BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Amonia
Amonia adalah gas tajam yang tidak berwarna dengan ttik didih -33,5 0C. Cairannya mempunyai panas penguapan yang bebas yaitu 1,37 kJ/g pada
titik didihnya dan dapat ditangani dengan peralatan laboratorium yang biasa. Cairan NH3 mirip air dalam perilaku fisikanya, bergabung dengan sangat kuat melalui ikatan
hidrogen. Tetapan dielektriknya ~22 pada -34 0C kira-kira 81 untuk H2O pada 25 0
cukup tinggi untuk membuatnya sebagai pelarut pengion yang baik. (Cotton dan Wilkinson.1989)
Amonia dan garam-garamnya bersifat mudah larut dalam air. Ion amonium adalah bentuk transisi dari amonia. Amonia banyak digunakan dalam proses produksi urea, industri bahan kimia, serta industri bubur kertas dan kertas (pulp dan paper). Tinja dari biota akuatik yang merupakan limbah aktivitas metabolisme juga banyak mengeluarkan amonia. Sumber amonia yang lain adalah reduksi gas nitrogen yang berasal dari proses difusi udara atmosfer, limbah industri, dan domestik.
Diperairan alami, pada suhu dan tekanan normal amonia berada dalam bentuk gas dan membentuk kesetimbangan dengan ion amonium. Selain terdapat dalam bentuk gas, amonia membentuk kompleks dengan beberapa ion logam. Amonia juga dapat terserap kedalam bahan-bahan tersuspensi dan koloid sehingga mengendap di
karena tekanan parsial amonia dalam larutan meningkat dengan semakin meningkatnya pH.
Amonia yang terukur di perairan berupa amonia total (NH3 dan NH4+).
Amonia bebas tidak dapat terionisasi (amoniak), sedangkan amonium (NH4+) dapat
terionisasi. Persentase amoniak meningkat dengan meningkatnya nilai pH dan suhu perairan. Pada pH 7 atau kurang , sebagian besar amonia akan mengalami ionisasi. Sebaliknya, pada pH lebih besar dari 7, amonia tak terionisasi yang bersifat toksik terdapat dalam jumlah yang lebih banyak. Amonia bebas yang tak terionisasi bersifat toksik terhadap organisme akuatik. Toksisitas amoniak terhadap organisme akuatik akan meningkat jika terjadi penurunan kadar oksigen terlarut, pH dan suhu. (Hefni Effendi,.2003)
Hubungan antara amoniak (NH3) dan amonium (NH4+) yang dipengaruhi oleh
nilai pH ditunjukkan oleh gambar berikut ini :
( Kemmer Frank, N, 1979 )
Gambar 2.1. Hubungan NH3 dan NH4+ oleh pengaruh pH
2.2. Kitosan
Kitosan merupakan kitin yang dihilangkan gugus asetilnya dengan menggunakan basa pekat sehingga bahan ini merupakan polimer dari D-glukosamin. Perbedaan antara kitin dan kitosan didasarkan pada kandungan nitrogennya. Bila nitrogen kurang dari 7%, maka polimer disebut kitin dan apabila kandungan total nitrogennya lebih dari 7% maka disebut kitosan.
Kitin deasetilase menghilangkan gugus asetil dari kitin menghasilkan kitosan. Kitosan akan dipotong-potong oleh kitosanase menghasilkan kitosan oligomer kitosan. Oligomer kitosan kemudian dipotong-potong lagi oleh β-D-glukosaminidase menghasikan monomer glukosamin. Oleh karena itu, kitin dan kitosan memiliki struktur yang serupa tetapi disusun oleh monomer gula yang berlainan. Kitin tersusun atas monomer N-asetil glukosamin, sementara kitosan disusun oleh monomer glukosamin. (Mirna Ilza,2008)
2.2.1. Struktur Kitosan :
Kitosan adalah jenis polimer rantai yang tidak linier yang mempunyai rumus umum (C6H11NO4)n atau disebut sebagai (1,4)-2-Amino-2-Deoksi-β-D-Glukosa,
dimana strukturnya dapat dilihat sebagai berikut :
O OH O O OH n CH2OH NH2 NH2 CH2OH
Gambar 2.2. Struktur Kitosan
2.2.2. Karakteristik Kitosan 2.2.2.1. Derajat Deasetilasi
Derajat deasetilasi merupakan tingkat penghilangan gugus asetil pada suatu senyawa organik. Derajat deasetilasi dapat dijadikan sebagai pembeda antara kitosan dengan kitin karena derajat deasetilasi menentukan kandungan dari gugus amina bebas dalam kitosan. Jika polimer tersebut memiliki derajat deasetilasi lebih besar dari 75% maka polimer tersebut dikatakan sebagai kitosan, sebaliknya jika derajat deasetilasi kurang dari 75%, maka polimer tersebut dikatakan sebagai kitin.
Proses deasetilasi melibatkan penghilangan gugus asetil dari rantai molekul kitin, sehingga yang tertinggal hanya gugus amina yang memiliki derajat reaktivitas kimia yang tinggi (kitosan). Hal ini yang menjadikan derajat deasetilasi sangat penting dalam produksi kitosan, karena berpengaruh terhadap sifat fisika dan kimianya.
Metode spektroskopi IR biasanya digunakan sebagai dasar untuk menghitung derajat deasetilasi. Berdasarkan hasil spektra IR maka derajat deasetilasi kitosan dapat ditentukan melalui persamaan Domszy dan Roberts
DD = 100 -
[
(A1655/A3450)x100/1,33]
Dimana DD adalah derajat deasetilasi, A1655 adalah absorbansi dari gugus amida pada
pita serapan 1655 cm-1 dalam spektra kitin dan atau kitosan, A3450 adalah absorbansi
dari gugus hidroksil pada pita serapan 3450 cm-1 dalam spektra kitin dan atau kitosan, dan faktor 1,33 merupakan rasio dari A1655/A3450 untuk kitin yang terdeasetilasi
sempurna.(Ferdiyana, 2007)
2.2.2.2. Viskositas Kitosan
Viskositas kitosan diukur menggunakan Ubbelohde dilution viscometer yang dicuci dengan akuades dan dikeringkan terlebih dahulu. Larutan kitosan dibuat dalam berbagai konsentrasi dalam pelarut asam asetat 0,1 M dan natrium asetat 0,25 M. Masing-masing sampel ditempatkan di dalam viskometer sebanyak 10 mL.Sampel ditarik hingga ke labu di bagian atas viskometer secara perlahan. Waktu yang dibutuhkan sampel untuk mengalir antara dua batas yang mengapit labu tersebut dicatat. Sebagai blanko, digunakan pelarut asam asetat 0,1 M dan natrium asetat 0,25 M dan ditentukan viskositasnya dengan cara yang sama. Viskositas spesifik dihitung dengan cara berikut :
0 0 t t t sp − = η = sp
η viskositas spesifik (detik)
t = waktu yang diperlukan untuk mengalirnya larutan sampel (detik)
t0 = waktu yang diperlukan untuk mengalirnya pelarut (detik)
Dengan cara ini akan diperoleh nilai viskositas spesifik, yang tidak mempunyai satuan. Viskositas kinematik dihubungkan dengan viskositas spesifik
melalui koefisien kinematik yang besarannya tergantung pada viskometer kapiler yang digunakan. Viskositas kinematik dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut :
kin
kin= t x k
η
kin
η = viskositas kinematik (centistokes = cSt)
t = waktu yang diperlukan untuk mengalirnya larutan sampel (detik) kkin = koefisien kinematik viskometer Ubbelohde tipe 1B M 132
= 0,009671 cSt per detik
Walaupun terminologi viskositas kinematik lebih umum digunakan, viskositas spesifik tetap digunakan sebab nilainya diperlukan untuk penentuan viskositas intrinsik dan berat molekul.
2.2.2.3. Berat Molekul kitosan
Berat molekul kitosan ditentukan berdasarkan viskositas intrinsik menurut persamaan Mark-Houwink berikut ini :
[ ]
η = K M a[ ]
η = viskositas intrinsik (mL/g) K = konstanta untuk pelarut (mL/g) a = konstantaM = berat molekul
Viskositas intrinsik kitosan dapat ditentukan apabila nilai K dan a untuk pelarut yang digunakan telah diketahui. (Emma. R, 2004)
2.2.2.4. Kelarutan Kitosan
Kitosan yang disebut juga dengan β-1,4-2 amino-2-dioksi-D-glukosa merupakan senyawa yang sedikit larut dalam HCl, HNO3, dan H3PO4 dan tidak larut
dalam H2SO4. Kitosan tidak beracun, mudah mengalami biodegradasi dan bersifat
polielektrolitik. Disamping itu kitosan dapat dengan mudah berinteraksi dengan zat-zat organik lainnya seperti protein. Oleh karena itu, kitosan relatif lebih banyak digunakan pada berbagai bidang industri terapan dan industri kesehatan.
Kitosan tidak larut dalam air, pelarut-pelarut organik, juga tidak larut dalam alkali dan asam-asam mineral pada pH di atas 6,5. Dengan adanya sejumlah asam, maka dapat larut dalam air-metanol, air-etanol, air-aseton, dan campuran lainnya. Kitosan larut dalam asam formiat dan asam asetat dan menurut Peniston dalam 20% asam sitrat juga dapat larut. Asam organik lainnya juga tidak dapat melarutkan kitosan, asam-asam anorganik lainnya pada pH tertentu setelah distirer dan dipanaskan dan asam sitrat juga dapat melarutkan kitosan pada sebagian kecil setelah beberapa waktu akan terbentuk endapan putih yang menyerupai jelly. ( Widodo. A, 2005 )
2.3. Adsorpsi
Adsorpsi adalah suatu proses pemisahan bahan dari campuran gas atau cair, bahan yang harus dipisahkan ditarik oleh permukaan adsorben padat dan diikat oleh gaya – gaya yang bekerja pada permukaan tersebut. Berkat selektivitasnya yang tinggi, proses adsorpsi sangat sesuai untuk memisahkan bahan dengan konsentrasi yang kecil dari campuran yang mengandung bahan lain yang berkonsentrasi tinggi. Bahan yang akan dipisahkan tentu saja harus dapat diadsorpsi.
Sesuai dengan jenis ikatan yang terdapat antara bahan yang diadsorpsi dengan adsorbennya, maka dibedakan antara adsorpsi fisik dan adsorpsi kimia (sorpsi kimia). Kecepatan adsorpsi tidak hanya tergantung pada perbedaan konsentrasi dan pada luas permukaan adsorben, melainkan juga pada suhu, tekanan (untuk gas), ukuran partikel dan porositas adsorben. Juga tergantung pada ukuran molekul bahan yang akan disorpsi dan pada viskositas campuran yang akan dipisahkan (cairan, gas).
(Bernasconi.G, 1995)
2.3.1. Adsorpsi gas oleh zat padat
Adsorben padat yang baik ialah yang porositasnya tinggi, permukaan yang luas dapat menyebabkan adsorpsi terjadi pada banyak tempat. Adsorpsi gas oleh zat padat ditandai oleh kenyataan – kenyataan sebagai berikut :
(a). Adsorpsi bersifat selektif, artinya suatu adsorben dapat menyerap banyak sekali suatu gas, tetapi tidak menyerap gas – gas tertentu.
(b). Adsorpsi terjadi sangat cepat, hanya kecepatan adsorpsi makin berkurang dengan makin banyaknya gas yang diserap.
(c). Jumlah gas diserap tergantung temperatur, makin jauh karak antara temperatur penyerapan dari temperatur kritis, makin sedikit jumlah gas yang diserap. (d). Adsorpsi tergantung dari luas permukaan adsorben, makin porous adsorben
makin besar daya adsorpsinya.
(e). Adsorpsi tergantung jenis adsorben dan pembuatan adsorben. Misalnya, arang dari suatu bahan yang dibuat dengan berbagai cara, mempunyai daya serap berbeda pula.
(f). Jumlah gas yang diadsorpsi persatuan berat adsorben , tergantung tekanan parsial gas, makin besar tekanan makin banyak gas yang diserap. Namun demikian, bila penyerapan telah jenuh, tekanan tidak berpengaruh.
(g). Adsorpsi merupakan proses reversibel. Bila tidak terjadi reaksi kimia, penambahan tekanan menyebabkan penambahan adsorpsi dan pengurangan tekanan menyebabkan pelepasan gas yang diserap. (Sukardjo, 1990)
2.4. Metode Penentuan Amoniak
Nitrogen-amoniak dapat ditentukan dengan atau tanpa didahului oleh suatu pengolahan pendahuluan (destilasi). Bila destilasi tidak dilakukan, maka amoniak ditentukan langsung dengan analisa Nessler atau melalui proses titrasi. Destilasi tidak dilakukan bila sampel cukup jernih yaitu tidak melebihi batas kadar kekeruhan 10 NTU dan batas kadar warna 5 mg Pt-Co/L. Keadaan ini terdapat pada air PAM, air sungai jernih, air sumur jernih dan efluen sistem pengolahan air buangan yang jernih.
Namun analisa Nessler ini tidak terlepas dari gangguan warna dan kekeruhan yang hanya dapat dihilangkan dengan pengolahan pendahuluan yaitu destilasi; destilasi perlu dilakukan pada sampel air buangan penduduk, air buangan industri, air sungai yang keruh dan air yang mengandung warna.
Pemilihan metoda berdasarkan perkiraan kadar amoniak dalam sampel. Bila perkiraan kadar amoniak dalam sampel antara 1 sampai dengan 25 mg NH3-N/L maka
5,0 mg NH3-N/L dapat ditentukan dengan menggunakan metode Nessler; kadar NH3
-N> 5 mg/L dapat juga ditentukan dengan metoda Nessler dengan pengenceran.
Metoda Nessler terdiri dari suatu analisa kimiawi dengan menggunakan pesawat spektrofotometer. Reagen Nessler K2HgI4 akan bereaksi dengan NH3 dalam
larutan yang bersifat basa, sesuai dengan reaksi berikut ini:
O I Hg Hg + + 3 KOH + 7 KI + 2 K2Hg I4 NH3 NH2 2H2O (Alaerts.G, 1987)
Nesslerisasi adalah reaksi antara Kalium merkuri iodide dengan amoniak membentuk kompleks koloid yang berwarna cokelat-merah :
2( HgI2. 2KI ) + 2NH3 → NH2Hg2I3 + 4 KI + NH4I
( Minear.A.R.1984 )
Endapan cokelat atau pewarnaan cokelat atau kuning dihasilkan sesuai dengan jumlah amoniak atau ion amonium yang terdapat. Endapan adalah merkurium (II) amidoiodida basa :
NH4+ + 2[ HgI4 ]2- + OH- → HgO.Hg(NH2)I↓ + 7I- + 3H2O
Rumus endapan cokelat yang ditulis sebagai 3HgO.Hg(NH3)2I2 oleh Britton dan
Wilson pada tahun 1933 dan sebagai NH2.Hg2I3 oleh Nichols dan Willits tahun 1934.
(Bassett,j.et al.1994)
Spektrofotometer adalah alat untuk mengukur transmitansi atau absorbansi suatu contoh sebagai fungsi panjang gelombang; pengukuran terhadap suatu deretan contoh pada suatu panjang gelombang tunggal mungkin juga dapat dilakukan. Alat – alat demikian dapat dikelompokkan baik sebagai manual atau perekam, maupun sebagai sinar tunggal atau sinar rangkap. Dalam praktek, alat – alat sinar tunggal biasanya dijalankan dengan tangan dan alat – alat sinar rangkap biasanya menonjolkan pencatatan spektrum absorbsi, tetapi adalah mungkin untuk mencatat satu spektrum dengan satu alat sinar tunggal.
Unsur – unsur terpenting suatu spektrofotometer adalah sebagai berikut:
1. Sumber energi radiasi yang kontinu dan meliputi daerah spektrum, dimana alat ditujukan untuk dijalankan.
2. Monokromator, yang merupakan suatu alat untuk mengisolasi suatu berkas sempit dari panjang gelombang – panjang gelombang dari spektrum luas yang disiarkan oleh sumber.
3. Wadah untuk contoh.
4. Detektor yang merupakan suatu transducer yang mengubah energi radiasi menjadi isyarat listrik.
5. Penguat dan rangkaian yang bersangkutan yang membuat isyarat listrik cocok untuk diamati.
6. Sistem pembacaan yang dapat mempertunjukkan besarnya isyarat listrik. (Underwood. A. L, 1990)
Ad. 1. Sumber
Sumber yang biasa digunakan adalah lampu wolfram. Lampu hidrogen atau lampu deuterium digunakan untuk sumber pada daerah UV. Kebaikan lampu wolfram adalah energi radiasi yang dibebaskan tidak bervariasi pada berbagai panjang gelombang. Untuk memperoleh tegangan yang stabil dapat digunakan transformator. Jika potensial tidak stabil, kita akan mendapat energi yang bervariasi. Untuk mengkompensasi hal ini maka dilakukan pengukuran transmitansi larutan sampel selalu disertai larutan pembanding.
Digunakan untuk memperoleh sumber sinar yang monokromatis. Alatnya dapat berupa prisma ataupun grating. Untuk mengarahkan sinar monokromatis yang diinginkan dari hasil penguraian ini dapat digunakan celah. Jika celah posisinya tetap, maka prisma atau gratingnya yang dirotasikan untuk mendapatkanλ yang diinginkan. (Khopkar. S. M, 1984)
Ad. 3. Sel
Kebanyakan spektrofotometri melibatkan larutan, dan karenanya kebanyakan wadah sampel adalah sel untuk menaruh cairan ke dalam berkas cahaya spektrofotometer. Sel itu haruslah meneruskan energi radiasi dalam daerah spektral yang diminati; jadi sel kaca melayani daerah tampak, sel kuarsa atau kaca silika tinggi istimewa untuk daerah ultraviolet.
Dalam instrumen yang kurang mahal, tabung reaksi silindris kadang – kadang digunakan sebagai wadah sampel. Sel – sel lebih baik jika permukaan optisnya datar. Sel tampak dan ultraviolet yang khas mempunyai panjang lintasan 1 cm, namun tersedia sel dengan ketebalan yang sangat beraneka, mulai dari lintasan yang sangat pendek, kurang daripada 1 milimeter, sampai 10 cm atau bahkan lebih.
Ad. 4. Detektor
Dalam sebuah detektor untuk suatu spektrofotometer, kita menginginkan kepekaan yang tinggi dalam daerah spektral yang diminati, respons yang linier terhadap daya radiasi, waktu respons yang cepat, dapat digandakan, dan kestabilan tinggi atau tingkat noise yang rendah, meskipun dalam praktiknya perlu untuk mengkompromikan faktor – faktor ini. Detektor fotolistrik yang paling sederhana adalah tabung foto. Ini berupa tabung hampa udara dengan jendela yang tembus cahaya yang berisi sepasang elektroda; melintas dimana potensial dijaga. Tabung pengganda foto (photomultiplier) lebih peka daripada tabung foto biasa karena penggandaan yang tinggi dicapai dengan tabung itu sendiri.
Ad. 5. Penguatan dan Pembacaan
Keluaran pengganda foto itu masih digandakan lebih lanjut dengan suatu penguat (amplifier) elektronik luar. (Underwood. A. L, 1990)
2.4.2. Gangguan Dalam Analisa Nessler
Gangguan dalam analisa amoniak dengan metode Nessler adalah kekeruhan dan warna. Pada analisa Nessler tanpa destilasi yaitu untuk sampel jernih harus ditambahkan larutan basa dan ZnSO4 untuk mencegah gangguan ion Ca, Mg, Fe, dan
Sn yang dapat menimbulkan kekeruhan. Dengan penambahan larutan basa dan ZnSO4,
ion-ion tersebut akan mengendap. Larutan sampel bebas gangguan, setelah pengendapan 15 sampai 20 menit. Kemudian penambahan EDTA membantu agar sisa-sisa ion Ca, Mg, dan Fe dalam larutan akan ikut mengendap.
Dengan destilasi sampel, gangguan warna dan kekeruhan akan hilang, sedang kation yang akan menimbulkan kekeruhan diendapkan dengan pH tinggi.
Gangguan amoniak adalah NH3 yang dikandung udara (dalam ruangan
laboratorium). NH3 ini akan diserap oleh air dengan mudah; sehingga air suling bebas
