II. TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Tinjauan umum Jagung Jagung merupakan bahan pangan pokok bagi penduduk di beberapa daerah tropis sedangkan batang dan daun dimanfaatkan imtuk makanan temak yang sangat potensial. Batang jagimg ini juga dapat dijadikan bahan baku bubur kertas karena kandungan selulosanya (Purwono & Hartono, 2008). Selain itu, kandungan tiaminnya bisa mengeringkan luka seperti cacar air. Kandungan fosfomya baik imtuk tulang dan gigi (Dzulkamain, 1998; Kartasapoetra 1998). Dalam dimia tumbuhan tanaman jagimg diklasifikasi menjadi (Purwono & Hartono, 2008): Kingdom
: Plantae
Divisio
: Spermatophyta
Subdivisio
: Angiospermae
Kelas
: Monocotyledone
Ordo
: Graminae
Famili
: Graminaceae
Genus
: Zea
Spesies
: Zea mays L.
Terdapat banyak jenis jagung di Indonesia. Untuk mempermudah dalam pengenalannya maka pembagian didasarkan pada bentuk dan umur tanaman. Berdasarkan bentuk dan kandungan pati dalam biji, jenis jagung dapat di golongkan menjadi tujuh tipe sebagai berikut. 1. Jagung gigi kuda Jagung jenis ini memiliki lekukan di bagian puncak biji. Namim tanaman ini kurang tahan hama bubuk sehingga jarang ditanam di Indonesia. 2. Jagung mutiara Jagung jenis ini memiliki biji berwama putih, bentuknya bulat, keras dan licin karena terdiri dari pati keras. Jagung jenis ini mempakan jagung lokal Indonesia. Jagung mutiara mempakan jenis jagung yang tahan hama.
4
3. Jagung manis Jagung jenis ini lebih banyak mengandung gula daripada pati sehingga lebih kering dan bijinya keriput. 4. Jagung berondong Jagung ini merupakan tipe mutiara, tetapi bagian bijinya teridiri atas pati keras. Pada saat biji dipanaskan, uap air yang terdapat dalam biji akan mengembang dan menerobos keluar dan meletuskan biji. Kadar air optimum untuk proses peletusan sekitar 14%. 5. Jagung tepung Jagung tepung merupakan tanaman yang dapat tumbuh di daerah kering seperti di Amerika Serikat dan di beberapa negara Amerika Selatan. Seluruh bagian biji terdiri dari pati lunak. 6. Jagung polong Jagung polong merupakan jenis jagung yang cukup langka dan bijinya terbungkus oleh kelobot. 7. Jagimg ketan Jagung ini mengandung amilopektin lebih besar dari amilosa dalam bijinya. Amilopektin merupakan gugus gula yang bercabang dan bila dicampur dengan iodium akan menghasilkan wama merah (Purwono & Hartono, 2008). Jagung cukup mengandung gizi dan serat kasar, sehingga memadai untuk dijadikan makanan pokok sebagai pengganti beras. Dan hampir semua bagian tanaman jagung memiliki nilai ekonomis. Tabel 2.1. Komposisi tongkol jagung Komposisi
Kadar
Na, Mg dan Ca Mn, Zn, dan Sn 60 Unsur lain Protein Abu Serat kasar Fosfor
1000-2000 ppm 10-100 ppm < 10 ppm 2.8 % 2 32.1 % 0.04 %
Sumber: Tangendjaja, B. dan Wina, E., 2008
I
Tabel 2.2. Komposisi kimia biji jagung Persentase (%)
Komposisi
Air 13.5 Protein 10 4 . Minyak/ lemak Karbohidrat: 61 • Zat tepung • Gula 1.4 6 • Pentosan 2.3 • Serat kasar 1.4 Abu 0.4 Zat Iain-lain Sumber: Tangendjaja, B. dan Wina, E., 2008 2.1.1. Jagung manis Di Indonesia jagung manis atau sweet corn yang kita kenal termasuk golongan Zea mays saccharata Sturt. Jagung manis jenis ini sedang populer di Indonesia. Jagung ini mempunyai rasa yang manis karena memiliki kadar gula lebih tinggi dari jenis biasanya. Secara fisik dan morfologinya jagimg jenis ini sulit dibedakan dengan jagung biasanya. Perbedaan umum terletak pada wama bunga jantan. Pada jagung manis bunga jantan berwama putih sedangkan jaagung biasa berwama merah. Perbedaan lainnya adalah unsur produksi jagung manis yang singkat dan tongkolnya lebih kecil dari jagung biasa (Tim penulis PS, 2002). 2.1.2. Batang jagung Tanaman jagung memiliki batang induk tidak bercabang dan tidak beranak tetapi padat sehingga tanaman dapat tumbuh tegak namun tidak banyak mengandung lignin. Batang bemas-mas terbungkus pelepah daun yang muncul dari buku, jumlah ruasnya tergantung dari varietasnya, biasanya berkisar antara 8-21 mas. Tinggi batang berkisar 1-3 meter, tetapi ada varietas yang dapat mencapai tinggi 6 meter. Pertumbuhan batang jagung tidak hanya memanjang tetapi juga membesar, bahkan batang jagung dapat membesar sampai berdiameter 3-4 cm.
6
Tabel 2.3. Komposisi kimia batang jagung Kadar (%)
Komposisi Protein kasar Kadar air Serat Abu Ca P Simiber : Tangendjaja, B. dan Wina, E., 2008
3.7 70-75 35 7 0.35 0.19
' '
' '
2.2. Adsorpsi Adsorpsi dapat diartikan sebagai proses penyerapan atau melekatnya molekul-molekul atau pada zat permukaan lain. Adsorpsi juga diartikan penetralan gaya tank permukaan. Apabila suatu adsorben berada dalam suatu larutan akan terjadi penarikan zat terlarut dan pelarut kepermukaan adsorben. Apabila suatu adsorben mempunyai luas permukaan yang lebih besar maka adsorpsinya besar (Subiarto, 2000). Berdasarkan kuat lemahnya interaksi adsorben dan adsorbat maka adsorpsi dapat dibagi dua yaitu (Subiarto, 2000): 1. Adsorpsi fisika adalah adsorpsi yang teijadi pada molekul yang disebabkan adanya gaya vander walls yang merupakan gaya intermolekul dari molekul adsorben dengan molekul adsorbat. Adsorpsi fisika bersifat reversibel dan panas adsorpsinya kecil. 2. Adsorpsi kimia merupakan peristiwa adsorpsi antara atom-atom atau molekulmolekul zat padat yang terdapat pada permukaan. Pada adsorpsi kimia terbentuk ikatan kimia antara adsorben dan adsorbat sehingga bersifat irreversibel dan panas adsorpsinya besar. Tabel 2.4. Perbedaan adsorpsi fisika dan kimia Adsorpsi Fisik
Adsorpsi Kimia
Molekul terikat pada adsorben oleh Molekul terikat pada adsorben oleh gaya van der Waals
ikatan kimia
Mempunyai entalpi reaksi - 4 sampai - Mempunyai entalpi reaksi - 40 sampai 40 kJ/mol
- 800 kJ/mol
Dapat membentuk lapisan multilayer
Membentuk lapisan monolayer 7
Adsorpsi hanya terjadi pada suhu di bawah titik didih adsorbat Jumlah
adsorpsi
pada
permukaan
merupakan fungsi adsorbat Tidak
melibatkan
energi
Adsorpsi dapat terjadi pada suhu tinggi Jumlah
adsorpsi
pada
permukaan
merupakan karakteristik adsorben dan adsorbat
aktifasi
tertentu Bersifat tidak spesifik
Melibatkan energi aktifasi tertentu Bersifat sangat spesifik
Sumber: Subiarto, 2000 Beberapa faktor yang mempengaruhi adsorpsi pada permukaan zat padat diantaranya adalah (Ketaren, 1986): 1. Jenis adsorben Syarat-syarat yang hams dipenuhi dalam pemilihan adsorben adalah mempunyai pori-pori, aktif dan mumi serta tidak bereaksi dengan adsorbat. 2. Jenis adsorbat Syarat-syaratnya antara lain: a. Ukuran partikel Molekul yang terserap hamslah mempunyai ukuran partikel yang kecil dari diameter rongga adsorben. b. Jenis kepolaran adsorbat Umumnya adsorben bersifat ionik dengan polaritas yang tinggi. Jika diametemya sebanding maka molekul-molekul lebih kuat terserap daripada molekul nonpolar. c. Jenis ikatan Senyawa tidak jenuh lebih mudah diserap dibandingkan senyawa jenuh. d. Berat molekul Senyawa dengan berat molekul yang lebih besar lebih mudah diserap jika dibandingkan dengan senyawa dengan berat molekul rendah. 3. Temperatur Pada adsorpsi fisika kenaikan temperatur menyebabkan adsorpsi menurun. Hal ini disebabkan mobilitas dari atom-atom suatu zat yang diadsorpsi bertambah dengan naiknya temperatur. Oleh karena itu zat yang diserap cenderung 8
. ;
meninggalkan zat penyerap. Sementara pada adsorpsi kimia, adsorpsi bertambah dengan naiknya temperatur. Kenaikan temperatur juga dapat menyebabkan pori-pori adsorben akan lebih terbuka karena imsur-imsur pengotor pada permukaan akan teroksidasi.
4. pH Adsorpsi antara fasa padat-cair sangat dipengaruhi oleh pH larutan. Adsorpsi yang dilakukan pada pH sangat tinggi cenderung memberikan hasil yang kurang sempuma karena pada kondisi basa terbentuknya senyawa oksida dari unsur-imsur pengotor yang lebih besar sehingga akan menutupi permukaan adsorben. Sedangkan pada pH rendah sering kali terbentuk garam-garam anorganik yang menyebabkan penyerapan kurang sempuma. Proses berlangsimgnya adsorpsi dapat dilakukan dengan dua cara yaitu (Ketaren, 1986): 1.
Secara kontak langsung (sistem batch) Pada metoda ini adsorbat langsxmg dicampurkan dengan adsorben di dalam suatu wadah. Setelah waktu tertentu bam dilakukan penyaringan. Adsorbat yang tersisa dianalisa.
2.
Secara perkolasi (sistem kolom) Pada cara ini adsorbat dilewatkan kedalam kolom yang berisi adsorben. Adsorbat yang keluar ditampung sampai tidak ada lagi adsorbat yang menetes.
2.3. Adsorben Adsorben adalah zat yang mempunyai sifat yang mengikat molekul pada permukaan dan sifat ini sangat menonjol pada padatan berpori. Beberapa syarat yang hams dipenuhi oleh suatu adsorben adalah : •
Mempunyai permukaan yang luas
•
Berpori-pori
•
Aktif dan mumi
•
Tidak bereaksi dengan adsorbat (Subiarto, 2000).
9
2.4. Tinjauan logam berat Logam berat adalah logam yang mempunyai berat jenis 5 gr/cm^ dan bobot ini beratnya lima kali dari berat air (Darmono, 1995). Logam berat dapat dikelompokkan atas beberapa karakteristik, yaitu:
>
•
Memiliki berat jenis yang sangat besar
•
Mempunyai nomor aton 22-34 dan 40-50 pada unsur lantanida dan aktinida
•
Mempunyai respon biokimia khas (spesifik) pada organisme hidup (Palar, 1994). Logam berat mempakan partikel-partikel yang esensial luituk kehidupan
tetapi dapat menjadi racun bila berada pada dosis yang tinggi. Umumnya logam berat cenderung membentuk kompleks stabil dengan sulfiir, nitrogen, serta oksida. Beberapa logam juga diketahui mempunyai efek biologis. Logam berat menumt toksisitasnya dapat dibagi menjadi 3 (Darmono, 1995): 1. Pb, Cu, Cd, Hg dan Zn bersifat toksik tinggi 2.
Cr, Ni, dan Co bersifat toksik sedang
3.
Mn dan Fe bersifat toksik rendah
• ,
* ;
Toksisitas logam berat menyebabkan penurunan mineral dalam bahan organik tanah, sehingga mengakibatkan penurunan absorpsi tanaman terhadap mineral seperti kalsium, magnesiimi dan fosfor. Hal ini mempakan penyebab utama terjadinya kematian pohon atau tanaman. Mobillitas logam berat juga dipengaruhi oleh derajat keasaman tanah. Tanah yang bersifat asam akan menaikkan daya lamt logam sehingga mudah terserap oleh tanaman (Darmono, 1995). 2.4.1. Kadmium Kadmium mempakan logam dengan nomor atom 48 dan konfigurasi elektron [Kr] 4d'*' 5s^. Logam yang memiliki berat molekul 112,41 gr/mol ini dapat ditempa dan berwama putih keperakan. Kadmium memiliki titik leleh 321°C titik didih 765°C dan berat jenis 8,65 g/cm^ (Anonimous, 1952). Kadmium mempakan logam berat berbahaya bagi manusia. Logam kadmium ditemukan dalam hasil samping penambangan seng. Kadmium digimakan dalam penyepuhan listrik, pembuatan campuran logam, dan baterai alkali. Manusia menyerap kadmium lewat udara, makanan, dan air. Menghimp kadmium dalam jangka panjang dan tems-menerus berpotensi menimbulkan kemsakan serius dalam pemapasan. Diperkirakan 50% dari kadmium yang dihimp manusia berasal dari asap 10
rokok sehingga mengendap dalam paru-paru. Kadmixim dalam satu dosis timggal dan besar dapat menginduksi gangguan saluran pencemaan. Asupan kadmium yang berjumlah lebih kecil tetapi bemlang kali dapat mengakibatkan gangguan fungsi ginjal sehingga menyebabkan ekskresi protein molekul kecil, asam amino, dan glukosa bersama air seni (Lu, 1994). Kadar kadmium dalam air di alam sangat rendah (< l|ag/L) kecuali di daerah yang tercemar. Konsentrasi kadmium sangat mimgkin meningkat sehingga dapat membahayakan manusia yang mengkonsumsi air tersebut secara terns menerus. Kadar maksimum yang diperbolehkan dalam air minum menumt SK MENKES RJ No. 907 tahun 2002 adalah < 0,003 ppm. 2.4.2. Timbal Timbal adalah unsur logam golongan IVB pada tabel periodik dengan nomor atom 82. Logam ini berwama abu-abu kebiman, dapat ditempa. Hat, dan mempakan logam berat yang paling lunak diantara semua logam berat. Timbal mempunyai berat jenis 11,336 g/cm^ (20°C) dengan titik leleh 327,4V dan titik didih 1745^. Berbagai aktivitas manusia dapat menyebabkan pencemaran timbal di alam. Emisi bensin bertimbal dan buangan aki bekas adalah sumber utama timbal yang masuk kedalam sistem air di alam (Damono, 1995). Dampak dari aktivitas kehidupan manusia yang menyebabkan Pb masuk kedalam badan perairan diantaranya adalah air buangan (limbah) dari industri yang berkaitan dengan Pb, air buangan dari pertambangan bijih timah hitam dan buangan sisa industri baterai (Palar, 2004). Eletroda aki biasanya mengandung 93% Pb dan 7% Sb. Timbal yang ada didalam elektroda ini berbentuk PbOa dan Pb logam. Produksi logam-logam lairmya juga banyak mengandimg 50-95 % Pb. Timbal juga digunakan dalam industri percetakan (tinta). Timbal juga sangat bagus digunakan untuk sekring dan alat listrik lainnya karena titik lebumya sangat rendah sehingga mudah putus bila terkena panas yang agak tinggi (Darmono, 1995). Secara alamiah, Pb masuk ke badan perairan melalui presipitasi Pb dari udara dengan bantuan air hujan. Di samping itu, proses pelapukan dari batuan mineral dan lamt oleh air hujan juga mempakan salah satu jalur sumber Pb yang akan masuk ke dalam badan perairan (Palar, 2004).
11
Timbal adalah logam toksik yang bersifat akumulatif sehingga toksisitasnya dapat dibedakan menumt beberapa organ yang dipengaruhinya yaitu sebagai berikut: 1. Sistem pembentukan darah : timbal menghambat pembentukan hemoglobin sehingga menyebabkan anemia. 2.
Sistem syaraf: dapat menyebabkan gangguan syaraf dan kemsakan otak.
3.
Sistem
ginjal
: dapat
menyebabkan
kemsakan
glomerolus
sehingga
mengkibatkan aminoasiduria, proteinuria dan glukosaria. 4.
Sistem jantung dan pembuluh darah.
5.
Sistem reproduksi : dapat memsak kualitas ovum sehingga menyebabkan kemsakan janin pada kehamilan dan kematian janin waktu melahirkan pada wanita serta dapat memsak kualitas sperma yang menyebabkan kemandulan pada pria (Darmono, 1995). Bayi dan anak-anak biasanya lebih peka terhadap toksisitas timbal daripada
orang dewasa. Hal ini disebabkan : a.
Mereka mengkonsumsi makanan lebih banyak untuk setiap unit berat badannya.
b. Absorpsi timbal dalam saluran pencemaannya lebih intensif c.
Organ seperti otak, ginjal, dan hati relatif muda yang sedang berkembang. Gejala keracunan akut timbal pada anak dimulai dengan hilangnya nafsu makan
(anoreksia), kemudian diikuti dengan rasa sakit pemt dan mimtah, tidak berkeinginan untuk bermain, beijalan sempoyongan, sulit berkata-kata dan akhimya koma. Pada 16 minggu setelah keracunan tidak terlihat gejala tetapi segera setelah 6 minggu timbul gejala seperti di atas (Darmono, 1995). 2.5. Teori Spektroskopi 2.5.1. Spektroskopi Sinar Tampak 2.5.1.1. Prinsip Dasar Spektrofotometri Sinar Tampak Spektroskopi sinar tampak mempakan suatu cara analisis kimia kulitatif dan kuantitatif yang berdazsarkan pada penyerapan energi radiasi oleh suatu lamtan yang berwama pada panjang gelombang tertentu, yaitu dengan mengukur intensitas yang diserap oleh suatu lamtan yang berwama. Sinar yang ditemskan akan berkurang bila konsentrasi lamtan bertambah pekat (Khopkar, 1990). Wama adalah salah satu kriteria untuk mengidentifikasi suatu objek. Pada analisis spektrokoimia, spektrum radiasi elektromagnetik digunakan untuk 12
menganalisa
spesies
kimia
dan
menelaah
interaksinya
dengan
radiasi
elektromagnetik. Persamaan Planck menunjukkan bahwa: E = h v = hc/X Dalam hal ini, E = Energi (erg) h = konstanta planck (6,624x 10'^^ erg/s) V =frekuensi(Hz) c = kecepatan cahaya (3x10^^ cm/s) X = panjang gelombang (nm). Suatu foton memiliki energi tertentu dan dapat menyebabkan transisi tingkat energi suatu atom atau molekul. Karena setiap spesies kimia mempunyai tingkattingkat energi yang berbeda, maka transisi perubahan energinya juga berubah. Suatu berkas elektromagnetik, bila dilewatkan melalui sampel kimia, sebahagian akan terabsorbsi. Energi elektromagnetik ditransfer ke atom atau molekul dalam sampel, berat partikel dipromosikan dari tingkat energi yang lebih rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi, yaitu tingkat tereksitasi. Pada temperatur kamar, biasanya berada pada tingkat dasar. Absorbsi meliputi transisi dari tingkat dasar ke tingkat yang lebih tinggi. Penelaahanfrekuensispecies yang terabsorbsi merupakan cara untuk mengidentifikasi dan menganalisis sampel, yaitu spectra absorbsi yang berupa pengaluran absorbansi terhadap panjang gelombang (Khopkar, 1990). Semua molekul dapat menyerap radiasi dalam daerah UV-tampak karena mereka mengandung elekfron, baik sekutu maupun menyendiri, yang dapat dieksitasikan ke tingkat yang lebih tinggi. Panjang gelombang pada mana absorbansi itu terjadi, bergantung pada betapa kuat elektron itu terikat dalam molekul itu (Day dan Underwood, 1990). Concentration C
I
Gambar 2.1. Peristiwa Absorbsi Cahaya
13
Jika suatu cahaya dengan intesitas l o melewati suatu medium dengan panjang 1 yang mengandvmg atom-atom dengan konsentrasi C, maka intensitas cahaya tersebut akan berkurang menjadi I. Hubimgan antara l o dengan I dirumuskan dengan: I=Io.e-'^^
atau
-log-^=^./.C
Dimana, K = konstanta pembanding Persamaan ini disebut Hukum Lambert-Beer's, nilai - log — = K.l.C disebut sebagai absorbansi, absorbansi ini berbanding lurus dengan konsentrasi atom-atom. Sedangkan konsentrasi sampel berbanding terbalik dengan transmitan (T), hal ini dapat dilihat dari persamaan pada hukum Lambert Beer: T = I/Io T = e^' Transmitan sering dinyatakan sebagai persentasi (%T). Absorbansi (A) suatu larutan dapat dinyatakan dalam persamaan: A = -logT = logIo/I Berbeda dengan transmitan, absorban larutan bertambah dengan pengurangan kekuatan sinar. Bila ketebalan benda atau konsentrasi mated yang dilewati cahaya bertambah, maka cahaya akan lebih banyak diserap. Jadi absorbansi berbanding lurus dengan ketebalan b dan konsentrasi c. A=abc=8bc
Keterangan: A = absorbansi a = absortivitas jika c = g/L b = panjang jalan sinar melewati sampel (cm) c = konsentrasi (mg/L) 8 = absorti vitas molar jika c dalam mol / L
14
Syarat-syarat penggunaan hukum Lambert Beer adalah (Khophar, 1990): •
Konsentrasi larutan harus rendah (<0,01 M)
•
Zat yang diukur harus stabil
•
Sinar yang dipakai harus monokromatis
•
Larutan yang diukiir harus jemih
r
x ;
Prinsip analisis spektrofotometri yaitu sebelum dianalisis terlebih dahulu dilakukan penentuan suatu kondisi tertentu. Dimana pada kondisi itu gangguan zat lain terhadap zat yang dianalisa dapat dihilangkan. Maka dipilih suatu panjang gelombang sesuai dengan absorbansi maksimum. Beberapa faktor lain yang mempengaruhi spektrum absorbansi zat yang diianalisis adalah sifat pelarut, gangguan zat lain yang terdapat dalam larutan, derajat keasaman (pH) larutan dan temperatur. Efek di atas harus diketahui sehingga penyerapan zat tidak dipengaruhi. Setelah didapat suatu kondisi tertentu barulah disiapkan larutan standar untuk membuat kurva kalibrasi. Kemudian larutan sampel dianalisis dengan menggimakan daerah panjang gelombang maksimvmi. 2.5.1.2. Peralatan Spektrofotometer Sinar Tampak Komponen yang penting dari suatu spektrofotometer yaitu sebagai berikut: 1. Sumber sinar Sumber cahaya berfungsi untuk menghasilkan sinar polikromatis yang diubah menjadi monokromatis oleh monokromator. Pada spektroskopi sinar tampak ini menggunakan lampu wolfram. Energi yang dipancarkan oleh lampu ini beraneka ragam menurut panjang gelombangnya (380-800 nm). 2. Monokromator Monokromator berfimgsi untuk menguraikan sinar dengan spektrum lebar (polikromatis) menjadi sinar dengan spektrum sempit (monokromatis). Alatnya dapat berupa prisma atau grating. Untuk memperoleh sinar monokromatis yang diinginkan maka dilakukan dengan memutar prisma atau grating sehingga lensa mengumpal hanya akan meneruskan panjang gelombang tertentu saja. 3. Kuvet Kuvet ini berfungsi sebagai tempat larutan yang akan diukur absorbansi atau transmitaimya. Kuvet yang digimakan pada daerah UV terbuat dari sel kuarsa atau kaca silika, sedangkan daerah tampak terbuat dari kaca. 15
4. Detektor Detektor berfungsi memberikan respon terhadap cahaya pada berbagai panjang gelombang yaitu mengubah isyarat (signal yang berupa panas) dengan intensitas tertentu yang jatuh pada sel foto listrik menjadi isyarat listrik. 5. Amplifier Amplifier berfungsi untuk memperkuat isyarat listrik menjadi bentuk yang dapat dibaca secara elektronik. 6. Rekorder Rekorder berfungsi sebagai pengukur untuk membaca isyarat yang diperkuat oleh amplifier. Energi listrik yang telah diperkuat oleh amplifier kemudian masuk ke rekorder sehingga dapat dibaca sebagai absorban atau transmitan (Khopkar, 1990). 5
Gambar 2.2. Skema Spektrofotometer UV sinar tampak Keterangan: 1. svmiber sinar 2. monokromator 3. tempat sampel 4. detektor 5. print out 2.5.2. Spektroskopi Infra Merah Absorbsi radiasi infra merah sesuai dengan tingkat energi vibrasi dan rotasi pada ikatan kovalen yang mengalami perubahan moment dipole dalam suatu molekul. Hal ini berarti hampir seluruh molekul yang berikatan kovalen dapat mengabsorbsi radiasi infi^ merah. Hanya molekul-molekul diatomik tertentu misalnya H2, N2, dan O2 yang tidak dapat mengabsorbsi infi-a merah, karena vibrasi dan rotasinya tidak menghasilkan perubahan moment dipole (Sunardi, 2001). Spektrum infra merah dari senyawa-senyawa kovalen poliatom, biasanya sangat kompleks yang terdiri dari pita-pita serapan yang berdekatan. Hal ini sangat berbeda jika dibandingkan dengan spektrum serapan pada daerah Ultra imgu dan 16
sinar-tampak yang hanya terdiri dari satu atau dua puncak yang sangat lebar. Tentunya hal ini berkaitan dengan daerah sebaran energi ultra ungu dan sinar tampak yang sangat sempit sehingga serapan gugus-gugus kromopor saling tumpang tindih dan terjadi puncak yang lebar. Sedangkan daerah sebaran energi infra merah sangat lebar dan energi serapan vibrasi dan rotasi sangat sempit sehingga tidak saling tumpang tindih, maka spektrum serapan infra merah dapat teramati berupa pita-pita serapan yang tajam (Sunardi, 2001). Spektrum infra merah suatu molekul senyawa lebih sering ditampilkan sebagai % Transmitan dari pada sebagai Absorban dan absisnya adalah bilangan gelombang (cm"' ) atau panjang gelombang (fxm). Beberapa orang lebih suka menggunakan bilangan gelombang, sebab lebih berhubungan dengan vibrasi molekul. Tetapi ada juga yang lebih suka jika ditampilkan dalam panjang gelombang sebab skalanya linier sehingga tampilan spektrum daerah sidik jari menjadi lebih teliti. Secara umimi spektrum serapan infra merah dapat dibagi menjadi tiga daerah kerja yaitu (Sunardi, 2001): Infra merah dekat (near infra red), dengan panjang gelombang antara 0,7 hingga 2,5 |j,m atau angka gelombang antara 14.300 hingga 4000 cm"' . Fenomena yang terjadi adalah absorpsi overtone C-H. a. Infra merah sedang {mid infra red), dengan panjang gelombang antara 2,5 hingga 15 \xm atau bilangan gelombang 4000 hingga 650 cm"' . Fenomena yang terjadi adalah vibrasi dan rotasi. b. Infra merah jauh {far infra red), dengan panjang gelombang antara 15 hingga 100 nm atau bilangan gelombang 650 hingga 200 cm"' . Fenomena yang terjadi adalah penyerapan oleh ligan atau spesi lainnya yang berenergi rendah. Biasanya yang paling sering digimakan ialah spektroskopi infra merah sedang, terutama untuk identifikasi senyawa-senyawa organik. 2.5.2.1. Sistem Peralatan Spektroskopi Infra Merah Secara prinsip spektrometer infra merah sama dengan spektrometer ultra violet atau sinar tampak, tetapi perlu diingat bahwa daerah energi yang diamati berbeda. Pada spekfrometer infra merah energinya sangat lemah, sehingga agar
17
didapatkan stabilitas dan sensitifitas yang tinggi pada komponen-komponen tertentu dirancang secara khusus (Sunardi, 2001). a. Materi optik. Energi daerah infra merah sangat lemah, untuk mengurangi absorpsi oleh sistem optik maka penggimaan sistem lensa pada spektrometer infra merah sedapat mungkin dihindarkan. sebagai gantinya digunakan sistem lensa cekung yang permukaaimya diiapisi oleh logam aluminium yang mengkilap, sehingga berkas sinar infra merah yang jatuh padanya hampir seluruhnya dipantulkan kembali. Pada tabel dibawah ini ada beberapa material yang sesuai untuk sistem optik pada
spektrometer
infra
merah,
dimana
material
tersebut
sangat baik
mentransmisikan berkas infi"a merah. Tabel 2.5. Material zat padat yang mentransmisikan infra merah dengan baik. Material
Batas panjang gelombang (cm ' )
Gelas optik
0,4 - 2,6
Vitrous silika
0,16-4,0
LiF
0,12-9,0
CaF2
0,13 -12,0
Ge
1,8-23
NaCl
0,2 - 25
KBr
0,25-40
CsBr
0,2 - 55
KRS-5*
0,55-40
* Campuran kristal Thallium bromida dan lodida Sumber: Sunardi, 2001 Sebagian besar material yang dapat menfransmisikan infra merah dengan baik adalah garam-garam yang mudah larut dalam air, sehingga bahan-bahan ini harus benar-benar dijaga agar tidak kontak dengan air karena dapat meleleh atau menjadi keruh/ buram. Disamping itu air adalah senyawa yang dapat mengabsorpsi infra merah dengan kuat. Biasanya bahan-bahan ini harus disimpan dalam desikator.
18
Beberapa merek spektrometer infra merah menggunakan lensa atau prisma dari bahan NaCl atau KBr, maka sistem optiknya harus dilindungi dari kelembaban udara dan disekitamya harus selalu diberi bahan penyerap air misalnya silika gel. b. Sumber radiasi infra merah. Sebagai sumber radiasi pada spektrometer, haruslah memiliki panacaran radiasi yang stabil dan intesitasnya tinggi. Ada beberapa macam sumber radiasi infra merah yang dapat digimakan pada peralatan spektrometer infra merah. 1) Lampu Wolfram, seutas kawat tungsten/wolfram yang ditempatkan dalam bola gelas dari bahan silika dapat digunakan sebagai sumber radiasi infra merah dekat. Kelemahan sumber radiasi jenis ini, gelas silika mengabsorsi kuat radiasi infra merah pada panjang gelombang sekitar 3,5 ^un. 2) Nernst Glower, berupa seutas kawat yang diametemya 1 mm dan panjangnya 2 cmc dibuat dari bahan campuran oksida Cerium, Zirkonium, Thorium dan Yitrium. Jika kawat ini dialiri ams listrik maka akan memancarkan energi panas dengan intensitas yang sangat tinggi dan daerah panjang gelombang yang luas antara 1 hingga 30 \im. Bahan ini dapat digunakan diudara terbuka tanpa mengalami kemsakan akibat oksidasi oleh udara, sehingga tidak perlu dilindungi dengan bola gelas yang dapat mengurasi intensitas pancarannya. Saat ini mempakan sumber radiasi infra merah yang paling baik. 3) Globar, sebagai sumber radiasi infra merah yang lain, terbuat dari bahan silika karbida. Bentuk fisiknya lebih besar daripada nemst glower, jika dioperasikan pada suhu yang tinggi dapat teroksidasi, sehingga terminal-terminalnya perlu diberi pendingin dan diberi ventilasi. Globar dapat mengemisikan infra merah dengan panjang gelombang > 30 \xm. 4) Nichrome, bahan ini dapat juga digunakan sebagai sumber infra merah, tetapi daerah panjang gelombang dan intensitasnya sangat terbatas. Nichrome ini biasanya digunakan untuk sumber radiasi infra merah pada spektrometer infra merah yang harganya murah. c. Detektor infra merah Detektor infra merah yang sesuai untuk spektroskopi absorpsi dapat digolongkan menjadi dua kelompok, yaitu:
19
1) Detektor thermal , detektor ini bekerja atas dasar mendeteksi jumlah photon yang dihasilkan ketika suatu materi detektor terkena radiasi panas. 2) Detektor photon , dibuat dari bahan semi konduktor. Radiasi panas yang mengenai
bahan
semi
konduktor
menyebabkan
elektron-elektronnya
mengabsorpsi energi dan bergerak lebih cepat sehingga dapat mempromosikan pita valensi menjadi pita konduksi. Hal ini dapat menambah daya hantar bahan semi konduktor, kenaikan daya hantar merupakan fungsi dari panas yang diterima oleh bahan semi konduktor. Detektor photon mempunyai tanggapan yang lebih cepat dan lebih sensitif, tetapi jangkauan panjang gelombangnya terbatas dan harus didinginkan pada temperatur nitrogen cair kecuali detektor photon dari bahan PbS. Sedangkan detektor thermal, mempunyai jangkauan panjang gelombang yang lebih luas dan tidak perlu didinginkan, tetapi tenggapan dan sensitifitasnya rendah. Thermocouple adalah jenis detektor termal yang paling banyak digimakan pada spektrometer infra merah dan sering disebut dengan Bolometer. Bolometer dibuat dari lempengan kecil bahan platina yang disebut sebagai Termistor merupakan elemen yang peka panas, termistor ini dirangkai dengan bahan oksida logam (Sunardi, 2001).
XL
X.
/
PihWttUt
:x
Gambar 2.3. Diagram peralatan spektroskopi infra merah 2.5.3. Teori Spektroskopi Serapan Atom Spektroskopi serapan atom (SSA) adalah metoda yang bisa menentukan atom-atom tertentu dalam cuplikan dengan menggunakan sifat khas atom itu sendiri yaitu atom tertentu akan menyerap pada panjang gelombang tertentu. Metoda SSA ini berprinsip pada absorpsi energi radiasi oleh atom-atom. Atom-atom menyerap 20
energi tersebut pada panjang gelombang tertentu tergantung pada sifat unsumya (Hendayana, 1994). Energi yang diserap oleh atom-atom pada panjang gelombang tertentu dapat dijelaskan melalui persamaan berikut: h.c E = h. v = — A. Keterangan: E = Energi (Joule atau erg) h = Konstanta Planck (6,625 x lO'^"* Joule/detik atau 6,625 x 10"^^ erg/detik) V = Frekuensi (Hz) c = Kecepatan cahaya (3x10^ m/detik) X = Panjang gelombang (nm) Keberhasilan analisis tergantung pada proses eksitasi dan cara memperoleh garis resonansi yang tepat. Temperatur nyala hams sangat tinggi. Pengendalian temperatur nyala penting sekali. Kenaikkan temperatur menaikkan efisiensi atomisasi. Cuplikan yang diukur oleh SSA biasanya bempa lamtan yang memiliki konsentrasi tersendiri. Konsentrasi cuplikan dapat ditentukan, dimana nyala dianggap sebagai medium absorpsi sebagaimana halnya pada spektrofotometer yang menggimakan kuvet. Ditinjau dari hubungan antara konsentrasi dan absorbansi, maka hukum Lambert-Beer dapat digunakan jika sumbemya adalah monokromatis.
1
A = a.b.c = log — T
LogT = -a.b.c T
= 10"^'=
Keterangan: A = Absorban T = Transmittan a = Absorptifitas (l/gram.cm) b = tebal medium (cm) c = konsentrasi lamtan (gram/1) Teknik SSA menjadi alat yang canggih dalam analisis ini. Hal ini disebabkan diantaranya oleh kecepatan analisisnya, ketelitian sampai tingkat runut, tidak 21
memerlukan pemisahan pendahuluan, dapat menentukan konsentrasi semua unsur pada konsentrasi runut dan sebelum pengukuran tidak selalu perlu memisahkan unsur yang ditentukan karena kemungkinan penentuan satu imsur dengan kehadiran imsur lain dapat dilakukan asalkan katoda berongga yang disediakan tersedia (Khopkar, 2003). 2.5.4. Sistem peralatan Sistem peralatan spektroskopi serapan atom terdiri dari : 1.
Sumber energi radiasi yang berupa lampu katoda berongga (hollow cathode lamp). Hollow cathode lamp yang digimakan bergantung pada logam yang akan dianalisis. Hollow cathode lamp akan memancarkan energi radiasi yang sesuai dengan panjang gelombang yang diperlukan untuk transisi elektron atom.
2.
Flame (nyala) dihasilkan dari campuran bahan bakar dan oksidan yang dilewatkan melalui calah menuju pembakar. Dari berbagai kemungkinan kombinasi antar bahan bakar dan gas oksidator yang umum digunakan untuk kepentingan proses pengatoman adalah sebagai berikut: Bahan bakar
Oksida
Temperatur ("C)
Natural gas
Udara
1700-1900
Natural gas
Oksigen
2700-2800
Hidrogen
Udara
2000-2100
Hidrogen
Oksigen
2550-2700
Asetilen
Udara
2100-2400
Asetilen
Oksigen
3050-3150
Asetilen
Nitrous Oksida
2600-2800
3. Monokromator ada dua jenis yaitu : prisma dan grating. 4.
Detektor yang merupakan suatu transduser yang mengubah energi radiasi menjadi isyarat listrik.
22
5. Read out yang berupa LCD (Liquid Crystal Display), yaitu sistem pembacaan yang dapat menunjukkan besamya isyarat listrik. Alat ini juga dapat bempa print out (Day dan Underwood, 1981). Secara sederhana diagram SSA dapat dilihat pada gambar 2 : Monochromotor cathode lamp U=31
slit
Flome
-
\ /
I
1
1 Burner
]
slit 1
/
Photodetector
1 £ J
I q
Nebulizer Sample Solution
AcetyleneWaste
Gambar 2.4. Prinsip peralatan AAS
23
Meter Readout