BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Air
Air adalah materi essential didalam kehidupan. Tidak ada satupun makhluk hidup yang yang berada di planet bumi ini yang tidak membutuhkan air. Didalam sel hidup, baik pada tumbuh-tumbuhan ataupun pada hewan (termasuk didalamnya pada manusia ) akan terkandung sejumlah air, yaitu lebih dari 75% kandungan sel tumbuh-tumbuhan atau lebih dari 67% kandungan sel hewan, terdiri dari air.Jika kandungan tersebut berkurang, misalnya dehidrasi pada manusia yang diakibatkan muntaber, kalau tidak cepat ditanggulangi akan mengakibatkan kematian.Tanaman yang lupa tidak disiram pun akan layu dan kalau dibiarkan akan mati.
Kebutuhan terhadap air untuk keperluan sehari-hari dilingkungan rumah tangga, ternyata berbeda untuk tiap tempat, tiap linhkungan kehidupan atau untuk tiap bangsa dan Negara. Semakin tinggi taraf kehidupan, semakin meningkat pula kebutuhan manusia terhadap air (Suriawiria, 1996).
2.2 Sumber Air Tawar
Air merupakan salah satu senyawa kimia yang terdapat dialam secara berlimpah-limpah. Namun, ketersediaan air yang memenuhi syarat bagi keperluan
manusia relatif sedikit karena dibatasi oleh berbagai faktor. Air tawar yang dapat dikonsumsi tersebar secara tidak merata karena adanya perbedaan curah hujan (presipitasi tahunan).Air tawar berasal dari dua sumber, yaitu air permukaan dan air tanah
2.2.1 Air Permukaan
Air permukaan adalah air yang berada di sungai, danau, waduk, rawa dan badan air lain yang tidak mengalami infiltrasi ke bawah tanah.Perairan permukaan diklasifikasikan menjadi dua kelompok utama yaitu badan air tergenang dan badan air mengalir.
a. Perairan tergenang
Perairan tergenang meliputi danau,kolam waduk, rawa, dan sebagainya. Perairan tergenang, khususnya danau, biasanya mengalami statifikasi secara vertical akibat perbedaan intensitas cahaya dan perbedaan suhu pada kolom air yang terjadi secara vertikal.
b. Perairan mengalir
Salah satu contoh perairan mengalir adalah sungai. Sungai dicirikan oleh arus yang searah dan relatif kencang, dengan kecepatan berkisar antara 0,1 – 1,0 m/detik, serta sangat dipengaruhi oleh waku, iklim, dan pola drainase.Pada perairan sungai, biasanya terjadi percampuran massa air secara menyeluruh dan tidak terbentuk satisfikasi vertical kolom air seperti pada perairan tergenang. (Effendi,2003)
2.2.2 Air Tanah
Air tanah merupakan air yang berada dibawah permukaan tanah. Karakteristik utama yang membedakan air tanah dari air permukaan adalah pergerakan yang sangat lambat dan waktu tinggal yang sangat lama, dapat mencapai puluhan bahkan ratusan tahun. Karena pergerakan yang sangat lambat dan waktu tinggal yang lama tersebut air tanah sangat sulit untuk pulih kembali jika mengalami pencemaran.
Pada dasarnya air tanah dapat berasal dari air hujan, baik melalui proses infiltrasi secara langsung ataupun secara tak langsung dari air sungai, danau, rawa, dan genangan air lainnya. Air yang terdapat dirawa-rawa sering kali dikategorikan sebagai peralihan antara air permukaan dan air tanah.
Air tanah biasanya memiliki kandungan besi relative tinggi. Jika air tanah mengalami kontak dengan udara dan mengalami oksigenasi , ion feri pada ferihidroksida [Fe (OH)3] yang banyak terdapat dalam air tanah akan teroksidasi menjadi ion ferro, dan segera mengalami presipitasi (pengendapan) serta membentuk warna kemerahan pada air. Oleh karena itu, sebelum digunakan untuk berbagai peruntukan, sebaiknya air tanah yang baru disedot didiamkan terlebih dahulu selama beberapa saat untuk mengendapkan besi. Selain itu, perlakuan ini juga bertujuan untuk menurunkan kadar karbondioksida dan menaikkan kadar oksigen terlarut. (Effendi, 2003)
2.3 Perubahan Eko-Sistem Air dan Perkiraan Keadaan
Ada beberapa prinsip-prinsip yang minimal dapat dengan mudah digunakan diperusahaan-perusahaan air minum dengan jalan apa saja yang disebut “Drink Water Treatment”. Karenanya untuk mempertahankan persyaratan kualitas air, sebelum diproses oleh perusahaan air minum perlu dilakukan pemeriksaan air bakunya. Dinas Kesehatan Amerika Serikat membedakan 4 group “air baku” beserta prinsip-prinsip pembersihannya.
Group I,
Adalah untuk kualitas air yang disebut “Water Requiring No Treatment “. Merupakan kandungan air baku yang berasal dari air tanah yang diperkirakan bebas sama sekali dari kemungkinan kontaminasi.Air ini cukup disampaikan kepada para konsumen dengan dianjurkan untuk dimasak terlebih dahulu sebelum diminum.
Group II,
Merupakan air yang berkualitas sebagai “Water Requiring Simple Chlorination, or its Aequivalent”. Termasuk golongan kualitas air ini adalah air baku yang berasal dari air tanah atau air permukaan. Namun kedua kualitas air ini nyata-nyatanya masih mengandung sedikit kontaminasi sekalipun angka kumannya (coliform) masih tidak melebihi 50 per 100 ml setiap bulannya.
Group III,
Air dengan kualitas ini disebut sebagai “Water Requiring Complete, Rapid-sang Filtration Treatment or its Aequivalent”. Pada jenis kualitas ini pengelolaan air
harus menggunakan persyaratan “treatment” kekeruhan dan warnanya, klorinasi berkala dan pembebasan bahan-bahan organik dan faecals. Pada pemeriksaannya masih mengandung 5000 Coliform per 100 ml setiap bulannya.
Group IV,
Adalah “Water Requiring Auxiliary Treatment in Addition to Complete Filtration and Postchlorination”. Angka kumannya adalah 5000 per 10 ml. karena umumnya air yang digunakan oleh Perusahaan-perusahaan Penyaringan Air itu menggunakan air kotor maka bagi perusahaan-perusahaaan tersebut harus melakukan “water treatment”.
Pada prinsipnya tujuan pengolahan tersebut untuk mendapatkan air yang “safe” dari segi bakteriologis/physis maupun chemis.bahkan pencemaran radioaktif kini perlu juga diteliti karena kecenderungan penggunaanya yang sudah makin meluas.
Air murni yang ada didalam ala mini sebenarnya berasal dari kondensasi uap air atmosfir yang dikenal sebagai air hujan. Air ini kemudian tidak terlepas juga akan membawa debu-debu, gas-gas CO2 dan O 2 dari atmosfir serta bakteri-bakteri diudara. Ketika sampai dipermukaan daratan justru lebih dicemarkan lagi dengan bahan-bahan organik. Sebagian air akan terabsorbsi kedalam tanah dan sebagian tergenang atau dialirkan pada permukaan bumi melalui aliran-aliran air, antara lain sungai-sungai dan sebagainya.
Selama dalam dataran tanah, baik sebagai air permukaan atau sebagai air tanah terus menerus mempunyai kecenderungan menjadi air kotor. Lebih-lebih didaerah industri yang banyak dibuang “air limbah”.
Selama dalam tanah air ini lebih dikotorkan dengan berbagai bahan “pencemar” sebagai berikut :
- Gas-gas yang larut dalam air, seperti gas CO2, H2S,Metan, O2 dan Nitrogen. - “Dissolved Mineral”, seperti Ca, Mg, Na, Fe, Mn, Karbonat-karbonat, sulfat,
fluoride, silikat maupun lain-lain mineral atau persenyawaan baha-bahan yang dibebaskan oleh industri-industri (waste product).(Ryadi,1986)
2.4 Syarat Air Minum
Pada saat ini telah tersusun syarat-syarat air yang dipandang baik, yang secara umum dibedakan atas tiga hal, yakni :
1. Syarat Fisik
Air yang sebaiknya digunakan untuk minuman ialah air yang tidak berwarna, tidak berasa, tidak berbau, jernih dengan suhu sebaiknya suhu dibawah udara sedemikian rupa sehingga menimbulkan rasa nyaman. Syarat fisik ini adalah syarat yang sederhana sekali, karena dalam prakter sehari-hari, sering ditemui air yang memenuhi semua syarat diatas, tetapi jika ditinjau dari segi kesehatannya tidak memenuhi syarat karena mengandung bibit penyakit.
2. Syarat Bakteriologis
Secara teoritis semua air minum hendaknya dapat terhindar dari kemungkinan kontaminasi dengan bakteri.terutama yang bersifat pathogen. Namun dalam kehidupan sehari-hari, amat sukar untuk menentukan apakah air tersebut benar-benar bebas dari
bakteri atau tidak. Untuk itulah, untuk mengukur apakah iar minum bebas bakteri atau tidak, pegangan yang dipakai adalah E.Coli.
3. Syarat Kimia
Air minum yang baiki ialah air yang tidak tercemar secara belebihan oleh zat-zat kimia ataupun mineral, terutama oleh zat-zat-zat-zat ataupun mineral yang berbahaya bagi kesehatan. Selanjutnya diharapkan pula zat ataupun bahan kimia yang terdapat dalam air minum, tidak sampai menimbulkan kerusakan pada tempat penyimpanan air, sebaliknya zat ataupun bahan kimia atau mineral yang dibutuhkan oleh tubuh, hendaknya harus terdapat dalam kadar yang sewajarnya dalam air minum tersebut.(Sutrisno,1991)
2.5 Kegunaan Air Bagi Tubuh Manusia
Tubuh manusia sebagian terdiri dari air, kira-kira 60-70% dari berat badannya. Untuk kelangsungan hidupnya, tubuh manusia membutuhkan air yang jumlahnya antara alin tergantung berat badan.
Kegunaan air bagi tubuh manusia antara lain untuk proses pencernaan, metabolisme, mengangkut zat-zat makanan dalam tubuh, mengatur keseimbangan suhu tubuh, dan menjaga jangan sampai tubuh kekeringan. Apabila tubuh kehilangan banyak air, maka akan mengakibatkan kematian. Sebagai contoh penderita penyakit kolera.
Keadaan yang membahayakan bagi penderita kolera adalah dehidrasi, artinya kehilangan banyak air. Maka pertolongan pertama dan yang utama bagi penderita kolera adalah pemberian cairan kedalam tubuh penderita kolera tersebut dengan menggunakan garam oralit.
Untuk menjaga kebersihan tubuh, diperlukan juga air. Mandi dengan menggunakan air bersih, diharapkan orang akan bebas dari penyakit seperti kudis, dermatitis dan penyakit-penyakit yang disebabkan karena fungi.(Sutrisno,1991).
2.6 Logam Besi
Besi adalah logam yang melimpah yang terdapat dilapisan kulit bumi, yang jumlahnya kira-kira 5%. Unsur besi jarang ditemukan tunggal, tetapi ditemukan sebagai ion besi Fe 2+ dan Fe3+ yang bergabung dengan oksigen dan sulfur membentuk oksida, hidroksida, karbonat dan sulfida. Besi paling banyak ditemukan dalam bentuk oksida.
Keadaan : nilai :
Titik lebur 1535 oC
Densitas 7,86 pada 25 oC
Secara organoleptis, besi (sebagai Fe2+) yang konsentrasinya 40 µg/ liter dapat dideteksi dengan langsung mencicipi air suling. Dalam air demineralisasi yang mengandung total zat padatan terlarut 500 mg/liter, nilai ambang batasnya adalah 0,12 mg/liter. Pada air yang baik, konsentrasi besi kira-kira 0,3 mg/liter sudah
dikarakteristikkan sebagai suatu peringatan, dimana pada kadar besi 0,3-3 mg/liter, air tersebut dinyatakan tidak layak dikonsumsi.(WHO,1966)
2.7 Pengaruh Logam Besi (Fe) Terhadap Manusia
Adanya unsur-unsur besi (Fe) dalam air diperlukan untuk memenuhi kebutuhan tubuh akan unsur tersebut. Besi (Fe) merupakan suatu unsur yang penting dan berguna untuk metabolisme tubuh. Untuk keperluan ini tubuh membutuhkan 7-3,5 mg per hari, yang tidak hanya diperoleh dari air. Besi dalam tubuh makhluk hidup berperan penting dalam sel darah merah dimana besi berikatan dengan Hemoglobin (Hb) dimana Hb mengandung besi 3,4 gr/kg. Karena itu, kekurangan logam ini dapat menyebabkan anemia. Disisi lain besi juga dapat memberikan pengaruh negatif bagi kehidupan manusia jika konsentrasi unsur ini melebihi ± 2 mg/l, seperti menyebabkan gangguan fungsi hati karena kelebihan Fe yang diendapkan sebagai hemosiderin terutama dalam hati.
Besi yang terlarut berbentuk Fe2+ dari bahan-bahan organik dalam air bersih dapat menimbulkan berbagai pengaruh negatif seperti :
1. menyebabkan bau dan rasa logam yang amis 2. menimbulkan penyumbatan pada pipa
3. menimbulkan noda berwarna kuning atau coklat kekuningan pada pakaian 4. menimbulkan warna merah karat dalam air (Sutrisno,2001).
2.8 Spektrofotometer Serapan Atom 2.8.1 Prinsip dan Dasar Teori
Peristiwa serapan atom pertama kali diamati oleh Fraunhofer, ketika menelaah garis-garis hitam pada spectrum 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 analisis spektrografik. Beberapa cara ini yang sulit dan memakan waktu, kemudian segera digantikan dengan spektroskopi serapan atom atau atomic absorption spectroscopy (AAS). Metode ini sangat tepat untuk analisis zat pada konsentrasi rendah.
Metode AAS berprinsip pada absorpsi cahaya oleh atom. Atom-atom menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat unsurnya. Misalkan Fe menyerap pada λ = 248,3 nm. Cahaya pada panjang gelombang ini mempunyai cukup energi untuk mengubah tingkat elektronik suatu atom. Transisi elektronik suatu unsur bersifat spesifik. Dengan absorpi energy, berarti memperoleh lebih banyak energy, suatu atom pada keadaan dasar dinaikkan tingkat energinya ketingkat eksitasi.
Keberhasilan analisis ini tergantung pada proses eksitasi dan cara memperoleh garis resonansi yang tepat. Temperatur nyala harus sangat tinggi. Ini dapat diterapkan dari persamaan distriusi Boltzman :
Nj = Pj exp - ( No Po KT
Jika Nj dan No masing-masing jumlah atom tereksitasi dan atom pada keadaan dasar ,K tetapan Bolztman (1,38 x 10-16 erg/K), T temperature absolute (K), Ej perbedaan energi tingkat eksitasi dan tingkat dasar. Pj dan Po faktor statistik yang ditentukan oleh banyaknya tingkat yang mempunyai energi setara pada masing-masing tingkat kuantum. Pada umumnya fraksi atom tereksitasi yang berada pada gas yang menyala, kecil sekali.(Khopkar, 2003).
2.8.2 Pengujian Sampel Dengan Spektrofotometri Serapan Atom
Untuk pengujian sampel dengan Spektrofotometri Serapan Atom (SSA) perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut :
1. Baik larutan standart maupun sampel yang digunakan, pH nya harus diatur berkisar antara 2,5 – 4, karena larutan yang bersifat basa akan mengendapkan sampel (umumnya logam). Untuk mengasamkan larutan biasanya digunakan asam nitrat karena pada umumnya asam ini tidak mengendapkan logam.
2. Larutan diusahakan jernih atau bening (tidak boleh mengandung partikel-partikel) karena ini akan mengandung aliran sampel atau standart terutama pada pipa kapiler. Bila mana sampel mengandung endapan ataupun suspensi diusahakan menyaring dengan kertas saring whatman sehingga diperoleh filtrate yang jernih atau bening.
3. Untuk melarutkan sampel padat dikenal berbagai jenis prosedur dan setiap prosedur dibedakan atas dasar jenis sampel , misalnya : bahan logam atau alloid, bagan geologi, bahan metal dan keramik, tanaman dan bahan-bahan makanan. Prosedur ini selalu disediakan dan dimiliki oleh industri yang bersangkutan.
4. Larutan standart untuk analit biasanya biasanya dibuat dari bahan yang paling murni, misalnya larutan standart Fe2+, dibuat dari besi murni. Bila mana bahan yang paling murni tidak tersedia maka bahan yang digunakan adalah persenyawaan yang stabil dari analit itu, misalnya : kalsium murni tidak tersedia dipasar maka untuk pembuatan larutan standart Ca2+ digunakan kapur tohor.
5. Konsentrasi larutan standart dibuat menaik secara regular, misalnya konsentrasi Fe2+, mulai dari 2,4,6,8,10 ppm. Untuk tujuan pembuatan kurva standart pada pengukuran adsorbansi disiapkan suatu table.
6. Langkah selanjutnya adalah pembuatan kurva standar atau kurva kalibrasi, hal ini dilakukan dengan mengolah data yang diperoleh dengan metode kwadrat terkecil (least square method) untuk memperoleh persamaan garis linier :
Y = aX + b
Dimana : a = slope (kemiringan)
b = intercept (titik potong dengan sumbu y) Y = absorbansi dari larutan sampel
2.8.3 Instrumentasi Spektrofotometer Serapan Atom
Sistem peralatan spektrofotometer serapan atom dapat dilihat pada gambar berikut ini;
Sumber sinar nyala monokromator detektor
tempat sampel read out
Gambar 2.8.3 Bagan alat Spektrofotometer Serapan Atom 1. Sumber sinar
Sumber sinar yang lazim dipakai adalah lampu katoda berongga (hollow cathode lamp). Lampu ini terdiri atas tabung kaca tertutup yang mengandung suatu katoda dan anoda. Katoda sendiri berbentuk silinder berongga yang terbuat dari logam atau dilapisi dengan logam tertentu. Tabung logam ini diisi dengan gas mulia (Neon atau argon) dengan tekanan rendah ( 10-15 torr).
Salah satu kelemahan penggunaan lampu katoda berongga adalah satu lampu digunakan untuk satu unsure, akan tetapi saat ini telah banyak dijumpai suatu lampu katoda berongga kombinasi ; yakni satu lampu dilapisi dengan beberapa unsur sehingga dapat digunakan untuk analisis beberapa unsur sekaligus.
2. Nyala
Nyala digunakan untuk mengubah sampel yang berupa padatan atau cairan menjadi bentuk uap atomnya, dan juga berfungsi untuk atomisasi. Suhu yang dapat dicapai oleh nyala tergantung pada gas-gas yang digunakan.
Suhu yang dapat dicapai oleh nyala tergantung pada gas-gas yang digunakan, misalkan untuk gas batu bara-udara, suhunya kira-kira sebesar 1800°C; gas alam-udara 1700°C ; asetilen-alam-udara 2200°C ; dan gas asetilen- dinitrogen oksida (NO2) sebesar 3000°C. Sumber nyala yang paling banyak digunakan adalah campuran asetilen sebagai pembakar dan udara sebagai pengoksidasi.
3. Monokromator
Pada SSA, monokromator dimaksudkan untuk memisahkan dan memilih panjang gelombang yang digunakan dalam analisis. Disamping sistim optic, dalam monokromator juga terdapat suatu alat yang digunakan untuk memisahkan radiasi resonansi dan kontinyu yang disebut dengan chopper.
4. Detektor
Detektor digunakan untuk mengukur intensitas cahaya yang memalalui tempat pengatoman. Biasanya digunakan tabung penggandaan foton (photomultiplier tube). Ada dua cara yang dapat digunakan dalam system deteksi yaitu ; (a) yang memberikan respon terhadap radiasi resonansi dan radiasi kontinyu; dan (b) yang hanya memberikan respon terhadap radiasi resonansi.
Pada cara pertama, out put yang dihasilkan dari radiasi resonan dan radiasi kontinyu disalurkan pada system galvanometer dan setian perubahan yang disebabkan oleh radiasi resonan akan menyebabkan perubahan out put. Pada cara kedua, out put berasal dari dan radioasi kontinyu yang dipisahkan. Dalam hal ini system penguat harus cukup selektif untuk dapat membedakan radiasi. Cara terbaik adalah dengan menggunakan detektor yang hanya peka terhadap radiasi resonan yang termodulasi.
5. Read Out
Read out merupakan suatu alat petunjuk atau dapat juga diartikan sebagai system pencatat hasil. Pencatatan hasil dilakukan dengan suatu alat yang telah terkalibrasi untuk pembacaan suatu transmisi atau absorbsi. Hasil pembacaan dapat berupa angka atau berupa kurva dari suatu recorder yang menggambarkan absorbansi atau intensitas emisi. (Rohman, 2007)
2.8.4 Gangguan-gangguan Dalam Spektrofotometer Serapan Atom
Gangguan-ganguan yang dapat terjadi dalam spektrofotometer serapan atom adalah sebagai berikut :
1. gangguan yang berasal dari matriks sampel yang mana dapat mempengaruhi banyaknya sampel yang mencapai nyala.
2. gangguan kimia yang dapat mempengaruhi jumlah/ banyaknya atom yang terjadi didalam nyala.
3. gangguan oleh absorbansi yang disebabkan bukan oleh absorbansi atom yang dianalisis; yakni absorbansi oleh molekul-molekul yang tidak terdisosiasi didalam nyala.
4. gangguan oleh penyerapan non-atomik (non-atomic absorption).
2.8.5 Kelebihan Spektrofotometri Serapan Atom
Teknik Spektrofotometri Serapan Atom (SSA) menjadi alat yang canggih dalam analisis. Ini disebabkan oleh kecepatan analisisnya, ketelitiannya sampai tingkat runut, tidak memerlukan pemisahan pendahuluan. Kelebihan kedua adalah kemungkinannya untuk menentukan konsentrasi semua unsur pada konsentrasi renik (trace). Ketiga, sebelum pengukuran tidak selalu perlu memisahkan unsur yang ditentukan karena penentuan suatu unsur dengan kehadiran unsur lain dapat dilakukan asalkan lampu katoda berongga yang diperlukan tersedia. Spektrofotometri Serapan Atom (SSA) dapat digunakan untuk pengukuran hampir semua logam. Bahkan non logam seperti fosfor dan boron dapat ditentukan dengan Spektrofotometri Serapan Atom (SSA).(Khopkar,2003).
