Laporan Hasil Penelitian
DISTRIBUSI FRAKSI GEOKIMIA LOGAM Zn DALAM SEDIMEN DI KAWASAN PERAIRAN PANTAI SANUR DENGAN TEKNIK EKSTRAKSI BERKESINAMBUNGAN
(SEQUENTIAL EXTRACTION)
Oleh
Dra. Emmy Sahara, M.Sc.(Hons.)
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS UDAYANA
JULI 2016
i ABSTRAK
Laporan penelitian ini menyajikan hasil penelitian tentang ekstraksi logam Zn dengan ekstraksi berkesinambungan (sequential extraction) dari sedimen yang diperoleh dari tiga titik sampling di Kawasan Perairan Pantai Sanur. Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan distribusi berbagai fraksi geokimia logam Zn dalam berbagai ukuran partikel sedimen. Untuk menentukan konsentrasi Zn total, sampel didestruksi dengan aqua regia dengan pemanasan selama 8 jam dengan hotplate. Ekstraksi dilakukan dengan menggunakan berbagai pereaksi yang dilanjutkan dengan analisis kuantitatif kandungan logam Zn dengan teknik Spektroskopi Serapan Atom (SSA) secara kurva kalibrasi.
Konsentrasi logam Zn total dalam sedimen dari Pantai Sanur, Sindhu dan Mertasari berturut-turut sebesar 95,72 ± 2,85mg/kg, 30,25 ± 2,00 mg/kg dan 137,72
± 1,7 mg/kg untuk ukuran partikel <63 μm, 70,00 ± 3.2 mg/kg, 90,65 ± 1,50 mg/kg dan 100,15 ± 1,7 mg/kg untuk ukuran partikel 63-106 μm, dan 57,48 ± 2,5 mg/kg, 50,90 ± 1,80 mg/kg dan 70,20 ± 0,9 mg/kg untuk ukuran >106 μm. Logam Zn yang terdistribusi dalam berbagai bentuk geokimia dalam sedimen Pantai Sanur, berupa fraksi bioavailable yang meliputi fraksi EFLE (easily, freely, leachable, dan exchangeable), fraksi Fe/Mn oksida, dan fraksi organik/sulfida berkisar 48,81- 70,11% untuk ukuran partikel <63 µm, 63,39-82,67% untuk ukuran partikel 63-106 μm, dan 57,32-76,09% untuk ukuran partikel >106 µm. Fraksi resistant (non bioavailable) Zn dalam sedimen pada ukuran partikel <63, 63-06, dan >106 µm berturut-turt 29,89-51,19%, 17,33-36,61%, dan 23,9- 42,68%.
Kata Kunci: logam Zn, ekstraksi berkesinambungan, sedimen, ukuran partikel
ii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan ke Hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas anugrahNya sehingga laporan penelitian ini bisa terselesaikan. Dalam laporan ini dibahas penentuan Zn dalam sedimen yang diperoleh dari beberapa titik sampel di kawasan Perairan Sanur dan fraksinansinya menggunakan teknik ekstraksi berkesinambungan (sequential extraction technique). Penelitian ini dilakukan berdasarkan adanya berbagai isu maupun masalah lingkungan, dimana beberapa perairan di Bali dinyatakan telah tercemar oleh logam berat. Beberapa penelitian telah dilakukan terhadap logam berat, namun penelitian tentang logam Zn terlebih lagi fraksi geokimia Zn belum dilakukan sehingga datanya belum tersedia.
Penelitian dan penyusunan laporan ini dilakukan dengan dana mandiri untuk memenuhi pelaksanaan salah satu Tri Dharma Perguruan Tinggi yaitu unsur penelitian.
Dalam pelaksanaan penelitian dan penyusunan laporan ini penulis mendapatkan banyak bantuan terutama dari staf Laboratorium Kimia Analitik, Jurusan Kimia FMIPA Unud. Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya.
Semoga laporan penelitian ini bermanfaat bagi pembaca.
Denpasar, 13 Juni 2016
Penulis
iii DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK i
KATA PENGANTAR ii DAFTAR ISI iii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 3
1.3 Tujuan Penelitian ... 4
1.4 Manfaat Penelitian ... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pencemaran Logam Berat pada Sedimen ... 5
2.2 Seng, Zn ... 8
2.3 Spesiasi denganTeknik Ekstraksi Berkesinambungan (Sequential Extraction Technique) ... 9 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Alat dan Bahan Penelitian ... 12
3.2 Tempat Penelitian ... 12
3.3 Pengambilan Sampel ... 12
3.4 Perlakuan pada Sampel Sedimen ... 13
3.5Pembuatan Kurva Kalibrasi Zn ... 14
3.6 Penentuan Konsentrasi Logam Zn Total ... 14
3.7 Ekstraksi Berkesinambungan untuk Zn dalam Sedimen ... 15
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 16 4.1 Kurva Kalibrasi Zn ... 16 4.2 Penentuan Konsentrasi Zn Total dan Spesiasinya dalam
Sampel Sedimen ...
17
BAB V SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan ...
5.2 Saran ...
22 22
DAFTAR PUSTAKA 23
1 BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pantai Sanur adalah salah satu pantai di Bali yang diperkirakan telah tercemar oleh berbagai jenis polutan. Cemaran ini merupakan akibat banyaknya limbah dari aktivitas industri pariwisata termasuk hotel, restauran, transpor air, olah raga air disamping limbah domestik dan pertanian yang mengalir ke pantai Sanur. Salah satu polutan yang dapat mencemari perairan baik air maupun sedimen di Pantai Sanur adalah logam berat seng (Zn). Dalam suatu perairan, logam berat mudah terakumulasi dalam sedimen, sehingga konsentrasinya selalu lebih tinggi dari konsentrasi logam dalam air. Di samping itu, sedimen mudah tersuspensi karena pergerakan air yang akan melarutkan kembali logam yang dikandungnya ke dalam air, sehingga sedimen menjadi sumber pencemar pontensial dalam skala waktu tertentu. Dengan demikian, sedimen dapat digunakan sebagai indikator pencemaran karena sedimen merupakan “sink” bagi bahan-bahan pencemar dari daratan (Fergusson, 1990).
Pada umumnya berbagai logam berat yang terdekomposisi pada sedimen tidak terlalu berbahaya bagi makhluk hidup di perairan, tetapi dengan adanya pengaruh kondisi aquatik yang bersifat dinamis seperti perubahan pH menyebabkan logam-logam yang terendapkan dalam sedimen terionisasi ke perairan. Ion-ion ini dapat diserap oleh organisme yang hidup di perairan sehingga dapat bersifat toksik terhadap organisme tersebut jika ada dalam jumlah yang berlebih. Meskipun demikian, ketersediaan secara biologis logam tersebut bagi organisme bentik tergantung pada banyak faktor termasuk karakteristik geokimia sedimen dan partisi
logam-logam tersebut di antara komponen-komponen sedimen yang berbeda (Bendell-Young et al., 1992).
Sampai sejauh ini, ada berbagai penelitian mengenai kandungan logam berat yang terkandung di air maupun sedimen di kawasan perairan Bali Selatan, di antaranya adalah Ade Cahyadi (2000) yang melaporkan bahwa kandungan logam Pb dan Cu total dalam sedimen di Pelabuhan Benoa berturut-turut sebesar 16,604- 72,242 mg/kg dan 69,299-133,229 mg/kg. Pada tahun 2003, Susilawan melaporkan bahwa sedimen di Pantai Sanur mengandung logam Cu sebesar 12,4820-40,1435 mg/kg dan Pb sebesar 17,7660-110,0250 mg/kg. Selain itu, Arthana (2007) melaporkan bahwa kandungan logam berat Cd, Cr, dan Pb pada air laut di Pantai Sanur cukup tinggi dan telah melampaui baku mutu untuk perairan wisata bahari, yaitu masing- masing sebesar 0,026 ppm, 0,019 ppm dan 0,028 ppm. Baku mutu air laut pada logam Cd, Zn, dan Pb untuk perairan wisata bahari adalah berturut-turut sebesar 0,002 ppm, 0,002 ppm, dan 0,005 ppm.
Konsentrasi logam total dalam air laut maupun sedimen tidak memberikan informasi yang akurat mengenai tingkat pencemaran. Untuk itu diperlukan informasi mengenai bioavailabilitas (ketersediaan hayati) logam-logam tersebut bagi biota.
Ketersediaan logam bagi biota dipengaruhi oleh asosiasinya dengan komponen- komponen yang ada dalam sedimen sehingga konsentrasi logam total hanya memberikan sedikit informasi tentang potensi interaksi antara lingkungan abiotik dan biotik. Untuk mengetahui potensi ketersediaan hayati suatu logam bagi biota maka diperlukan informasi mengenai fraksi geokimia, seperti partisi logam, distribusi, akumulasi, dan mobilitas dari logam-logam yang mencemari perairan tersebut.
Ketersediaan hayati (bioavailabilitas) logam berat pada lingkungan perairan
3
dipengaruhi oleh bentuk serta tipe perikatan dari suatu logam antara lain: karbonat, oksida, dan sulfida. Dalam sedimen logam dapat berada dalam berbagai bentuk serta perikatan, antara lain sebagai ion bebas dan berikatan dengan karbonat, logam dalam bentuk ini disebut sebagai logam yang sangat labil sehingga mudah lepas ke perairan dan mudah diserap oleh organisme (Yu et al., 2010).
Distribusi geokimia logam berat pada sedimen sangat dipengaruhi oleh ukuran partikelnya. Dari penelitian yang telah dilakukan diketahui bahwa konsentrasi logam berat bertambah dengan semakin kecilnya ukuran partikel sedimen.
Agustinawati melaporkan bahwa pada ukuran partikel sedimen <63 µm, konsentrasi Pb sebesar 21,364-53,012 mg/kg, pada ukuran partikel sedimen 88-63 µm konsentrasi Pb sebesar 12,042-28,943 mg/kg dan pada ukuran partikel sedimen 100- 88 µm konsentrasi Pb sebesar 2,231-8,692 mg/kg (Agustinawati, 2001). Pratiwi (2012) dan Yanthi (2013) telah melakukan spesiasi logam Cr dan Cu dalam sedimen pada berbagai ukuran partikel dari kawasan Pantai Sanur. Oleh karena belum adanya laporan mengenai kandungan logam Zn maupun fraksinasinya dalam sedimen di Pantai Sanur maka perlu dilakukan penelitian untuk mengetahui konsentrasi Zn total maupun penentuan fraksi bentuk perikatan/geokimia logam Zn pada berbagai ukuran partikel sedimen di Pantai Sanur.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang di atas, maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut:
1. Berapakah konsentrasi Zn total dalam sedimen di kawasan perairan Pantai Sanur?
2. Berapakah konsentrasi berbagai fraksi/bentuk geokimia logam Zn pada berbagai ukuran partikel sedimen di Pantai Sanur?
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan dan mengetahui konsentrasi logam Zn total dan berbagai fraksi perikatan Zn yang terdapat dalam sedimen di kawasan perairan Pantai Sanur dengan teknik ekstraksi berkesinambungan.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah dapat memberikan informasi ilmiah mengenai konsentrasi Zn total dan berbagai fraksi geokimianya yang terdapat dalam sedimen sehingga pada akhirnya dapat memberikan informasi tentang bioavailabilitas (ketersediaan hayati) logam Zn terhadap biota di perairan pantai Sanur.
5 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Pencemaran Logam Berat pada Sedimen
Secara alamiah berbagai unsur logam terdapat dalam air laut. Unsur logam ini berasal dari sedimen yang dibawa oleh air sungai, proses erosi atau jatuhan debu dari atmosfer. Peningkatan kadar unsur logam berat dapat pula terjadi karena adanya peningkatan aktivitas manusia di daratan melalui kegiatan dalam bidang industri, pertanian, pertambangan dan transportasi yang menggunakan berbagai jenis kendaraan (Sadiq, 1992).
Pada sistem air sungai, adsorpsi senyawa logam pada permukaan partikel tersuspensi dan sedimen menunjukkan terjadinya proses geokimia yang memindah- kan logam dari air ke sedimen. Beberapa penelitian terkini menyebutkan bahwa senyawa organik dapat berperan sebagai pengontrol perpindahan kontaminan anorganik dan organik. Kontaminan terserap ke partikel di kolom air melalui adsorpsi fisiko-kimiawi dan uptake biologi. Akibat gravitasi, gabungan kontaminan - partikel turun ke dasar sungai untuk membentuk lapisan sedimen (Paulson, 1997).
Konsentrasi logam berat pada sedimen di perairan sangat bervariasi tergantung pada keadaan geografis dan keberadaan sedimen, yaitu terdapat di pesisir pantai atau di lautan yang dalam (Fergusson, 1990). Kandungan logam berat yang tinggi biasanya terdapat pada ukuran partikel sedimen yang halus. Umumnya logam berat ditemukan pada partikel berukuran lebih kecil dari 63 µm. Hal ini disebabkan karena partikel yang halus mempunyai luas permukaan yang lebih besar dan kerapatan ion partikel yang lebih stabil untuk mengikat partikel logam berat (Fauzan, 1995).
Berdasarkan hasil penelitian distribusi logam berat pada berbagai ukuran partikel sedimen dari Sungai Coxs Sydney, Australia ditemukan bahwa ada kemiripan pola distribusi ukuran partikel sedimen yang diperoleh dari masing - masing daerah, tetapi distribusi logam - logam berat pada masing - masing partikel sangat berbeda. Konsentrasi tertinggi logam berat terdapat pada ukuran partikel yang paling kecil (≤ 37 µm), sementara konsentrasi terendah terdapat pada ukuran partikel yang lebih besar (> 80 µm). Konsentrasi logam berat meningkat dengan mengecilnya ukuran partikel sedimen (Siaka et al., 2001).
Dari hasil penelitian yang dilakukan di sekitar industri tekstil PT X (Sungai Cikijing) diketahui bahwa konsentrasi logam Cu, Cr dan Zn di sedimen jauh lebih besar daripada di air. Presipitasi Cu, Cr dan Zn dapat disebabkan oleh pH basa sehingga terbentuk hidroksida, oksida, dan karbonat yang tidak larut (Andarani dan Roosmini, 2009). Begum dkk., (2009) menyatakan bahwa logam, seperti Cr, Cu, dan Zn dapat juga berinteraksi dengan materi organik dalam fase larut dan kemudian mengendap sehingga menyebabkan konsentrasi yang tinggi di sedimen.
Logam berat yang masuk ke dalam lingkungan perairan akan mengalami pengendapan, pengenceran, dispersi, dan diserap oleh organisme yang hidup di perairan tersebut (Hutagalung et al., 1997). Greaney (2005) dalam Afriansyah (2009) menyebutkan ada 3 kemungkinan proses logam masuk, diikat oleh sedimen dan bahan tersuspensi. Ketiga kemungkinan itu adalah melalui proses adsorpsi fisika-kimia dari kolom perairan, proses uptake oleh bahan organik atau organisme dan akumulasi fisik dari bahan partikulat yang banyak mengandung logam oleh proses sedimentasi. Adsorpsi secara fisik terjadi ketika logam berat diabsorpsi oleh bahan partikulat secara langsung dari kolom perairan. Adsorpsi
7
secara biologi dan kimia lebik kompleks prosesnya karena dikontrol oleh banyak faktor seperti pH dan oksidasi. Logam berat yang mengendap di sedimen dipengaruhi oleh beberapa parameter di antaranya pH, suhu, dan kandungan oksigen.
Kenaikan pH dan suhu air laut akan menurunkan kelarutan logam dalam air sehingga akan mengendap membentuk lumpur. Pada daerah yang kekurangan oksigen daya larut logam berat akan menjadi lebih rendah dan mudah mengendap. Logam berat yang mengendap bersamaan dengan padatan tersuspensi akan mempengaruhi kualitas sedimen di dasar perairan. Mekanisme yang terjadi dapat dianalisis dengan proses koagulasi (penggumpalan) antara mineral anion dan kation pada air laut, selanjutnya diikuti dengan proses sedimentasi (pengendapan). Hal ini dapat terjadi karena massa jenis partikel akan lebih besar dari massa jenis air laut. Sedimen merupakan bagian dari akumulasi material sepanjang tahun, dan keberadaannya relatif tetap sehingga sedimen dapat dijadikan sebagai indikator pencemaran lingkungan yang lebih baik dibandingkan sebarannya di kolom air (Siantingsih, 2005). Komposisi total ion dalam sedimen dapat dilihat pada Tabel 2.1
Tabel 2.1 Komposisi Total Ion dalam Sedimen
Ion Keterangan
Ca2+, Mg2+, Na+, K+, NH4+, Al3+ (H+) Penukar kation utama NO3-
, SO42-
, Cl, HCO3-
, CO32-
Anion utama H2PO4-
, HPO42-
, H2AsO4-
, AsO2, H3BO3, H2BO3-
, Si(OH)4MoO42-
Anion yang terlarut dengan lemah
Al3+, AlOH2+, Al(OH)2+, TiOOH+, Fe(OH)2+, Fe2+, Mn2+, Cu2+, Zn2+
Logam transisi dan aluminium Cd2+, Al3+, Pb2+, Hg2+, Hg, Be2+, AsO43-
, CrO42-
Logam berat C (HCO3-), O (O2- O2), N (N-NH2, NO3-),
S(-SH, SO42-
), Fe (Fe2+, FeOOH), Mn (Mn2+, MnO2), Se (SeO42-
), Hg (Hg2+)
Berperan aktif dalam reaksi oksidasi reduksi
Sumber : Wolt, 1994
2.2 Seng, Zn(Ar; 65,38 g/mol)
Seng adalah logam berwarna putih kebiruan, lentur dan dapat ditempa pada suhu 110-150 oC. Seng meleleh pada suhu 410 oC dan meleleh pada 906 oC. Seng murni larut perlahan-lahan dalam asam maupun alkali. Seng larut dalam asam klorida encer dan dalam asam sulfat encer dengan membebaskan gas hidrogen.
Zn + 2H+ Zn2+ + H2
Seng juga larut dalam asam nitrat encer dengan reaksi sebagai berikut:
Zn + 10H+ + NO3- 4Zn2+ + NH4+
+ 3H2O
Bila konsentrasi asam nitratnya ditingkatkan maka akan dihasilkan gas dinitrogen oksida dan nitrogen oksida.
4Zn + 10H+ + 2NO3- 4Zn2+ + N2O + 5H2O 3Zn + 8HNO3 3Zn2+ + 2NO + 6NO3-
+ 4H2O Dengan asam sulfat dan natrium hidroksida seng larut sebagai berikut:
Zn + 2H2SO4 2Zn2+ + SO2 + SO42-
+ 2H2O Zn + 2OH- + 2H2O [Zn(OH)4]2- + H2
Mineral Zn yang umum adalah ZnS. Mineral lainnya adalah komples produk- oksi dan garam-garam serta silikat yang jumlahnya lebih sedikit (Raharjo, 2002).
Keberadaan logam seng (Zn) dapat berasal dari proses alamiah maupun dari limbah industri dan pertanian. Pada lahan pertanian, seng sangat diperlukan untuk kesuburan tanah. Seng (Zn) adalah unsur hara mikro esensial bagi manusia, hewan, dan tumbuh-tumbuhan tingkat tinggi. Kandungan Zn total pada litosfer sekitar 80 mg/kg.
Mineral-mineral sebagai sumber utama yang kaya Zn dalam tanah adalah ZnS dan berbagai mineral seperti ZnCO3, Zn2SiO4, ZnO, ZnSO4, ZnFe2O4, dan Zn3(PO4)2.4H2O (Arifin, 2009).
9
Zn dalam tanah dikelompokkan dalam bentuk-bentuk kelompok mudah tersedia sampai tidak tersedia bagi tanaman. Zn dalam tanah dapat berada dalam berbagai bentuk diantaranya terlarut dalam air, dapat dipertukarkan (terikat pada koloid-koloid bermuatan listrik), teradsorpsi dalam bentuk khelat atau bentuk senyawa kompleks (ikatan logam pada ligan organik), liat mineral sekunder dan oksida metalik tidak larut, serta dalam bentuk mineral primer (Alloway, 1995).
2.3 Spesiasi dengan Teknik Ekstraksi Berkesinambungan (Sequential Extraction Technique)
Analisis spesiasi logam dalam sampel didefinisikan sebagai penentuan konsentrasi berbagai bentuk fisikokimia logam yang bersama-sama membentuk konsentrasi totalnya dalam sampel. Bentuk fisikokimia logam tunggal diantaranya partikulat dan bentuk terlarut misalnya spesies organik, kompleks organik dan unsur yang terabsorpsi pada berbagai partikel koloid (Florence et al., 1992). Teknik spesiasi sangat berguna dalam memahami partisi logam, distribusi, akumulasi dan mobilitasnya baik di air maupun sedimen.
Konsentrasi logam total dalam sedimen maupun dalam air tidak memberikan informasi mengenai toksisitasnya dan tidak bisa dijadikan indikator yang baik untuk menunjukkan bioavailabilitasnya terhadap organisme. Analisis spesiasi logam terhadap ekosistem perairan merupakan sutau landasan yang sangat berguna dalam menduga bioavailabilitas dan strategi penanganan resiko (Siaka, 1998).
Dengan melakukan spesiasi maka akan diperoleh informasi mengenai perilaku dan karakter suatu unsur misalnya mobilitas, fungsi, ketersediaan, defisiensi dan toksisitasnya (Fitri, 2008). Faktor-faktor yang mempengaruhi spesiasi logam berat di perairan adalah kelarutan senyawa dari unsur-unsur, keadaan oksidasi dari
unsur tersebut, ketersediaan zat pengompleks, pembentukan kompleks, pembentukan pasangan ion, proses adsorpsi atau desorpsi pada materi partikulat, kondisi redoks dan pH lingkungan dan proses biokimia (Fergusson dalam Sari, 2012).
Arifin dan Fadhlina (2007) melaporkan bahwa fraksi logam Pb dalam sedimen lebih banyak terdapat dalam fraksi non-resistant dengan fraksi oxidisable organic (organik teroksidasi) sebagai fraksi dominannya. Hasil ini menandakan logam Pb yang terdapat dalam sedimen kebanyakan dipengaruhi oleh aktivitas manusia (antropogenik) daripada sumber alami logam.
Fraksinasi geokimia logam dalam sedimen dapat ditentukan dengan menggunakan Sequential Extraction Technique (SET) berdasarkan hasil modifikasi dari Yap el al. (2003). Sequential Extraction Technique (SET) adalah suatu metode yang dapat mengungkapkan keberadaan kontaminan logam pada kondisi lingkungan yang berbeda dengan membedakan tipe dari ikatan logam (Forsner, 1980). Dengan metoe ini dapat dipelajari fraksi atau spesiasi geokimia dari logam berat pada materi padatan dan fase organik di sedimen. Fraksi geokimia pada metode SET dapat dibagi dua yaitu fraksi non-resistant (fraksi bioavailable) dan fraksi resistant (Yap et al., 2003). Berbagai fraksi geokimia yang dapat ditentukan dengan metode SET adalah fraksi easily, freely, leachable, dan exchangeable (EFLE), fraksi acid reducible, fraksi oxidisable organic, dan fraksi non resistant. Penjumlahan secara matematis dari fraksi easily, freely, leachable, dan exchangeable (EFLE), fraksi acid reducible, fraksi oxidisable organic, merupakan fraksi bioavailable.
Fraksi non resistant (bioavailable)
Fraksi ini menunjukkan bahwa logam kebanyakan berasal dari aktivitas manusia (antropogenik). Fraksi non-resistant tersusun atas fraksi easily, freely,
11
leachable, dan exchangeable (EFLE), fraksi acid reducible (tereduksi asam), fraksi oxidisable organic (organik teroksidasi). Fraksi exchangeable (EFLE) menunjukkan bahwa logam tersebut banyak berikatan dengan karbonat karena logam tersebut mudah mengalami ionisasi, mudah bebas dalam bentuk ion, mudah lepas dan mudah dipertukarkan. Namun demikian, fraksi karbonat ini rentan terhadap perubahan pH.
Fraksi acid reducible (tereduksi asam) menunjukkan bahwa logam tersebut mudah direduksi oleh asam sehingga logam tersebut banyak ditemukan berikatan dengan Fe-Mn oksida. Fraksi oxidisable organic (organik teroksidasi) menunjukkan bahwa logam tersebut mudah teroksidasi sehingga banyak ditemukan berikatan dengan senyawa organik dan sulfida (Naji dan Ismail, 2011).
Fraksi resistant
Fraksi resistan menunjukkan bahwa logam tersebut tidak bioavailable bagi organisme. Hal ini dikarenakan logam akan tetap dalam bentuknya di alam dan tidak dapat berubah oleh kondisi lingkungan yang berbeda. Semua fraksi selain fraksi residual merupakan bentuk aktif dari logam berat dan dianggap available dengan mobilitas menurun dari fraksi exchangeable sampai fraksi oxidisable. Jadi fraksi exchangeable paling mudah diserap oleh organisme (Tessier et al., 1979).
12 BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Alat dan Bahan Penelitian 3.1.1 Alat penelitian
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah labu ukur, pipet volume, pipet tetes, gelas ukur, magnetik stirer, sentrifuge, kertas saring, neraca analitik, oven, gelas beaker, ayakan 63 dan 100 µm, pH meter, sendok polietilen, botol polietilen, kantong plastik polietilen, botol semprot, hotplate, Ekman Grab Sediment Sampler dan Spektrofotometer Serapan Atom (AAS).
3.1.2 Bahan penelitian
Bahan-bahan penelitian adalah sampel sedimen, air laut, HNO3, H2O2, NH2OH.HCl, CH3COONH4, NaOH, dan aquades.
3.2 Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Analitik Universitas Udayana, kemudian untuk pengukuran absorbansi dengan AAS dilakukan di Laboratorium Bersama FMIPA Universitas Udayana.
3.3 Pengambilan Sampel
3.3.1 Lokasi pengambilan sampel
Sampel sedimen diambil pada tanggal 17 Desember 2015 dari 3 lokasi di kawasan perairan Sanur, yaitu di pantai Sanur (di depan Hotel Sanur Beach), di Pantai Sindu (didekat wisata air) dan di Pantai Mertasari (di dekat sarana transportasi air). Gambar lokasi pengambilan sampel adalah sebagai berikut:
13
Gambar 3.1 Lokasi Pengambilan Sampel Sedimen 3.3.2 Pengambilan sampel sedimen
Sampel yang diambil adalah sedimen permukaan dengan kedalaman kira kira 0-10 cm dari permukaan sejauh 100-150 m dari pesisir pantai. Sampel dari masing-masing lokasi diambil kira-kira sebanyak 0,5 kg dengan menggunakan alat Ekman Grab Sediment Sampler lalu dimasukkan ke dalam kantong plastik polietilen dan disimpan dalam kotak es.
3.4 Perlakuan Sampel Sedimen
Sampel sedimen dikeringkan dalam oven pada suhu 105oC sampai massa konstan. Selanjutnya sedimen digerus dengan mortar dan diayak dengan ayakan ukuran 63 µm dan 106 µm, sehingga diperoleh sedimen dengan ukuran partikel <63, 63 - 106 dan >106.
3.5 Pembuatan Kurva Kalibrasi Zn
Dibuat sederetan larutan Zn standar dengan konsentrasi 0, 1, 2, 4 dan 6 mg/L. Larutan tersebut dibuat dengan cara memipet sebanyak 0; 1,0; 2,0; 4 dan
6,0 mL Zn 100 mg/L lalu dimasukkan ke dalam labu ukur 100 mL. Larutan kemudian diencerkan dengan HNO3 0,01 M sampai tanda batas. Semua larutan kemudian diukur absorbansinya pada panjang gelombang 213,9 nm sehingga dapat dibuat kurva kalibrasi Zn yang merupakan plot antara konsentrasi Zn dan absorbansi.
3.6 Penentuan Konsentrasi Logam Zn Total
Ke dalam labu Erlemeyer bertutup dimasukkan 1 gram serbuk sedimen. Ke dalam sedimen lalu ditambahkan 10 mL aqua regia yaitu campuran HNO3 dan HCl 1:3. Campuran didestruksi menggunakan pemanas listrik selama 8 jam pada suhu 180oC. Campuran kemudian disentrifugasi dengan kecepatan 4000 rpm selama 15 menit. Bagian bening lalu didekantasi, disaring dan filtratnya ditampung pada labu ukur 25 mL kemudian diencerkan dengan aquades sampai tanda batas. Larutan ini kemudian diukur dengan AAS pada panjang gelombang 213,9 nm.
3.7 Ekstrasi Berkesinambungan untuk Zn dalam Sedimen
3.7.1 Penentuan fraksi easily, freely, leachable dan exchangeable (EFLE/F1) Ke dalam labu Erlemeyer dimasukkan sebanyak 5 g sampel sedimen kering dan ditambahkan 25 mL CH3COONH4 1 M pH 7 kemudian digojog dengan penggojog listrik selama 3 jam dan disentrifugasi selama 15 menit. Bagian yang jernih didekantasi dan dimasukkan ke dalam labu ukur 50 mL lalu diencerkan dengan aquades sampai tanda batas. Absorbansi kemudian diukur dengan AAS pada panjang gelombang 213,9 nm. Residu yang diperoleh dibilas dengan 10 mL aquades kemudian digunakan untuk ekstraksi selanjutnya.
15
3.7.2 Penentuan fraksi Fe/Mn-Oksida (F2)
Residu dari ekstraksi tahap 1 ditambahkan 25 mL NH2OH.HCl 0,25 M pH 2 kemudian digojog dengan penggojog listrik selama 3 jam dan disentrifugasi selama 15 menit. Bagian yang jernih didekantasi dan dimasukkan ke dalam labu ukur 50 mL lalu diencerkan dengan aquades sampai tanda batas. Filtrat yang diperoleh pada tahap ini merupakan fraksi acid reducible. Absorbansi Zn diukur dengan AAS pada panjang gelombang 213,9 nm. Residu yang diperoleh dibilas dengan 10 mL aquades kemudian digunakan untuk ekstraksi selanjutnya.
3.7.3 Penentuan fraksi Organik dan sulfida (F3)
Residu dari ekstraksi tahap 2 ditambahkan 7,5 mL H2O2 30% dan dipanaskan dalam penangas air dengan suhu 90-95oC selama 3 jam. Selanjutnya campuran ditambahkan 25 mL CH3COONH4 1 M dan HCl sampai pH 2, lalu digojog dengan pengaduk magnet selama 3 jam dan disentrifugasi selama 15 menit. Semua bagian yang jernih didekantasi dan dimasukkan ke dalam labu ukur 50 mL lalu diencerkan dengan aquades sampai tanda batas. Filtrat yang diperoleh pada tahap ini merupakan fraksi oxidisable organik. Absorbansi Zn dalam filtrat diukur dengan AAS pada panjang gelombang 213,9 nm. Residu yang diperoleh dibilas dengan 10 mL aquades kemudian digunakan untuk ekstraksi selanjutnya.
3.7.4 Penentuan fraksi resistant (F4)
Terhadap residu dari tahap 3 dilakukan prosedur seperti penentuan Zn total pada 3.6.
16 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Kurva Kalibrasi Zn
Hasil pengukuran absorbansi sederetan larutan standar Zn ditampilkan dalam Tabel 4.1. Gambar 4.1 menampilkan kurva kalibrasi utuk Zn.
Tabel 4.1 Serapan Larutan Standar Zn
Konsentrasi Absorbansi
(mg/L) 1 2 3 Rata-rata
0 0 0 0 0
1 0,13 0,13 0,12 0,13
2 0,25 0,25 0,24 0,25
4 0,47 0,48 0,48 0,48
6 0,71 0,72 0,71 0,71
Gambar 4.1 Kurva Kalibrasi Zn
Kurva kalibrasi yang diperoleh mempunyai persamaan regresi y = 0,117x + 0,008 dengan koefisien regresi R2 = 0,9999. Ini menunjukkan adanya hubungan yang linier antara konsentrasi dan absorbansi. Persamaan ini selanjutnya digunakan untuk
y = 0,117x + 0,008 R² = 0.9999
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
0 1 2 3 4 5 6 7
Absorbansi
Konsentrasi Zn (mg/L)
17
melakukan perhitungan baik untuk konsentrasi Zn total dan fraksi-fraksi geokimianya.
4.1 Penentuan Konsentrasi Zn Total dan Spesiasinya dalam Sampel Sedimen Sampel sedimen yang digunakan adalah sedimen yang diambil dari 3 lokasi di daerah kawasan pesisir Sanur, yaitu di Pantai Sanur yaitu sekitar Hotel Sanur Beach, Pantai Sindhu yang merupakan kawasan wisata air dan Pantai Mertasari dimana banyak terdapat sarana transportasi air. Dengan ekstraksi berkesinambungan akan dapat diketahui fraksi-fraksi penyusun konsentasi total suatu logam, yaitu F1:
Fraksi EFLE; F2: Fraksi acid reducible; F3: Fraksi oxidisable organic; dan F4:
Fase resistant. Hasil perhitungan konsentrasi Zn total dan fraksi-fraksinya ditampilkan dalam Tabel 4.1
Tabel 4.1 Konsentrasi Zn dan Fraksi-fraksinya
Lokasi
Ukuran Partikel (µm)
Zn Total (mg/kg)
F1 (EFLE)
F2 (acid reducible)
F3 (oxidisable organic)
F4 (resista
nt)
mg/kg % mg/kg % mg/kg % %
P.
Sanur
<63 95,72
± 2,85
14,35 14,99 16,22 16,95 35,42 37,00 31,06
63-106 70,00
± 3.2
14,98 21,40 19,16 27,37 10,23 14,61 36,61
>106 57,48
± 2,5
5,60 9,74 6,90 12.00 20,45 35,58 42,68
P.
Sindhu
<63 30,25
± 2,00
26.19 17,39 10,45 9,05 15,67 13,57 51,19 63-106 90,65
± 1,50
19,50 21,51 16,75 18,48 21,38 23,59 36,43
>106 50,90
± 1,80
7,89 15,50 11,30 22,20 19,54 38,39 23,91
P.
Merta sari
<63 137,72
± 1,7
35,70 25,92 20,55 14,92 40,30 29,26 29,89
63-106 100,15
± 1,7
30,25 30,20 17,34 17,31 35,20 35,15 17,33
>106 70,20
±0,9
10,98 15,64 13,75 19,59 19,85 28,28 36,50
Keterangan:
F1 = Fraksi EFLE F2 = Fraksi acid reducible F3 = Fraksi oxidisable organic F4 = Fase resistant
Untuk lebih jelasnya data dalam tabel di atas ditampilkan dalam gambar berikut ini. Gambar 4.2 menyajikan perbandingan konsentrasi Zn total dalam sampel sedimen dari tiga lokasi sampling.
Gambar 4.2 Konsentrasi Zn Total dalam Sedimen
Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa, untuk semua lokasi, kandungan total logam Zn meningkat dengan semakin kecilnya ukuran partikel sedimen. Secara umum terlihat bahwa sedimen dari Pantai Mertasari mengandung Zn yang tertinggi diikuti oleh Pantai Sindhu dan Mertasari. Konsentrasi Zn total yang tertinggi terdapat pada partikel sedimen yang ukurannya paling kecil, yaitu <63 μm dan kandungan total logam Zn terendah terdapat pada partikel sedimen yang ukurannya paling besar yaitu >106 μm. Hal ini disebabkan karena partikel sedimen yang halus akan memiliki luas permukaan yang lebih besar dengan kerapatan ion partikel yang lebih stabil untuk mengikat partikel logam Zn dibandingkan dengan partikel sedimen yang ukurannya lebih besar.
0 20 40 60 80 100 120 140 160
P. Sanur P. Sindhu P. Merta Sari
Konsentrasi Zn (mg/kg)
Lokasi Sampling
<63 63-106
>106
19
Sedimen dari Pantai Mertasari dengan ukuran partikel terkecil yaitu <63 μm mempunyai kandungan total logam Zn tertinggi yaitu sebesar 95,72 mg/Kg, sedangkan sedimen dari Pantai Sanur yang berukuran >106 μm, memiliki Zn yang terendah yaitu sebesar 7,89 mg/Kg.
Gambar 4.3 Ekstraksi Zn dalam Sedimen Pantai Sanur
Gambar 4.3 di atas menunjukkan hasil ekstraksi Zn dari sedimen di Pantai Sanur. Dapat dilihat bahwa sedimen dari daerah ini menunjukkan fraksi F1 atau EFLE yang tertinggi dimiliki oleh sedimen dengan ukuran 63-106 µm diikuti oleh ukuran <63 µm dan >106 µm. Kalau dilihat dari ukuran partikenya maka urutan fraksi dari yang tertinggi ke rendah adalah untuk ukuran <63 µm: F3 > F4 > F2 >
F1; ukuran 63-106 µm: F4 > F2 > F1> F3 dan untuk ukuran >106 µm: F4 > F3 > F2
> F1. Fraksi bioavailable yang merupakan penjumlahan F1, F2 dan F3 untuk semua ukuran partikel adalah berturut-turut 68.94%, 63.39% dan 57.32%, sedangkan fraksi resistantnya adalah berturut-turut 31.06%, 36.61% dan 42.68%. Fraksi bioavailable adalah fraksi atau jumlah Zn yang dapat lepas ke perairan menjadi ion-ion logam yang dapat diakumulasi oleh biota yang ada di perairan. Jumlah ini juga
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
<63 63-106 >106
Zn Terekstraksi (%)
Ukuran Partikel Sedimen (µm)
F1 F2
F3 F4
mengindikasikan bahwa Zn yang brsumber dari aktivitas manusia melebihi kadar Zn yang berasal dari alam sendiri.
Gambar 4.4 Ekstraksi Zn Dalam Sedimen Pantai Sindhu
Gambar 4.4 di atas adalah hasil fraksinasi Zn dalam sedimen dari Pantai Sindhu. Terlihat jelas bahwa sedimen dengan ukuran terkecil <63 memiliki fraksi resistant tertinggi sedangkan sedimen dengan ukuran partikel 63-106 µm memiliki fraksi resistant terkecil. Zn dalam ukuran partikel terkecil ini diikuti oleh F1> F3 >
F2. Trend serupa juga ditunjukkan oleh sedimen dengan ukuran partikel 63-106 µm, sedangkan untuk sedimen dengan ukuran terbesar memiliki fraksi F3 (Fraksi oxidisable organic) tertinggi. Secara keseluruhan fraksi bioavailable dalam sedimen dari pantai ini (urutan partikel terkecil ke besar) berturut-turut adalah 48,81%, 63,57%, dan 76,09%, sedangkan fraksi resistantnya berturut-turut 51,19%, 36,43% dan 23,91%.
Seperti halnya Zn dalam sedimen dari Pantai Sanur, dalam sedimen inipun Zn lebih banyak berasal dari aktivitas manusia.
0 10 20 30 40 50 60
<63 63-106 >106
Zn Terekstraksi (%)
Ukuran Partikel Sedimen (µm)
F1 F2
F3 F4
21
Gambar 4.5 Ekstraksi Zn dalam Sedimen Pantai Mertasari
Dalam Gambar 4.5 di atas terlihat bahwa fraksi resistant tertinggi ditunjukkan oleh sedimen dengan ukuran >106 µm dan terendah ditunjukkan oleh sedimen dengan ukuran 63-106 µm. Dalam sedimen ukuran partikel <63 urutan fraksi Zn penyusunnya dari besar ke kecil adalah F4>F3>F1>F2. Untuk ukuran partikel 63-106 µm, fraksi yang dominan adalah fraksi F3 yaitu fraksi oxidisable organic. Fraksi bioavailable dalam sedimen dari Pantai Mertasari untuk ukuran adalah < 63 µm, 63-106 µm dan >106 µm berturut-turut adalah 70,11%, 82,67% dan 63,50%, sedangkan fraksi resistantnya adalah berturut-turut 29,89%, 17,33% dan 36,50%. Seperti halnya ke dua pantai lainnya, sedimen dari Pantai Mertasari mengandung Zn yang sebagian besar berasal dari aktivitas manusia.
Secara keseluruhan, dari hasil penelitian ini dapat dilihat adanya pemasukan (input) polutan berupa logam Zn ke Perairan di Kawasan Sanur karena aktivitas manusia yang diindikasikan oleh jumlah fraksi-fraksi bioavailabel yang melebihi fraksi resistantnya.
0 5 10 15 20 25 30 35 40
<63 63-106 >106
Zn Terekstraksi (%)
Ukuran Partikel Sedimen (µm)
F1 F2
F3 F4
22 BAB V
SIMPULAN DAN SARAN
5.1 Simpulan
Dari penelitian ini dapat disimpulkan sebagai berikut:
Konsentrasi logam Zn total dalam sedimen dari Pantai Sanur pada ukuran
partikel <63 μm, 63-106 μm, dan >106 μm berturut-turut sebesar 95,72 ± 2,85mg/kg, 70,00 ± 3.2 mg/kg, dan 57,48 ± 2,5 mg/kg, Pantai Sindhu berturut- turut sebesar 30,25 ± 2,00 mg/kg, 90,65 ± 1,50 mg/kg, dan 50,90 ± 1,80 mg/kg, dan Pantai Mertasari berturut-turut sebesar 137,72 ± 1,7 mg/kg, 100,15 ± 1,7 mg/kg, dan 70,20 ± 0,9 mg/kg.
Distribusi berbagai fraksi/bentuk geokimia Zn dalam sedimen Pantai Sanur yang
berupa fraksi bioavailable meliputi fraksi EFLE (easily, freely, leachable, dan exchangeable), Fe/Mn oksida, dan fraksi organik/sulfida berkisar 48,81-70,11%
untuk ukuran partikel <63 µm, 63,39-82,67% ukuran partikel 63-106 μm, dan 57,32-76,09% untuk ukuran partikel >106 µm. Konsentrasi Zn dalam fraksi resistant (non bioavailable) dalam sedimen pada partikel <63 μm, 63-06 μm, dan >106 µm berturut-turut 29,89-51,19%, 17,33-36,61%, dan 23,9- 42,68%.
5.2 Saran
Dari simpulan di atas terlihat bahwa fraksi bioavailable secara umum lebih besar dari fraksi non bioavailable (resistant). Oleh karena itu, perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk logam Fe dan Mn, karena ke dua logam ini berkorelasi dengan fraksi F2 (acid reducible).
23
DAFTAR PUSTAKA
Agustina, A., 2013, Spesiasi dan Bioavailabilitas Logam Cu dan Zn dalam Sedimen di Pelabuhan Benoa yang diayak Basah dan Kering, Skripsi, Jurusan Kimia FMIPA Universitas Udayana, Bukit Jimbaran.
Agustinawati, N.L.P., 2001, Distribusi Logam Pb dan Cu Pada Berbagai Ukuran Partikel Sedimen di Pelabuhan Benoa, Skripsi, Jurusan Kimia FMIPA Universitas Udayana, Bukit Jimbaran.
Alloway B.J., 2009, Heavy Metals in Soils, Chapman and Hall, London.
Arifin, 2009, Metode Seng (Zn), Tirta Kencana Cahaya Mandiri, Tangerang.
Arthana, I Wayan, 2007, “Kondisi Pencemaran Perairan Pantai Tanjung Benoa Dan Sanur, Bali”. Jurnal Teknik Lingkungan, Edisi Khusus (Priana Sudjono, F.J.
Nugroho dan W. Hadi Editor). Buku 1 pp: 17-25. ITB Bandung.
Davidson, C.M., R.P. Thomas, S.E. McVey, R.Perala, D. Littlejohn, dan A.M. Ure.
1994. Evaluation of a sequential extraction procedure for the speciation of heavy metals in sediments. Analytica Chemica Acta 291:277-286.
Fergusson, A., 1990, The Heavy Elements, Chemistry, Environmental Impact and Health Effects, First Edition, Chemystry Departement, University of Canterbury, New Zeland.
Fitri, N., 2008, Diferensiasi dan Distribusi Spesi (Mg, Ca, Mn, Zn, Mo, dan Cd), Floem, Ricinus communis L, Disertasi, Institut Teknologi Bandung, Bandung.
Florence, T. M., G. M. Morrison, and G. L. Stauber, 1992, The Science of the Total Environment, 125, Elsevier Science Publisher, B. V., Amsterdam, pp: 1-13.
Hutagalung, H.P. dan Razak H., 1989, Pengamatan Kadar Pb dan Cd dalam Air dan Biota di Estuaria Muara Angke, Majalah Oseanologi di Indonesia, Volume 15: 1-10, Lembaga Oseanologi Indonesia, LIPI, Jakarta.
Naji, A. And A. Iamail,2011, “Spatial Variation and Binding Behavior of Cu and Pb in Surface Sediments of Klang River”, International Journal of Chemical and Environmental Engineering, Vol. 2, 91-97.
Paulson, A. J., 1997, Applied Geochemistry, 12: 447-464.
Pratiwi, Kadek, 2012, Spesiasi dan Bioavailabilitas Logam Kromium (Cr) pada Berbagai Ukuran Partikel Sedimen di Kawasan Pantai Sanur, Sekripsi, Kimia FMIPA Universitas Udayana, Bali.
Sadiq, Muh., 1992, Toxic Metal Chemistry in Marine Environments, Marcel Dekker.
Siaka, M., 1998, The Application of Atomic Absorption Spectroscopy to the Determination of Selected Trace Elements in Sedimen of the Coxs River Catchment, Thesis, Departement of Chemistry, Faculty of Science and Tecnology, University of Western Sidney Nepean.
Siaka, M., G. F. Birch, and C. M. Owens, 2001, The Source of Antrophogenic Heavy Metals in Fluvial Sediments of a Rural Catchement Coxs River Australia, Water, Air and Soil Pollution, 126, 13-35.
Siantingsih, A., 2005, Pendugaan Sebaran Spasial Logam Berat Cd, Cu, Zn, dan Ni dalam Air dan Sedimen di Perairan Teluk Jakarta, Skripsi, Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Svehla, G., 1979, Vogel’s Textbook of Macro and Semimicro Qualitative Inorganic Analysis, 5th, Longman, New York.
Tessier, A., Campbell., P.G.C. and Bisson, M., 1979, Squential Extraction Procedures for The Speciation of Particulate Trace Metal, Anal. Chem., 51:844-851.
Wolt, J.D., 1994, Soil Solution Chemistry, John Wiley and Sons.
24
Yanthy Kristina Indra T, Emmy Sahara, dan I G. A. Kunti Sri Panca Dewi , 2013, Spesiasi an Bioavailabilitas Logam Tembaga (Cu) pada Berbgai Ukuran Partikel Sedimen di Kawasan Pantai Sanur, Jurnal Kimia, 7 (2), Juli 2013: 141-152.
Yap, C.K., A. Ismail, dan S. G. Tan., 2003, Concentration, Distribution and Geochemical Speciation of In Surface Sediment of the Strait of Malacca, Pakistan Journal of Biological Sciences, 6(12):1021-1026.
Yu, X., Y. Yana, W. Wang, 2010, The Distribution and Speciation of Trace Metals in Surface Sediments from The Pearl River Estuary and The Daya Bay, Southern China, Marine Pollution Bulletin 60 : 1364-1371.
