BAB II KAJIAN PUSTAKA 2.1
Natrium Logam natrium diisolasi pertama kali oleh Sir Humphry Davy pada tahun
1807 di Royal Institution London. Nomor atomnya adalah 14 sedangkan massa atomnya 22,989. Konfigurasi elektron atom natrium dalam keadaan dasar adalah (Ne) 3s1. Natrium adalah logam yang lunak dan berwarna putih keperakan. Natrium termasuk logam yang sangat reaktif dan sangat mudah teroksidasi. Reaksinya dengan air berlangsung sangat cepat sampai menimbulkan nyala (Emsley, 1991). Jumlah natrium dalam kerak bumi relatif tinggi dibandingkan dengan unsur lainnya (Shriver dan Atkins, 1990). Jumlah natrium dalam kerak bumi adalah 2,63 % sedangkan kalium 2,40 %. Jumlah natrium dalam air laut adalah sebesar 1,14 % . Peran biologis dari natrium sangat mendasar pada semua spesies termasuk manusia. Total natrium dalam tubuh manusia yang mempunyai bobot tubuh sekitar 70 kg adalah 100 g. Kandungan natrium yang terdapat pada organ tubuh manusia adalah sebagai berikut (Emsley, 1991) : Otot
:
2600 --- 7800 ppm ( mg/kg)
Tulang
:
10.000
ppm ( mg/kg)
Darah
:
1970
ppm ( mg/L)
Asupan natrium dari makanan sehari-hari berkisar antara 2 sampai 15 g. Hampir seluruh natrium tubuh berada dalam darah dan dalam cairan di sekeliling sel. Natrium tubuh berasal dari makanan dan minuman dan dibuang melalui air
5
6
kemih dan keringat. Ginjal yang normal dapat mengatur natrium yang dibuang melalui air kemih, sehingga jumlah total natrium dalam tubuh sedikit bervariasi dari hari ke hari. Suatu gangguan keseimbangan antara asupan dan pengeluaran natrium akan mempengaruhi jumlah total natrium di dalam tubuh. Perubahan jumlah total natrium sangat berkaitan erat dengan jumlah cairan dalam tubuh. Kehilangan natrium tubuh tidak menyebabkan konsentrasi natrium darah menurun tetapi menyebabkan volume darah menurun. Jika volume darah menurun, tekanan darah akan turun, denyut jantung akan meningkat, pusing dan kadang-kadang terjadi syok (Nurcahya, t.t). Sebaliknya, volume darah dapat meningkat jika terlalu banyak natrium di dalam tubuh. Cairan yang berlebihan akan terkumpul dalam ruang di sekeliling sel dan menyebabkan edema. Salah satu tanda dari adanya edema ini adalah pembengkakan kaki, pergelangan kaki dan tungkai bawah. Tubuh secara teratur memantau konsentrasi natrium darah dan volume darah. Jika kadar natrium terlalu tinggi, otak akan menimbulkan rasa haus dan mendorong kita untuk minum (Nurcahya, t.t). Natrium sebagai kation utama di dalam cairan ektraseluler, dan paling berperan di dalam mengatur keseimbangan cairan (Bojonegoro, 2010). Apabila tubuh banyak mengeluarkan natrium seperti dalam kasus muntah dan diare sementara pemasukannya terbatas maka akan terjadi keadaan dehidrasi disertai kekurangan natrium. Kekurangan air dan natrium dalam plasma akan diganti dengan air dan natrium dari cairan interstitial (Bojonegoro, 2010). Apabila kehilangan cairan terus berlangsung air akan ditarik dari dalam sel dan apabila
7
volume plasma tidak dapat dipertahankan terjadilah kegagalan sirkulasi (Bojonegoro, 2010). 2.2
Kalium Kalium ditemukan oleh Sir Humphry Davy pada tahun 1807 di London.
Nomor atomnya adalah 19 dan massa atom relatifnya adalah 39,0983. Konfigurasi elektronnya dalam keadaan dasar adalah (Ar) 4s1. Kalium adalah logam yang lunak dan berwarna putih. Reaksinya dengan oksigen berlangsung cepat dan dengan air berlangsung sangat dahsyat (Emsley, 1991). Kalium sangat diperlukan oleh semua mahluk hidup. Unsur ini merupakan kation utama di dalam cairan intraseluler dan berperan penting dalam terapi gangguan keseimbangan air dan elektrolit. Jumlah kalium dalam tubuh sekitar 53 mEq/kg berat badan (Bojonegoro, 2010). Kalium memiliki peranan penting dalam metabolisme sel serta dalam fungsi sel saraf dan otot. Sebagian besar kalium terdapat di dalam sel. Konsentrasi kalium yang terlalu tinggi atau terlalu rendah dapat menyebabkan timbulnya masalah yang serius, seperti irama jantung yang abnormal. Kalium yang disimpan di dalam sel membantu memelihara konsentrasi kalium dalam darah agar tetap konstan. Keseimbangan kalium dijaga dengan menyesuaikan jumlah asupan kalium dalam makanan dengan jumlah kalium yang dibuang. Sebagian besar kalium dibuang melalui air kemih, walaupun ada beberapa yang dibuang melalui tinja. Dalam keadaan normal ginjal menyesuaikan pembuangan kalium agar seimbang dengan asupan kalium melalui makanan. Makanan yang merupakan
8
sumber kalium di antaranya pisang, tomat, jeruk, melon, kentang kacangkacangan bayam dan sayuran berdaun hijau lainnya. Kandungan kalium dalam organ tubuh manusia antara lain pada : Otot
2.3
: 16.000 ppm(mg/kg)
Tulang : 2100
ppm(mg/kg)
Darah
ppm (mg/L).
: 1620
Cairan Tubuh Sekitar dua pertiga dari berat badan kita adalah cairan, terdiri dari air dan
ion atau senyawa yang larut di dalamnya. Cairan ini berfungsi untuk mengatur suhu tubuh dan membantu proses percernaan. Persentase cairan tubuh dapat berubah tergantung pada umur, jenis kelamin dan derajat obesitas seseorang. Seiring dengan pertumbuhan seseorang persentase jumlah cairan tubuh terhadap berat badan berangsur-angsur turun. Pada laki-laki dewasa berkisar antara 50–60 persen berat badan, sedangkan pada wanita dewasa sekitar 50 persen berat badan (Bojonegoro, 2010). Seluruh cairan tubuh didistribusikan ke dalam kompartemen intraseluler dan kompartemen ekstraseluler. Cairan intraseluler merupakan cairan yang terkandung di dalam sel. Pada orang dewasa sekitar 2/3 dari cairan di dalam tubuh terdapat di intraseluler. Untuk orang dewasa dengan berat badan sekitar 70 kg memiliki cairan intraseluler sekitar 27 liter, sebaliknya pada bayi sekitar setengah dari berat badannya merupakan cairan intraseluler (Bojonegoro, 2010). Cairan ekstraseluler adalah cairan yang berada di luar sel. Jumlah relatif cairan ekstraseluler berkurang seiring dengan usia. Pada bayi baru lahir sekitar
9
setengah dari cairan tubuh terdapat pada cairan ekstraseluler. Setelah usia 1 tahun, jumlah cairan ekstraseluler menurun sampai sekitar 1/3 dari volume cairan total (Bojonegoro, 2010). Cairan ekstraseluler dibagi menjadi : 1. Cairan interstitial 2. Cairan intravaskular 3. Cairan transeluler Cairan interstitial adalah cairan yang mengelilingi sel. Cairan intravaskular merupakan cairan yang terkandung dalam pembuluh darah contohnya, volume plasma. Rata-rata volume darah orang dewasa sekitar 5-6 liter, dimana sekitar 3 liter merupakan plasma sisanya terdiri dari sel darah merah, sel darah putih, dan platelet (West and Todd, 1981). Cairan transeluler merupakan cairan yang terkandung diantara rongga tubuh tertentu, seperti serebrospinal, perikardial, pleura, sendi sinovial, intra okular, dan sekresi saluran pencernaan (Bojonegoro, 2010), cairan tubuh merupakan larutan partikel senyawa dalam air. Partikel terlarut tersebut dibedakan menjadi elektrolit dan non elektrolit. Elektrolit merupakan zat yang terdisosiasi dalam larutan dan mengantarkan listrik. Elektrolit dibedakan menjadi : 1. Ion positif (kation) 2. Ion negatif (anion) Jumlah kation dan anion dalam larutan selalu sama. Kation utama dalam cairan ekstraseluler adalah natrium (Na+). Sedangkan kation utama dalam cairan intraseluler adalah kalium (K+). Anion utama dalam cairan ekstraseluler adalah klorida (Cl-) dan bikarbonat (HCO3-), sedangkan anion utama dalam cairan intra
10
seluler adalah ion pospat (PO43-) (Bojonegoro, 2010). Senyawa non elektrolit di dalam cairan tubuh adalah senyawa yang tidak terdisosiasi dalam air, diantaranya glukosa dan urea. Senyawa lainnya adalah kreatinin dan bilirubin. Darah sendiri terdiri dari sel darah merah (eritrosit) dan plasma darah. Kation utama dalam sel darah merah adalah kalium dengan jumlah natrium yang sedikit, sebaliknya konsentrasi natrium pada plasma darah tinggi sedangkan kalium rendah (West and Todd, 1981). Sebaran Na+ dan K+ dalam bagian tubuh ditunjukkan pada tabel 2.1 dibawah ini. Tabel 2.1 Sebaran Na dan K dalam tubuh Plasma (mEq/L) Eristrosit (mEq/L) Na
13.5 - 15
18
K
3.6 – 6.2
80
Angka dalam tabel 2.1 diatas menunjukkan perbedaan yang besar antara natrium dan kalium pada sel darah dan plasma. 2.4
Kelapa Kelapa adalah satu jenis tumbuhan dari suku aren-arenan atau Arecaceae.
Dalam klasifikasi tumbuhan, pohon kelapa termasuk dalam genus: cocos dan species: nucifera. Kelapa berasal dari pesisir samudra Hindia, namun kini telah tersebar di seluruh daerah tropis (Setyamidjaya, 1991). Kelapa banyak varietasnya, namun secara garis besar dapat dibagi menjadi dua kelompok besar yaitu :
11
a.
Kultivar kelapa genjah adalah kelapa yang dalam usia 4 – 6 tahun telah menghasilkan buah. Contohnya adalah kelapa gading (varietas Eburnia), kelapa raja (varietas Regia), kelapa raja Malabar (varietas Pretiosa) dan kelapa puyuh (varietas Pumila).
b.
Kultivar kelapa dalam adalah kelapa yang baru memiliki buah setelah mencapai umur 15 tahun, tinggi pohonnya dapat mencapai 30 meter. Contohnya adalah kelapa hijau (varietas Viridis), kelapa merah (varietas Rubescens).
Kelapa hibrida merupakan hasil persilangan antara kelapa genjah dengan kelapa dalam. Kelapa secara alami tumbuh di daerah pantai dan dapat tumbuh hingga ketinggian 1000 meter dari permukaan laut. Namun pada daerah ketinggian akan mengalami perlambatan pertumbuhan. Pohon kelapa merupakan tanaman serbaguna bagi masyarakat tropis. Hampir semua bagian tumbuhan kelapa dapat dimanfaatkan. Batangnya dipakai sebagai kayu bahan bangunan dengan mutu menengah. Daun kelapa yang muda disebut janur, dipakai sebagai bahan anyaman dalam pembuatan ketupat atau berbagai bentuk hiasan yang menarik termasuk untuk sarana sesajen/banten terutama oleh masyarakat Jawa dan Bali. Sabut kelapa yang berupa serat-serat kasar diperdagangkan untuk pengisi jok kursi, anyaman tali, keset serta media tanam bagi anggrek. Tempurung atau batok kelapa dipakai sebagai bahan bakar, dijadikan arang dan bahan baku berbagai bentuk hiasan dan kerajinan tangan (Setyamidjaya, 1991).
12
Endosperma buah kelapa yang berupa cairan serta endapannya yang melekat pada dinding dalam tempurung (daging buah kelapa) adalah sumber penyegar yang sangat populer. Daging buah muda yang berwarna putih dan lunak biasa disajikan sebagai es kelapa muda. Daging buah tua kelapa yang sudah mengeras biasa diambil cairan sarinya dengan diperas dan cairannya disebut santan. Atau daging buah tua ini diambil dan dikeringkan dijadikan komoditi perdagangan bernilai yang disebut kopra. Kopra adalah bahan baku untuk pembuatan minyak kelapa. Air kelapa yang jumlahnya berkisar antara 25 persen dari komponen buah kelapa. Pemanfaatannya masih terbatas dan kebanyakan terbuang sebagai limbah. Hasil analisis menunjukkan bahwa air kelapa tua terdiri atas air sebanyak 91,23 %, protein 0,29 %, lemak 0,15 %, karbohidrat 7,27 % dan abu 1,06 %. Air kelapa juga mengandung vitamin C dan vitamin B kompleks (Anonim, 2010). Sedangkan dalam air kelapa muda kandungannya adalah air sebanyak 95,5 %, protein 0,1 %, lemak kurang dari 0,1 %, karbohidrat 4 %, dan abu 0,4 %. Air kelapa muda juga mengandung vitamin C dan vitamin B komplek yang terdiri atas asam nikotinat, asam pantotenat, biotin, asam folat, vitamin B1 dan sedikit piridoksin. Air kelapa muda juga mengandung sejumlah mineral antara lain kalium, natrium, kalsium, magnesium, besi, tembaga, fosfor, dan sulfur (Anonim, 2010). Secara alami air kelapa mempunyai komposisi gula dan mineral yang lengkap, sehingga mempunyai potensi yang besar untuk dikembangkan sebagai minuman isotonik yaitu minuman yang memiliki kesetimbangan elektrolit seperti cairan dalam tubuh manusia. Air kelapa muda juga telah digunakan sebagai
13
larutan rehidrasi oral bagi penderita diare. Hasil penelitian menunjukkan air kelapa memiliki Indeks Rehidrasi yang lebih baik dibandingkan dengan sport drink atau minuman penambah stamina (Lysminiar, 2010). Indeks Rehidrasi adalah indikator banyaknya cairan rehidrasi yang diberikan yang dipergunakan oleh tubuh. Indeks Rehidrasi lebih tinggi berarti air kelapa muda lebih efektif dan lebih cepat memperbaiki dehidrasi. Kelebihan lain adalah memiliki rasa lebih lezat dan mudah ditoleransi lambung sehingga air kelapa muda dapat diminum dalam jumlah cukup banyak. Menurut Mortin Satin, Kepala Badan Perserikatan Bangsa-Bangsa yang mengurusi Pangan dan Pertanian, air kelapa adalah minuman yang mengandung kalium tinggi dan sebaliknya mengandung natrium lebih rendah bila dibandingkan sport drink dan energy drink. (Kohler, t.t) 2.5
Spektrometri Serapan Atom Spektroskopi adalah ilmu yang mempelajari interaksi antara radiasi
gelombang elektromagnetik dengan materi. Absorpsi maupun emisi energi radiasi oleh atom maupun molekul merupakan dasar dari beberapa metoda dalam kimia analitik. Dengan melakukan interpretasi terhadap data yang didapatkan maka akan diperoleh informasi yang terjadi secara kualitatif maupun kuantitatif (Pietrzyk and Frank, 1970). Secara kualitatif posisi dari garis atau pita absorpsi maupun emisi yang terjadi pada spektrum elektromagnetik, menunjukkan adanya atom atau senyawa yang khas. Untuk mengetahui secara kuantitatif maka yang diukur adalah intensitas dari garis atau pita absorpsi maupun emisi dari materi yang diselidiki
14
dan standar. Konsentrasi dari zat yang diselidiki selanjutnya dihitung berdasarkan data yang didapat. Bila suatu atom atau molekul menyerap energi, maka elektron dari atom atau molekul tersebut akan berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi atau keadaan tereksitasi. Diagram tingkat energi dari atom ditunjukkan seperti gambar berikut :
Gambar 2.1.
Diagram tingkat energi elektron
Garis horisontal menunjukkan dua tingkat energi elektronik dalam atom. E0 menunjukkan tingkat energi elektronik keadaan dasar. E* menunjukkan tingkat energi elektronik dalam keadaan tereksitasi. Elektron dapat mengalami transisi dari keadaan E0 ke E* bila ditambahkan energi dalam bentuk sinar atau panas. Penyerapan energi mengakibatkan atom dalam keadaan tereksitasi. Dalam keadaan tereksitasi maka atom dapat mengurangi kelebihan energi dengan cara melepaskan foton yang ekivalen dengan perbedaan tingkat energi antara E* dan E0. Untuk molekul akan memungkinkan terjadinya transisi dari beberapa tingkat energi ke keadaan dasar. Oleh sebab itu spektrum yang dihasilkan dari suatu molekul tampak lebih melebar. Tipe spektrum dari molekul dikenal dengan spektrum pita, karena merupakan transisi dari berberapa tingkat energi yang akan menghasilkan sejumlah garis membentuk pita (Pietrzyk and Frank.1970).
15
Berbeda dengan molekul, atom tidak mengalami vibrasi atau rotasi sehingga atom tidak memiliki energi vibrasi atau rotasi. Transisi antara tingkat energi dari atom menghasilkan garis yang sangat tajam. Spektrum absorpsi dari atom akan dikenal sebagai spektrum garis. Oleh karena adanya perbedaan antara tingkat energi elektronik molekul dan atom-atom, maka posisi dari pita atau garis dapat digunakan untuk pengamatan secara kualitatif zat yang dianalisa. Spektrometri serapan atom pada dasarnya digunakan untuk mengukur konsentrasi ion logam yang sangat rendah dalam berbagai jenis sampel yang terdapat
dalam
materi
organik
maupun
anorganik.
Apabila
radiasi
elektromagnetik dengan panjang gelombang tertentu dilewatkan pada sel yang mengandung atom-atom logam yang bebas, maka sebagian cahaya tersebut akan diserap dan intensitas sinar yang diserap akan berbanding lurus dengan banyaknya atom logam bebas yang berada dalam sel. Hubungan antara absorbansi dengan konsentrasi diturunkan dari : 1. Hukum Lambert : Bila suatu sumber sinar monokromatik melewati medium transparan, maka intensitas sinar yang diteruskan berkurang dengan bertambahnya ketebalan medium yang mengabsorpsi. 2. Hukum Beer : Intensitas sinar yang diteruskan berkurang secara eksponensial dengan bertambahnya konsentrasi spesi yang menyerap sinar tersebut. Dari kedua hukum tersebut diperoleh suatu persamaan : It = Io.e-(εbc), atau A = - Log It/Io = εbc
16
Dimana, Io
= Intensitas sinar awal yang dikenakan
It
= Intensitas sinar yang diteruskan
ε
= Absortivitas molar
b
= Panjang medium
c
= Konsentrasi atom-atom yang menyerap sinar
A
= Absorbans
Alat spektrometri serapan atom terdiri dari sumber cahaya, sel, monokromator dan sistem detektor. Sumber cahaya (lampu katoda berongga) akan memancarkan sinar dalam bentuk garis yang memiliki panjang gelombang yang sesuai dengan unsur yang dianalisis. Pada sel yang dalam alat dikenal dengan nyala atomisasi akan terjadi proses atomisasi. Diawali dengan proses nebulisasi untuk menghasilkan suatu kabut aerosol yang halus dari larutan sampel. Kemudian diikuti dengan solvasi terhadap kabut aerosol menjadi aorosol kering atau molekul padat. Selanjutnya energi thermal dari nyala akan merngubah partikel menjadi uap yang yang mengandung spesi molekul, ion dan atom-atom bebas dalam wujud gas. Pada proses atomisasi energi thermal didapatkan dengan membakar campuran gas bahan bakar dengan oksidan. Beberapa contoh dari campuran gas bahan bakar dan oksidan yang sering digunakan dalam spektrometri serapan atom.
17
Rentang Suhu (0C)
Bahan Bakar
Oksida
Gas Alam
Udara
1700-1900
Hidrogen
Udara
2000-2100
Asetilin
Udara
2100-2400
Asetilin
Nitro Oksida
2500-2800
Asetilin
Oksigen
3050-3150
Gambar 2.2.
Tahapan proses atomisasi
Teknik analisis yang banyak digunakan dan sesuai untuk spektrometri serapan atom adalah kurva kalibrasi dan metoda penambahan standar. Pada teknik kurva kalibrasi diplot antara sederetan konsentrasi larutan standar dengan absorban (A). Contoh seperti ditunjukkan pada gambar berikut.
Gambar 2.3.
Kurva kalibrasi
18
Garis linier yang terbentuk mengikuti persamaan Y = aX + b, dimana Y adalah absorban, X adalah konsentrasi, a adalah slope, dan b adalah intersep. Nilai a maupun b dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut : a
nXY XY nX 2 (X ) 2
b
Y a X n
r
nX
nXY XY 2
( X ) 2 n Y 2 ( Y ) 2
Konsentrasi larutan sampel dapat dihitung dengan memasukkan nilai absorban dari sampel ke dalam persamaan garis regresi. Salah satu keuntungan bekerja dengan teknik spektrometri serapan atom adalah lebih mudahnya preparasi sampel. Dalam preparasi kita tidak perlu melakukan pemisahan unsur yang dianalisis dari unsur yang lain artinya larutan sampel dapat langsung dianalisis kandungan unsurnya.
