pembakar Gas Oksidator Suhu ( 0 K) Asetilena Asetilena Asetilena Hidrogen Hidrogen Propana Udara Dinitrogen Oksida Oksigen Udara Oksigen Udara

12 3.Monokromator Monokromator berfungsi untuk memisahkan garis-garis spektrum lainnya yang mungkin menggangu sebelum pengukuran. Sistem monokromator terdiri dari celah masuk (entrance slit), pemilih panjang gelombang berupa prisma atau kisi-kisi difraksi. 4.Detektor Alat detektor yang umum digunakan adalah tabung pelipat ganda foton. Prinsip tabung ini adalah mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. 5 Amplifier Frekuensi resonansi yang telah dipisahkan oleh monokromator selanjutnya memasuki detector sehingga dihasilkan suatu sinyal ini selanjutnya ditransmisikan melalui amplifier sebelum sampai pencatat. Jadi fungsinya adalah memperkuat sinyal yang diterima dari detector supaya dapat dibaca oleh pencatat. Dalam analisis logam dengan menggunakan, system ini sampel diatomisasi pada alat atomizer melalui nyala api dengan bahan baker asetilen murni. Biasanya logam yang dianalisis dengan flame SSA ini ialah Ca, Cd, Cu, Cr, dan sebagainya yang dikelompokkan dengan logam normal. Sedangkan untuk analisis Hg dilakukan tanpa nyala tetapi larutan sampelnya direduksi lebih dahulu dengan pencampuran dengan Stanous Klorida (SnCl 2 ). Uap hasil reduksi ditampung dalam berjendela yang diletakkan di atas atomizer Spektrofotometer Serapan Atom Tanpa Nyala Pada umumnya Spektrofotometer Serapan Atom dengan nyala merupakan metode atomisasi sampel yang baik tetapi system ini jumlah cuplikan hanya berada dalam jalur waktu yang sangat singkat, sehingga cuplikan yang terkonsentrasi sangat rendah, maka atomisasi memakai nyala tidak dapat dipakai secara efisien. Untuk

13 mengatasi hal ini dikembangkan atomisasi tanpa nyala. Atomisasi tanpa nyala ini umumnya didasarkan pada tanur mini dari Massa. Cuplikan dengan ukuran beberapa mikroliter larutan atau beberapa mg padatan ditempatkan pada tabung grafit. Pemanasan tabung ini dilakukan dengan arus listrik yang biasa berlangsung dalam tiga tahap yag dibaca secara otomatis. Tahap 1 : dengan suhu relatif rendah dipakai untuk menghilangkan pelarut (pengeringan) Tahap II : dengan suhu yang lebih tinggi untuk pengabuan sampel Tahap III : pemanasan untuk atomisasi sampel (Khopkar,2002) Gangguan pada Spektrofotometer Serapan Atom Gangguan Spektrum Gangguan spectrum dalam Spektrofotometri Serapan Atom timbul akibat terjadinya tumpang tindih antara frekuensi-frekuensi garis resonansi unsur yang dianalisis dengan garis-garis yang dipancarkan oleh unsur lain. Hal ini disebabkan karena rendahnya resolusi monokromator. (Mulja, 1995) Adanya peristiwa absorpsi ( yang bukan resonansi atom) dan penghamburan juga akan menghasilkan kesalahan dalam pembacaan absorbansi. (Vogel,1994) Gangguan Kimia Gangguan kimia dapat disebabkan oleh pembentukan senyawa refraktori. Pembentukan senyawa refraktori menyebabkan tidak sempurnanya disosiasi zat yang dianalisis bila disemprotkan ke dalam nyala. Biasanya gangguan kimia dapat diatasi dengan salah satu cara berikut : - Menggunakan nyala yang lebih tinggi suhunya - Menambahkan unsur penyangga, mengestraksi unsur-unsur yang akan dianalisis atau mengekstraksi unsur-unsur penggangu (Khopkar,2002).