BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Jerami Padi
Tanaman padi memiliki batang yang beruas-ruas. Panjang batang tergantung pada jenisnya. Pada jenis unggul biasanya berbatang pendek atau lebih pendek daripada jenis lokal, sedangkan jenis padi yang tumbuh di tanah rawa dapat lebih panjang lagi, yaitu antara 1-2 meter. Biasanya setelah panen hasil, batang padi tidak dipergunakan lagi dan dibuang begitu saja sehingga menjadi kumpulan jerami padi yang tidak berguna lagi. Jerami tersebut kebanyakan terdiri dari batang padi, tetapi ada juga terdapat ujung daunnya.
Setelah padi dipanen, bulir padi atau gabah dipisahkan dari jerami padi. Perbandingannya yang dapat diperoleh antara gabah dan jerami tergantung dari varietas padi biasanya adalah 1: 1 atau 1: 1.25.
Jerami adalah tanaman padi yang telah diambil bulirnya (gabahnya) sehingga tinggal batang dan daunnya yang merupakan limbah pertanian terbesar. Jerami sebagai limbah pertanian sering menjadi permasalahan bagi petani sehingga sering dibakar untuk mengatasi masalah tersebut. Di beberapa daerah di Indonesia, jerami diangkut seluruhnya untuk pakan ternak, pembuatan kertas dan lain-lain
2.1.1. Sifat Jerami Padi
Jerami padi terdiri atas daun, pelepah daun, dan ruas atau buku. Ketiga unsur ini relatif kuat karena mengandung silika, dan selulosa yang tinggi dan pelapukannya memerlukan waktu yang lama. Namun, apabila jerami padi diberi perlakuan tertentu akan mempercepat terjadinya perubahan strukturnya (Kohar dan Setyaningrum, 2007). Kandungan dari Jerami Padi ialah lignoselulosa yang terdiri dari tiga komponen fraksi serat yaitu selulosa 32,1%, hemiselulosa 24%, dan lignin 18%. Disamping itu juga jerami padi mengandung silika (Howard,2003). Menurut Reddy dan Yang (2006) bahwa komposisi dari jerami padi terdiri dari 40% selulosa, 30% hemiselulosa, 15% silika dan 15% lignin.
2.1.2. Jerami Padi sebagai Penyerap Logam Berat dalam Air
Logam berat dalam air merupakan bahan pencemar yang membahayakan kesehatan manusia dan ternak bila terkonsumsi atau terkena kulit. Dengan semakin tinginya peluang tercemarnya air (air minum ataupun air mandi) maka perlu upaya mencegah penemaran dan membersihkan air yang sudah tercemari. Bahan yang relatif murah dan mudah digunakan untuk mengeliminasi atau mengurangi pencemaran logam berat dalam air adalah sekam dan jerami padi. Sekam dan jerami padi diolah dengan NaOH 1%, 2%, 3%, 4%. Perlakuan jerami padi dengan NaOH 2% dengan waktu perendaman 1 jam menunjukkan aktivitas penyerapan Cd yang paling tinggi. Sekam padi pada umumnya menunjukkan aktivitas penyerapan yang lebih rendah dibandingkan dengan jerami, baik untuk Cd maupun Pb. Persentase terserap tertinggi untuk Pb didapat dari konsentrasi jerami padi 3% dan 4% dan didiamkan selama 4 jam(Kohar dan Setyaningrum, 1999).
2.2. Selulosa
Komponen utama penyusun jaringan dinding sel tumbuhan pada umumnya adalah selulosa. Selulosa adalah polimer alam berupa zat karbohidrat (polisakarida) yang mempunyai serat warna putih, tidak dapat larut dalam air dan pelarut organik.
Selulosa mempunyai rumus molekul 2(C6H10O5)n, dengan n adalah derajat polimerisasi. Panjang suatu rangkaian selulosa tergantung pada derajat polimerisasinya. Semakin panjang suatu rangkaian selulosa, maka rangkaian selulosa tersebut mempunyai serat yang lebih kuat, lebih tahan terhadap pengaruh bahan kimia, cahaya, dan mikroorganisme.
Selulosa dapat dibedakan menjadi: a. α Selulosa
Selulosa untuk jenis ini tidak dapat larut dalam larutan NaOH dengan kadar 17,5% pada suhu 20ºC dan merupakan bentuk sesunguhnya yang telah dikenal sebagai selulosa.
b. ß Selulosa
jenis dari selulosa ini mudah larut dalam larutan NaOH yang mempunyai kadar 17,5% pada suhu 20ºC dan tidak akan mengendap bila larutan tersebut berubah menjadi larutan yang memiliki suasana asam.
c. ɤ Selulosa
untuk selulosa jenis ini mudah larut dalam larutan NAOH yang mempunyai kadar 17,5% pada suhu 20ºC tidak akan terbentuk endapan setelah larutan tersebut dinetralkan.
Alpha selulosa sangat menentukan sifat tahanan kertas, semakin banyak kadar alpha selulosanya menunjukkan semakin tahan lama kertas tersebut. Dan memiliki sifat hidrofilik yang lebih besar pada gamma dan beta selulosa daripada alpha selulosanya (Fengel dan Wegner, 1995).
2.2.1. Sifat-Sifat Selulosa
Sifat-sifat selulosa terdiri dari sifat fisika dan sifat kimia. Selulosa dengan rantai panjang mempunyai sifat fisik yang lebih kuat, lebih tahan lama terhadap degradasi yang disebabkan oleh pengaruh panas, bahan kimia maupun pengaruh biologis. Sifat fisika dari selulosa yang penting adalah panjang, lebar dan tebal molekulnya. Sifat fisik lain dari selulosa adalah:
a. Dapat terdegradasi oleh hidrolisa, oksidasi, fotokimia maupun secara mekanis sehingga berat molekulnya menurun.
b. Tidak larut dalam air maupun pelarut organik, tetapi sebagian larut dalam larutan alkali.
c. Alam keadaan kering, selulosa bersifat higroskopis, keras dan rapuh. Bila selulosa cukup banyak mengandung air maka akan bersifat lunak. Jadi fungsi air disini adalah sebagai pelunak.
d. Selulosa dalam Kristal mempunyai kekuatan lebih baik jika dibandingkan dengan amorfnya (Fengel dan Wengner, 1995).
2.3. Pencemaran Lingkungan Akibat Limbah Industri
Pencemaran atau polusi adalah suatu kondisi yang telah berubah dari bentuk asal kekeadaan yang lebih buruk. Pergeseran bentuk tatanan dan kondisi asal pada kondisi yang buruk ini dapat terjadi sebagai akibat masuknya bahan-bahan pencemar atau polutan. Bahan polutan tersebut pada umumnya mempunyai sifat racun (toksik) yang berbahaya bagi organisme hidup. Toksisitas atau daya racun dari polutan itulah yang kemudian menjadi pemicu terjadinya pencemaran (Palar, 2004).
Suatu lingkungan hidup dikatakan tercemar apabila telah terjadi perubahan-perubahan dalam tatanan lingkungan itu sehingga tidak sama lagi dengan bentuk asalnya. Perubahan yang terjadi itu memberikan dampak yang buruk terhadap organisme yang sudah ada. Dan pada tingkat lanjut dalam arti jika lingkungan sudah tercemar dalam tingkat tinggi, dapat membunuh bahkan memusnahkan satu atau lebih jenis organisme. Jadi pencemaran lingkungan adalah terjadinya perubahan dalam tatanan lingkungan dari bentuk asli kearah yang lebih buruk (Palar, 2004).
Perkembangan ekonomi di Indonesia menitik beratkan pada pembangunan di sektor industri. Di satu sisi pembangunan akan meningkatkan kualitas hidup manusia dengan meningkatnya pendapatan masyarakat. Di sisi lain, pembangunan juga bisa
menurunkan kesehatan masyarakat dikarenakan pencemaran yang berasal dari limbah industri (Widowati, 2008).
Proses industri pada akhirnya akan menghasilkan limbah baik dalam bentuk padat maupun cair. Limbah dikatakan berbahaya jika menimbulkan dampak yang negatif bagi kesehatan manusia. Logam berat pada limbah industri dapat berasal dari bahan baku maupun dari bahan pendukung pada proses industri.
Pencemaran yang disebabkan oleh buangan industri baik dalam bentuk unsur maupun persenyawaan logam berat merupakan toksik yang mempunyai daya racun yang sangat tinggi. Polutan ini akan mencemari lingkungan, baik melalui udara, tanah, dan air (Palar, 2004).
Pencemaran air terjadi apabila substansi kondisi (termasuk panas) menurunkan kualitas badan air sehingga air tidak dapat memenuhi kualitas standar atau tidak dapat digunakan untuk tujuan tertentu. Pencemaran logam berat yang ada di lingkungan tanah, air udara dengan suatu mekanisme masuk kedalam mahluk hidup. Logam berat yang masuk kedalam tubuh manusia akan melakukan interaksi antara lain dengan enzim, protein, DNA, serta metabolit lainnya. Adanya logam berat dalam tubuh jelas akan berpengaruh terhadap tubuh. Bila jumlahnya berlebih, maka akan berbahaya bagi tubuh. Pencemaran logam berat ke lingkungan dilalui dari air. Pencemaran air terjadi pada sumber-sumber air danau, sungai, laut dan air tanah yang disebabkan oleh aktifitas manusia. Air dikatakan tercemar jika tidak dapat digunakan sesuai dengan fungsinya. Pencemaran ini dapat disebabkan oleh limbah industri, perumahan, pertanian, rumah tangga. Polutan industri antara lain polutan organik dan polutan anorganik, sisa bahan bakar dan tumpahan minyak tanah merupakan sumber pencemaran air terutama air tanah. Polutan dalam air mencakup unsur-unsur kimia, pathogen, dan perubahan sifat fisika dan kimia dalam air. Banyak unsur kimia merupakan racun yang mencemari air. Pencemaran air merupakan masalah regional maupun lingkungan global dan sangat berhubungan dengan pencemaran udara serta
penggunaan lahan tanah atau daratan. Pencemaran air terdiri dari bermacam-macam jenis, dan pengaruhnya terhadap lingkungan dan mahluk hidup. Salah satu penyebab pencemaran air adalah keberadaan bahan kimia anorganik seperti Pb, Cd, Hg dalam kadar yang tinggi menyebabkan air tidak enak untuk dikonsumsi. Pencemaran logam berat diperairan banyak bersumber dari pertambangan, peleburan logam, dan jenis industri lainnya. Logam berat biasanya ditemukan sangat sedikit sekali dalam air secara alamiah yaitu kurang dari 1µg/L. Untuk menentukan kualitas air tehadap konsentrasi logam dalam air, agak sulit karena erat hubungannya dengan partikel tersuspensi yang terlarut didalamnya. Konsentrasi logam toksik seperti Cd, Pb, Hg, dan As dalam perairan secara alamiah sangat kecil (Masduki, 2004).
2.4. Toksisitas Logam Berat
Logam berat mempunyai kriteria yang sama dengan logam-logam lain. Perbedaannya terletak pada pengaruh yang dihasilkan oleh logam berat ini jika berikatan atau masuk ke dalam tubuh organisme hidup, sehingga akan menimbulkan pengaruh-pengaruh buruk terhadap fungsi fisiologis tubuh.
Kerja utama logam adalah menghambat kerja enzim. Efek ini timbul akibat interaksi antara logam dengan gugus S-H pada enzim. Fungsi enzim juga dapat terhambat oleh logam toksik melalui penggusuran kofaktor logam yang penting dari enzim (Frank, 1994).
Umumnya, efek toksik logam merupakan akibat dari reaksi antara logam dan komponen intrasel. Setelah masuk kedalam sel, logam dapat mempengaruhi berbagai organel seperti retikulum endoplasma yang mengandung berbagai jenis enzim. Logam-logam toksik ini akan merusak struktur dari enzim dan menghambat metabolismenya (Frank, 1994).
2.5. Limbah Elektroplating
Elektroplating adalah pelapisan logam dengan menggunakan teknik elektrokimia atau elektrolisa. Secara teknis elektroplating disebut juga sebagai pelapis listrik, yaitu proses pengendapan logam dalam ion logam yang dialirkan oleh arus listriksearah melalui elektroda dalam larutan elektrolit dari kutub anoda ke kutub katoda. Logam yang akan dilapisi biasanya berbentuk produk logam, atau disebut juga sebagai benda kerja. Dalam praktek, benda kerja atau produk logam yang akan dilapis dihubungkan dengan katoda. Selama arus listrik searah mengalir dari anoda ke katoda maka ion logam dalam larutan elektrolit akan menuju ke katoda dan terkumpul pada benda kerja. Dengan proses tersebut benda kerja atau produk logam akan dilapisi dengan logam yang dikehendaki. Umumnya produk logam bisa dilapisi dengan menggunakan emas, nikel, tembaga, seng, kuningan, perak, krom atau logam lainnya. Produk industri yang membutuhkan pelapisan logam antara lain adalah peralatan rumah tangga yang terbuat dari besi, kuningan, dan aluminium. Biasanya produk seperti meja, kursi, sendok makan dan alat dapur lainnya dilapisi dengan menggunakan logam nikel dan krom. Tujuannya agar produk yang dihasilkan tahan korosi, lebih memperhalus permukaan, atau untuk tujuan khusus seperti meningkatkan daya hantar listrik atau panas dan meningkatkan mutu penampilannya.(Anonim, 2002)
Limbah industri elektroplating berasal dari bahan-bahan kimia yang digunakan dan hasil dari proses pelapisan. Bahan-bahan kimia yang digunakan adalah bahan beracun sehingga limbah yang dihasilkan berbahaya bagi kesehatan manusia baik yang terlibat langsung dengan kegiatan industri maupun yang di sekitar perusahaan.
Jenis Limbah Dan Bahayanya 1. Limbah Asam
Asam dapat menyebabkan luka pada kulit, selaput lendir, selaput mata dan saluran pernapasan.
2. Limbah Basa
Bahan-bahan basa seperti amonium hidroksida, potassium hidroksida, sodium
hidroksida, sodium sianida, sodium karbonat, sodium pryophospat, sodium silikat dan trisodium phispat tidak begitubahaya bagi sistem saluran pernafasan, tetapi dapat mengiritasi kulit.
3. Limbah Garam dan Senyawa lainnya
Sianida sangat beracun, dan dapat mematikan bila tertelan. Menyebabkan iritasi kerongkongan, pusing-pusing, mabuk, mual, lemah dan sakit kepala dan bahkan berhenti bernafas (Anonim, 2002)
2.6. Zink (Zn)
2.6.1.Sifat Fisika Zink
Zink merupakan salah satu unsure kimia dengan simbol Zn, nomor atom 30 dan menempati tempat pertama pada golongan XII unsur transisi di dalam tabel periodik unsur. Secara kimia, zink memiliki sifat yang mirip dengan magnesium (Mg) karena memiliki ukuran atom yang hamper sama dengan bilangan oksidasi +2. Zink memiliki warna putih kebiru-biruan, berkilau, dan bersifat diamagnetik. Logam ini cukup mudah untuk di tempa, dan dapat dilihat pada suhu 110-150°C. zink melebur pada suhu 410°C dan mendidih pada 906°C. dibandingkan dengan logam-logam lainnya, zink memiliki titik lebur dan titik didih yang terendah diantara semua logam-logam transisi. Produksi terbesar zink ada di Australia, Kanada, Peru, dan Amerika (Vogel, 1991).
Zink sedikit kurang padat daripada besi dan berstruktur Kristal heksagonal. Hal ini menyebabkan mutu komersial Zn tidak berkilau. Logam ini keras dan rapuh pada berbagai suhu, namun menjadi dapat ditempa antara 100 sampai 150°C, diatas 210°C, logam ini kembali menjadi rapuh dan dapat dihancurkan menjadi bubuk dengan cara memukul logam tersebut. Pada umumnya, zink berada di alam dalam bentuk persenyawaan sulfida yaitu zink sulfida (ZnS) (Vogel,1991).
Zink digunakan secara luas untuk menyepuh logam-logam lain dengan listrik seperti besi untuk menghindari karatan. Zink sulfida digunakan dalam membuat tombol bercahaya, sinar x, kaca-kaca TV, dan bola-bola lampu (Vogel,1991).
2.6.2. Sifat Kimia Zink
Sifat kimiawi zink mirip dengan logam-logam transisi periode pertama seperti nikel dan tembaga. Zink bersifat diamagnetik dan berwarna putih kebiru-biruan. Jari-jari ion zink dan magnesium juga hamper identik. Oleh karenanya, garam kedua senyawa ini akan memiliki struktur Kristal yang sama. Pada kasus ini jari-jari ion merupakan faktor penentu, sifat-sifat kimiawi keduanya akan sangat mirip. Zink cenderung membentuk ikatan kovalen berderajat tinggi. Zink juga akan membentuk senyawa kompleks dengan kebanyakan berkoordinasi 4 ataupun 6 walaupun koordinasi 5 juga diketahui ada (Shriver, 1999).
Zink memiliki konfigurasi elektron [Ar]3d104S2 dan merupakan unsure golongan 12 tabel periodik. Zink cukup reaktif dan merupakan reduktor kuat. Permukaan logam zink murni akan dengan cepat mengusam, membentuk lapisan zink karbonat, Zn5(OH)6CO3, dan akan bereaksi dengan karbon dioksida. Lapisan ini membantu mencegah reaksi lebih lanjut dengan udara dan air. Zink bereaksi dengan asam, basa dan non-logam lainnya. Zink yang sangat murni hanya akan bereaksi secara lambat dengan air yang ada dan akan melepaskan gas hidrogen (Shriver, 1999).
Zink akan larut dengan natrium hidroksida membentuk endapan seperti gelatin yang putih. Endapan larut dlam asam:
Zn2+(aq) + 2NaOH(l) Zn(OH)2(s) Dengan larutan amoniak terbentuk endapan putih
Dengan larutan amonium sulfida terbentuk endapan putih Zn2+(aq) + S2-(aq) ZnS(s)
Dengan asam sulfat pekat panas, zink akan melepaskan belerang dioksida Zn2+(aq) + 2H2SO4(l) Zn2+
(aq) + SO2(g) + SO4(aq)2- + 2H2O(l)
Pelarutan akan terjadi dalam asam nitrat yang encer dan tidak ada gas yang dilepaskan:
4Zn(s) + 10 H+(aq) + NO3(aq) 4Zn2+(aq)+ NH4(aq) + 3H2O(aq)
Dengan bertambah pekatnya konsentrasi asam nitrat, akan terbentuk dinitrogen oksida (N2O), nitrogen oksida (NO):
4Zn(s) + 10 H+(aq) + 2NO3(aq) 4Zn2+
(aq)+ N2O(g) + 5H2O(l)
3Zn(s) + 8 HNO3(l) 3Zn2+(aq)+ 2NO(g) + 6NO3(aq) + 4H2O(l)
2.6.3. Fungsi Dari Zink
Zink banyak digunakan pada pelapisan baja dan besi untuk mencegah korosi dan juga sebagai bahan pembuatan alloy. Sedangkan pada industri pengolahan bijih emas, zink dalam bentuk serbuk digunakan pada proses sementasi emas atau prespitasi yang dikenal sebagai proses Merill-Crowe (Sudarsono, 2003).
Zink merupakan unsur yang sangat penting untuk pertumbuhan manusia. Metabolisme sel dipengaruhi dan ditentukan oleh zink. Zink berperan dalam fungsi syaraf dan reproduksi. Zink juga berperan dalam menstabilisasi sruktur protein. Selain itu, zink juga dibutuhkan dalam sintesis DNA, replika DNA, transkripsi RNA, pertumbuhan dan aktivitas sel, pertumbuhan dan perkembangan normal selama hamil, masa pertumbuhan anak dan pertumbuhan remaja, menjaga kesehatan kulit dan daya tahan terhadap infeksi, serta merupakan aktifator enzim dan juga berperan dalam metabolisme karbohidrat dan energi (Widowati, 2008).
Zink merupakan unsur esensial dan mempunyai banyak fungsi, namum dalam dosis tinggi zink dapat berbahaya dan bersifat toksik. Dalam keadaan sebagai ion, zink bebas memiliki toksisitas tinggi. Absorpsi zink berlebih mampu mengakibatkan defisiensi dan gangguan metabolisme mineral lain seperti penurunan kadar Cu, pengubahan Fe, pengurangan imunitas tubuh, serta pengurangan kadar high density
lipoprotein (HDL). Konsumsi seng sebesar 2 g atau lebih akan menyebabkan mual,
muntah, dan demam (Widowati, 2008).
2.7. Adsorpsi
Adsorpsi merupakan suatu proses dimana komponen pindah dari fase satu ke fase lainnya dengan melintasi beberapa pembatas. Atau perpindahan zat dari pelarut menuju penyerap (LaGrega, et al., 2001). Menurut Benjamin (2002), adsorpsi adalah akumulasi dari suatu substansi pada atau di dekat permukaan. Substansi yang terserap disebut dengan adsorbat, sedangkan bahan yang menyerap disebut dengan adsorben. Perpindahan bahan organik atau anorganik pada sisi permukaan adsorben terjadi dalam empat proses yaitu transpor bulk fluid, film transport, difusi intrapartikel,
physical attachment.
2.7.1. Pembagian Adsorpsi a. Adsorpsi Fisika
Dalam adsorpsi fisika, melibatkan gaya van der waals yang menyebabkan molekul adsorbat terikat secara lemah dengan permukaan adsorben, dan proses ini berlangsung cepat dan bersifat reversible (Madan dan Tuli, 2007). Proses adsorpsi fisika terjadi tanpa memerlukan energi aktivasi (energi untuk bereaksi), sehingga proses tersebut membentuk banyak lapisan (multilayer) pada permukaan adsorben. Kecepatan difusi dari adsorbat terhadap permukaan adsorben dan tidak tergantung dari sisi spesifik adsorben (Selwood, 1962).
b. Adsorpsi Kimia
Adsorpsi kimia terjadi karena adanya reaksi kimia antara molekul-molekul adsorbat dengan permukaan adsorben dan berlangsung lambat, bersifat irreversibel dan hanya membentuk satu lapisan (monolayer) (Madan dan Tuli, 2007). Adsorpsi kimia (chemisorptions) selalu disertai dengan pertukaran electron pada adsorben dan tergantung terhadap temperatur ( Selwood, 1962).
2.7.2. Faktor yang mempengaruhi adsorpsi
Menurut Al-Anber (2011), beberapa faktor yang mempengaruhi adsorpsi yakni: - Luas Permukaan adsorben, semakin luas area permukaan adsorben, maka
kapasitas adsorpsinya juga semakin meningkat.
- Ukuran partikel adsorben, semakin kecil ukuran partikel adsorben maka akan memperlambat difusi internal.
- Waktu kontak, semakin lama waktu kontak maka proses adsorpsi semakin baik.
- Kelarutan adsorbat dalam air atau limbah, adsorbat yang kurang larut dalam limbah akan semakin mudah untuk diserap oleh adsorben.
- Afinitas pelarut terhadap adsorben, jika permukaan adsorben bersifat kurang polar, maka substansi yang kurang polar akan lebih mudah diadsorpsi.
- Ukuran molekul adsorbat dan ukuran pori adsorben, molekul adsorbat yang berukuran besar jika masuk kedalam pori adsorben yang ukuran lebih kecil, maka akan menurunkan kapasitas adsorpsi.
- Kemampuan ionisasi adsorbat
- pH, ionisasi adsorbat tergantung pada pH, sehingga dapat mempengaruhi adsorpsi.
- Efek konsentrasi awal adsorbat, dengan konsentrasi tinggi, kemampuan adsorpsi lebih sedikit, hal ini berhubungan dengan proses kompetitif difusi adsorbat terhadap pori adsorben yang tersedia.
- Keefektifan adsorben, adsorpsi akan semakin efektif jika adsorben yang digunakan semakin banyak.
Total zat yang teradsorpsi adsorben disebut dengan densitas adsorbsi, dengan simbol q. Densitas adsorpsi dapat berupa masa zat yang terserap per luas area (mg/m2) atau per masa adsorben (mg/g) (Benjamin, 2002)
2.8. Spektrometri FT-IR (Fourier Transform Infrared)
Bila sinar inframerah dilewatkan melalui cuplikan senyawa organik, sejumlah frekuensi diserap sedang frekuensi yang lain diteruskan/ditransmitasikan tanpa diserap. Jika kita menggambar antara persen absorbansi atau persen transmitansi lawan frekuensi maka akan dihasilkan suatu spectrum inframerah.
Spektrum inframerah dari alkana rantai panjang (parafin cair atau nujol) menunjukkan pita serapan pada daerah sekitar 3000 cm-1 dan 1400 cm-1, sedangkan frekuensi lainnya tidak berinteraksi dengan cuplikan dan sebagai akibat hamper semuanya diteruskan.
Molekul-molekul alkana hanya menyerap sinar inframerah pada frekuensi tertentu jika didalam molekul ada transisi tenaga yang besar yaitu sebesar . Transisi yang terjadi didalam serapan inframerah berkaitan dengan perubahan-perubahan vibrasi didalam molekul, sebagai contoh pita didekat 3000 cm-1 (9,3 x 1013 Hz) mempunyai frekuensi yang tepat sama dengan ikatan C-H yang mengalami vibrasi stretching/ rentangan. Itulah sebabnya pita serapan dekat 3000 cm-1 disebut serapan C-H stretching, biasanya dinyatakan dengan C-H str.
Pita-pita sekitar 1400 cm-1 sesuai dengan frekuensi vibrasi bending dari ikatan-ikatan C-H dan disebut serapan-serapan C-H bending. Sering vibrasi-vibrasi bending dinyatakan sebagai deformasi, sehingga pita-pita deformasi C-H dapat diberi tanda sebagai C-H def. Itulah sebabnya spektroskopi inframerah disebut spektroskopi vibrasi. Ikatan – ikatan yang berbeda (C-C, C=C, C-O, C=O, O-H, N-H, dsb) mempunyai frekuensi vibrasi yang berbeda dan kita dapat mendeteksi adanya ikatan –
ikatan tersebut dalam molekul organik dengan mengidentifikasi frekuensi-frekuensi karakteristiknya sebagai pita serapan dalam spectrum inframerah. Dalam spektrum inframerah suatu aldehid berada dalam pita serapan 2800 cm-1 dan O-H dalam pita serapan antara 3000- 3500 cm-1(Sastrohamidjojo, 1985).
Spektrofotometri infra merah merupakan suatu metode yang mengamati interaksi molekul dengan radiasi elektromagnetik yang berada pada daerah panjang gelombang 0,75 – 1000 µm atau paada bilangan gelombang 13.000 – 10 cm-1. Radiasi elektromagnetik dikemukakan pertama kali oleh James Clark Maxwell, yang menyatakan bahwa cahaya secara fisis merupakan gelombang elektromagnetik, artinya mempunyai vektor listrik dan vektor magnetik yang keduanya saling tegak lurus dengan arah rambatan. Saat ini telah dikenal berbagai macam gelombang elektromagnetik dengan rentang panjang gelombang tertentu. Spektrum elektromagnetik merupakan kumpulan spektrum dari berbagai panjang gelombang. Berdasarkan pembagian panjang gelombang sinar inframerah dibagi atas tiga daerah, yaitu:
a. Daerah inframerah dekat b. Daerah inframerah pertengahan c. Daerah inframerah jauh.
Dari pembagian daerah spektrum elektromagnetik tersebut, daerah panjang gelombang yang digunakan spektrofotometer infra merah adalah pada daerah infra merah pertengahan, yaitu pada panjang gelombang 2,5-50µm atau pada bilangan gelombang 4000-200 cm-1. Dasar spektroskopi infra merah dikemukakan oleh Hooke dan didasarkan atas senyawa yang terdiri dari dua atom atau diatom yang digambarkan dengan dua buah bola yang saling terikat oleh pegas (Silverstain, 2000).
2.9. Spektrofotometri Serapan Atom
Peristiwa serapan atom pertama kali diamati oleh Fraunhofer, ketika menelaah garis-garis hitam pada spektrum matahari. Sedangkan yang memanfaatkan prinsip serapan atom pada bidang analisis adalah seorang Australia bernama Alan Walsh di tahun
1955. Sebelumnya ahli kimia banyak tergantung pada cara-cara spektrofotometrik atau metode analisis spektrografik. Beberapa cara ini sulit dan memakan waktu, kemudian segera digantikan dengan spektroskopi serapan atom atau atomic absorption spectroskopi. Metode ini sangat tepat untuk analisis zat pada konsentrasi rendah (Khopkar, 2002).
2.9.1. Prinsip dasar Spektrofotometri Serapan Atom
Jika cahaya dengan panjang gelombang resonansi dilewatkan nyala yang mengandung atom-atom yang bersangkutan, maka sebagian cahaya itu akan diserap dan jauhnya penyerapan akan berbanding lurus dengan banyaknya atom keadaan dasar yang berada dalam nyala. Hal ini merupakan dasar penentuan kuantitatif logam-logam dengan menggunakan SSA (Vogel, 1992).
2.9.2. Instrumentasi Spektrofotometri Serapan Atom Nyala Berkas Tunggal
Sebuah instrumen serapan atom berisi komponen dasar yang sama sebagai instrumen yang dirancnag untuk pengukuran penyerapan molekul. Sumber, wadah sampel (disini, sebuah reservoir api), pemilih panjang gelombang, dan detektor/ sistem pembacaan. Kedua instrument tunggal dan ganda yang ditawarkan oleh berbagai produsen. Kisaran kecanggihan dan biaya keduanya substansi (Skoog, A, D, 1991).
Adapun instrumentasi Spektrofotometer Serapan Atom Nyala Berkas Tunggal dapat digambarkan dalam bagan sebagai berikut : (Underwood,A.,I, 1986).
1 3 4 5 6
7 2 9
Gambar 2.8.2. Bagan Instrumentasi Spektrofotometri Serapan Atom Keterangan :
1. Tabung Katoda berongga 2. Nyala (Unit pengatoman analit) 3. Monokromator
4. Detektor
5. Penguat arus (amplifier) 6. Sistem read-out
7. Bahan bakar 8. Sampel 9. Oksigen
a. Tabung Katoda Berongga
Sebagai sumber cahaya radiasi digunakan lampu katoda berongga (hallow cathode lamp) yang merupakan sumber sinar, mengeluarkan radiasi dengan frekuensi yang sesuai dengan unsur yang dianalisis. Di dalam tungku penguapan larutan sampel yang masuk akan dipecah menjadi tetesan-tetesan halus dan akan disemburkan dalam nyala untuk diatomkan (Khopkar, 2002).
b. Nyala
Nyala digunakan untuk mengubah sampel yang berupa padatan atau cairan menjadi bentuk uap atomnya, dan juga berfungsi untuk atomisasi. Konsentrasi atom-atom dalam bentuk gas dalam nyala, baik dalam keadaan dasar maupun keadaan tereksitasi, dipengaruhi oleh komposisi nyala (Vogel, 1992).
Kombinasi bahan bakar senyawa oksidator paling umum adalah asetilena dan udara, yang menghasilkan suhu nyala bahan bakar 2400-2700 K. Kombinasi bahan bakar senyawa oksidasi yang lain dapat dilihat pada tabel dibawah ini :
Tabel 2.1. Suhu Nyala Maksimum
Bahan Bakar Oksidan Temperatur (K) Asetilena Udara 2400-2700 Asetilena Nitrogen dioksida (NO2) 2900-3100 Asetilena Oksigen 3300-3400 Hidrogen Udara 2300-2400 Hidrogen Oksigen 2800-3000 Sianogen Oksigen 4800 Sumber : Harris, 1978 c. Monokromator
Dalam spektroskopi serapan atom fungsi monokromator adalah untuk memisahkan garis resonansi dari semua garis yang tak diserap yang diapancarkan oleh sumber radiasi (Braun, 1982).
Monokromator yang dipakai harus mampu memberikan resolusi yang terbaik. Ada dua bentuk monokromator yang dipakai pada spektrofotometri adsorpsi serapan atom yaitu monokromator celah dan kisi difraksi (Mulja, 1995).
d. Detektor
Detektor pada spektrofotometri adsorpsi serapan atom berfungsi mengubah intensitas radiasi yang datang menjadi arus listrik. Pada spektrofotometri serapan atom yang umum dipakai sebagai detektor adalah tabung penggandaan foton
(PMT = Photo Multiplier Tube detector) (Mulja, 1995).
e. Penguat Arus
Penguat arus (amplifier) hanya mampu menguatkan arus bolaak-balik (AC). Sedangkan arus searah (DC) sama sekali tidak diamplifikasikan (Mulja, 2005).
f. Read Out
Read out merupakan sistem pencatatan hasil. Hasil pembacaaan dapt berupa angka
atau berupa kurva dari suatu rekorder yang menggambarkan absorbansi atau intensitas emisi (Braun, 1982).
Read out dapat berupa galvanometer sederhana, voltmeter digital, atau
potensiometer perekam pena tinta, untuk laboratorium dengan beban yang berat, keluaran penguat dapat didigitalkan dan diproses dengan computer
(Underwood, 1986).
2.9.3. Gangguan-gangguan Spektrofotometri Serapan Atom
Gangguan-gangguan (interference) pada spektrofotometri serapan atom adalah peristiwa-peristiwa yang menyebabkan pembacaan absorbansi unsur yang dianalisis menjadi lebih kecil atau lebih besar dari nilai yang sesuai dengan konsentrasinya dalam sampel (Gandjar dan Rohman, 2008). Secara luas dapat dikategorikan menjadi dua kelompok, yakni interferensi sifat absorpsi (Khopkar, 1985).
Interferensi spektral disebabkan karena timpang asuh absorpsi antara spesies pengganggu dan spesies yang diukur. Interferensi kimia disebabkan adanya reaksi kimia selama atomisasi, sehingga mengubah sifat absorpsi (Khopkar, 1985).
Contoh gangguan kimia adalah terdapatnya senyawa yang sukar diuraikan dengan nyala api, dengan adanya senyawa ini maka akan mengurangi jumlah atom netral yang terdapat dalam nyala (Gandjar dan Rohman, 2008).
2.9.4. Aplikasi Spektrofotometri Serapan Atom
Spektrofotometri serapan atom berguna dalam penentuan sejumlah besar logam, terutama pada tingkat rendah. Secara luas digunakan untuk dalam bidang-bidang seperti air dan analisis farmasi dan metalurgi. Kondisi yang tepat diperlukan untuk
penentuan diberikan cukup kritis, dan siap untuk melakukan metode penelitian yang panjang, ini penting untuk mendapatkan petunjuk khusus. Instrument utama produsen menyediakan pedoman luas termasuk prosedur untuk semua logam biasa dalam berbagai matriks (Ewing, 1982).
Teknik ini juga diterapkan pada penetapan 60 unsur, dan teknik ini merupakan alat utama dalam pengkajian yang meliputi logam runutan dalam lingkungan dan dalam sampel biologis. Teknik ini juga berguna dalam kasus-kasus dimana logam itu berada pada kadar yang cukup di dalam sampel itu, tetapi hanya tersedia sedikit sampel dalam analisis (Underwood, 1986).
