Ada banyak sekali instrumen untuk mengukur penyerapan radiasi, dan sangat penting untuk mengetahui sifat-sifat dari berbagai instrumen yang berbeda. Fotometer merupakan instrument yang didisain untuk mengukur intensitas cahaya, dan biasanya dilakukan dengan membandingkan intensitas tersebut dengan intensitas dari beberapa sumber referensi radiasi. Spektrofotometer merupakan instrumen yang dapat membagi peristiwa radiasi ke dalam spektrum dan digunakan untuk mengenal panjang gelombang yang ada. Spektrofotometer merupakan instrumen yang menggabungkan dua fungsi, yakni sebagai penghasil radiasi pada panjang gelombang tertentu dan sebagai pengukuran intensitas radiasi tersebut. (Holme,D.J. 1983)
Spektrofotometri Serapan Atom (SSA) adalah spektrofotometri atom yang lebih melibatkan proses penyerapan panjang gelombang yang dipancarkan oleh suatu unsur atom yang dilewatkan melalui gas pembakar. Dalam beberapa tahun terakhir ini, SSA telah menjadi salahsatu teknik analisis yang banyak digunakan. Kenyataannya, kita dapat mengatakan bahwa SSA digunkan untuk menganalisa unsur anorganik. Sementara kromatografi gas digunakan digunakan untuk analisa senyawa organik. (Kennedy, J.H.1990)
2.7.1. Prinsip Dasar Spektrofotometer Serapan Atom
Spektroskopi atom didasarkan pada peristiwa absorpsi, fluoresensi, dan emisi. Namun hanya absorpsi dan fluoresensin yang umumnya digunakan untuk spektroskopi molekular. Alasan mengapa metode emisi tersebut. (Skoog, D.A. 1992)
Spektrofotometri serapan atom didasarkan pada kemampuan atom-atom pada suatu unsur untuk dapat mengabsorpsi energi sinar matahari pada panjang gelombang tertentu. Banyak energi sinar yang diabsorpsi berbanding lurus dengan jumlah atom-atom yang mengabsorpsi. Atom terdiri dari inti atom yang mengandung proton bermuatan positif, dan neutron berupa partikel yang netral, dimana inti atom dikelilingi oleh elektron-elektron yang bermuatan negatif pada tingkat energi yang berbeda-beda. Jika atom mengabsorpsi energi, maka elektron pada kulit terluar (elektron valensi) akan tereksitasi dan bergerak dari keadaan dasar atau tingkat energi yang terendah (ground
state) ke keadaan tereksitasi dengan tingkat energi tang lebih tinggi (excited state). Jumlah energi yang dibutuhkan untuk memindahkan elektron ketingkat energi tertentu dinyatakan sebagai potensial eksitasi untuk tingkat energi tersebut, dimana pada waktu kembali pada keadaan dasar, elektron melepaskan energi sebagai energi panas ataupun energi sinar. (Clark, D.V. 1979)
2.7.2. Instrumentasi
Setiap alat SSA terdiri atas tiga komponen berikut : a. Unit atomisasi
b. Sumber radiasi
c. Sistem pengukur fotometrik
A B C D E F
Gambar 2.1. Skematis ringkas Spektrofotometer Serapan atom
Keterangan :
A : Lampu katoda berongga B : Chopper
C : Tungku
D : Monokromator E : Detektor
F : Meter bacaan nilai absorbansi
Atomisasi dapat dilakukan baik dengan nyala maupun dengan tungku. Untuk mengubah unsur metalik menjadi uap atau hasil disosiasi diperlukan energi panas. Temperatur harus benar – benar terkendali dengan sangat hati – hati agar proses atomisasi sempurna. Ionisasi harus dihindarkan dan ini dapat terjadi bila temperatur terlalu tinggi.
Bahan bakar dan gas oksidator dimasukkan dalam kamar pencampur kemudian dilewatkan melalui baffle menuju ke pembakar. Nyala akan dihasilkan. Sampel dihisap masuk ke dalam kamar pencampur. Hanya tetesan kecil yang dapat melalui baffle. Dengan gas asetilen dan oksidator udara tekan, temperatur dapat dikendalikan secara elektris. Biasanya temperatur dinaikan secara bertahap, untuk menguapkan dan sekaligus mendisosiasikan senyawa yang dianalisis. (Khopkar, S.M. 1990)
2.7.3. Gangguan Pada SSA dan Cara Mengatasinya
Gangguan nyata pada SSA adalah seringkali didapatkan suatu hasil yang tidak sesuai dengan konsentrasi sampel yang ditentukan. Penyebab dari gangguan ini adalah faktor matriks sampel, faktor kimia adanya gangguan molekuler yang bersifat radiasi.
Sampel dalam bentuk molekul karena disosiasi yang tidak sempurna akan cenderung mengabsorpsi radiasi dari sumber radiasi. Demikian juga terjadinya ionisasi atom akan menjadi sumber kesalahan pada SSA oleh karena spektrum radiasi oleh ion jauh berbeda dengan spektrum absorpsi atom netral yang memang akan ditentukan. Ada beberapa usaha untuk mengurangi gangguan kimia pada SSA yaitu dengan jalan:
1. Menaikkan temperatur nyala agar mempermudah penguraian untuk itu dipakai gas pembakar campuran C2H2 + N2O yang memberikan nyala dengan temperatur yang tinggi.
2. Menambahkan elemen pengikat gugus atom penyangga, sehingga terikat kuat akan tetapi atom yang ditentukan bebas sebagai atom netral. Misalnya, penentuan logam yang terikat sebagai garam, dengan penambahan logam, yang lainnya akan terjadi ikatan lebih kuat dengan anion pengganggu.
3. Pengeluaran unsur pengganggu dari matriks sampel dengan cara eksitasi. (Mulja, M.1995)
2.8. Zeolit
2.8.1. Pengenalan Zeolit
Zeolit adalah senyawa zat kimia alumino-silikat berhidrat dengan kation natrium, kalium dan barium. Secara umum, Zeolit memiliki melekular sruktur yang unik, dimana atom silikon dikelilingi oleh 4 atom oksigen sehingga membentuk semacam jaringan dengan pola yang teratur. Di beberapa tempat di jaringan ini, atom Silikon digantikan dengan atom Aluminium, yang hanya terkoordinasi dengan 3 atom Oksigen. Atom Aluminium ini hanya memiliki muatan 3+, sedangkan Silikon sendiri memiliki muatan 4+. Keberadaan atom Aluminium ini secara keseluruhan akan menyebababkan Zeolit memiliki muatan negatif. Muatan negatif inilah yang menyebabkan Zeolit mampu
mengikat kation.
Mineral zeolit terdiri dari zeolit alam dan zeolit sintetis, zeolit alam pertama kali ditemukan pada tahun 1756 oleh Baron Axel Fredrick Cronstedt (ahli mineralogi Swedia), sedangkan zeolit sintetis pertama kali ditemukan pada tahun 1948 oleh Richard
Barrer.
Secara umum, zeolit mempunyai kemampuan untuk menyerap molekul, menukar ion, dan menjadi katalis, hal inilah yang membuat zeolit dapat dikembangkan untuk keperluan industri. Hingga saat ini zeolit sintetis terus dikembangkan, hal ini dengan pertimbangan zeolit ini memiliki sesuatu yang lain dibandingkan dengan material oksida anorganik yang lain, yaitu karena kombinasi dari berbagai sifat, antara lain karakter pori-pori mikro dari dimensi pori-pori yang seragam, sifat pertukaran ion, kemampuan untuk membuat keasaman internal, dan stabilitas dalam suhu yang tinggi. Hal inilah yang membuat zeolit menjadi unik dibanding oksidaan organik yang lain. Karena sifat yang dimiliki maka zeolit sintetis yang berkemampuan lebih baik dikembangkan dari zeolit alam, sehingga
zeolit ini akan menjadi suatu alternatif bahan pengolah limbah yang jauh lebih efisien dibanding dengan zeolit alam. (Saputra, 2008)
Zeolit juga sering disebut sebagai 'molecular sieve' / 'molecular mesh' (saringan molekuler) karena zeolit memiliki pori-pori berukuran melekuler sehingga mampu
memisahkan/menyaring molekul dengan ukuran tertentu. (www.iqmal@ugm.ac.id, 2009)
2.8.2. Struktur Zeolit
Kerangka dasar struktur zeolit terdiri dari unit-unit tetrahedral [AlO
4] dan [SiO
4] yang saling berhubungan melalui atom O.
Gambar Kerangka Utama Penyusun Zeolit
Dalam struktur tersebut Si 4+
dapat diganti Al 3+
, sehingga rumus umum komposisi zeolit dapat dinyatakan sebagai berikut :
M x/n [(AlO 2) x(SiO 2) y] m H 2O
Dimana : n = Valensi kation M (alkali / alkali tanah) x,y= Jumlah tetrahedron per unit sel
m = Jumlah molekul air per unit sel M = Kation alkali / alkali tanah
( Srihapsari, 2006)
2.8.3. Sifat - Sifat Zeolit
Zeolit mempunyai struktur berongga yang biasanya diisi oleh air dan kation yang bisa dipertukarkan dan memiliki ukuran pori tertentu.
Zeolit mempunyai sifat-sifat kimia, diantaranya : 1. Dehidrasi
Sifat dehidrasi zeolit berpengaruh terhadap sifat serapannya. Keunikan zeolit terletak pada struktur porinya yang spesifik. Pada zeolit alam didalam pori-porinya terdapat kation-kation atau molekul air. Bila kation-kation atau molekul air tersebut dikeluarkan dari dalam pori dengan suatu perlakuan tertentu maka zeolit akan meninggalkan pori yang kosong .
2. Penyerapan
Dalam keadaan normal ruang hampa dalam kristal zeolit terisi oleh molekul air yang berada disekitar kation. Bila zeolit dipanaskan maka air tersebut akan keluar. Zeolit yang telah dipanaskan dapat berfungsi sebagai penyerap gas atau cairan . 3. Penukar Ion
Ion-ion pada rongga berguna untuk menjaga kenetralan zeolit. Ion-ion ini dapat bergerak bebas sehingga pertukaran ion yang terjadi tergantung dari ukuran dan muatan maupun jenis zeolitnya. Sifat sebagai penukar ion dari zeolit antara lain tergantung dari sifat kation, suhu, dan jenis anion .
4. Katalis
Zeolit sebagai katalis hanya mempengaruhi laju reaksi tanpa mempengaruhi
kesetimbangan reaksi karena mampu menaikkan perbedaan lintasan molekular dari reaksi. Katalis berpori dengan pori-pori sangat kecil akan memuat molekul-molekul kecil tetapi mencegah molekul besar masuk. Selektivitas molekuler seperti ini disebut molecular sieve yang terdapat dalam substansi zeolit alam .
5. Penyaring / pemisah
Zeolit sebagai penyaring molekul maupun pemisah didasarkan atas perbedaan bentuk, ukuran, dan polaritas molekul yang disaring. Sifat ini disebabkan zeolit mempunyai ruang hampa yang cukup besar. Molekul yang berukuran lebih kecil dari ruang hampa dapat melintas sedangkan yang berukuran lebih besar dari ruang hampa akan ditahan .(Ginting, 2007)
2.8.4. Aktivasi Zeolit
Proses aktivasi zeolit alam dapat dilakukan dengan 2 cara, yang pertama yaitu secara fisika melalui pemanasan dengan tujuan untuk menguapkan air yang terperangkap di dalam pori-pori kristal zeolit, sehingga luas permukaannya bertambah (Khairinal, 2000). Proses pemanasan zeolit dikontrol, karena pemanasan yang berlebihan kemungkinan akan menyebabkan zeolit tersebut rusak.
Yang kedua aktivasi zeolit secara kimia dengan tujuan untuk membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengotor dan mengatur kembali letak atom yang dapat dipertukarkan. Proses aktivasi zeolit dengan perlakuan asam HCl pada konsentrasi 0,1N hingga 11N menyebabkan zeolit mengalami dealuminasi dan dekationisasi yaitu keluarnya Al dan kation-kation dalam kerangka zeolit. Aktivasi asam menyebabkan terjadinya dekationisasi yang menyebabkan bertambahnya luas permukaan zeolit karena berkurangnya pengotor yang menutupi pori-pori zeolit. Luas permukaan yang bertambah diharapkan meningkatkan kemampuan zeolit dalam sebagai penyerap. Tingginya kandungan Al dalam kerangka zeolit menyebabkan kerangka zeolit sangat hidrofilik. Sifat hidrofilik dan polar dari zeolit ini merupakan. hambatan dalam kemampuanya sebagai penyerap. Proses aktivasi dengan asam dapat meningkatkan kristalinitas, keasaman dan luas permukaan .
(Heraldy, 2003) juga mengkaji aktivasi asam terhadap zeolit alam asal Ponorogo dan Wonosari. Asam yang dipergunakan adalah HCl, HNO
3, H 2SO
4 dan H 3PO
4. Hasilnya menunjukkan bahwa perlakuan asam terhadap zeolit alam asal Ponorogo dan Wonosari meningkatkan daya serap zeolit terhadap limbah cair. Penelitian tersebut menyimpulkan bahwa perlakuan asam telah berhasil melepaskan alumunium dari kerangka zeolit dan mampu meningkatkan keasaman zeolit. Peningkatan keasaman zeolit disebutkan mampu memperbesar kemampuan penyerapan zeolit. Hal itu terjadi karena banyaknya pori-pori zeolit yang terbuka dan permukaan padatannya menjadi bersih dan luas. (Srihapsari, 2006)
2.8.5. Penggunaan Zeolit
1. Bidang peternakan a. Penggemukan ternak
Sudah banyak laporan penelitian tentang penggunaan zeolit untuk meningkatkan hasil peternakan. Pada umumnya zeolit yang digunakan adalah jenis klipnotilolit. Dari sebuah penelitian menunjukkan bahwa peran zeolit bukan sebagai mineral, tetapi cenderung sebagai penyangga zat- zat makanan dalam rumen yang dapat meningkatkan efektivitas daya cerna dan mengakibatkan meningkatnya mutu rasum.
2. Bidang bahan bangunan
Endapan zeolit jenis kabasit dan flipsit sudah dikenal sejak zaman Romawi sebagai bahan bangunan untuk pembuatan alas jalan, fondasi rumah, saluran air, jembatan, dan bahan perekat atau plester. Selain itu juga dipakai sebagai ornament bangunan seperti dinding berukir, patung, dan lain- lain.
3. Bidang Lingkungan a. Pengolahan air
Air yang dimaksud adalah air yang berasal dari air tanah, air sungai, dan limbah industri, limbah rumah tangga, dan limbah pertanian. Air kotor ini mengandung kotoran yang berupa bahan tidak terlarut, bahan terlarut, dan koloid, sehingga air kotor harus ditangani secara mekanis, kimia maupun biologi tergantung dari bahan pencemarnya, serta standar air bersih yang diperlukan.
b. Penanganan limbah radio aktif
Penyerapan Cs137 dan Sr90 dari limbah radioaktif yang berkadar sangat rendah pertama kali dilakukan pada tahun 1960 oleh Armes. Meskipun kadar limbah radioaktif tersebut sangat rendah, tetapi masih tetap berbahaya bagi mahluk hidup, terutama manusia.
c. Penanganan udara tercemar
Pencemaran udara dapat terjadi karena adanya unsur – unsur yang tidak dikehendaki, misalnya CO, CO2, N2, atau menurunnya unsur- unsur yang
penting dalam udara seperti zat asam. Pencemaran udara yang tinggi akan membahayakan manusia terutama bila terjadi di dalam ruangan tertutup. Masalah tersebut dapat diatasi dengan jalan memperkaya zat asam di tempat- tempat yang kekurangan zat tersebut. Mineral zeolit dapat digunakan untuk meningkatkan konsentrasi zat asam dalam udara.
4. Bidang industri
Dalam industri kertas, jenis zeolit klioptilolit biasa dipakai sebagai bahan pengisi. Klipnotilolit yang digunakan harus digerus, dan kotoran yang terikut seperti oksida besi dan bahan-bahan organik yang dapat menurunkan derjat kecerahan kertas harus dihilangkan dengan pemucatan.Dalam industri ban digunakan zeolit sintesis A dan X untuk menjaga agar campuran bahan pembuat ban tidak mengalami polimerisasi dan juga untuk menyerap komponen gas selama proses vulkanisasi.dan dalam industri lain seperti industri plastik, industri deterjen, dll.( Sutarti, 1994)
BAB 3
