BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA 2. 1. Logam
Dalam kehidupan sehari-hari, kita tidak terpisah dari benda-benda yang bersifat logam. Benda ini kita gunakan sebagai alat perlengkapan rumah tangga seperti sendok, garpu,pisau dan lain-lain sampai pada tingkat perhiasan mewah yang tidak dapat dimiliki oleh semua orang seperti emas, perak dan lain-lain. Secara gamlang dalam konotasi keseharian kita beranggapan bahwa logam diidentikkan dengan besi. Logam tersebut padat keras berat dan sulit dibentuk (Palar, 2008).
Logam berat adalah unsur logam dengan molekul tinggi. Dalam kadar yang rendah sekalipun logam berat umumnya sudah beracun bagi tumbuhan dan hewan, termasuk manusia. (Notohadiprawiro,T.1993)
Logam berat ini dapat menimbulkan efek kesehatan bagi manusia tergantung bagian mana logam berat terikat dalam tubuh.
Lebih jauh lagi, logam berat ini akan bertindak sebagai penyebab alergi, bagi beberapa orang karsinogen bagi manusia. Jalur masuknya adalah melalui kulit, pernapasan dan pencernaan.
Logam berat jika sudah terserap kedalam tubuh akan menumpuk hingga nantinya dibuang melalui proses ekskresi. Hal serupa juga terjadi apabila suatu lingkungan terutama perairan telah terkontaminasi (tercemar) logam berat maka proses pembersihannya akan sulit sekali dilakukan. Kontaminasi logam berat ini dapat berasal dari faktor alam seperti kegiatan gunung berapi dan kebakaran hutan atau factor manusia seperti pembakaran minyak bumi, pertambangan, peleburan, proses industry, kegiatan pertanian, peternakan dan kehutanan, serta limbah buangan termasuk sampah rumah tangga. (Putra.J.A.2006).
2.2. Aluminium
hanya ke suplai air tapi juga kebanyakan makanan dan obat yang diproses (Tony Sarvinder Singh,2006). Terlalu banyak asupan aluminium dapat memberikan efek negative yang dapat merusak otak (menyebabkan Alzheimer), menyebabkan kerusakkan DNA, disfungsi ginjal, serta diduga dapat memicu kanker payudara. Sumber alumunium yang bisa dikhawatirkan antara lain kandungannya di dalam obat-obatan, seperti antacids, aspirin, obat anti diarrhea, bedak bayi dan lipstick. Selain itu agar waspada terhadap alat masak yang terbuat dari bahan aluminium karena alat ini dapat bereaksi kimia bila terkena asam cuka, Asam tomat, asam jawa, asam jeruk dan sebagainya.
Aluminium terakumulasi di berbagai jaringan di dalam tubuh, termasuk otak, ginjal, hati, paru-paru, dan tiroid. Aluminium bersaing dengan kalsium dalam proses absorpsi sehingga dapat mengakibatkan mineralisasi tulang berkurang.
Pada bayi hal ini menghambat pertumbuhan. Hal ini juga mengganggu penyerapan fosfor, seng dan selenium oleh tubuh. Potensi bahaya dari keracunan Alumunium antara lain: dapat menyebabkan kerusakan otak, luka usus dan lambung, penyakit gastrointestinal, Parkinson's Disease, masalah kulit, retardasi mental pada bayi, gangguan belajar pada anak, penyakit hati, sakit kepala, mual mulas, sembelit, kurangnya energy dan perut kembung (Suara media, 2011).
2.3. Calsium (Ca)
Kalsium adalah logam metalik, unsur kelima terbanyak di kerak bumi. Unsur ini merupakan bahan baku utama dedaunan, tulang belulang, gigi dan kerang dan kulit telur. Kalsium tidak pernah ditemukan di alam tanpa terkombinasi dengan unsur lainnya. Ia banyak terdapat sebagai batu kapur, gipsum, dan fluorite. Apatite merupakan flurofosfat atau klorofosfat kalsium (Mohsin,Y.2006).
Kalsium terdapat sebanyak 99 % dalam tulang kerangka dan sisanya dalam cairan antar
sel dan plasma. Kalsium mengatur permeabilitas membrane sel bagi K dan Na dan
mengaktivasi banyak enzim, seperti pembekuan darah. Defesiensi kalsium menyebabkan
lunaknya tulang serta mudah terangsangnya syaraf otot dengan akibat kejang. Dalam
kebanyakan kasus kekurangan disebabkan oleh defisiensi vitamin D dan terlambatnya
Kalsium diperlukan sebagai bahan gizi untuk tanaman tinggkat tinggi dan sebagai
mikronutrien untuk sejumlah ganggang. Walaupun kalsium merupakan mineral yang
dibutuhkan manusia dan hewan, jumlah yang ditemukan dalam air tidaklah cukup. Disisi
lain kalsium merupakan konstituen utama dalam air sadah (Montgomery, J. M. 1985).
2.4. Spektrofotometri Serapan Atom (SSA)
Teknik Analisis spektrofotometri termasuk salah satu teknik analisis instrumental disamping teknik kromatografi dan elektrolisis kimia. Teknik tersebut memanfaatkan fenomena interaksi materi dengan gelombang elektromagnetik seperti sinar-X, ultraviolet, cahaya tanpak dan inframerah. Fenomena interaksi bersifat spesifik baik absorbsi maupun emisi. Interaksi tersebut menghasilkan signal-signal yang disadap sebagai analisa kualitatif dan kuantitatif. Contoh teknik absorbsi atom (SSA) yang merupakan alat ampuh dalam analisis logam (K. Kacaribu, 2008)
SSA adalah metoda analisis yang berdasarkan pada pengukuran radiasi cahaya yang diserap atom bebas. Analisis menggunakan alat SSA ini memiliki keuntungan dari hasil analisisnya yang sangat peka, teliti dan cepat, pengerjaannya relatip sederhana serta tidak perlu dilakukan pemisahan unsur logam dalam pelaksanaannya.
Analisis SSA yang didasarkan pada penyerapan energi radiasi dari sumber nyala atom-atom yang berada pada tingkat energi dasar. Komponen-komponen utama yang menyusun SSA adalah sumber cahaya, atomizer, monokromator, detector, dan penampilan data (Anderson,1987). Penggunaan SSA dalam menganalisa kandungan logam-logam, dikarenakan dengan metode SSA unsur-unsur dengan energi eksitasi rendah.
2.5. Instrumentasi Spektrofotometri Serapan Atom
A B C D E F Gambar 2.1. Sistematis Ringkas dari Alat Spektrofotometri Serapan Atom
Keterangan :
A. Lampu Katoda Berongga
dari unsur logam yang akan dianalisa (setiap logam memiliki lampu khusus untuk logam tersebut)
B. Chopper
Mengatur sinar yang dipancarkan C. Tungku
Tempat pembakaran (untuk memecahkan larutan sampel pada tetesan halus dan meleburkannya kedalam nyala untuk diatomkan).
D. Monokromator
Mendispersi sinar yang ditransmisikan oleh atom. E. Detector
Mengukur sinar yang ditranmisikan dan memberikan signal sebagai respon terhadap terhadap sinar yang diterima.
F. Meter bacaan nilai absorbansi
Gunanya untuk membaca nilai absorbansi (Haris, 1978).
2.6. Peralatan SSA 2.6.1. Sumber radiasi
Sumber radiasi yang digunakan harus memancarkan spektrum atom dari unsur yang ditentukan. Spektrum atom yang dipancarkan harus terdiri dari garis tajam yang mempunyai setengah lebar yang sama dengan garis serapan yang dibutuhkan oleh atom-atom dalam contoh. Sumber sinar lazim dipakai adalah lampu katoda berongga (hallow chatoda lamp). Untuk penetapan apa saja yang diminta, lampu katoda berongga yang digunakan mempunyai sebuah katoda pemancar yang terbuat dari unsur yang sama (Basset dkk 1994).
2.6.2. Nyala
dalam keadaan dasar maupun dalam keadaan tereksitasi, dipengaruhi oleh komposisi nyala.
Komposisi nyala asetilen – udara sangat baik digunakan untuk lebih dari tiga puluh unsur sedangkan komposisi nyala propana –udara disukai untuk logam yang mudah diubah menjadi uap atomik. Untuk logam seperti Aluminium (Al) dan Titanium (Ti) yang membentuk oksida refraktori temperatur tinggi dari nyala Nitrous-asetilen sangat perlu dan sensitivitas dijumpai bila nyala kaya akan asetilen.
2.6.3. Sistim pembakar –pengabut (nebulizer)
Tujuan sistim pembakar- pengabut adalah untuk mengubah larutan uji menjadi atom-atom dalam bentuk gas. Fungsi pengabut adalah menghasilkan kabut atau aerosol larutan uji. Larutan yang akan dikabutkan ditarik ke dalam pipa kapiler oleh aksi semprotan udara yang ditiupkan melalui ujung kapiler, diperlakukan aliran gas bertekanan tinggi untuk menghasilkan aerosol yang halus. (Basset dkk,1994)
2.6.4. Monokromator
Dalam spektroskopi serapan atom fungsi monokromator adalah untuk memisahkan garis resonansi dari semua garis yang tak diserap yang dipancarkan oleh sumber radiasi. Dalam kebanyakan instrumen komersial digunakan kisi difraksi karena sebaran yang dilakukan oleh kisi seragam dari pada yang dilakukan oleh prisma dan akibatnya instrumen kisi dapat memelihara daya pisah yang lebih tinggi sepanjang jangka panjang gelombang yang lebih besar (Braun, RD, 1982).
2.6.5. Detektor
Detektor pada spektrofotometer absorbsi serapan atom berfungsi mengubah intensitas radiasi yang datang menjadi arus listrik. Pada SSA yang umum dipakai sebagai detektor adalah tabung penggandaan foton (PMT = Photo Multiplier Tube Detector) (Mulja, 1977).
Read out merupakan system pencatatana hasil. Hasil pembacaan dapat berupa angka atau kurva dari suatu recorder yang menggambarkan absorbansi atau intensitas emisi (Braun, R.D, 1982).
2.7. Sistim Atomisasi A. Sistim Atomisasi nyala
Setiap alat SSA mencakup dua komponen utama sistim introduksi sampel dan sumber (source) atomisasi. Untuk kebanyakan instrument sumber atomisasi ini adalah nyala dan sampel di introduksikan dalam bentuk larutan. Sampel masuk ke nyala dalam bentuk aerosol. Aerosol biasanya dihasilkan oleh Nebulizer (pengabut) yang dihubungkan ke nyala oleh ruang penyemprot (chamber spray).
Proses atomisasi adalah proses pengubahan sample dalam bentuk larutan menjadi spesies atom dalam nyala.
Secara ideal fungsi dari sistim atomisasi (source) adalah :
1. Mengubah sembarang jenis sampel menjadi uap atom fasa–gas dengan sedikit perlakuan atau tampa perlakuan awal.
2. Melakukan seperti poin 1 untuk semua elemen (unsur) dalam sampel pada semua level konsentrasi.
3. Agar diperoleh kondisi operasi yang identik untuk setiap elemen dalam sampel.
4. Mendapatkan sinyal analitik sebagai fungsi sederhana dari konsentrasi tiap-tiap elemen yakni agar gangguan dan pengaruh media sampel menjadi minimal.
5. Memberikan analisis yang teliti dan tepat. 6. Pengoperasian yang murah
7. Memudahkan operasi.
B. Sistim Atomisasi dengan Tungku
Sistim nyala api ini lebih dikenal dengan nama GFAAS. GFAAS dapat mengatasi kelemahan dari sistim nyala seperti, sensivitas, jumlah sampel dan penyiapan sampel.
Ada tiga tahap atomisasi dengan tungku yaitu ; a. Tahap pengeringan atau penguapan larutan
c. Tahap atomisasi
Gambar 2.2. Spektrofotometri Serapan Atom dan alat-alat gelas yang digunakan dalam analisis.
Gambar 2.3. Tungku Spektrofotometri Serapan Atom
2.7.1. Jenis-jenis nyala yang Digunakan
2.7.2. Gas Pembakar
Pada SSA dipakai dua macam gas pembakar yang bersifat oksidasi dan tahan bakar. Gas pengoksidasi contohnya udara, udara (dan O2) atau campuran O2 + N2O.
Sedangkan bahan bakar adalah gas alam, propana, butana, asetilen dan H2 atau asetilen.
Gas pembakar dapat merupakan campuran seperti : - Udara dengan asetilen (terbanyak) dipakai
- N2O dengan asetilen (Mulja, M. Suharman. 1995)
Tabel 1.1. Campuran gas pembakar yang digunakan dalam analisis logam menggunakan metode SAA nyala
Gas campuran nyala Kecepatan maximum nyala Cm/detik
Suhu maksimum oC Hidrogen-Oksigen Hidrogen-Udara Propana-Udara Propana-Oksigen Asetilena-Udara Asetilena-Oksigen Asetilena-Nitrous oksida Hydrogen-Argon Hydrogen-Udara - - - - 160 1130 180 - - 2677 2045 1725 2900 2300 2060 2955 1577 1577
Dalam spektrometri emisi nyala api, api panas diperlukan untuk analisis sejumlah besar unsur, dan baik oksigen-asetilen ("asetilin") api atau api nitro oksida-asetilen digunakan. Nyala api asetilen memiliki kecepatan pembakaran tinggi. (Cristian G. D. 1980).
Pengesanan yang tempat diperlukan dalam menentukan gas dan udara tersebut untuk mendapatkan gas-udara dan seterusnya memberi pengulangan penentuan yang memuaskan.
2.8. Kegunaan Spektrofotometri Serapan Atom (SSA)
Metode SSA telah diperkenalkan oleh A.Walsh tahun 1955 dan mengalami perkembangan yang sangat pesat. Sampai saat ini telah digunakan untuk mendeteksi (menganalisa) hamper keseluruh unsur-unsur logam yang terdapat di tabel priodik unsur. Metode Atomic Absorbtion Spectrofotometric banyak digunakan untuk menganalisis sampel yang terdapat didalam bentuk bahan-bahan pencemar lingkungan (Zul Alfian 2009). Pada tahun terakhir ini SSA semakin sensitif, canggih dan dapat digabungkan dengan computer dalam pengolahan datanya. Investasi besar dalam peralatan-peralatan seperti SSA amat penting dalam menunjang misi laboratirium. Maka pemanfaatanya bergantung pada kemampuan sumber daya manusia, seperti kemampuan pemahaman teori dasar, spectrum aplikasi, ketelusuran metode analisis yang disyaratkan pada SNI 19-17025-2000.
2.9. Faktor-faktor gangguan dalam SSA
Gangguan diartikan sebagai suatu factor kimia atau fisika yang akan mempengaruhi jumlah atom untuk analit pada keadaan standar (ground state) sehingga akan menyebabkan bertambah atau berkurangnya bacaan nilai serapan atom unsur yang dianalisis.
Ada beberapa gangguan dalam menggunakan SSA:
a. Suhu yang sesuai, suhu gas pembakar harus sesuai dengan suhu unsur yang akan dianalisis.
b. Konsentrasi sampel tidak boleh melebihi kesensitifan dari alat detector SSA.
Ini akan menyebabkan gangguan terhadap garis spectrum dan mengakibatkan kerusakan pada alat detector SSA.
Memang selain dengan metode SSA, unsur-unsur dengan energi eksitasi rendah dapat juga dianalis dengan fotometri nyala, tetapi untuk unsur-unsur dengan ekstasi tinggi hanya dapat dilakukan dengan fotometri nyala. Untuk analisis dengan garis spectrum resonansi antara 400-800 nm, fotometri nyala sangat berguna, sedangkan antara 200-300 nm metode SSA lebih baik dari fotometri nyala (Kopkar, S.M, 1990).
2.10.Atomisasi menggunakan nyala dapat menganalisis seluruh logam-logam yang terdapat dalam sistim priodik
Proses yang menghasilkan atom-atom bebas (atomisasi) dalam analisis SSA ada beberapa cara yaitu:
1. Atomisasi Dengan Nyala
Dalam analisis kuantitatif Metode SSA atomisasi dengan nyala, sampel harus disiapkan berupa larutan. Beberapa cara melarut sampel :
a. Sampel langsung dilarutkan dalam pelarut yang sesuai b. Sampel dilarutkan dalam asam
c. Sampel terlebih dahulu dilebur dengan pelarut suatu basa (alkali), kemudian hasil peleburan itu dilarutkan dengan asam.
2. Atomisasi Tanpa Nyala
Dengan teknik tanpa nyala diperoleh sensitivitas pengukuran yang lebih tinggi dibandingkan teknik nyala. Cara atomisasi tanpa nyala ini adalah hasil perkembangan yang lebih maju, meliputi atomisasi generasi uap dan atomisasi dengan tungku suhu tinggi.
3. Atomisasi dengan cara ini terbatas untuk unsur As,Se, Sb,dan Hg
Dengan cara biasa unsur-unsur ini tidak memberikan hasil yang baik. As,Se dan Sb biasa direduksi menjadi hidrida dalam bentuk gas. Reduktor umum dipakai yaitu SnCl2 atau NaBH4. Khusus untuk Hg dengan cara ini tidak dibutuhkan pembentukan uap hidrida.
