BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kitosan
Kitosan adalah poli-(2-amino-2-deoksi-β-(1 4)-D-glukopiranosa) dengan rumus molekul (C6H11NO4)n yang dapat diperoleh dari deasetilasi kitin. Kitosan juga
dijumpai secara alamiah di beberapa organisme. Struktur polimer kitosan dapat dilihat pada gambar (Gambar 2.1.) di bawah ini :
O
Proses deasetilasi kitosan dapat dilakukan dengan cara kimiawi maupun enzimatik. Proses kimiawi menggunakan basa, misalnya NaOH, dan dapat menghasilkan kitosan dengan derajat deasetilasi yang tinggi, yaitu mencapai 85-93 % (Tsigos et al., 2000). Namun proses kimiawi menghasilkan kitosan dengan bobot molekul yang beragam dan deasetilasinya juga sangat acak (Martinou et al., 1995; Tsigos et al., 2000), sehingga sifat fisik dan kimia kitosan tidak seragam. Selain itu, proses kimiawi juga dapat menimbulkan pencemaran lingkungan, sulit dikendalikan, dan melibatkan banyak reaksi samping yang dapat menurunkan rendemen (Chang et al., 1997; Tokuyasu et al., 1997).
2.1.1. Sifat –Sifat kitosan
Kitosan memiliki sifat unik yang dapat digunakan dalam berbagai cara serta memiliki kegunaan yang beragam, antara lain sebagai perekat, aditif untuk kertas dan tekstil, penjernih air minum, serta untuk mempercepat penyembuhan luka, dan memperbaiki sifat pengikatan warna. Kitosan merupakan pengkelat yang kuat untuk ion logam transisi. Kitosan mempunyai kemampuan untuk mengabsorbsi logam dan membentuk kompleks kitosan dengan lgam (Robert. 1992)
Kitosan merupakan padatan amorf yang berwarna putih kekuningan dengan rotasi spesifik [∝] -3 hingga -10 ̊ (pada konsentrasi asam asetat 2%). Kitosan larut pada kebanyakan larutan asam organik (Tabel 2.1.) pada pH sekitar 4,0, tetapi tidak larut pada pH lebih besar dari 6,5, juga tidak larut dalam pelarut air, alkohol, dan aseton. Dalam asam mineral pekat seperti HCl dan HNO3, kitosan larut pada
konsentrasi 0,15-1,1 %, tetapi tidak larut pada konsentrasi 10%.
Tabel 2.1. Kelarutan kitosan pada berbagai pelarut asam organik Konsentrasi asam organik Konsentrasi asam organik (%)
10 50 >50
Asam asetat + ± -
Asam adipat - - -
Asam sitrat + - -
Asam format + + +
Asam laktat + - -
Asam maleat + - -
Asam malonat + - -
Asam oksalat + - -
(Sugita, 2009)
Keterangan : + larut; - tidak larut; ± larut sebagian
Kitosan tidak larut dalam H2SO4 pada berbagai konsentrasi, sedangkan di
sedikit larut. Perlu untuk kita ketahui, bahwa kelarutan kitosan dipengaruhi oleh bobot molekul, derajat deasetilasi, dan rotasi spesifiknya yang beragam bergantung pada sumber dan metode isolasi serta transformasinya. Sifat fisika dan kimia kitosan di atas telah dijadikan bagian dalam penentuan spesifikasi kitosan, seperti yang dapat dilihat pada tabel (Tabel 2.2) di bawah ini :
Tabel 2.2. Spesifikasi kitosan
Parameter Ciri – ciri
Ukuran partikel Serpihan sampai bubuk
Kadar air (%) ≤ 10,0
Kadar abu (%) ≤ 2,0
Warna larutan Tidak berwarna
N-deasetilasi (%) ≥ 70,0
Kelas viskositas (cps) :
- Rendah < 200
- Medium 200799
- Tinggi pelarut organik 8002000 (Sugita, 2009)
2.1.2. Kegunaan Kitosan
buah-buahan, sayuran, dan penjernih sari buah. Fungsinya sebagai antimikrob dan antijamur juga diterapkan di bidang kedokteran.
kitosan dapat mencegah pertumbuhan Candida albicans dan Staphvlacoccus aureus. Selain itu, biopolimer tersebut juga berguna sebagai antikoagulan, antitumor, antivirus, pembuluh darah-kulit dan ginjal sintetik, bahan pembuat lensa kontak, aditif kosmetik, membran dialisis, bahan sampo dan kondisioner rambut, zat hemostatik, penstabil liposom, bahan ortopedik, pembalut luka dan benang bedah yang mudah diserap, serta mempertinggi daya kekebalan, antiinfeksi.
2.1.3. Modifikasi Kitosan
Kitosan dapat dimodifikasi, kitosan sebagai adsorben dapat berada dalam berbagai bentuk, antara lain bentuk butir, serpih, hidrogel, dan membran (film). Kitosan sebagai adsorben sering dimanfaatkan untuk proses adsorpsi ion logam berat. Besarnya afinitas kitosan dalam mengikat ion logam sangat bergantung pada karakteristik makrostruktur kitosan yang dipengaruhi oleh sumber dan kondisi pada proses isolasi.
2.2. Adsorpsi
2.2.1. Pengertian Adsorpsi
Secara umum adsorpsi adalah suatu proses pemisahan komponen-komponen tertentu dalam fasa cair atau gas melewati suatu permukaan padat yang disebut adsorben, sedangkan komponen yang diserap disebut adsorbat.
Ketika permukaan padatan dipaparkan pada molekul adsorbat, adsorbat akan membentur permukaan padatan, sehingga sebagian akan menempel dipermukaan padatan dan terjerap, sedangkan yang lain akan terpantul kembali. Pada awalnya, laju adsorpsi cukup besar karena seluruh permukaan masih kosong. Namun, setelah waktu kontak semakin lama, permukaan yang terisi oleh molekul gas semakin banyak dan luas daerah kosong menyusut, sehingga laju adsorpsinya ikut menurun. Bersamaan dengan itu, laju desorpsi, yaitu laju pelepasan kembali molekul adsorbat, justru meningkat hingga tercapai suatu kesetimbangan dinamis desorpsi-desorpsi.
2.2.2. Adsorben
Adsorben (untuk adsorpsi fisik) adalah bahan padat dengan luas permukaan dalam yang sangat besar. Permukaan yang luas ini terbentuk karena banyaknya pori yang halus pada padatan tersebut. Biasanya luasnya berada dalam orde 200-1000 m2/g adsorben. Diameter pori sebesar 0,0003-0,002 µm.
2.3. Aplikasi Kitosan dalam Bidang Lingkungan
Lingkungan sangat berpotensi tercemar zat organik, anorganik, maupun logam berat. Keberadaan zat-zat pencemar tersebut akan mengganggu ekosistem yang ada, termasuk juga manusia. Oleh sebab itu, kelestarian lingkungan dari zat pencemar harus dijaga dan terus mendapatkan perhatian dari masyarakat sekitar, yang merupakan elemen dari lingkungan hidup itu sendiri. Salah satu cara yang dapat digunakan untuk mengurangi zat pencemar pada lingkungan adalah dengan menggunakan kitosan sebagai adsorben.
Kitosan umumnya disintesis dari deasetilasi kitin yang berasal dari limbah kulit udang atau kepiting. Oleh karena itu, penggunaan kitosan sejak awal telah berperan dalam mengurangi pencemaran lingkungan. Manfaat kitosan dalam bidang lingkungan adalah untuk menjerap logam berat maupun zat warna yang banyak dihasilkan dari industri tekstil atau kertas. Logam berat merupakan limbah yang sangat berbahaya. Hal tersebut dikarenakan logam berat dapat menimbulkan toksisitas akut pada manusia maupun habitat yang ada di lingkungan perairan.
2.4. Logam Berat
Logam berat adalah komponen alamiah lingkungan yang mendapatkan perhatian berlebih akibat ditambahkan ke dalam tanah dalam jumlah yang semakin meningkat dan bahaya yang mungkin ditimbulkan. Logam berat menunjuk pada logam yang mempunyai berat jenis lebih tinggi dari 5 atau 6 g/mL. Namun pada kenyataannya dalam pengertian logam berat ini, dimasukkan pula unsur-unsur metaloid yang mempunyai sifat berbahaya seperti logam berat sehingga jumlah seluruhnya mencapai lebih kurang 40 jenis. Beberapa logam berat yang beracun tersebut adalah As, Cd, Cr, Cu, Pb, Hg, Ni, dan Zn (Palar, 1994).
2.4.1. Logam Besi
Besi (Fe) merupakan logam transisi dan memiliki nomor atom 26. Bilangan oksidasi besi (Fe) adalah +3 dan +2. Fe memiliki berat atom 55,845 g/mol, titik leleh 1.5380C. Fe menempati urutan sepuluh besar sebagai unsure di bumi. Fe
menyusun 5-5,6% dari kerak bumi dan menyusun 35% dari massa bumi. Fe menempati berbagai lapisan bumi. Konsentrasi tertinggi terdapat pada lapisan dalam dari inti bumi dan sejumlah kecil terdapat dilapisan terluar kerak bumi. Beberapa tempat dibumi bias engandung Fe mencapai 70%.
Logam Fe ditemukan dalam inti bumi berupa hematit. Fe hampir tidak dapat ditemukan sebagai unsur bebas. Fe diperoleh dalam bentuk tidak murni sehingga harus melalui reaksi reduksi guna untuk mendapatkan Fe murni. Fe berperan penting dalam system imunitas. Seseorang dengan kandungan Fe rendah akan memiliki daya tahan tubuh rendah terhadap infeksi ( Widowati, 2008).
Kelebihan zat besi (Fe) menyebabkan keracunan, dimana terjadi muntah, diare dan kerusakan usus. Kelebihan zat besi juga dapat menyebabkan hemokromatis. Hemokromatis merupakan penyakit kelebihan zat besi (Fe) yang bias berakibat fatal tetapi mudah diobati, dimana penyakit ini banyak menyerang lebih dari 1 juta orang di amerika serikat (Ahmad, 2004).
Mineral yang sering berada dalam air dengan jumlah besar adalah kandungan Fe. Apabila Fe tersebut berada dalam jumlah banyak akan muncu berbagai gangguan lingkungan. Untuk mengurangi pencemaram logam berat Fe, bias dilakukan bioabsorpsi, yang merupak bagian dari bioremoval, yaitu sebagai terkonsentrasi dan terakumulasinya polutan.
Untuk mengurangi pencemaran dari limbah serta meningkatkan nilai ekonomi, limbah yang mengandung unsure Al, Fe dan Cu dapat dijadikan bahan baku yang lebih bermanfaat seperti tawas, ferosulfat, dan logam Cu. Untuk mengurangi pencemaran Fe, dapat digunakan teknologi fitoremidasi, mikroorganisme bioremoval, menaikkan pH larutan, saringan pasir aktif dan Advanced Oxidation Processes (AOPs), yaitu oksidasi menggunakan H2O2
2.4.2 Logam Zink
Zink (Zn) adalah komponen alam yang terdapat di kerak bumi. Zn adalah logam yang memiliki karakteristik cukup reaktif, berwarna putih-kebiruan, pudar bila terkena udara dengan api hijau terang. Zn dapat bereaksi denga asam, basa dan senyawa nonlogam. Zink (Zn) di alam tidak berada dalam keadaan bebas, tetapi dalam bentuk terikat dengan unsur lain berupa mineral. Logam Zn digunakan dalam berbagai jenis industri, seperti cat, produk karet, obat-obatan dan sebagainya (Widowati, 2008).
Zink diperlukan oleh tubuh untuk proses metabolisme teteapi dalam kadar tinggi dapat bersifat racun. Dalam tubuh manusia terkandung 2 gram seng, terutama terdapat pada rambut, tulang mata dan kelenjar alat kelamin pria. Seng merupakan komponen penting dari berbagai ezim. Paling sedikit 15-20 metaloenzim yang mengandung seng telah diisolasi dan dimurnikan. Salah satu contohnya adalah enzim karbonat anhidrase yang terdapat dalam sel darah merah. Disamping itu seng juga terdapat dalam karboksi peptidase dan dehidrogenase dalam hati. Sebagai kofaktor, seng dapat menngkatkan keefektifan enzim. (Winarno, 1995)
Pada manusia, Zink merupakan unsur yang terlibat dalam sejumlah besar enzim yang mengkatalisis reaksi metabolik yang vital. Karena fasilitasnya yang digunakan dalam sintesis DNA dan RNA dn dalam metabolisme protein, Zn juga esensial untuk pertumbuhan anak (Darmono, 1995).
Zink (Zn) bukan merupakan senyawa toksik dan merupakan unsur essensial bagi pertumbuhan semua jenis hewan dan tumbuhan. Zn akan bersifat toksik ketika berada dalam bentuk ionnya. Meskipun logam ini merupakan logam yang essensial namun jika dikonsumsi dalam dosis yang tinggi akan berbahaya dan bersifat toksik. Gejala defisiensi Zn antara lain pertumbuhan terhambat, rambut rontok, diare, berkurangnya fungsi indera penglihatan, dan sebagainya. (Widowati, 2008)
2.4.3. Logam Kromium
Kromim (Cr) adalah kristalin putih dan tidak dapat ditempah dengan mudah,. Dalam tabel periodik, kromium merupakan unsur yang terletak pada golongan VI B dan pada periode keempat dengan nomor atom 24 dan boo t atom 52. Dalam larutan air kromium membentuk tiga jenis ion yaitu: kation-kation Kromium (II) dan (III) dan anion kromat dan dikromat dimana keadaan oksidasi kroium Cr+6.
Ion Kromium (II) membentuk larutan berwarna biru dan agak tidak stabil, karena merupakan zat pereduksi yang kuat. Oksigen dan atmosfer dengan mudah mengoksidasinya menjadi ion Kromium (III) yang lebih stabil. (Vogel, 1979)
Kromium merupakan elemen yang terdapat dalam kehidupan sehari-hari dan merupakan unsur yang essensial bagi manusia dan hewan pada konsentrasi yang rendah. Menurut rekomendasi kesehatan, kebutuhan kromium sehari-hari adalah 50-200 µg/hari. Karsinogenitas kromium biasanya disebabkan oleh kromium heksavalent (Cr6+) yang bersifat korosif. Telah disarankan bahwah Cr6+ yang mudah diambil oleh sel, berubah menjadi Cr3+ dalam sel. Efek kronis dari
kromium dilaporkan meliputi kulit, iritasi membran selaput lender, hati, kanker paru-paru.
sel-sel didalam tubuh. Senyawa krom pada sumber-sumber air alam ataupun air limbah industri dapat berada dalam bentuk Krom (III) dan Krom (VI) yang mempunyai sifat berbeda. Krom (III) essensial bagi mamalia untuk metabolism gula, protein dan lemak. Senyawa lebih stabil di air serta sifat racunnya tidak terlalu besar. Berbeda dengan krom (VI) karena bersifat sagat oksidatif. ( Raja, 2006)
2.5. Spektrofotometri Serapan Atom
Spektrofotometri Serapan Atom adalah metoda pengukuran kuantitatif suatu unsur yang terdapat dalam suatu cuplikan berdasarkan penerapan cahaya pada panjang gelombang tertentu oleh atom – atom bentuk gas dalam keadaan dasar . Telah lama ahli kimia menggunakan pancaran radiasi oleh atom yang dieksitasikan dalam suatu nyala sebagai alat analisis. Fraksi atom - atom yang tereksitasi berubah secara eksponensial dengan temperatur. Teknik ini digunakan untuk penetapan sejumlah unsur, kebanyakan logam dan sampel yang sangat beraneka ragam (Walsh, 1955).
2.5.1. Prinsip dan Teori
2.5.2. Gangguan pada SSA dan cara mengatasinya
Gangguan nyata pada SSA adalah seringkali didapatkan suatu harga yang tidak sesuai dengan konsentrasi sampel yang ditentukan. Penyebab dari gangguan ini adalah faktor matriks sampel.
Sampel dalam bentuk molekul karena disosiasi yang tidak sempurna akan cenderung mengabsorpsi radiasi dari sumber radiasi. Demikian juga terjadinya ionisasi atom akan menjadi kesalahan pada spekrofotometer serapan atom oleh karena spektrum radiasi oleh ion jauh berbeda dengan spektrum absorpsi atom netral yang memang akan ditentukan. Ada beberapa usaha untuk mengurangi gangguan kimia pada SSA yaitu dengan cara:
1. Menaikkan temperatur nyala agar mempermudah penguraian untuk itu dipakai gas pembakar campuran C2H2 + N2O yang memberikan nyala
dengan temperatur yang tinggi.
2. Menambahkan elemen pengikat gugus atom penyangga, sehingga terikat kuat akan tetapi atom yang ditentukan bebas sebagai atom netral. Misalnya penentuan logam yang terikat sebagai garam, dengan penambahan logam yang lainnya akan terjadi ikatan lebih kuat dengan anion pengganggu. 3. Pengeluaran unsur pengganggu dari matriks sampel dengan cara eksitasi
(Mulja, 1995).
2.5.3. Rangkaian Spektrofotometer Serapan Atom
Komponen penting yang membentuk Spektrofotomter Serapan Atom diperlihatkan pada gambar dibawah 2.2 ini.
A B C D E F
Keterangan Gambar :
A = Lampu Katoda Berongga B = Nyala
C = Monokromator D = Detektor E = Amplifier
F = Recorder (Khopkar, 2007)
a. Sumber sinar
Sumber sinar yang lazim dipakai adalah lampu katoda berongga. Lampu ini terdiri atas tabung kaca tertutup yang mengandung suatu katoda dan anoda. Katoda 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. Neon biasanya lebih disukai karena memberikan intensitas pancaran lampu yang lebih rendah. (Khopkar, 2007 dan Mulja,1995).
Tempat sampel
Dalam analisis dengan Spektofotometri Serapan Atom, sampel yang akan dianalisis harus diuraikan menjadi atom-atom netral yang masih dalam keadaan asas. Ada berbagai macam yang dapat digunakan untuk mengubah suatu sampel menjadi uap atom-atom yaitu dengan nyala dan tanpa nyala.
b. Nyala (Flame)
Nyala digunakan untuk mengubah sampel yang berupa padatan atau cairan menjadi bentuk uap atomnya, dan juga berfungsi untuk atomisasi.
Tanpa Nyala (Flameless)
c. Monokromator
Monokromator memisahkan,mengisolasi dan mengontrol intensitas dari radiasi energi yang mencapai detektor. Pada hakekatnya mungkin saja dapat dianggap sebagai suatu saringan yang dapat disesuaikan dengan suatu daerah yang spesifik, yang mana spektrum transmisi yang tidak sesuai akan ditolak. Idealnya monokromator harus mampu memisahkan garis resonansi. Karena ada beberapa unsur yang mudah dan ada beberapa unsur yang sulit (Haswell, 1991).
d. Detektor
Detektor dapat diatur sedemikian rupa pada nilai frekuensi tertentu, sehingga tidak memberikan respon terhadap nilai emisi yang berasal dari eksitasi (Khopkar, 2007).
e. Read Out
Merupakan suatu alat petunjuk atau dapat juga diartikan sebagai sistem beberapa pencatat hasil (Khopkar,2007).
2.8. FTIR (Fourier Transform Infra Red)
Pancaran infra merah pada umumnya mengacu pada bagian spektrum elektromagnetik yang terletak di antara daerah tampak dan daerah gelombang mikro. Sebagian besar kegunaannya terbatas di daerah antara 4000 cm-1 dan 666
cm-1 (2,5-15,0 µm). Akhir-akhir ini muncul perhatian pada daerah infra merah
dekat, 14290-4000 cm-1 (0,7-2,5 µm) dan daerah infra merah jauh, 700-200 cm-1
(14,3-50 µm) (Silverstein, 1967).
padatan diuji dengan cara merefleksikan sinar infra merah yang melalui tempat kristal sehingga terjadi kontak dengan permukaan cuplikan. Degradasi atau induksi oleh oksidasi, panas, maupun cahaya, dapat diikuti dengan cepat melalui infra merah. Sensitivitas FTIR adalah 80-200 kali lebih tinggi dari instrumentasi dispersi standar karena resolusinya lebih tinggi (Kroschwitz, 1990).
Spektrofotometer FTIR digunakan untuk : 1. Mendeteksi sinyal lemah.
