Seksi VI : Data Reaktivitas
7 B AHAN BAHAN K IMIA T OKSIK
Terdapat berbagai cara agar sebuah bahan/substansi masuk ke dalam tubuh manusia; yang paling penting adalah melalui : mulut, kulit dan pernafasan. Bila sebuah substansi bersifat toksik, dia dapat merusak jaringan di lokasi kontaknya (efek lokal) atau berpengaruh negatif dengan jalan lain, yang mengakibatkan efek sistemis. Sebagai contoh, bila merkuri terserap oleh kulit maka akan dapat merusak ginjal atau pusat sistem syaraf. Pengaruh racun dapat diklasifikasikan berdasarkan waktu yang dibutuhkan terjadinya penyakit atau gangguan, yaitu :
- Bersifat akut : kerusakan yang terjadi biasanya akibat sejenis bahan dengan pemaparan singkat, seperti terhisapnya gas HCl beberapa detik yang akan menye- babkan kerusakan langsung pada paru-paru; bisa saja keterpaparan ini terjadi secara berulang-ulang sampai menimbulkan kerusakan.
- Bersifat kronis : suatu pengaruh atau keadaan sakit yang muncul sedikit demi sedikit dalam waktu yang agak lama setelah pemaparan pertama, misalnya timbulnya kanker liver angiosarcoma yang muncul beberapa tahun setelah menghirup vinyl khlorida.
- Bersifat laten : suatu pengaruh atau keadaan sakit yang baru berkembang setelah masa inkubasi terlampaui, misalnya benzene akan mengakibatkan aplastic anemia
setelah sekitar 10 tahun sejak pertama kali terjadinya pemaparan.
Sebuah substansi yang masuk ke dalam tubuh melalui pernafasan dapat berakibat sebagai :
- Asphyxiant : substansi kimia yang menyebabkan kehilangan kesadaran karena kurangnya oksigen dalam darah, misalnya nitrogen, hidrogen, karbon monoksida. - Irritant : substansi kimia yang melukai jaringan sistem pernafasan dan paru- paru,
misalnya hidrogen khlorida yang merupakan bahan korosif.
Dalam toksikologi, untuk melihat pengaruh suatu substansi pada manusia, biasanya dilakukan percobaan melalui binatang, kemudian hasilnya di ekstrapolasi pada manusia. Cara ini biasanya cocok untuk toksik yang bersifat akut. Untuk toksik yang bersifat kronis atau laten, percobaan melalui binatang tidak selalu relevan karena faal manusia dan binatang tidak selalu sama. Oleh karenanya bila substansi tersebut menyebabkan kanker pada binatang dan belum terbukti pada manusia, maka bahan tersebut dikenal sebagai suspect human carcinogen, dan akan menjadi human carcinogen bila memang terbukti dapat menyebabkan kanker pada manusia.
Untuk mengkuantifikasi toksisitas akut, maka digunakan penelitian terhadap binatang percobaan, yaitu :
- Lethal dose-50 (LD50) : konsentrasi bahan, dengan satuan mg bahan per kg berat binatang, yang menyebabkan kematian binatang penelitian sebanyak 50 % .
- Lethal concentration-50 (LC50) : konsentrasi bahan, dalam satuan ppm (volume), yang dapat mematikan 50 % binatang percobaan.
- Threshold limit value (TLV) : limit teratas dari sebuah konsentrasi toxin yang tidak menimbulkan pengaruh kesehatan pada manusia yang terpapar secara rutin, dengan satuan ppm (gas) atau mg/m3 ( asap udara).
- Immediately dangerous to life and health (IDLH) : merupakan konsentrasi maksimum suatu substansi yang memungkinkan manusia menghindar dalam 30 menit tanpa masalah pada kesehatannya.
- Time weighted average threshold limit value (TWA-TLV) : konsentrasi rata- rata di ruang kerja yang dapat diterima oleh sebagian besar pekerja selama 40 jam per minggu atau 8 jam per hari tanpa menimbulkan gangguan.
USEPA menggunakan tolak ukur yang bersifat praktis, yaitu dengan EP-toxicity (extrac- tion-procedure toxicity), yang mengatur beberapa cemaran logam toksik dan pestisida, dengan memberikan batasan konsentrasi maksimum cemaran yang diuji sesuai dengan protokol penelitian. Konsentrasi maksimum tersebut adalah seperti terlihat dalam tabel 2.2.
TABEL 5.2 : Konsentrasi maksimum bahan toksik dengan EP-toxicity [..] No.limbah B-3 Cemaran Konsentrasi (mg/l)
D004 Arsen 5,0 D005 Barium 100,0 D006 Kadmium 1,0 D007 Khromium 5,0 D008 Timah 5,0 D009 Merkuri 0,2
D010 Selenium 1,0 D011 Perak 5,0 D012 Endrin 0,02 D013 Lindane 0,4 D014 Methoxychlor 10,0 D015 Toxaphene 0,5 D016 2,4-D 10,0 D017 2,4,5-TP Silvex 1,0
Catatan : 2,4-D = 2,4-dikchlorophenoxyacetic acid
2,4,5-TP Silvex = 2-(2,4,5-trichlorophenoxy)propionic acid
Bila cemaran tersebut mengandung konsentrasi lebih tinggi dari yang tertera dalam tabel, maka cemaran tersebut terkatagorikan sebagai toksik.
Beberapa kelompok bahan kimia yang bersifat toksik antara lain adalah : - Oksida-oksida karbon : seperti CO dan CO2
- Hidrogen cyanida : HCN - Senyawa sulfur : H2S, SO2
- Oksida-oksida nitrogen seperti N2O, NO2, N2O4 - Amonia
- Logam-logam berat seperti : arsen, timah (Pb) - Asbestos.
- Pestisida organik. Oksida-oksida Karbon
Bila bahan mengandung karbon terbakar, maka akan terbentuk gas karbon dioksida (CO2). Bila pembakaran tidak sempurna akan dihasilkan gas karbon monoksida (CO), yang tergolong gas berbahaya karena dapat menyebabkan kematian. Reaksi yang umum, misalnya dalam pembakaran gas methane, adalah:
2 CH4(g) + 3 O2(g) --- 2 CO(g) + 4 H2O(g)
CH4(g) + O2(g) --- C(s) + 2 H2O(g)
Kedua jenis oksida tersebut adalah tidak berwarna dan tidak berbau. Beberapa sifat gas karbon monoksida adalah:
- titik didih - 191,6 oC - densitas cairan (pada titik didih) 795 g/L - densitas gas (pada titik didih) 4,3 g/L - densitas gas (pada 20 C) 1,25 g/L - densitas uap (udara = 1) 0,97
- panas pembakaran 67,64 kcal/mol - % batas bawah ledakan 12,5
- % batas atas ledakan 74 -rasio ekspansi cair ke gas 700
Sedang beberapa sifat gas karbon dioksida adalah : - titik beku (oC) - 56,55 oC
- titik sublimasi (pada 1 atm) 78,5 oC - panas fusi 47,5 kcal/kg - panas sublimasi 36,2 kcal/kg - densitas padat (pada 1 atm) 1,56 g/ml - densitas gas (pada titik sublim) 2,8 g/L - densitas gas (pada 20 oC) 1,98 g/L - densitas uap (udara = 1) 1,529 - rasio ekspansi cair ke gas 790
Karbonmonoksida merupakan gas toksik, yang dapat terserap oleh darah melalui pernafasan. Pada saat manusia bernafas, oksigen akan terbawa oleh aliran darah oleh komponen dalam darah yang disebut hemoglobin (Hb). Bila Hb ini menyerap oksigen akan terbentuk oksihemoglobin (O2Hb), dengan reaksi seperti :
Hb(l) + O2(g) --- O2Hb(l)
Oksihemoglobin ini akan melepaskan oksigen pada jaringan atau organ lainnya. Bila karbonmonoksida terhirup, akan terbentuk karboksihemoglobin (COHb) :
Hb(l) + CO(g) --- COHb(l)
yang mempunyai afinitas kimia sebesar 300 kali lebih tinggi daripada pembentukan oksihemoglobin. Oksigen yang terikat dalam oksihemoglobin juga dapat dilepaskan sesuai dengan reaksi :
O2Hb(l) + CO(g) --- COHb(l) + O2
Karboksihemoglobin ini relatif stabil dan menghalangi penyerapan oksigen oleh darah sehingga penderita mengalami anoxia, yaitu kekurangan oksigen dalam darah.
Pada dasarnya tubuh manusia lebih toleran terhadap CO2, walaupun adanya CO2 akan
mempertinggi laju pernafasan seseorang, sehingga pekerjaan terasa menjadi lebih berat. TLV di udara untuk karbon monoksida adalah 100 ppm, sedangkan untuk CO2
adalah 5000 ppm (0,5 %); lebih dari konsentrasi tersebut akan menimbulkan gangguan pernafasan. Kontainer atau silinder gas karbon monoksida membutuhkan label 'gas beracun' dan ' gas mudah terbakar', sedang untuk gas karbon dioksida tergolongkan sebagai 'gas tidak terbakar'.
Hidrogen Sianida (HCN)
Pada temperatur kamar, hidrogen sianida adalah merupakan gas yang tidak berwarna, dengan sifat-sifat antara lain :
- titik beku (oC) : - 14 oC
- titik didih (oC) : 26 oC
- kerapatan pada 20 o C : 1,2 g/L
- kerapatan uap (udara = 1) : 0,93
- % batas terendah ledakan : 6
- % batas tertinggi ledakan : 41
- titik nyala cairan : - 18 oC
Gas HCN larut dalam air membentuk asam hidrosianik. Hidrogen sianida anhidrous (cair) merupakan bentuk yang secara komersial sering dijumpai, merupakan bahan yang tidak stabil. HCN banyak digunakan dalam pembuatan plastik seperti polyacrylonitrile yang mengandung grup -CN. Bila jenis plastik ini dipanaskan, maka akan terdekomposisi secara termal dan terbentuklah gas racun HCN. Bahan racun ini mempengaruhi transportasi oksigen dalam darah, karena dapat mengganggu aktivitas enzim cyctochrome oxidase yang dibutuhkan untuk respirasi selluler dan pembentukan enersi. Bahan ini masuk ke dalam tubuh melalui pernafasan atau kulit.
Beberapa senyawa kimia dengan ion-ion metalik yang bergabung dengan ion- ion sianida, seperti natrium sianida, banyak digunakan dalam industri elektroplating. Seperti halnya gas sianida, bahan ini juga bersifat racun bila terserap oleh manusia. Bahan ini juga akan bereaksi dengan asam membentuk gas HCN :
NaCN(s) + HCl(l) --- NaCl(l) + HCN(g)
Beberapa besaran konsentrasi (dalam ppm) yang berkaitan dengan sifat toksikologi dari HCN adalah :
- batas bau : 0,2 - 5,0
- TLV : 10
- keluhan sakit kepala : 18 -36
- bertahan selama 1/2 jam tanpa kesulitan : 45 - 54
- kematian dalam 1 jam : 110 - 135
- kematian langsung : 280
Pengaturan pengangkutan dan pewadahan mensyaratkan label : racun' dan 'cairan mudah terbakar'.
Senyawa Sulfur
Senyawa yang mengandung unsur sulfur dijumpai pada batu bara, gas alam, minyak mentah, wool, rambut, polimer-polimer sintetis dan sebagainya (lihat sub bab 2.2). Bila bahan ini terpapar dengan panas atau bila terbakar akan membentuk gas hidrogen sulfida (H2S) atau SO2. Hidrogen sulfida secara komersial banyak dijumpai dalam
bentuk cairan, biasanya digunakan dalam industri yang memproduksi senyawa- senyawa mengandung sulfur. Bahan ini juga digunakan dalam industri metalurgi.
Gas H2S merupakan gas yang tidak berwarna, berbau seperti telur busuk. Secara alami
dijumpai akibat proses dekomposisi senyawa organik dalam kondisi anaerob. Sifat-sifat dari gas ini adalah :
- titik didih : - 60 o C
- titik beku : - 83 o C
- densitas pada 20 o C : 1,539 g/L
- kerapatan uap (udara = 1) : 1,2
- persen batas bawah ledakan : 4,3
- persen batas atas ledakan : 46
- panas fusi : 0,568 kcal/mol
- panas penguapan : 4,463 kcal/mol
TLV dari gas H2S dibatasi hanya 10 ppm. Bila terus menerus menghirup udara yang
mengandung gas ini, akan mengakibatkan pusing dan sakit kepala; bila terhirup dengan konsentrasi 600 ppm selama 30 menit akan berakibat fatal. Tetapi karena gas ini mempunyai bau khas, maka kehadirannya dapat diketahui sejak dini. Pengangkutan dan kontainer bahan ini membutuhkan label bertuliskan 'gan beracun' dan 'gas mudah terbakar'.
Sulfur dioksida merupakan gas tidak berwarna, berbau menyengat seperti karet terbakar. Gas ini terbentuk bila senyawa mengandung sulfur terbakar, misalnya pada pembakaran gas H2S akan terjadi reaksi :
2 H2S(g) + 3 O2 (g) --- 2 H2(g) + 2 SO2(g)
Gas ini akan muncul misalnya karena pembakaran minyak bumi atau batu bara, karena kedua jenis bahan bakar ini mengandung senyawa sulfur. Dalam emisinya di udara, gas ini secara lambat akan teroksidasi menjadi sulfur trioksida (kadang-kadang ditulis sebagai SOx) yang larut dalam lembab udara membentuk asam sulfat sebagai penyebab hujan asam, sesuai dengan reaksi :
2 SO2(g) + O2(g) --- 2 SO3(g)
SO3(g) + H2O(g) --- H2SO4(l)
Masalah lingkungan yang ditimbulkan pada zone industri adalah adanya kabut sulfur (sulfurous smog), yang terbentuk akibat kumulasi asam sulfat di udara.
- titik didih : - 10 o C
- titik beku : - 76 o C
- densitas pada 20 o C : 2,93 g/l
- Kerapatan uap (udara =1) : 2,3
- panas difusi : 1,77 kcal/mol
- panas vaporasi : 5,96 kcal/mol
Standar emisi yang dikeluarkan oleh USEPA adalah 0,03 ppm selama periode 24 jam, dan 0,14 ppm selama periode 3 jam. Standar kedua adalah konsentrasi tahunan sebesar 0,5 ppm. Dalam ruang kerja, TLV dari SO2 adalah 5 ppm. Pada konsentrasi
sebesar 10 ppm (volume) gas ini akan mengakibatkan iritasi pada mata. Konsentrasi melebihi 500 ppm akan menyebabkan kematian seketika. Gas ini dalam pengangkutannya membutuhkan label bertuliskan 'gas racun'.
Oksida Nitrogen (NOx)
Terdapat enam oksida-oksida nitrogen, yaitu dinitrogen monoksida (N2O), nitrogen
monoksida (NO), dinitrogen trioksida (N2O3), nitrogen dioksida (NO2), dinitrogen
tetroksida (NO4) dan dinitrogen pentoksida (N2O5). Diantara keenam oksida tersebut,
maka N2O3 dan N2O5 yang tidak penting dalam industri.
Gas N2O merupakan gas tidak berwarna, banyak digunakan sebagai anestesi oleh
dokter gigi. Bahan ini merupakan agen pengoksidasi yang baik, sehingga sulfur, fosfor dan karbon dapat terbakar dalam atmosfer N2O seperti halnya dalam atmosfer yang
mengandung oksigen. Dengan adanya hidrogen atau amonia, dihasilkan campuran eksplosif. Label yang dibutuhkan dalam pengangkutannya adalah sebagai 'gas tidak terbakar' dan 'pengoksidasi'.
Gas NO merupakan agen pengoksida yang baik, tidak berwarna dan berbau tajam. Magnesium dan fosfor dapat terbakar dengan baik dalam atmosfer yang mengandung gas ini seperti halnya atmosfer yang mengandung oksigen. Gas ini dapat berkombinasi dengan hemoglobin dalam darah, seperti halnya karbon monoksida, membentuk metheglobin (NOHb), sehingga dapat menimbulkan methemoglobinemia dengan terhalangnya transportasi hemoglobin. Oleh karenanya, gas ini tergolong toksik dengan batas TLV 25 ppm.
NO2 dan N2O4 merupakan agen pengoksida yang lebih baik dibanding N2O atau NO,
sehingga digunakan sebagai agen pengoksida dalam roket; gas-gas ini juga toksik dan menyebabkan methemoglobinemia dengan batas TLV 5 ppm. Pengangkutan gas ini membutuhkan label bertuliskan 'gas beracun' dan 'pengoksidasi'.
Amonia (NH3)
Amonia merupakan gas yang tak berwarna dan berbau menyengat. Beberapa sifat dari gas ini adalah :
- titik didih: - 33 o C - titik beku: - 78 o C - densitas: 0,771 g/L
- kerapatan uap (udara = 1): 0,596 - swa-penyalaan: 651 o C
- batas bawah ledakan: 16 % - batas atas ledakan: 25 %
Gas ini mudah dicairkan dan dikenal sebagai anhydrous ammonia. Dengan sifatnya yang lebih ringan dari udara (densitas uap = 0,569), bila terlepas di udara akan cepat terdispersi apalagi bila terdapat angin. Walaupun tidak berwarna, bila bahan cairan ini tumpah akan terbentuk awan putih akibat kondensasi lembab udara, sehingga memudahkan pelacakan terjadinya kebocoran.
Gas ini berakibat seperti halnya alkali terhadap kulit manusia, yaitu dari iritasi ringan sampai rusaknya jaringan, yang tergantung pada lamanya pemaparan. Mata dan paru- paru akan teritasi bila terpapar dengan bahan ini. Pemaparan yang berlebihan akan menyebabkan kebutaan dan rusaknya jaringan pernafasan. Karena bahan ini sangat larut dalam air, maka air merupakan bahan yang efektif untuk penanggulangan masalah yang timbul. Limit pemaparan di ruang kerja adalah 50 ppm.
Gas amonia merupakan yang gas mudah terbakar, namun dengan rentang yang kecil, serta limit bawahnya yang relatif besar (16 %), maka bahaya kebakaran relatif kecil. Pengangkutan amonia cair (anhydrous) membutuhkan label 'gas racun'. Amonia yang dilarutkan dalam air merupakan larutan yang sering dijumpai secara komersial, yaitu amonium hidroksida (NH4OH). Pengangkutan cairan ini membutuhkan label 'korosif'.
Logam-logam Berat Toksik
Yang dimaksud dengan logam berat dalam buku ini adalah setiap logam yang mempunyai berat atom lebih dari 50. Bila terserap dalam tubuh manusia, beberapa logam berat akan merupakan racun, apalagi bila dalam bentuk bubuk atau asap. Logam berat yang digolongkan toksik oleh USEPA adalah : antimon, arsen, berillium, kadmiun, khromium, tembaga, timah, merkuri, nikel, selenium, perak, thallium dan seng.
Mekanisme keracunan dari logam berat ini adalah tergantung dari jenisnya, tetapi umumnya karena ion-ion logam ini mempunyai affinitas yang sangat besar dengan sulfur. Bila logam ini terbawa oleh darah maka akan bersenyawa dengan sulfur yang berada pada fluida sellular tubuh, dan mempengaruhi kerja enzimatik dalam tubuh. Asbestos
Absestos merupakan terminologi yang digunakan dalam ilmu mineral untuk berbagai fiber silikat yang tersusun dari silicon, oxygen, hidrogen dan ion- ion metalik seperti natrium, magnesium, kalsium dan besi.
Bahan ini mempunyai titik leleh yang sangat tinggi, tidak terbakar dan digunakan sebagai penyekat panas. Bila dicampur dengan magnesium oksida, asbestos sangat baik digunakan sebagai bahan tahan api yang banyak digunakan. Namun disamping kegunaannya tersebut, pada kondisi khusus asbestos dapat membahayakan kesehatan manusia termasuk timbulnya karena kanker, terutama bila asbestos hadir dalam bentuk debu asbes sehingga mudah terhisap melalui pernafasan atau mulut.
Debu asbes ini sangat ringan dan dapat melayang di udara. Bila terhirup masuk ke dalam paru-paru, bahan ini akan terkumpul menyebabkan asbestosis. Namun bila tidak terkumpul di paru-paru, maka akan masuk pada kerongkongan dan dapat memnyebabkan kanker pada pencernaan. Bahan ini juga menyebabkan mesothelioma pada paru-paru atau saluran pernafasan, yang hanya dijumpai pada orang yang terpapar debu asbes. Debu asbes ini mempunyai efek sinergis, misalnya bila terhisap oleh perokok, akan mengakibatkan kemungkinan terserang kanker 50 kali lebih besar dibanding orang yang tidak merokok.
Kriteria yang diberlakukan di USA pada lingkungan kerja adalah dalam 1 cm3 udara tidak boleh terdapat lebih dari 10 fiber asbes yang lebih panjang dari 5 micrometer.
Pestisida Organik
Pestisida adalah bahan kimia yang digunakan untuk membunuh insek, fungi, roden, atau tanaman. Sebagian besar pestisida yang sekarang digunakan adalah merupakan senyawa-senyawa organik. Telah dihasilkan ribuan jenis pestisida, beberapa diantaranya telah dilarang digunakan, karena terbukti berbahaya bagi manusia.
Didasarkan atas struktur molekulnya, maka pestisida organik dapat dikelompokkan menjadi beberapa grup, yang terpenting adalah pestisida organochlorine, pestisida organophosphorus, pestisida karbamate dan pestisida urea. Pestisida
organochlorine merupakan turunan hidrokarbon kompleks; paling tidak sebuah atom hidrogen dalam molekul hidrokarbon tersebut, digantikan oleh atom khlor. Sebagai contoh adalah Aldrin dengan formula C12H8Cl6, yang berasal dari hidrokarbon dengan
formula C12H14. Salah satu jenis kelompok ini yang terkenal adalah DDT, yang banyak
digunakan selama perang dunia ke dua, antara lain untuk mengontrol penyakit tifus dan malaria yang ditularkan melalui insek. Namun ternyata bahan ini menimbulkan masalah kesehatan bagi manusia, sehingga pembuatan dan penjualannya dilarang. Mekanisme bagaimana pestisida ini memepengaruhi aktivitas biologi belumlah banyak diketahui. Hanya diketahui bahwa bahan ini merusak keseimbangan natrium dan kalium dalam sel-sel syaraf sehingga mempengaruhi impuls sel tersebut. Jenis organochlorine ini mempunyai efek biokumulasi terutama pada jaringan lemak, dan sangat stabil serta persisten; melalui rantai makananlah bahan ini akan sampai pada manusia.
Pestisida organophosphorus merupakan turunan dari asam fosfat, contohnya adalah Parathion dengan formula (C2H5)2PSOC6H4NO2. Kelompok pestisida ini juga bersifat
toksik. Pada insek, pestisida ini mempunyai kemampuan untuk menghalangi kerja enzim, dikenal sebagai acetylcholinesterase (ACHE). Enzim ini secara rutin berfungsi mempengaruhi impuls syaraf.
Pestisida carbamate merupakan turunan dari asam karbamik. Salah satu jenis pestisida ini adalah Carbyl yang merupakan insektisida. Fungsinya pada insek atau vertebrata adalah mempengaruhi kerja enzim cholinistrase. Beberapa jenis pestisida carbamate juga berfungsi sebagai fungisida atau herbisida.
Pestisida urea merupakan turunan dari urea, yaitu dengan sebuah atom hidrogen (atau lebih) pada urea yang digantikan oleh atom-atom lain. Salah satu pestisida kelompok ini adalah Linuron. Umumnya pestisida ini digunakan sebagai herbisida yang dapat menghalangi proses fotosintesis.