i
KANDUNGAN Fe, Cu, Zn, DAN Pb DALAM SEDIMEN PERAIRAN PESISIR SEKITAR KAWASAN INDUSTRI GRESIK
MAULI RAHMA
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2006
i
ABSTRAK MAULI RAHMA. Kandungan Fe, Cu, Zn, dan Pb dalam Sedimen Perairan Pesisir Sekitar Kawasan Industri Gresik. Dibimbing oleh KOMAR SUTRIAH dan JUNE MELLAWATI. Logam besi (Fe), tembaga (Cu), zink (Zn), dan timbal (Pb) umum digunakan di sektor industri, di antaranya industri pupuk, pestisida, bahan kimia, peleburan logam, deterjen, dan cat. Aktivitas industri ini telah menimbulkan pencemaran logam di daerah perairan pesisir Gresik. Zat pencemar yang berasal dari aktivitas industri ini masuk ke lingkungan perairan dan akan tersebar ke air, terabsorpsi oleh biota laut, serta terakumulasi dalam sedimen. Tujuan penelitian ini ialah mengidentifikasi dan mengukur tingkat cemaran logam Fe, Cu, Zn, dan Pb dalam sedimen di lima stasiun perairan pesisir sekitar kawasan industri Gresik. Analisis logam dalam sedimen dilakukan dengan metode spektrometri pendar sinar-X menggunakan 109Cd sebagai sumber pengeksitasi. Kuantitas logam ditentukan dengan membandingkan intensitas sinar-X unsur dalam sampel dengan intensitas unsur dalam standar acuan SL-1 dari International Atomic Energy Agency. Hasil penelitian menunjukkan konsentrasi Fe, Cu, Zn, dan Pb dalam sampel sedimen beragam. Konsentrasi Fe, Cu, dan Zn tertinggi, masing-masing sebesar 42.73, 117.50, dan 250.88 mg/kg ditemukan pada stasiun 2, sedangkan konsentrasi tertinggi Pb sebesar 231,34 mg/kg ditemukan pada stasiun 4. Analisis sidik ragam yang terdiri atas dua faktor percobaan dengan menggunakan Rancangan Acak Lengkap metode tetap menunjukkan adanya interaksi antara jenis logam dan stasiun yang berpengaruh terhadap konsentrasi logam.
ii
ABSTRACT MAULI RAHMA. The Content of Fe, Cu, Zn, and Pb in Sediment of Coastal Waters around Gresik industrial area. Supervised by KOMAR SUTRIAH and JUNE MELLAWATI. Iron (Fe), copper (Cu), zinc (Zn), and lead (Pb) metals are commonly used in industrial sectors, including fertilizer, pesticides, chemical, smelting, detergent, and paint industries. This industrial activities, potentially contribute to metals pollution that were found at the coastal waters of Gresik. The pollutants which coming from the industrial activities discharge to coastal water are distributed to waters, absorbed by organisms, and accumulated in sediment. The aim of this research is to identify and measure the level of metal pollutants, i.e. Fe, Cu, Zn, and Pb in sediment on five stations of coastal waters around Gresik industrial area. Analysis of metals in sediment were carried out by X-ray fluoresence spectrometry using 109Cd as an excitation source. Determination of metal quantity was carried out by comparing between the X-ray intensity of element in sampel and X-ray intensity of element in SL-1 reference standard from International Atomic Energy Agency. The result of this research showed that concentrations of Fe, Cu, Zn, and Pb in sediment sampels varied. The highest concentration of Fe, Cu, and Zn were 42.73, 117.50, and 250.88 mg/kg, respectively, and was found in station 2, while the highest concentration of Pb was 231.34 mg/kg and was found in station 4. The result of analysis of variance which consist of two factors experiments using fixed method of completely randomized design showed that there was interaction between type of metal and station which affect metal concentration.
i
KANDUNGAN Fe, Cu, Zn, DAN Pb DALAM SEDIMEN PERAIRAN PESISIR SEKITAR KAWASAN INDUSTRI GRESIK
MAULI RAHMA
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2006
iv
Judul
: Kandungan Fe, Cu, Zn, dan Pb dalam Sedimen Perairan Pesisir Sekitar Kawasan Industri Gresik Nama : Mauli Rahma NIM : G01499071
Disetujui: Pembimbing I
Pembimbing II
Drs. Komar Sutriah, M.Si. NIP 131950979
Dr. June Mellawati, M.Si. NIP 330002682
Diketahui: Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Dr.Ir. Yonny Koesmaryono, M.S. NIP 131473999
Tanggal lulus:
v
PRAKATA Alhamdulillahirrabbil’aalamiin, penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat, kasih sayang, dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan sripsi ini. Skripsi ini disusun berdasarkan hasil penelitian yang dilaksanakan mulai Januari 2004 sampai Mei 2004 di Laboratorium Sumber Daya Alam dan Laut Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi BATAN, Pasar Jum’at, Jakarta Selatan dengan judul Kandungan Fe, Cu, Zn, dan Pb dalam Sedimen Perairan Pesisir Sekitar Kawasan Industri Gresik. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Drs. Komar Sutriah, M.S. dan Dr. June Mellawati, M.Si. yang telah membimbing penulis selama melakukan penelitian dan dalam penulisan skripsi ini. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada pak Suparto dan pak Menry yang banyak membantu penulis selama penelitian. Ucapan terima kasih terdalam penulis haturkan kepada Papa, Mama, kak Ayi, Abang, Cicin, kak Ika, mas Aping, dan Indra Bayu Russiana untuk segala dukungan, doa, kesabaran, dan kasih sayangnya. Untuk Chimoet, Indah, Ipo, dan Pepen, terima kasih atas dukungan dan persahabatannya. Terima kasih juga penulis haturkan untuk mas Heri, Andri, Enjoy, Hakim, Duki, Tommy, Budi, Wawa, mba Wiwin atas konsultasinya, keluarga M20, dan teman-teman Kimia 36. Semoga karya ilimiah ini bermanfaat.
Bogor, Juni 2006
Mauli Rahma
vi
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Dumai pada tanggal 13 Juli 1981 dari pasangan Bapak M. Sidik Hasan dan Ibu Ilma Sari. Penulis merupakan putri ketiga dari empat bersaudara. Tahun 1999 penulis lulus dari SMUN 82 Jakarta dan pada tahun yang sama penulis masuk IPB melalui jalur Ujian Masuk Perguruan Tinggi Negeri (UMPTN) pada program studi Kimia, Departemen Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama di IPB, penulis aktif di organisasi kemahasiswaan Ikatan Mahasiswa Kimia (IMASIKA) dan menjadi panitia dalam berbagai kegiatan. Selama mengikuti perkuliahan penulis pernah menjadi asisten praktikum untuk mata ajaran Kimia Dasar I, Kimia Fisik I untuk S1 Kimia, Kimia Fisik untuk S1 TPG, Kimia Fisik untuk D3 Ankim, Kimia Analitik untuk S1 Biokimia, dan Kimia Lingkungan untuk S1 Kimia. Pada bulan Juli-Agustus 2002, penulis mengikuti praktik lapangan di Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) Juanda di bidang Biosistematika dan Genetika Mikroba dan menulis laporan praktik lapangan yang berjudul Pengaruh Sistem Fermentasi Acetobacter xylinum-Saccharomyces cerivisiae pada Beberapa Ekstrak Tanaman Berpotensi Obat terhadap Pertumbuhan Staphylococcus aureus.
vii
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ........................................................................................................ viii DAFTAR GAMBAR ................................................................................................... viii DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................................
ix
PENDAHULUAN .......................................................................................................
1
TINJAUAN PUSTAKA Pencemaran Lingkungan ................................................................................. Unsur Berat ..................................................................................................... Pencemaran Perairan oleh Logam .................................................................... Sedimen sebagai Media Akumulasi Logam ..................................................... Spektrometri Pendar Sinar X (X-Ray Fluoresence Spectrometry) ...................
1 2 2 2 3
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat ................................................................................................. Metode Penelitian ............................................................................................
4 5
HASIL DAN PEMBAHASAN Kalibrasi Peralatan XRFS ................................................................................ Uji Baku Pembanding ...................................................................................... Uji Kualitatif .................................................................................................... Uji Kuantitatif .................................................................................................. Uji Statistik ......................................................................................................
6 6 7 7 8
SIMPULAN .................................................................................................................
9
SARAN ........................................................................................................................
9
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................
10
LAMPIRAN .................................................................................................................
12
viii
DAFTAR TABEL
Halaman 1 Spesifikasi 7 logam murni dari IAEA ......................................................................
6
2 Hasil analisis unsur dan data sertifikat standar SL-1 dari IAEA ..............................
6
3 Hasil analisis kualitatif unsur dalam sampel sedimen ..............................................
7
4 Hasil kali kelarutan senyawa sulfida dari Fe, Cu, Zn, dan Pb..................................
8
5 Kisaran kadar alamiah logam berat dalam sedimen..................................................
8
DAFTAR GAMBAR
Halaman 1 Skema proses masuknya zat pencemar ke lingkungan laut .....................................
3
2 Kurva kalibrasi energi ..............................................................................................
6
3 Konsentrasi logam Fe, Cu, Zn, dan Pb pada ke lima stasiun ...................................
7
4 Hubungan konsentrasi logam (mg/kg) dengan bobot atom logam (g/mol) pada kelima stasiun ...........................................................................................................
7
5 Hubungan konsentrasi logam (mg/kg) dengan densitas logam (g/mol) pada kelima stasiun ...........................................................................................................
8
6 Pengaruh interaksi jenis logam dengan stasiun terhadap konsentrasi ..........
8
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman 1 Peta lokasi sampling sedimen ..................................................................................
13
2 Data kondisi sampling sedimen ...............................................................................
13
3 Bagan alir preparasi sampel sedimen........................................................................
14
4 Bagan alir analisis sampel sedimen dengan XRFS ..................................................
15
5 Skema kerja alat XRFS ............................................................................................
16
6 Spektrum hasil analisis sampel sedimen menggunakan XRFS dengan sumber pengeksitasi 109Cd ....................................................................................................
17
7 Hasil pengukuran Fe, Cu, Zn, dan Pb dalam standar SL-1 dan sampel sedimen: (a) Intensitas dan kadar Fe, Cu, Zn, dan Pb (menurut sertifikat) pada standar SL-1; (b) Intensitas dan konsentrasi Fe, Cu, Zn, dan Pb dalam sampel sedimen ............... 18 8 Hasil uji statistik: (a) Analisis sidik ragam yang terdiri dari dua faktor dengan RAL model tetap; (b) Hasil uji Duncan pada pengaruh interaksi antara jenis logam dan stasiun terhadap konsentrasi logam ......................................................... 20
1
PENDAHULUAN Perkembangan industrialisasi di Indonesia semakin meningkat dengan cepat dan hal ini dapat memberi dampak pada kondisi lingkungan hidup, diantaranya kasus pencemaran. Berdasarkan hal itu, maka perhatian dan pengawasan pemerintah terhadap pencemaran lingkungan juga perlu ditingkatkan. Salah satu cara pengawasan lingkungan ialah dengan melakukan pengukuran konsentrasi unsurunsur logam dari beberapa media lingkungan, seperti udara, air, tanah, tumbuh-tumbuhan, dan sedimen. Pengukuran ini amat penting karena dapat mengidentifikasi secara dini tingkat bahaya yang akan mungkin terjadi di lingkungan dan dapat mengetahu permasalahan di lingkungan. Secara alamiah, berbagai unsur logam terdapat dalam sedimen. Unsur-unsur ini berasal dari erosi, debu, limbah rumah tangga dan rumah sakit, industri, dan kegiatan manusia lainnya yang mengalir melalui selokan menuju sungai, danau, dan akhirnya bemuara ke laut, lalu mengendap bersama-sama sedimen. Proses tersebut berlangsung secara terus-menerus sehingga menyebabkan pendangkalan badan air oleh sedimen serta terjadi peningkatan kandungan unsur hara, bahan organik, bakteri patogen, dan bahan beracun (logam dan pestisida) pada sedimen tersebut (Dahuri et al. 1996). Peningkatan kandungan unsur-unsur tersebut dalam perairan menyebabkan terganggunya keseimbangan ekosistem, khususnya kehidupan beberapa biota perairan. Pengukuran kandungan unsur logam dalam sedimen perlu dilakukan untuk melihat pengaruh keberadaan kegiatan industri di sekitar perairan tersebut. Penentuan unsur logam dalam sampel sedimen maupun sampel hayati (seperti tanaman) umumnya dilakukan secara gravimetri, spektrofotometri ultraviolet-visible, dan polarografi, tetapi umumnya kadar unsur dalam sampel tersebut berorde makro. Unsur dalam jumlah mikro atau renik (trace) dalam suatu sampel dapat ditentukan dengan spektrofotometer penyerapan atom (AAS), analisis aktivasi neutron (NAA), dan spektrometer pendar sinar-X (XRFS) (Furba et al. 1981). Menurut Ristin et al. (1999) metode spektrometer pendar sinar-X mempunyai kelebihan dibandingkan dengan metode analisis lain, yaitu dapat digunakan untuk analisis sampel dalam bentuk padatan dan cairan tanpa merusak komposisi sampel (nondestructive method). Berdasarkan hal ini, maka dilakukan
penentuan kandungan logam dalam sedimen dengan menggunakan spektrometer pendar sinar-X. Analisis kuantitatif dilakukan dengan mengukur luas puncak spektrum setiap unsur yang sebanding dengan konsentrasinya, kemudian intensitas sinar-X suatu unsur diinterpolasikan pada kurva kalibrasi standar. Zat standar yang digunakan diusahakan mempunyai sifat fisik dan kimia yang mirip dengan sampel. Pada penelitian ini digunakan standar acuan SL-1 dari IAEA (International Atomic Energy Agency) dengan komposisi kimia yang telah disertifikasi. Penelitian ini bertujuan mengukur tingkat cemaran logam Fe, Cu, Zn, dan Pb, dalam sedimen di beberapa stasiun di perairan pesisir sekitar kawasan industri Gresik, Jawa Timur, melihat hubungan antara bobot atom dan densitas dengan konsentrasi logam, serta membandingkan konsentrasi ke empat logam tersebut pada masing-masing stasiun. Hasil penelitian diharapkan dapat memberikan informasi tentang kandungan logam Fe, Cu, Zn, dan Pb dalam sedimen perairan pesisir sekitar kawasan industri Gresik, Jawa Timur. Data yang diperoleh dapat digunakan untuk mengetahui tingkat cemaran, khususnya berkaitan dengan permasalahan lingkungan. Hipotesis dari penelitian ini ialah kandungan Fe, Cu, Zn, dan Pb dalam sampel sedimen dari kelima stasiun memiliki konsentrasi yang berbeda dan terdapat interaksi antara jenis logam dan stasiun yang berpengaruh terhadap konsentrasi logamnya.
TINJAUAN PUSTAKA Pencemaran Lingkungan Pencemaran atau polusi mempunyai beberapa makna, yaitu (1) Perubahan-perubahan sifat fisik, kimia, dan biologi yang tidak dikehendaki pada lingkungan udara, tanah, dan air. Perubahan tersebut dapat menimbulkan bahaya bagi kehidupan manusia atau spesiesspesies yang berguna, proses-proses industri, tempat tinggal, dan peninggalan-peninggalan kebudayaan, atau dapat merusak sumber bahan mentah (Odum 1971), (2) Masuknya atau dimasukkannya zat, energi, dan atau komponen lain ke dalam lingkungan dan atau berubahnya tatanan lingkungan oleh kegiatan manusia atau oleh proses alam, sehingga mutu lingkungan turun sampai ke tingkat tertentu yang menyebabkan lingkungan menjadi kurang atau tidak dapat berfungsi lagi sesuai de-
2
ngan peruntukannya (Anonim 1982). Menurut Saeni (1989) zat pencemar ialah zat yang mempunyai pengaruh menurunkan kualitas lingkungan, atau menurunkan nilai lingkungan itu. Limbah industri dapat berupa gas, padatan, atau pun cairan. Pembuangan limbah cair biasanya dilakukan melalui saluran-saluran yang akhirnya terbawa oleh aliran sungai. Limbah yang berupa gas terbuang ke udara sehingga mengotori atmosfer. Unsur Berat Unsur berat ialah unsur yang memiliki densitas lebih besar daripada 5 g/cm3 dan bersifat racun (Pikir 1993). Perbedaan densitas tersebut disebabkan karena sifat-sifat logam seperti (1) jumlah proton dan neutron dalam inti, (2) konfigurasi elektron, dan (3) jari-jari atom. Fe (Besi) Besi terdapat dalam jumlah besar dalam bentuk oksida, karbonat, sulfida, sulfat, dan kloridanya serta beberapa senyawa karbonil (Frieberg et al. 1979). Besi termasuk logam multiguna sehingga penggunaannya dalam industri sangat luas, antara lain dalam industri pengolahan logam, alat-alat listrik, dan tambang asam. Pengaruh terhadap hewan laut apabila logam ini telah terkonsentrasi adalah perubahan warna dan rasa dagingnya sehingga tidak enak untuk dikonsumsi (Haldstead 1972). Cu (Tembaga) Cu dalam perairan berasal dari erosi berbagai batuan mineral dan berbagai aktivitas manusia (Clark 1986). Penggunaan Cu dalam industri umumnya dalam bentuk senyawa organik dan anorganik. Logam ini banyak digunakan pada industri yang memproduksi alatalat listrik, gelas, zat warna, fungisida, dan moluskisida (Darmono 1995). Sebagai logam esensial, sifat toksik Cu baru akan bekerja dan memperlihatkan pengaruhnya bila logam ini sudah terkonsentrasi dalam tubuh organisme. Pada kerang, akumulasi Cu dapat menyebabkan warna dagingnya menjadi hijau-kebiruan (Haldstead 1972). Zn (Zink) Sumber utama Zn berasal dari aktivitas manusia, yaitu dari buangan limbah dan polusi udara, sedangkan sumber alami Zn adalah erosi batuan sulfida sfalerit (ZnS) di sungai
(Bryan 1976). Zink dan beberapa bentuk senyawanya digunakan dalam produksi logam campuran, pelapisan logam, industri pengecoran logam, alat-alat mobil, pestisida, cat, dan sebagainya (Darmono 1995). Dampak Zn pada biota laut juga membuat perubahan pada warna dan rasa dagingnya (Haldstead 1972). Pb (Timbel) Logam Pb mempunyai sifat kimia yang aktif sehingga dapat digunakan sebagai pelapis logam (Darmono 1995). Penggunaan Pb dalam industri adalah untuk produksi baterai kendaraan bermotor, tinta, cat, logam, dan kabel listrik. Dampak terkonsentrasinya Pb pada jaringan tubuh biota laut dapat memengaruhi kerja enzim-enzim dan fungsi protein (Razak 1986). Pencemaran Perairan oleh Logam Pencemaran yang terjadi di daerah perairan pesisir sebagian besar berasal dari aktivitas manusia dalam memenuhi kebutuhannya, baik di darat maupun di perairan pesisir itu sendiri. Proses yang dialami bahan pencemar bila masuk ke lingkungan lautan sampai teradsorpsi oleh air laut ataupun biota laut serta pengendapan di dasar (sedimentasi) laut disajikan pada Gambar 1. Secara alamiah, unsur-unsur logam terdapat di alam, namun dalam kadar yang sangat rendah. Oleh karena itu, terdapatnya logam dalam organisme merupakan keadaan normal dalam kehidupan perairan (Simmons 1981). Kadar ini meningkat jika terjadi peningkatan jumlah bahan pencemar yang masuk ke perairan tersebut. Logam di laut berasal dari pembuangan sampah dari kapal-kapal, pembuangan logam di laut, dan kegiatan lainnya yang berasal dari aktivitas manusia. Sedimen sebagai Media Akumulasi Logam Konsentrasi logam di suatu perairan selalu berubah-ubah dari waktu ke waktu maupun dari lokasi ke lokasi lainnya. Perubahan ini diakibatkan oleh perubahan suhu, pH, kekuatan ionik, dan jumlah dan jenis bahan pencemar, sehingga dapat mengubah konsentrasi logam yang terkandung di dalamnya. Kandungan bahan pencemar di musim hujan berbeda dengan musim kemarau (Turner et al. 1991). Namun demikian, karena keadaan yang cukup terlindung, kadar logam dalam sedimen relatif jauh lebih stabil dibandingkan komponen abiotik
3
Polutan Tanah
Selokan Sungai
Modifikasi kimia
Limbah Atmosfer
Lingkungan Laut Dibawa oleh
Disebarkan oleh Turbulensi
Arus laut
Arus laut Dipekatkan oleh
Proses biologis Rumput laut
Ikan
Perpindahan organisme
Proses fisika dan kimia Fitoplankton
Adsorpsi
Zooplankton
Pengendapan
Pertukaran ion
Sedimentasi
Avertebrata/ bentos Ikan Burung
Mamalia
Telur Gambar 1 Skema proses masuknya zat pencemar ke lingkungan laut (Ketchum 1967 dalam Mannion & Bowlby 1992) lainnya (Moriarty & Hanson 1988). Pada proses koagulasi dalam perairan, ionion logam yang semula terikat pada permukaan partikel akan terperangkap ke dalam partikel yang lebih besar dan akhirnya mengendap bersama sedimen (Hammer 1975). Bahan pencemar ini diadsorpsi pada permukaan luar dari partikel lempung yang berbutir halus, sehingga sedimen berfungsi sebagai tempat penyimpanan tunggal dan terbesar dari logam yang terdapat di lingkungan (Solomons et al. 1987). Spektrometri Pendar Sinar X ( X-Ray Fluoresence Spectrometry) Metode spektrometri pendar sinar-X telah digunakan secara luas untuk penentuan kualitatif dan kuantitatif kebanyakan unsur yang
ada di tabel berkala dan yang memiliki nomor atom lebih besar daripada natrium (Skoog et al. 1998). Sumber sinar-X yang digunakan harus memiliki energi yang lebih besar daripada energi ikatan elektron yang dieksitasi (Jenkins et al. 1981). Pada XRFS, sumber pengeksitasi yang digunakan ialah 55Fe, 109Cd, dan 241Am. Prinsip Dasar Analisis XRFS (Woldseth 1973) Metode analisis XRFS dapat digunakan untuk analisis kualitatif dan kuantitatif secara sekaligus. Analisis kualitatif memanfaatkan kekhasan energi dari sinar-X yang dipancarkan oleh setiap unsur, sedangkan analisis kuantitatif memanfaatkan luas masing-masing
4
spektrum yang terbentuk. Analisis kualitatif. Energi sinar-X yang dipancarkan oleh oksida logam, logam murni, dan garam logam digunakan untuk menentukan unsur-unsur yang ada dalam sampel secara kualitatif. Jenis logam dapat diidentifikasi dengan menggunakan tabel absorpsi dan energi emisi yang memuat energi sinar-X. Analisis kuantitatif. Analisis kuantitatif dilakukan dengan membandingkan intensitas sinar-X unsur dalam sampel dengan intensitas unsur dalam standar pembanding yang mempunyai matriks sama dengan matriks sampel. Konsentrasi unsur-unsur dalam pembanding tersebut umumnya telah diketahui dengan pasti. Perlakuan terhadap standar pembanding harus sama dengan perlakuan terhadap sampel. Dengan membandingkan intensitas unsur dalam sampel dengan intensitas unsur dalam standar pembanding, konsentrasi unsur dalam sampel dapat dihitung. Persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut: Ii = Si Ci ρ d T (1-R) ........ (persamaan 1) Untuk sampel dengan pelet yang sangat tipis Ii = Si Ci ρ d
........ (persamaan 2)
Keterangan: = intensitas sinar-X dari unsur i Ii (cacah perdetik (cps)) = sensitivitas spektrometer untuk unsur Si i (cps g-1 cm2) Ci = konsentrasi unsur i ρ d = densitas permukaan pelet (g cm-2) T = transmitans (1-R) = faktor penguatan intensitas sinyal yang disebabkan oleh unsur-unsur lain di dalam sampel Beberapa hal yang dapat memengaruhi hasil analisis dengan XRFS adalah ukuran partikel (serbuk), heterogenitas cuplikan (padatan), dan adanya pengaruh antar unsur (matriks) yang terdapat di dalam suatu cuplikan. Hal ini menyebabkan penyimpangan ketelitian hasil analisis, khususnya pada analisis kuantitatif. Terdapat beberapa tehnik yang dapat digunakan untuk menghilangkan atau memperkecil pengaruh matriks dalam analisis suatu unsur dalam cuplikan, yaitu metode kalibrasi standar, metode internal standar, metode pengenceran matriks, standardisasi dengan sinar-X terhambur, metode lapisan tipis, standar adisi dan pengenceran, koreksi eksperimental, dan koreksi matematik.
Peralatan XRFS terdiri dari sumber tegangan tinggi, detektor semi konduktor Si(Li), penguat awal, penguat akhir, pengubah analog ke digital, penganalisis salur ganda (MCA = multi channel analyzer), dan perangkat komputer. Kelebihan analisis dengan XRFS di antaranya ialah dapat digunakan untuk analisis sampel dalam bentuk cair, padat, dan gas, memiliki spektrum yang relatif sederhana, dan merupakan metode nondestruktif, sehingga dapat digunakan untuk analisis sampel arkeologi, perhiasan, uang koin, dan sampel lain tanpa membahayakan atau merusak sampel tersebut. Analisis XRFS juga dapat digunakan untuk penelitian beberapa unsur secara serentak dengan selektivitas yang cukup tinggi. Selain itu, prosedur analisisnya cepat dan meyakinkan, memiliki ketelitian dan ketepatan yang baik, tidak membutuhkan penanganan rumit, serta dapat menganalisis sampel dalam jumlah sedikit maupun banyak. Kekurangan metode ini antara lain ialah bahaya terkena radiasi, membutuhkan biaya yang cukup mahal, dan tidak terlalu peka dibandingkan metode optis lain, tetapi masih dapat digunakan untuk menentukan konsentrasi dalam satuan ppm atau kurang.
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan ialah sampel sedimen yang dicuplik dari beberapa titik stasiun di perairan pesisir sekitar kawasan industri Gresik pada bulan Agustus 2003, standar untuk analisis kualitatif, yaitu lempengan logam murni Fe, Ni, Cu, Sr, Y, Zr, dan Mo dari IAEA, dan standar acuan untuk analisis kuantitatif, yaitu SL-1 dari IAEA. Bahan-bahan lain yang digunakan ialah selubung logam Mo, sumber pengeksitasi 109Cd dengan aktivasi 20 mCi, serta nitrogen cair. Alat-alat yang digunakan yaitu cawan petri, pengayak ASTM E-11 200 mesh, neraca Precisa Junior model 500 Pj, neraca analitik Sartorius-Werke tipe 2442, penggiling Retsch KG tipe RMO 5657 HAAN, alat pembuat pelet 30 TON PRESS C-30 buatan Research and Industrial Instrument Company (RIIC), oven, grab sampler, perangkat spektrometer pendar sinar-X buatan ORTEC dari IAEA yang dilengkapi dengan sumber tegangan tinggi 1000 Volt, detektor semikonduktor Si(Li), penguat awal, penguat akhir, ADC,
5
MCA, perangkat lunak dengan program MAESTRO dan AXIL, serta printer.
data diolah menggunakan paket program MAESTRO dan AXIL. Skema kerja alat dapat terlihat pada Lampiran 5.
Metode Penelitian Metode Analisis Pengambilan Sampel Lokasi pengambilan sampel adalah sepanjang perairan pesisir kawasan industri Gresik, Jawa Timur. Sampel sedimen dicuplik dari beberapa titik stasiun yang berbeda (Lampiran 1). Data kondisi pencuplikan dapat dilihat pada Lampiran 2. Pencuplikan dilakukan menggunakan grab sampler. Mula-mula grab sampler dimasukkan ke dalam perairan secara perlahan-lahan hingga menembus permukaan sedimen. Setelah grab sampler terisi sedimen, grab sampler segera ditarik ke permukaan air, dan sedimen disimpan dalam wadah plastik. Kemudian sampel tersebut dimasukkan ke dalam koyak pendingin dan dibawa ke laboratorium untuk disiapkan lebih lanjut. Penyiapan Sampel (Anderson 2004) dan Standar Acuan IAEA Sampel sedimen dibersihkan dari kotoran kasar seperti plastik, dan sampah, lalu sampel ditimbang dan dikeringkan dalam oven pada suhu 110 ˚C hingga bobot tetap. Selanjutnya sampel dihancurkan secara mekanik dengan penggiling dan kemudian diayak menggunakan ayakan 200 mesh. Sampel hasil ayakan ditimbang sebanyak kira-kira 1 gram dan dibuat pelet. Pelet dibuat dengan cara mencetak sampel menggunakan mesin press hidraulik bertekanan 10 ton/cm2. Pelet yang terbentuk ditimbang, lalu disimpan dalam plastik, dan diberi kode untuk persiapan pengukuran. Standar acuan, yaitu SL-1 diperlakukan sama dengan sampel. Bagan alir preparasi sampel terlihat pada Lampiran 3. Teknik Pencacahan Analisis sampel sedimen menggunakan XRFS terdiri atas tiga tahapan (Lampiran 4). Mula-mula alat dikalibrasi menggunakan beberapa logam murni dari IAEA, yaitu Fe, Ni, Cu, Sr, Y, Zr, dan Mo dengan waktu cacah masing-masing selama 900 detik. Pelet-pelet sampel dan standar acuan SL-1 diukur secara bergantian dengan cara meletakkannya pada permukaan detektor, lalu dicacah masing-masing selama 1800 detik. Dilakukan pula pengukuran pelet sampel dan standar acuan menggunakan selubung logam Mo masing-masing selama 100 detik. Setelah pencacahan selesai,
Kalibrasi peralatan XRFS. Hasil kalibrasi alat diperoleh berupa spektrum, yaitu spektrum Fe-Kα, Ni-Kα, Cu-Kα, Sr-Kα, Y-Kα, Zr-Kα, dan Mo-Kα yang dicatat nomor salur puncak spektrumnya, selanjutnya dibuat kurva kalibrasi energi antara energi (keV) dengan nomor salur puncak spektrum. Hasil pengukuran berupa persamaan kurva kalibrasi y = a + bx , y adalah energi (keV) dan x adalah nomor salur. Persamaan ini digunakan untuk uji kualitatif logam dalam sampel. Uji baku pembanding. Pada percobaan dilakukan penentuan logam dengan standar acuan dari IAEA, yaitu SL-1 dengan kondisi sama dengan sampel. Hasil yang diperoleh dibandingkan dengan nilai yang tertera pada sertifikat sehingga dapat diketahui ketelitian dan ketepatan metode untuk pengukuran masing-masing logam. Uji kualitatif. Hasil pengukuran berupa nomor salur puncak spektrum dimasukkan ke persamaan kurva kalibrasi sehingga diperoleh energi khas dari masing-masing unsur. Nilai energi yang diperoleh dicocokkan dengan tabel energi dari handbook untuk mengidentifikasi jenis logam. Uji kuantitatif. Hasil pengukuran berupa spektrum-spektrum unsur yang kemudian dihitung luas spektrumnya, baik sampel maupun standar. Pada penelitian ini digunakan metode lapisan tipis, sehingga harga Si, ρ, dan d diasumsikan sama dengan 1, dan persamaan 2 menjadi I i = Ci Kemudian konsentrasi unsur dihitung dengan membandingkan harga Ii (luas spektrum unsur i) sampel dengan standar sesuai persamaan Iis Ci s = × C i st I i st Keterangan: C = konsentrasi (mg/kg) I = intensitas (cps) i s = unsur dalam sampel i st = unsur dalam standar Uji statistik. Analisis dilakukan menggunakan analisis sidik ragam yang terdiri dari dua faktor dengan Rancangan Acak Lengkap (RAL) metode tetap. Analisis sidik ragam hasil pengukuran logam di perairan pesisir sekitar kawasan industri Gresik bertujuan mengetahui interaksi antara nilai rata-rata tiap
6
Yijk = μ + αi + βj + (αβ)ij + εijk Keterangan: Yijk = konsentrasi logam pada jenis logam ke-i, stasiun ke-j, ulangan ke-k i = 1, 2, 3, 4 = jenis logam j = 1, 2, ..., 5 = stasiun k = 1, 2, 3 = ulangan μ = rataan umum αi = pengaruh jenis logam taraf ke-i βj = pengaruh stasiun taraf ke-j (αβ)ij = pengaruh interaksi jenis logam taraf ke-i dan stasiun taraf ke-j εijk = pengaruh galat dari jenis logam ke-i, stasiun ke-j, ulangan ke-k Hipotesis yang akan diuji adalah Hipotesis pengaruh interaksi. H0 : (αβ)ij = 0 (tidak ada pengaruh interaksi yang nyata antara jenis logam dengan stasiun). H1 : minimal ada satu (αβ)ij ≠ 0 (ada pengaruh interaksi antara jenis logam dengan stasiun). Hipotesis pengaruh jenis logam. H0 : αi = 0 (tidak ada perbedaan konsentrasi logam di antara jenis logam yang digunakan). H1 : minimal ada satu αi ≠ 0 (minimal ada satu jenis logam yang memengaruhi konsentrasi logam). Hipotesis pengaruh stasiun. H0 : αi = 0 (tidak ada perbedaan konsentrasi logam di antara stasiun yang digunakan) H1 : minimal ada satu αi ≠ 0 (minimal ada satu stasiun yang memengaruhi konsentrasi logam).
HASIL DAN PEMBAHASAN Kalibrasi Peralatan XRFS Kalibrasi peralatan XRFS menggunakan 7 logam murni dari IAEA, yaitu Fe, Ni, Cu, Sr, Y, Zr, dan Mo serta sumber pengeksitasi 109Cd diperoleh hasil seperti terlihat pada Tabel 1. Berdasarkan nilai-nilai tersebut, diperoleh kurva kalibrasi (Gambar 2). Kurva kalibrasi tersebut menunjukkan persamaan garis yang
lurus (linear) dengan persamaan garisnya y = 0.0162 + 0.0027x dan mempunyai r = 1. Tabel 1 Spesifikasi 7 logam murni dari IAEA Unsur
Jenis spektrum Fe-Kα Ni-Kα Cu-Kα Sr-Kα Y-Kα Zr-Kα Mo-Kα
Fe Ni Cu Sr Y Zr Mo
Energi (keV) 6.39 7.47 8.05 14.15 14.93 15.77 17.48
Nomor salur puncak spektrum 2392 2794 3008 5295 5599 5905 6544
20
En erg i (keV)
parameter logam dengan kelima stasiun. Selanjutnya dilakukan uji Duncan untuk membandingkan nilai tengah masing-masing perlakuan. Adapun model umum dari analisis ragamnya (Gaspersz 1991) adalah
y = 0.0162 + 0.0027x r =1
15 10 5 0 0
2000
4000
6000
8000
Nomor salur
Gambar 2 Kurva kalibrasi energi Pada kalibrasi peralatan XRFS, selubung Mo digunakan pada sampel anorganik dengan sumber eksitasi 109Cd, karena zink (Zn) mempunyai energi yang tinggi. Sementara itu, sampel organik biasanya menggunakan selubung Cu. Sumber pengeksitasi 55Fe tidak memerlukan selubung Mo, karena energi logam yang dianalisis rendah. Uji Baku Pembanding Hasil pengujian konsentrasi unsur dalam standar acuan dari IAEA yang telah disertifikasi, yaitu SL-1 terlihat pada Tabel 2. Hasil menunjukkan bahwa konsentrasi unsur dalam SL-1 yang diukur masih berada dalam kisaran nilai sertifikat, sehingga kurva kalibrasi standar pada perpustakaan program QXAS (quantitative X-ray analysis system) dapat digunakan untuk analisis kualitatif unsur suatu sampel. Tabel 2 Hasil analisis unsur dan data sertifikat standar SL-1 dari IAEA Konsentrasi unsur pada SL-1 Unsur (mg/kg) Analisis* Sertifikat Fe 67.20 65.7 ─ 69.1 Cu 33.70 24.4 ─ 35.6 Zn 230.60 213.0 ─ 233.0 Pb 38.20 30.3 ─ 45.1 Keterangan: (*) = masing-masing dilakukan 3 kali ulangan percobaan
7
Fe, Cu, dan Zn di setiap stasiun meningkat secara berurutan.
Tabel 3 Hasil analisis kualitatif unsur dalam sampel sedimen No 1 2 3 4
Nomor salur puncak spektrum 2360 2975 3194 3898
Energi (keV)
Spektrum
Unsur
6.39 8.05 8.64 10.54
Fe-Kα Cu-Kα Zn-Kα Pb-Lα
Fe Cu Zn Pb
Menggunakan sumber pengeksitasi ini dapat ditentukan unsur yang mempunyai nomor atom lebih kecil dari 109 dan mempunyai energi di bawah 10 keV, di antaranya adalah Fe, Cu, Zn, dan Pb. Hal ini berkaitan dengan kemampuan suatu sumber untuk mengeksitasi elektron dari unsur yang akan dieksitasi. Pada logam Fe, Cu, dan Zn, elektron yang tereksitasi berasal dari kulit K, karena energi ikatan Fe, Cu, dan Zn lebih kecil dari energi ikatan Cd. Sementara itu pada logam Pb, elektron yang tereksitasi berasal dari elektron pada kulit Lα, karena energi ikatan Pb lebih besar daripada energi ikatan Cd.
300 Konsentrasi logam (mg/kg)
Spesifikasi nuklir Fe, Cu, Zn, dan Pb yang terukur terlihat pada Tabel 3. Contoh spektrum yang dihasilkan dengan XRFS menggunakan sumber pengeksitasi 109Cd dapat dilihat pada Lampiran 6.
250 Fe
200
Cu
150
Zn
100
Pb
50 0 stasiun stasiun stasiun stasiun stasiun 1 2 3 4 5
Gambar 3 Konsentrasi Fe, Cu, Zn, dan Pb pada lima stasiun Jika besarnya konsentrasi logam dari buangan industri yang masuk ke perairan dianggap sama, maka dapat diperoleh hubungan yang linear antara bobot atom dan konsentrasi logam. Hasil pengujian menunjukkan bahwa makin meningkat bobot atom unsur, maka meningkat pula konsentrasi logam dalam sedimen, kecuali Pb (Gambar 4). Konsentrasi logam (mg/kg)
Uji Kualitatif
300 250 200 150 100 50 0 63.54
65.37
207.19
Fe
Cu
Zn
Pb
Bobot atom (g/mol)
Uji Kuantitatif Pada analisis kuantitatif dengan XRFS, dua faktor yang dapat memengaruhi ketepatan hasil analisis ialah matriks dan heterogenitas sampel. Pada penelitian ini digunakan metode lapisan tipis untuk menghilangkan atau memperkecil pengaruh matriks dari sampel. Berdasarkan hasil pengukuran intensitas standar (Lampiran 7a), diperoleh konsentrasi logam dalam sampel sedimen (Lampiran 7b). Konsentrasi logam yang diperoleh sangat beragam. Konsentrasi Fe, Cu, dan Zn tertinggi, berturut-turut adalah 42.73, 117.50, dan 250.88 mg/kg ditemukan pada stasiun 2. Konsentrasi tertinggi Pb ditemukan pada stasiun 4, yaitu 231.34 mg/kg. Keragaman ini disebabkan oleh adanya perbedaan lokasi pencuplikan (peta lokasi disajikan pada Lampiran 1). Pola konsentrasi Fe, Cu, dan Zn dalam sampel sedimen pada setiap stasiun menunjukkan kemiripan (Gambar 3). Berdasarkan gambar tersebut, terlihat bahwa konsentrasi
55.85
Gambar 4
stasiun 1
stasiun 2
stasiun 4
stasiun 5
stasiun 3
Hubungan konsentrasi logam (mg/kg) dengan bobot atom logam (g/mol) pada kelima stasiun
Pada penentuan Pb, intensitas yang terukur berasal dari Pb-Lα. Hal ini karena digunakan sumber pengeksitasi 109Cd. Konsentrasi Pb yang terdeteksi kurang sempurna, karena kemampuan 109Cd mengeksitasi elektron pada kulit Pb-Kα relatif rendah. Energi ikatan elektron pada kulit Pb-Lα lebih kecil dari energi ikatan elektron pada kulit Pb-Kα, sehingga kebolehjadian sumber pengeksitasi 109Cd mengeksitasi elektron pada kulit Pb-Lα lebih besar dibandingkan dengan pada kulit Pb-Kα. Kurva hubungan antara konsentrasi logam dan bobot atom unsur serta kurva hubungan antara konsentrasi logam dan densitas unsur menunjukkan kurva yang menurun pada bobot atom serta densitas Pb, dan hampir di setiap stasiun (kecuali stasiun 4).
8
Hubungan antara konsentrasi logam dengan densitas (Gambar 5) tidak menunjukkan korelasi seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 4. Hal ini juga berdasarkan asumsi bahwa kandungan logam dalam buangan industri yang masuk ke perairan sama besar.
Konsentrasi (mg/kg)
300
Baku mutu logam di dalam sedimen di Indonesia belum ditetapkan, padahal senyawasenyawa logam lebih banyak terkonsentrasi dalam sedimen (Rochyatun et al. 2005). Kadar alamiah Cu, Zn, dan Pb yang ditetapkan oleh Reseau National d’Observation (RNO) (1981) dalam Razak (1986) disajikan pada Tabel 5.
250 200 150 100 50 0 7.14
7.86
8.92
11.337
Zn
Fe
Cu
Pb
Densitas (g/cm3)
Gambar 5
stasiun 1
stasiun 2
stasiun 4
stasiun 5
stasiun 3
Hubungan konsentrasi logam (mg/kg) dengan densitas logam (g/cm3) pada kelima stasiun
Meningkatnya konsentrasi Zn dan Cu dibandingkan Fe, diduga disebabkan karena senyawa sulfida dari Zn dan Cu bersifat sangat tidak larut sehingga kedua logam ini lebih banyak terdapat dalam sedimen (Johnston 1976). Hal ini juga didukung jika melihat tetapan hasil kali kelarutan (Ksp) senyawa sulfida dari Zn dan Cu (Tabel 4) yang lebih kecil dibandingkan dengan Fe. Seperti diketahui, semakin kecil nilai Ksp suatu senyawa, maka semakin kecil pula kelarutannya dalam air. Tabel 4 Hasil kali kelarutan senyawa sulfida dari Fe, Cu, Zn, dan Pb (Petrucci 1985) Senyawa Ksp pada 25 ºC FeS 6.3 x 10-18 CuS 6.3 x 10-36 ZnS 1.0 x 10-21 PbS 8.0 x 10-28
Tabel 5 Kisaran kadar alamiah logam berat dalam sedimen (RNO 1981 dalam Razak 1986) Parameter Kadar alamiah (mg/kg) Cu 5 ─ 30 Zn 20 ─ 150 Pb 10 ─ 70 Berdasarkan data tersebut, konsentrasi Cu pada kelima stasiun telah melewati kisaran kadar alamiah logam Cu dalam sedimen. Konsentrasi Zn yang melampaui kisaran kadar alamiah Zn dalam sedimen ditemukan pada stasiun 2, 3, dan 5. Konsentrasi Pb yang melampaui kisaran kadar alamiahnya dalam sedimen ditemukan pada stasiun 2 dan 4. Hasil ini menunjukkan bahwa banyaknya industri di sekitar perairan pesisir Gresik yang menggunakan Cu, Zn, dan Pb dalam aktivitas produksinya. Sementara itu besarnya konsentrasi alamiah Fe dalam sedimen tidak diketahui. Uji Statistik Hasil analisis sidik ragam dengan RAL metode tetap (Lampiran 8a) menunjukkan bahwa terhadap konsentrasi logam, perbedaan je-nis logam dalam setiap stasiun berpengaruh sangat nyata (Fhit (3.16) lebih besar dari Ftabel pada α=0.01 (2.86)). Berdasarkan hasil analisis ini, terlihat adanya interaksi antara jenis logam dengan stasiun yang berpengaruh terhadap konsentrasi logam, sehingga menolak H0. Adanya pengaruh interaksi ini juga terlihat pada Gambar 6.
Aktivitas docking kapal juga memberikan kontribusi terhadap tingginya konsentrasi Zn dan Cu. Aktifitas ini mencakup kegiatan peremajaan badan kapal berupa penggantian kayu menggunakan pengawet yang mengandung Cu serta penggantian suku cadang mesin yang mengandung Cu dan Zn (Bryan 1976). Selain itu, menurut Deu et al. (1994) dalam Anindita (2002) kelarutan Pb dan Fe sulfida lebih tinggi dibandingkan dengan Cu dan Zn sulfida.
Konsentrasi logam (m g/kg)
300 250 200
Fe Cu
150
Zn Pb
100 50 0 stasiun 1 stasiun 2 stasiun 3 stasiun 4 stasiun 5
Gambar 6
Pengaruh interaksi jenis logam dengan stasiun terhadap konsentrasi
9
Berdasarkan Gambar 6 terlihat bahwa ada interaksi pada logam Pb dengan stasiun yang berpengaruh terhadap konsentrasi logam. Hal ini terlihat pada stasiun 4. Logam Pb memberikan hasil lebih tinggi dibandingkan dengan Fe, Cu, Zn, dan Pb. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa konsentrasi logam Fe, Cu, dan Zn tertinggi terdapat pada stasiun 2, yaitu kawasan industri Petrokimia. Menurut Anonim 2002, industri ini memproduksi bahan kimia dan pupuk fosfat yang menghasilkan gips kasar sebagai hasil sampingnya. Kemudian gips kasar ini digunakan untuk reklamasi pantai (daerah reklamasi pantai disajikan pada peta pencuplikan sampel) (Anonim 1994). Oleh karena itu, meningkatnya konsentrasi logam di kawasan industri Gresik dapat disebabkan terjadinya pelindian unsur-unsur yang terkandung dalam gips kasar tersebut. Konsentrasi tertinggi logam Pb ditemukan pada stasiun 4 (kawasan industri Pertamina). Tingginya konsentrasi Pb di stasiun ini berkaitan dengan aktivitas industri maupun buangan minyak dari kapal-kapal yang berlabuh di sekitarnya. Minyak umumnya mengandung Pb, karena Pb merupakan zat aditif pada minyak yang berguna meningkatkan mutu atau sebagai antiketuk (Eckenfelder 2000). Hasil uji Duncan pada α=0.05 (Lampiran 8b) menunjukkan bahwa konsentrasi Fe dan Cu pada kelima stasiun tidak berbeda nyata. Konsentrasi Zn pada stasiun 2 dan 5 berbeda nyata dengan konsentrasi Zn pada stasiun 1, 3, dan 4. Pada stasiun 4, konsentrasi Pb berbeda nyata dengan konsentrasi Pb pada stasiun 1, 2, dan 3. Uji lanjut Duncan juga menunjukkan bahwa pada stasiun 1 konsentrasi Fe dan Pb berbeda nyata dengan konsentrasi Zn. Konsentrasi Fe, Cu, dan Pb pada stasiun 1, 2, dan 3 berbeda nyata dengan konsentrasi Zn pada stasiun-stasiun yang sama. Pada stasiun 4, konsentrasi Fe dan Cu memberikan perbedaan nyata terhadap konsentrasi Zn dan Pb. Selain itu, konsentrasi Zn juga berbeda nyata dengan konsentrasi Pb. Dan pada stasiun 5, konsentrasi Fe dan Cu berbeda nyata dengan konsentrasi Zn. Hasil-hasil ini memperkuat hipotesis awal bahwa interaksi antara jenis logam dan stasiun berpengaruh terhadap konsentrasi logamnya.
SIMPULAN Metode spektrometri pendar sinar-X dapat digunakan untuk mendeteksi unsur-unsur lo-
gam yang terdapat dalam sedimen. Unsur Fe, Cu, dan Zn dalam sedimen yang terdapat pada kelima stasiun pencuplikan dari perairan pesisir di kawasan industri Gresik, Jawa Timur. Logam Pb hanya terdapat pada empat lokasi pencuplikan. Konsentrasi Fe, Cu, Zn, dan Pb sangat variatif, hal ini karena jenis industri yang ada di sekitar lokasi sampling bervariasi. Konsentrasi Fe, Cu, dan Zn tertinggi terdapat pada stasiun 2 (kawasan industri Petrokimia), berturut-turut adalah 42.73, 117.50, dan 250.88 mg/kg. Konsentrasi Pb tertinggi terdapat pada stasiun 4 (kawasan industri Pertamina), yaitu 231.34 mg/kg. Hasil analisis sidik ragam yang terdiri dari 2 faktor dengan RAL metode tetap menunjukkan bahwa ada interaksi antara jenis logam dengan stasiun yang berpengaruh terhadap konsentrasi logam. Konsentrasi logam Cu pada kelima stasiun, konsentrasi Zn pada stasiun 2, 3, dan 5, serta konsentrasi Pb pada stasiun 2 dan 4 telah melewati kisaran kadar alamiah logam dalam sedimen menurut RNO (1981) dalam Razak (1986). Hal ini erat kaitannya dengan perkembangan industri di kawasan tersebut.
SARAN Metode spektrometri pendar sinar-X merupakan metode alternatif untuk penentuan logam. Namun teknologi ini relatif mahal, dibandingkan metode konvensional, sehingga penerapannya di laboratorium penelitian secara umum masih terbatas. Selain itu perlu juga diteliti kandungan logam dalam sedimen berdasarkan ukuran partikelnya yang lebih spesifik, yaitu batu, kerikil, pasir kasar, pasir agak kasar, pasir sedang, pasir agak halus, pasir halus, lumpur, dan lempung serta mencari metode lain dalam penyiapan sampel. Oleh karena pada sampel sedimen di perairan pesisir di kawasan industri Gresik, Jawa Timur ini mengandung logam dengan konsentrasi yang melebihi kisaran kadar alamiah logam, sehingga tidak disarankan untuk pembudidayaan hasil laut (udang, kerang, dan lain-lain).
10
DAFTAR PUSTAKA Anderson, JR. 2004. Sand sieve analysis. http://gpc.edu/~janderso/historic/labma n /sievean.htm [29 Nov 2004]. Anindita AD. 2002. Kandungan logam berat Cd, Cu, Ni, Pb, dan Zn terlarut di dalam badan air dan sedimen pada perairan sekitar pelabuhan perikanan Pelabuhan Ratu, Sukabumi. [skripsi]. Bogor: Fakultas Perikanan dan Ilmu Kelautan, Institut Pertanian Bogor. [Anonim]. Undang-Undang RI. No. 4 Tahun 1982. Pasal 1 ayat 7. [Anonim]. 1994. Laporan hasil analisis dampak lingkungan (ANDAL) kawasan industri Gresik [Desember 1994]. [Petrokimia Gresik]. 2002. Profile PT Petrokimia Gresik: chemical product. http://www. petrokimia-gresik. com/ chemical_product.asp [ 22 Mar 2006] Bryan WG. 1976. Heavy metals contamination. Di dalam: R Johnston, editor. Marine Pollution. London: Academic Press. Clark RB. 1986. Marine Pollution. Oxford : Clarendon Press. Dahuri R, Jacub R, Ginting SP, Sitepu MJ. 1996. Pengelolaan Sumber Daya Wilayah Pesisir dan Lautan secara Terpadu. Jakarta: Pradnya Paramita. Darmono. 1995. Logam dalam Sistem Biologi Makhluk Hidup. Jakarta: UI-Press. Eckenfelder WWJr. 2000. Industrial Water Pollution Control. Ed. ke-3. USA: McGraw-Hill Companies. Frieberg L, Nordberg GF, Von BV. 1979. Handbook on the Toxicology of Metal. North Holland: Elsevier. Gaspersz V. 1991. Metode Perancangan Percobaan untuk Ilmu-ilmu Pertanian, Ilmu-ilmu Teknik, dan Biologi. Bandung: Armico. Furba HU, Segebade CH, ScMitt BF. 1981. Instrumental multielement activation analysis of soil sampler. J. Radioanal. Chem. 67(1): 101. Haldstead BW. 1972. Toxicity of marine organism caused by pollutant. In: Marine Pollution and Sealife. England: FAO Fishes News (Book) Ltd. Hammer MJ. 1975. Water and Waste-Water Technology. New York: John Wiley & Sons.
Jenkins SR, Gould RW, Gedcke D. 1981. Quantitative X-Ray Spectrometry. New York: United State of American. Johnston R. 1976. Marine Pollution. London: Academic Press. Mannion AM, Bowlby SR. 1992. Environmental Issues in the 1990s. Chichester: John Wiley & Sons. Mellawati J. 2004. Pencemaran lingkungan oleh unsur Radioanuklida alam 238U, 232 Th, dan 226Ra di sekitar kawasan industri fosfat (kajian di perairan pesisir Gresik). [disertasi]. Bogor: Sekolah Pasca Sarjana, Institut Pertanian Bogor. Moriarty F, Hanson HM. 1988. Heavy metals in sediments of the river Ecclesbourne, Derbyshire. Water Research. 22(4): 475-480. Odum EP. 1971. Fundamentals of Ecology. Ed. ke-3. Philadelphia: W.B Saunders Company. Petrucci RH. 1985. Kimia Dasar: Prinsip dan Terapan Modern. Jilid ke-2. Ed. ke-4. Achmadi SS, penerjemah;editor. Jakarta: Erlangga. Pikir S. 1993. Sedimen dan kerang sebagai indikator adanya logam berat Cd, Hg, dan Pb dalam pencemaran di lingkungan perairan estuari. [disertasi]. Surabaya: Program Pascasarjana, Universitas Airlangga. Razak H. 1986. Kandungan logam berat di Perairan Ujung Watu dan Jepara. Jakarta: Pusat Penelitian dan Pengembangan Oceonologi LIPI. Ristin E, Mellawati J, Hutabarat T, Bungkus P. 1999. Karakterisasi unsur-unsur dalam batuan sulfur elemental dengan metode spektrometri pendar sinar X. Majalah BATAN. 32(1/2): 1-11. Rochyatun E, Lestari, Rozak A. 2005. Kualitas lingkungan perairan Banten dan sekitarnya ditinjau dari kondisi logam berat. Oseanologi dan Limnologi di Indonesia. 38: 23-46. Saeni MS. 1989. Kimia Lingkungan. PAU Ilmu Hayat. Bogor: IPB. Solomons W, de Rooji NM, Kerdijk B. 1987. Sediments as a source for contaminant?. Hydrobiologia. 149: 1330. Simmons IG. 1981. The Ecology of Natural Resources. London: Edward Arnold. Skoog DA, Holler FJ, Nieman TA. 1998. Principles of Instrumental Analysis. Ed ke-5. Florida: Harcourt Brace College Publishers.
11
Turner A, Millward GE, Morris AW. 1991. Particulate metals in five major North Sea Estuaries. Estuariene, Coastal, and Shelf Science. 32: 325-346. Woldseth R. 1973. X-Ray Energy Spectrometry. Ed. ke-1. California: Kevex Corporation.
12
LAMPIRAN
13
Lampiran 1 Peta lokasi pencuplikan sedimen
Keterangan: 1 2 3 4 5
= area reklamasi pantai = Smelting = Petrokimia = Petrosida = Pertamina = PLTU
Lampiran 2 Data kondisi pencuplikan sedimen (Mellawati 2004)
Stasiun
Kedalaman (m)
Jarak dari pantai (m)
1 2 3 4 5
10 10 10 10 20
100 100 100 100 500
Data GPS (global positioning system) Lintang Selatan Bujur Timur 7º-08’-751” 112º-39’-423” 7º-08’-725” 112º-39’-406” 7º-08’-639” 112º-39’-426” 7º-08’-204” 112º-39’-615” 7º-08’-739” 112º-39’-264”
Ket : Kondisi pencuplikan: air surut/air tidak pasang/biasa
14
Lampiran 3 Bagan alir penyiapan sampel sedimen
Sedimen
Dikeringkan (oven T = 110 ºC) Bobot tetap
Ditimbang
Dihancurkan dengan penggiling
Ditimbang 25 gram
Diayak (200 mesh)
Dibuat pelet (m= ± 1 gram; P = 10 ton/cm2)
Bobot pelet ditimbang
15
Lampiran 4 Bagan alir analisis sampel sedimen dengan metode XRFS
Kalibrasi alat (dengan lempeng logam murni Fe, Ni, Cu, Sr, Y, Zr, dan Mo) t cacah = 900 detik
Pengukuran sampel dan standar acuan IAEA t cacah = 1800 detik
Pengukuran intensitas sampel dan standar acuan IAEA menggunakan selubung logam Mo t cacah = 100 detik
16
SUMBER TEGANGAN TINGGI
PENGUAT AWAL
PENGUAT AKHIR
MEMORI MCA
ADC
MONITOR
Lampiran 5 Skema kerja alat XRFS
SUMBER SINAR-X
MCA CPU
DETEKTOR Si (Li) DENGAN NITROGEN CAIR
KOMPUTER
PRINTER
16
17
Lampiran 6 Spektrum hasil analisis sampel sedimen menggunakan XRFS dengan sumber pengeksitasi 109Cd
Scatter Ag
Cacah/salur
1000 Fe-Kα
100 Cu-Kα Zn-Kα
10 0
2000
3000 Nomor salur
Pb-Lα
4000
5000
18
Lampiran 7 Hasil pengukuran Fe, Cu, Zn, dan Pb dalam standar SL-1 dan sampel sedimen (a) Intensitas dan kadar Fe, Cu, Zn, dan Pb (menurut sertifikat) pada standar SL-1 Logam Kadar logam (mg/kg), bobot kering Intensitas (cps) Fe 67.40 2.713 Cu 30.00 0.016 Zn 223.00 0.040 Pb 37.70 0.022 Contoh perhitungan (pengukuran logam Fe ulangan 1 pada stasiun 1): C sampel =
I sampel I s tan dar
× C s tan dar
0.564 × 67.40 mg kg 2.713 = 14.01 mg kg
C sampel =
19
(b) Intensitas dan konsentrasi Fe, Cu, Zn, dan Pb dalam sampel sedimen Ulangan Fe Cu Lokasi perlakuan Intensitas Konsentrasi Intensitas Konsentrasi (cps) (mg/kg) (cps) (mg/kg) 1 0.564 14.01 0.037 69.38 Stasiun 1 2 0.662 16.45 0.049 91.88 3 0.768 19.08 0.035 65.62 rerata 0.665 16.51 0.040 75.63 1 1.609 39.97 0.054 101.25 Stasiun 2 2 1.874 46.56 0.066 123.75 3 1.677 41.66 0.068 127.50 rerata 1.720 42.73 0.063 117.50 1 1.462 36.32 0.023 43.12 Stasiun 3 2 1.524 37.86 0.047 88.12 3 1.518 37.71 0.043 80.62 rerata 1.501 37.30 0.038 70.62 1 1.445 35.90 0.031 58.12 Stasiun 4 2 1.473 36.59 0.041 76.88 3 1.592 39.55 0.014 26.25 rerata 1.503 37.35 0.029 53.75 1 1.404 34.88 0.043 80.62 Stasiun 5 2 1.629 40.47 0.063 118.12 3 1.604 39.85 0.048 90.00 rerata 1.546 38.40 0.051 96.25
Intensitas (cps) 0.028 0.027 0.017 0.024 0.021 0.058 0.056 0.045 0.038 0.035 0.018 0.030 0.028 0.016 0.024 0.023 0.032 0.037 0.037 0.035
Zn Konsentrasi (mg/kg) 156.10 150.52 94.78 133.80 117.08 323.35 312.20 250.88 211.85 195.12 100.35 169.11 156.10 89.20 133.80 126.37 178.40 206.28 206.28 196.99
Intensitas (cps) 0.013 ttd ttd 0.013 ttd ttd 0.050 0.050 0.022 0.023 0.018 0.021 ttd ttd 0.135 0.135 ttd ttd ttd ttd
Pb Konsentrasi (mg/kg) 22.28 ttd ttd 22.28 ttd ttd 85.68 85.68 37.70 39.41 30.85 35.99 ttd ttd 231.34 231.34 ttd ttd ttd ttd
Keterangan: cps = counts per second ttd = tidak terdeteksi dalam analisis laboratorium * = lokasi sampling terlihat pada Lampiran 4
19
20
Lampiran 8 Hasil uji statistik
(a) Analisis sidik ragam yang terdiri dari dua faktor dengan RAL model tetap Sumber Derajat Jumlah Kuadrat F hitung Ftabel Keragaman bebas kuadrat tengah α=0.05 α=0.01 Perlakuan Logam Stasiun Logam*stasiun Galat Total
18 3 4 11 32 50
228235.3944 156770.5040 24260.6780 47204.2124 43429.9603 271665.3547
52256.6347 6065.1695 4291.2920 1357.1863 -
38.50** 4.47** 3.16**
2.90 2.67 2.10
4.46 3.97 2.86
Tanda * Gaspersz 1991 ** artinya ‘berbeda sangat nyata’, karena Fhitung>Ftabel pada α=0.01
(b) Hasil uji Duncan pada pengaruh interaksi antara jenis logam dan stasiun terhadap konsentrasi logam Logam*Stasiun Jumlah Rerata konsentrasi logam (mg/kg) Kehomogenan kelompoka Zn*2 3 250.88 A Pb*4 1 231.34 AB Zn*5 3 196.99 ABC Zn*3 3 169.11 BCD Zn*1 3 133.80 CDE Zn*4 3 126.37 CDE Cu*2 3 117.50 DEF Cu*5 3 96.25 DEFG Pb*2 1 85.68 EFG Cu*1 3 75.63 EFG Cu*3 3 70.62 EFG Cu*4 3 53.75 EFG Fe*2 3 42.73 FG Fe*5 3 38.40 FG Fe*4 3 37.35 FG Fe*3 3 37.30 FG Pb*3 3 35.99 FG Pb*1 1 22.28 G Fe*1 3 16.51 G a
Kelompok-kelompok yang memiliki minimal satu huruf yang sama tidak berbeda nyata pada α=0.05
