5
TINJAUAN PUSTAKA Unsur Runut Unsur runut
adalah
Senyawa kimia yang sangat dibutuhkan untuk
tumbuh kembang tubuh dalam konsentrasi sedikit dan sebagai mineral penting tubuh yang dibutuhkan secara spesifik dalam jumlah < 1 mg/hari (Santoso dan Advisor 2009). Ditinjau dari fungsinya unsur runut umumnya merupakan bagian dari sistem enzim, yaitu berupa metaloenzim dan kompleks logam-enzim. Pada metaloenzim unsur logam terdapat dalam jumlah tertentu dan merupakan bagian integral dari molekul enzim (Sofyan 2007). Fungsi unsur runut dalam proses kehidupan sangatlah penting, terutama dalam pembuatan enzim, misalnya kobalt untuk sintesis vitamin B12, sebagai katalisator atau kofaktor dalam berbagai fungsi biologis, zink salah satu pembuat unsur enzim-enzim hidrogenase dan zat besi untuk katalase sitokrom. Mineral penting dalam proses absorpsi maupun masuknya berbagai nutrien kedalam sel termasuk sel otak (Hidayat et al. 2006 ). Unsur runut berperan dalam keseimbangan asam-basa dan transfer oksigen dari paru-paru ke jaringan, unsur Zn berperan pada multiplikasi sel, sedangkan Co yang menunjang fungsi biologi sebagai komponen nutrien spesifik, yaitu satu atom Co terdapat di pusat molekul vitamin B12 (Sofyan 2007). Beberapa unsur runut yang berpengaruh terhadap kecerdasan otak :
Unsur Runut Kobalt (Co) Kobalt merupakan unsur runut esensial untuk tubuh, karena merupakan komponen dari struktur vitamin B12, sehingga untuk memperoleh cukup kobalt, harus memperoleh cukup vitamin B12. Vitamin B12 tidak dapat disintesis oleh tubuh manusia. Vitamin ini mengandung ion kobalt sehingga dikenal sebagai sianokobalamin. Sianokobalamin (vitamin B12), memegang peran kunci agar otak dan sistem saraf dapat berfungsi dengan baik. Vitamin ini bersifat larut dalarn air, dan dapat disintetis oleh bakteri dalam usus. Manusia memperoleh kobalamin dari makanan hewani seperti hati, ginjal, daging, dan vegetarian (makanan nabati). Makanan nabati mengandung sedikit kobalt bergantung pada kandungan tanah
6
tempat tumbuhnya. Kandungan gizi yang diperlukan untuk pembentukkan sel darah merah. Kobalt dalam makanan ini membantu sintesis hemoglobin dan penyerapan besi dari makanan. Fungsi vitamin B12 dalam tubuh adalah membantu proses metabolisme asam amino metionin dan pembentukan sel darah merah. Kebutuhan kobalt kira-kira 0,0015 mg (1,5 μg) vitamin B12 per hari. Fungsi kobalt berperan membentuk bagian dari struktur vitamin B12. Defisiensi vitamin B12 dapat menyebabkan gejala anemia dengan gejala peradangan dan pendarahan usus, gampang cape, lelah, lesu, penyakit pada kulit. Sumber vitamin B12 terdapat dalam hati, ginjal, daging, susu, ikan, kacang-kacangan, sayuran hijau, dan sereal (Nugroho 2009). Berikut adalah struktur molekul vitamin B12 (Sianokobalamin). NH 2COCH 2CH2
CH3
NH2COCH2
CH3 CH2CONH2 CH2CH2CONH2
CH3 CH3
N
CN
N
Co+ H
N
N
NH2COCH2 H
N
CH 3
N
CH 3 CH 3
CH 3 CH3
CH3
CH2CH2CONH2 H
CH2CH2CONHCH2 C CH3
O
O- OH P O O
H H HO CH2OH H
Gambar 1 Struktur molekul vitamin B12 (British Pharmacopoeia 2004). Metabolisme Kobalt (Co) Kobalt adalah esensial dalam tubuh karena kobalt merupakan komponen sianokobalamin (vitamin B12). Vitamin B12 sebagai koenzim dalam beberapa reaksi enzimatik, paling banyak khususnya pada reaksi transfer metil bahwa homosistein berubah menjadi metionin dan untuk memisahkan reaksi perubahan metilmalonilkoenzim A (CoA) ke suksinil-CoA. Vitamin B12 juga bagian dari beberapa enzim yang mencakup dalam hematopoiesis, defisiensi dapat dengan mudah merusak anemia. Recommended Dietary Allowance (RDA) vitamin B12 untuk orang dewasa adalah 2,4 µg/hari, dimana kandungan kobalt 0,1 µg.
7
Sebanyak 85 % ekskresi kobalt dilakukan melalui urin, selebihnya melalui feses dan keringat (Institute of Medicine 2004).
Unsur Runut Zink (Zn) Zink adalah unsur runut yang banyak dijumpai di lingkungan. Mineral ini sangat terkenal sebagai "penentu" kerja enzim dan hormon. Ratusan enzim dan hormon memerlukan mikromineral ini. Zink dikenal pula sebagai mikromineral yang dapat meningkatkan kecerdasan. Manfaat zink dibutuhkan oleh semua reaksi di otak, membantu produksi zat-zat kimia penting dan protein di dalam otak, berperan membentuk energi dari glukosa dan protein. Akibat defisiensi zink kelesuan, cepat marah, kebiasaan makan yang buruk, keletihan, obesitas. Sumber zink terdapat pada daging, kerang-kerangan, susu dan makan bersusu misalnya keju, roti, dan produk sereal. Zink merupakan unsur runut yang esensial bagi tubuh. Beberapa jenis enzim memerlukan zink bagi fungsinya dan bahkan ada enzim yang mengandung zink dalam struktur molekulnya, diantaranya karbonat anhidrase (mengandung zink 0,33%) dan fosfatase alkalis. Zink merupakan agen reduksi yang baik dan dapat membentuk ikatan yang stabil dengan ion-ion lain membentuk garam-garam (Sedioetama 1996). Beberapa tahun belakangan ini, seiring dengan meningkatnya standar kehidupan, standar gizi anak-anak usia sekolah juga cenderung meningkat, tetapi yang tidak boleh diabaikan adalah gizi pertumbuhan anak-anak usia sekolah yang kekurangan zink. Penyebab utama kurangnya zink pada usia anak sekolah karena kurangnya pemasukan, penyerapan, dan penggunaan zink. Terdapat tiga aspek utama yang mempengaruhi perkembangan inteligensi anak-anak: 1. Zink dapat meningkatkan pertumbuhan, dan regenerasi sel otak besar yang merupakan dasar zat perkembangan inteligensi. 2. Daerah ingat otak besar mengandung zink yang sangat banyak, kekurangan zink dapat menyebabkan daya ingat anak menurun. 3. Kekurangan zink memperlambat penyampaian pesan syaraf, sehingga reaksi anak menjadi lambat, bahkan dapat menyebabkan kekacauan fungsi otak, dan menyebabkan hiperaktif (Darwono 2010).
8
Metabolisme Zink (Zn) Penyerapan Zn terjadi pada bagian atas usus halus. Zink diangkut oleh albumin dan transferin masuk ke aliran darah dan dibawa ke hati. Kelebihan Zn akan disimpan dalam hati dalam bentuk metalotionein, sedangkan yang lainnya dibawa ke pankreas dan jaringan tubuh lain. Didalam pankreas, Zn digunakan untuk membuat enzim pencernaan, yang pada waktu makan dikeluarkan kedalam saluran pencernaan. Dengan demikian saluran cerna memiliki dua sumber Zn, yaitu dari makanan dan cairan pencernaan pankreas. Absorpsi Zn diatur oleh metalotionein yang disintesis didalam sel dinding saluran pencernaan. Bila konsumsi Zn tinggi, didalam sel dinding cerna akan diubah menjadi metalotionein sebagai simpanan, sehingga absorpsi berkurang. Metalotionein didalam hati mengikat Zn hingga dibutuhkan oleh tubuh. Metalotionein diduga mempunyai peranan dalam mengatur kandungan Zn didalam cairan intraseluler. Kekurangan Zn diduga penyebab makanan sedikit mengandung daging, ayam dan ikan yang merupakan sumber utama Zn. Defisiensi Zn kronis mengganggu sistem dan fungsi otak (Almatsier 2006). Banyaknya Zn yang diserap berkisar antara 15-40%. Absorpsi Zn dipengaruhi oleh status Zn dalam tubuh. Bila lebih banyak Zn yang dibutuhkan, lebih banyak pula Zn yang diserap. Begitu pula jenis makanan mempengaruhi absorpsi. Serat dan fitat menghambat ketersediaan biologis Zn, sebaliknya protein histidin, metionin dan sistein dapat meningkatkan penyerapan. Tembaga dalam jumlah melebihi kebutuhan faal menghambat penyerapan Zn. Nilai albumin dalam plasma merupakan penentu utama penyerapan Zn. Albumin merupakan alat transpor utama Zn. Penyerapan Zn menurun bila nilai albumin darah menurun, misalnya dalam keadaan gizi kurang. Zink diekskresikan melalui feses. Disamping itu Zn dikeluarkan melalui urin dan keringat serta jaringan tubuh yang dibuang, seperti kulit, sel dinding usus, cairan haid dan mani (Almatsier 2006).
Unsur Runut Besi (Fe) Zat besi merupakan unsur runut terpenting bagi manusia dan paling banyak terdapat di dalam tubuh manusia. Besi juga berperan dalam membantu otak untuk memproses nutrisi-nutris yang dibutuhkan untuk aktivitas otak serta
9
membantu proses neurotransmiter. Hampir seratus jenis kimiawi neurotransmitter untuk sekian banyak fungsi otak. Kekurangan salah satu kimiawi penghubung antarsel otak ini berakibat fungsi otak terganggu. Setiap bagian fungsi otak diperankan oleh satu kimiawi vital ini. Zat besi juga turut berperan dalam pembentukan neurotransmitter dopamin, dimana neurotransmitter adalah zat kimia pada syaraf yang berfungsi mengatur sel syaraf untuk menghantar stimulus dan kekurangan zat besi bisa menghambat produksinya. Kekurangan Fe berarti menurunnya jumlah dopamin yang dapat terjadi gangguan perilaku hiperaktif, sulit konsentrasi dan menurunkan kecerdasan, sehingga akan mengganggu kemampuan belajar dan menurunkan prestasi belajar (Almatsier 2006). Beberapa bagian dari otak mempunyai kadar besi tinggi yang diperoleh dari transport besi yang dipengaruhi oleh reseptor transferin. Kadar besi dalam darah meningkat selama pertumbuhan hingga remaja. Kadar besi otak yang kurang pada masa pertumbuhan tidak dapat diganti setelah dewasa. Defisiensi besi berpengaruh negatif terhadap fungsi otak, terutama terhadap fungsi sistem neurotransmitter. Akibatnya, kepekaan reseptor saraf dopamin berkurang yang dapat berakhir dengan hilangnya reseptor tersebut. Daya konsentrasi, daya ingat, dan kemampuan belajar terganggu, dan kemampuan mengatur suhu tubuh menurun. Defisiensi berpengaruh luas terhadap kualitas sumber daya manusia, yaitu terhadap kemampuan belajar untuk berkonsentrasi dan belajar serta produktivitas kerja (Almatsier 2006). Menurunnya produktivitas kerja pada kekurangan besi disebabkan oleh dua hal, yaitu : (a) berkurangnya enzim mengandung besi dan besi sebagai kofaktor enzim yang terlibat dalam metabolisme energi. (b) menurunnya hemoglobin darah. Akibatnya, metabolisme energi di dalam otot terganggu dan terjadi penumpukan asam laktat yang menyebabkan rasa lelah. Oleh karena itu apabila terjadi kekurangan hemoglobin mengakibatkan anemia sehingga aktivitas tubuh terutama daya berpikir akan menurun (Almatsier 2006). Besi yang berasal dari tubuh, berasal dari tiga sumber yaitu besi yang diperoleh dari hasil perusakan sel-sel darah merah, besi yang diambil dari penyimpanan dalam badan, dan besi yang diserap dari saluran pencernaan. Besi berfungsi sebagai komponen penyusun sel darah merah (hemoglobin), kekurangan
10
besi dapat menyebabkan anemia. Sebagian besar besi berada dibdalam hemoglobin, yaitu molekul protein mengandung besi dari sel darah merah dan mioglobin di dalam otot. Hemoglobin dalam darah berfungsi sebagai pengangkut oksigen dari paru-paru ke seluruh jaringan tubuh dan membawa kembali karbondioksida dari seluruh sel ke paru-paru untuk dikeluarkan dari tubuh. Hemoglobin akan mengangkut oksigen ke sel–sel yang membutuhkannya untuk metabolisme glukosa, lemak dan protein menjadi energi (ATP) (Sari 2004). Telah banyak penelitian dilakukan mengenai hubungan antara keadaan kurang besi dan dengan uji kognitif. Walaupun ada beberapa penelitian mengemukakan bahwa defisiensi besi kurang nyata hubungannya dengan kemunduran intelektual tetapi banyak penelitian membuktikan bahwa defisiensi besi mempengaruhi pemusnahan perhatian (atensi), kecerdasan, dan prestasi belajar di sekolah. Dengan memberikan intervensi besi maka nilai kognitif tersebut naik secara nyata (Sari 2004). Tabel berikut ditampilkan angka kecukupan mineral Zn dan Fe per hari berdasarkan kelompok umur. Tabel 1 Kecukupan mineral Zn dan Fe per hari dibutuhkan manusia berdasarkan kelompok umur Kelompok
Umur (tahun)/kondisi
Zn (mg)/hari
Fe (mg)/hari
Bayi
0,0-0,5 0,0-0,5 1-3 4-6 7-10 11-14 15-18 19-24 25-50 51+ 11-14 15-18 19-24 25-50 51+
5 5 10 10 10 15 15 15 15 15 12 12 12 12 12
6 10 10 10 10 12 12 10 10 10 15 15 15 15 10
Anak
Pria
Wanita
Sumber :Mulyaningsih (2009)
11
Metabolisme Besi (Fe) Besi yang ada pada bahan makanan adalah besi elemen. Hanya Fe2+ ini yang diabsorbsi usus halus. Untuk mengatur masuknya besi dalam tubuh maka tubuh memiliki suatu cara yang tepat guna. Besi hanya dapat masuk ke dalam mukosa apabila ia dapat bersenyawa dengan apoferritin. Jumlah apoferritin yang ada dalam mukosa usus tergantung pada kadar besi tubuh. Bila besi dalam tubuh sudah cukup maka semua apoferritin yang ada dalam mukosa usus terikat oleh Fe menjadi ferritin. Dengan demikian tidak ada lagi apoferitin yang bebas sehingga tidak ada besi yang dapat masuk ke dalam mukosa. Besi yang ada dalam mukosa usus hanya dapat masuk ke dalam darah bila berikatan dengan β-globulin yang ada dalam plasma. Gabungan Fe dengan β-globulin disebut ferritin. Apabila semua βglobulin dalam plasma sudah terikat Fe maka Fe2+ yang terdapat dalam mukosa usus tidak dapat masuk ke dalam plasma dan turut lepas ke dalam lumen usus sel mukosa usus lepas dan diganti dengan sel baru. Hanya Fe2+ yang terdapat dalam transferrin dapat digunakan dalam eritropoesis, karena sel eritoblas dalam sumsum tulang hanya memiliki reseptor untuk ferritin. Kelebihan besi yang tidak digunakan disimpan dalam stroma sum-sum tulang sebagai ferritin. Besi yang terikat pada β-globulin selain berasal dari mukosa usus juga berasal dari limpa, tempat eritrosit yang sudah tua masuk ke dalam jaringan limpa untuk kemudian terikat pada β-globulin dan kemudian ikut aliran darah ke sum-sum tulang untuk digunakan eritoblas membentuk hemoglobin. Hemoglobin berfungsi sebagai pengangkut oksigen ke seluruh jaringan tubuh, apabila terjadi kekurangan hemoglobin mengakibatkan anemia sehingga aktivitas tubuh terutama daya berpikir akan menurun (Almatsier 2006).
Analisis Unsur Runut pada Rambut Analisis mineral rambut adalah alat penilaian yang berharga bagi kesehatan yang mengukur tingkat mineral penting serta unsur runut dari sejumlah kecil sampel rambut. Analisis mineral rambut sangat berharga karena dua alasan (1) mineral memainkan peran yang sangat penting dalam kesehatan manusia dan, (2) logam berat seperti timah, merkuri, dan aluminium dapat memainkan peran
12
utama dalam banyak penyakit, tekanan darah tinggi khususnya dan neurologis penyakit (Murray 2007). Disamping itu, analisis rambut juga merupakan metoda diagnosis non invasif, artinya sampel mudah didapat, dibawa, dan disimpan serta rambut juga dapat memberikan informasi jangka panjang karena unsur-unsur konsentrasi dalam rambut lebih tinggi jika dibandingkan dengan yang diperoleh di jaringan tubuh atau cairan (Frazao dan Mitiko 2007). Potensi tambahan pada rambut sebagai biomarker, analisis sampel rambut memiliki beberapa keuntungan. Komponen utama pada rambut adalah protein keratin dimana membuat stabil dan kuat. Pada waktu yang sama, rambut mudah diambil dan tidak memerlukan penyimpanan khusus atau pengawetan. Unsur runut juga banyak terakumulasi di rambut pada konsentrasi sedikitnya sepuluh kali lebih tinggi dari serum darah atau urin (Gellein et al. 2008).
Mekanisme Pengikatan Unsur Runut pada Rambut Salah satu jenis bahan pencemar yang dapat membahayakan kesehatan manusia adalah logam berat, yang akan terakumulasi pada bagian tubuh tertentu, seperti ginjal, hati, kuku, jaringan lemak, dan rambut. Pada manusia unsur runut dapat terakumulasi dalam rambut. Jumlah unsur runut dalam rambut berkorelasi dengan jumlah unsur runut yang di absorpsi oleh tubuh. Rambut adalah bagian tubuh dari makhluk hidup yang banyak mengandung protein struktural yang tersusun oleh asam-asam amino sistin yang mengandung ikatan disulfida (-S–S-) dan sistein yang mengandung gugus sulfhidril (-SH) yang berkemampuan mengikat unsur runut yang masuk ke dalam tubuh (Saeni 1997). Unsur runut tertentu juga dibutuhkan dalam proses kehidupan. Misalnya dalam proses metabolisme untuk pertumbuhan dan perkembangan sel-sel tubuh. Sebagai contoh Co dibutuhkan untuk pembentukan vitamin B12, Fe dibutuhkan untuk pembuatan hemoglobin, dan Zn berfungsi dalam enzim-enzim hidrogenase.
Sifat Fisik dan Kimia Beberapa Logam Berat Logam berat adalah unsur-unsur kimia dengan bobot jenis lebih besar dari 5 g/cm3, terletak di sudut kanan bawah daftar berkala, mempunyai afinitas yang
13
tinggi terhadap unsur S dan biasanya bemomor atom 22 sampai 92 dari periode 4 sampai 7. Afinitas yang tinggi terhadap unsur S mendorong terjadinya ikatan logam berat dengan S pada setiap kesempatan. Sebagian logam berat merupakan zat pencemar yang berbahaya. Logam-logam ini bereaksi dengan unsur belerang dalam enzim, sehingga enzim tersebut menjadi tak aktif. Gugus karboksilat (COOH) dan amino (-NH 2 ) dalam asam amino juga bereaksi dengan logam berat (Saeni 1997).
Bioindikator Rambut Gugus sulfhidril (–SH) dan disulfida (–S–S-) dalam rambut mampu mengikat unsur runut yang masuk ke dalam tubuh dan terikat di dalam rambut. Senyawa sulfida mudah terikat oleh unsur runut, maka bila unsur runut masuk ke dalam tubuh, unsur runut tersebut akan terikat oleh senyawa sulfida dalam rambut (Pettrucci 1982). Helai rambut terdiri dari zat tanduk yang berisi protein keratin. Zat ini juga terdapat pada kuku, bulu, dan tanduk hewan menyusui. Fungsi dari rambut adalah untuk melindungi pengaruh panas dan dingin. Pada daerah panas bulu yang halus dan tipis akan melindungi sengatan matahari, sedangkan pada daerah dingin, bulu yang tebal dapat menahan panas badan. Jumlah unsur runut pada rambut berkorelasi dengan jumlah unsur runut yang diabsorpsi oleh tubuh. Oleh karena itu rambut dapat dipakai sebagai bahan biopsi. Dari studi terhadap senyawa metilmerkuri menunjukkan bahwa jumlah senyawa itu dalam rambut berhubungan dengan metilmerkuri di daerah sekitar rambut itu tumbuh (Saeni 1997). Semakin tua umur seseorang, semakin bertambah daerah yang ditumbuhi rambut di permukaan tubuhnya. Rambut seseorang paling tebal pada usia 20 tahun, dan setelah itu setiap helai rambut mengisut, sehingga pada usia 70 tahun, rambutnya sudah setipis ketika masih bayi (Saeni 1997).
Kecerdasan Siswa Kecerdasan Intelektual merupakan kecerdasan dasar yang berhubungan dengan proses kognitif, pembelajaran kecenderungan menggunakan kemampuan matematis-logis dan bahasa, pada umumnya hanya mengembangkan kemampuan
14
kognitif (menulis, membaca, menghafal, menghitung dan menjawab). Kecerdasan ini sering kita kenal dengan kecerdasan rasional, karena menggunakan potensi rasio dalam memecahkan masalah. Tingkat kecerdasan intelektual seseorang dapat di uji melalui tes, yakni dengan ujian daya ingat, daya nalar, penguasaan kosa kata, ketepatan menghitung, dan menganalisis data (Iskandar 2010). Definisi kecerdasan atau inteligensi diajukan oleh beberapa ahli psikologi. Kecerdasan didefinisikan sebagai kemampuan verbal, keterampilan pemecahan masalah dan kemampuan untuk belajar dari pengalaman hidup sehari-hari dan menyesuaikan diri dengannya. David Weschler berpendapat kecerdasan merupakan kemampuan individu untuk berfikir dan bertindak terarah, serta mengolah dan menguasai lingkungan secara efektif (Mutalazimah dan Asyanti 2009). Kecerdasan anak-anak juga diketahui bahwa unsur runut sangat penting bagi dampak kesehatan manusia. Dalam unsur runut Co, Zn, dan Fe pada perkembangan mental anak-anak memiliki dampak. Kecerdasan anak adalah untuk mengevaluasi tingkat kesehatan mental anak-anak yang merupakan indikator penting dari perkembangan mental yang baik tergantung pada integritas neurologis dari pengembangan sistem, sementara gizi adalah bahan dasar filogeni saraf kranial. Pada periode kritis perkembangan otak, kekurangan gizi, struktur dan fungsi akan memiliki sifat abadi dari kerusakan, sehingga mempengaruhi tingkat kecerdasan anak-anak. Dari unsur runut pada kecerdasan anak menjadi perhatian tentang beragam unsur runut untuk lebih memahami sejauh mana efek terhadap kecerdasan anak-anak.
Analisis Aktivasi Neutron (AAN) Analisis Aktivasi Neutron (AAN) adalah salah satu teknik nuklir yang digunakan untuk mengkuantifikasi unsur-unsur kimia yang terkandung dalam suatu materi. Pada AAN cuplikan yang akan dianalisis diiradiasi dengan menggunakan sumber neutron. Sumber neutron ini dapat diperoleh dari reaksi fisi yang terjadi pada reaktor nuklir. Teknik ini didasarkan pada reaksi penangkapan neutron termal oleh inti atom yang terkandung dalam materi uji. Reaksi inti ini berlangsung di fasiltas iradiasi yang menyediakan sumber neutron. Hasil interaksi
15
tersebut menghasilkan spesi atom baru yang kelebihan satu buah neutron dan dalam keadaan tidak stabil. Untuk mencapai ke keadaan stabil, spesi tidak stabil tersebut melepaskan partikel beta yang umumnya diikuti oleh emisi sinar gamma. Sinar gamma yang diemisikan adalah bersifat khas untuk setiap radionuklida, dan umumnya akan membentuk suatu spektrum yang disebut sebagai spektrum gamma. Dengan menggunakan detektor HPGe resolusi tinggi, spektrum yang terbentuk dapat dipilah dan radionuklida yang terkandung dalam materi dapat diidentifikasi dan selanjutnya dikuantifikasi (Sutisna 2008). Gambar 2 berikut menunjukkan ilustrasi mengenai prinsip dasar analisis aktivasi neutron.
Gambar 2 Prinsip dasar AAN
Apabila unsur-unsur stabil dalam cuplikan diiradiasi dengan neutron, maka terjadi macam-macam reaksi inti, namun yang digunakan dalam AAN adalah reaksi neutron gamma (n, γ) yang artinya suatu unsur jika ditembak dengan neutron maka unsur tersebut akan berubah menjadi unsur lain sambil melepaskan sinar-γ. Contoh: 59
Co +
64
Zn +
58
Fe +
60
Co +
65
Zn +
59
Fe +
Reaksi di atas dapat ditulis sebagai 59Co (n, γ) 60Co, 64Zn (n, γ) 65Zn,
58
Fe (n,
γ) 59Fe. Pemilihan reaksi pengaktifan yang perlu diikuti dengan pemilihan fasilitas radiasi yang bersesuaian. Skema peluruhannya dapat digambarkan sebagai berikut
16
Gambar 3 Skema Peluruhan
60
Co
(Sumber : Mulyaningsih 2002)
Analisis aktivasi neutron banyak dilakukan dan diaplikasikan diberbagai disiplin ilmu, seperti biologi, pertanian, kedokteran, farmasi, arkeologi, geologi, dan ilmu lainnya. Salah satu pemanfaatannya dalam kegiatan medis yaitu untuk memeriksa unsur-unsur yang diperlukan tubuh yang terdapat dalam berbagai sampel. Keunggulan dari metode analisis aktivasi neutron, antara lain yaitu: 1. Dengan jumlah sampel yang relatif sedikit mampu menganalisis multi unsur secara simultan. 2. pengujian yang bersifat tidak merusak sampel, yaitu tidak memerlukan reagen pada preparasi sampel relatif sederhana. 3. Kepekaan atau sensitivitas pengukuran yang relatif tinggi, yaitu mampu menganalisis unsur dalam sampel dengan kadar sangat rendah (10-12-10-I0g). 4. Selektivitas yang tinggi dengan kemampuan identifikasi unsur secara simultan dan tidak membutuhkan pelarutan sehingga kemungkinan kontaminasi silang dapat dihindari. 5. Dapat diaplikasikan dalam berbagai jenis sampel (padat, cair, gas) Dengan demikian evaluasi unsur-unsur yang terdapat dalam materi dapat ditentukan secara serempak dalam jumlah cuplikan yang relatif sedikit (50 - 100 mg) (Sutisna 2008). Meskipun AAN mempunyai beberapa keunggulan, tetapi AAN juga mempunyai beberapa kelemahan diantaranya adalah: 1. Memerlukan fasilitas dan peralatan iradiasi yang mahal yaitu reaktor fisi atau akselerator partikel. 2. Laboratorium yang digunakan untuk melakukan analisis ini harus
17
mempunyai perlengkapan khusus untuk penanganan zat radioaktif. 3. Untuk analisis radionuklida berumur panjang diperlukan waktu analisis yang relatif lama. 4. Preparasi, iradiasi dan penggunaan banyak unsur standar tidak efisien karena banyak menyita waktu (Mulyaningsih dan Sumardjo 2008). Metode AAN dapat digunakan untuk analisis kualitatif dan kuantitatif Analisis kualitatif adalah untuk mengetahui unsur-unsur apa saja yang terkandung dalam cuplikan, sedangkan analisis kuantitatif
untuk mengetahui kadar atau
konsentrasi unsur-unsur tersebut dalam cuplikan. Analisis kuantitatif
ini
dilakukan setelah analisis kualitatif dilakukan. Pada metode ini bersarnaan dengan cuplikan dipersiapkan unsur standar dengan jenis sarna dengan unsur yang terkandung dalarn cuplikan yang akan dianalisis dan kuantitasnya telah diketahui secara pasti. Kemudian diiradiasi secara bersarnaan cuplikan yang akan dianalisis dan unsur standar pada posisi iradiasi dan waktu iradiasi yang sarna (Mulyaningsih 2002). Untuk menghitung kadar dalam cuplikan digunakan metode komparatif, untuk itu diperlukan cuplikan standar yang mengandung unsur yang akan ditentukan, yang jumlah dan komposisi telah diketahui dengan pasti. Cuplikan standar disiapkan dengan perlakuan yang sama seperti cuplikan yang diselidiki dan diiradiasi bersama-sama, sehingga mengalami paparan neutron yang sama besarnya. Dengan membandingkan laju cacah cuplikan dan standar dapat dihitung kadar unsur didalam cuplikan dengan rumus. Wa =
(cps ) a Exp(−λ .t da ) .Wst (cps ) st Exp( −λ .t st )
(Sumber : Mulyaningsih 2008)
Wa
= kadar unsur dalam cuplikan (μg/g)
Wst
= kadar unsur dalam standar (µg/g)
(cps)a = laju cacah radionuklida cuplikan (luas spektrum/detik) (cps)st = laju cacah radionuklida bahan standar (luas spektrum/detik) λ
= ln2/t 1/2 (detik-1)
t da
= waktu peluruhan radionuklida cuplikan (detik)
t st
= waktu peluruhan radionuklida standar (detik)
t 1/2
= waktu paro unsur (detik)
18
BAHAN DAN METODE Alat dan Bahan Alat yang diperlukan dalam penelitan ini adalah spektrometri gamma yang dilengkapi dengan detektor Germanium kemurnian tinggi (HPGe), perangkat lunak pengolah data GENIE 2000, gelas piala, pengaduk gelas, petri disc, desikator, gunting stainless stell, pinset, neraca mikro, vial polietilena LDPE (Low Density Polyethylene), kapsul iradiasi dari aluminium dan polietilena. Bahan yang digunakan adalah sampel rambut, aseton, akuabides, dan sarung tangan karet.
Waktu dan Tempat Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari s/d April 2011, di laboratorium Kimia Anorganik Departemen Kimia IPB Bogor dan PTBIN Batan Puspiptek Serpong, Tangerang.
Tahapan Prosedur Kerja Penentuan pengambilan sampel Pengukuran tingkat kecerdasan dalam penelitian ini dilakukan dengan mengukur hasil belajar siswa yang diambil dari nilai raport. Pengambilan sampel dikelompokan menjadi dua kelompok yaitu sains dan non sains. Tabel berikut menunjukkan kriteria kategori pengelompokan sains dan non sains nilai siswa berdasarkan nilai raport. Tabel 2 Kategori nilai pengelompokan siswa berdasarkan sains dan non sains Kategori kelompok Rendah Sedang Tinggi
Rentang Nilai Bidang Ilmu Sains ≤ 65 66-74 ≥ 75
Rentang Nilai Bidang Ilmu non Sains ≤ 65 66-74 ≥ 75
Disamping tingkat kecerdasan diambil dari nilai hasil belajar siswa (raport), penentuan unsur runut juga dipengaruhi oleh jenis kelamin dan kelompok bidang ilmu sains dan non sains. Berikut adalah Tabel 3 menunjukkan distribusi responden berdasarkan jenis kelamin dan kelompok bidang ilmu.
19
Tabel 3 Distribusi responden menurut jenis kelamin dan bidang ilmu Jenis Kelamin Laki-laki
Kelompok Bidang Ilmu Sains Non-Sains
Frekuensi 9 9
Perempuan
Sains Non-Sains
9 9 36
Jumlah Pengambilan Sampel Rambut
Sampel rambut dalam penelitian ini diperoleh dari sekolah SMPN 2 Cipeucang, Pandeglang, Banten. Sampel rambut diambil sebanyak 36 siswa (18 laki-laki dan 18 perempuan), kelas 8 usia antara 14-15 tahun. Sampel rambut siswa diperoleh berdasarkan hasil nilai belajar siswa yang diambil dari nilai raport. Kelas 8 dikelompokkan menjadi 2, yaitu berdasarkan kelompok bidang ilmu sains dan non sains, masing-masing kelompok dibagi menjadi 3 kelompok yaitu tinggi, sedang, dan rendah berdasarkan kriteria yang sudah ditentukan. Sampel rambut dipotong ± 2 cm dari kulit kepala sebanyak ± 50 mg dengan gunting stainless steel digunakan untuk di analisis. Sampel disimpan di plastik yang disegel. Selama pengambilan atau pemilihan sampel rambut, tiap-tiap individu mengisi biodata siswa (nama, jenis kelamin, usia, alamat tempat tinggal). Setiap sampel rambut disimpan dalam kantong plastik bersama dengan biodata dikumpulkan untuk setiap individu, dan dikirim ke laboratorium untuk analisis (Acuan dimodifikasi dari : Frazão dan Mitiko 2007).
Preparasi Sampel (pencucian, pengeringan, dan penimbangan) Di laboratorium, rambut hasil sampling dipotong-potong 2–5 mm kemudian dicuci dengan akuabides 50 ml, kemudian dilanjutkan pencucian dengan aseton 50 ml. Bilas dengan akuabides (2x50 ml) dan kembali dengan aseton (2x50 ml), keringkan sampel rambut dalam desikator selama satu malam. Rambut yang telah dipotong-potong halus ditimbang dengan neraca mikro dalam vial polietilena dengan berat antara 40-110 mg, masing-masing sampel sebanyak dua kali ulangan (duplo).
Lalu vial ditutup rapat dan diberi label.
Semua data preparasi (penimbangan) dicatat. Kemudian dibuat satu larutan
20
standar tetes campuran dengan komposisi dan konsentrasi yang mendekati dengan nilai yang tertera dalam sertifikat untuk unsur-unsur yang akan diuji. Larutan standar multi unsur sebanyak 50 µl diteteskan ke dalam vial yang telah dicuci kemudian dibiarkan mengering dengan cara menyimpannya dalam desikator selama 3-4 hari (Ratnawati dan Mulyaningsih 2007) Kemudian disiapkan penimbangan bahan acuan standar SRM (Standard Reference Material) sebagai kontrol mutu metode. Tetapi pada penelitian ini digunakan SRM rambut 086 dari IAEA sebagai komparator. Setelah itu dilakukan penyiapan target yang terdiri atas sampel yang akan dianalisis, SRM dan standar tetes. Target ini dimasukkan ke dalam kapsul iradiasi yang terbuat dari aluminium (Ratnawati dan Mulyaningsih 2007). Iradiasi Sampel, standar tetes dan bahan acuan standar (SRM) rambut diiradiasi secara bersamaan pada posisi dan kondisi iradiasi yang sama. Untuk cuplikan yang diiradiasi dengan waktu iradiasi panjang, vial polietilina dibungkus terlebih dahulu dengan aluminium foil kemudian dimasukkan ke dalam kapsul rabbit yang terbuat dari aluminium, sesuai dengan lamanya waktu iradiasi. Iradiasi dilakukan dalam fasilitas sistem rabbit RSG-GAS selama 2 jam untuk unsur dengan waktu paruh panjang. Kemudian didinginkan selama waktu tertentu sebelum dilakukan pencacahan (Ratnawati dan Mulyaningsih 2007). Sampel Hasil Iradiasi dengan Waktu Iradiasi Panjang Sampel yang telah diiradiasi diluruhkan di fasilitas sistem rabbit sampai aktivitas memenuhi persyaratan proteksi radiasi untuk keselamatan kerja. Kemudian kapsul iradiasi dibawa ke tempat pembuka sampel hasil iradiasi, menggunakan tong penjepit. Sampel pasca iradiasi selanjutnya dibuka, dan disusun dalam tempat yang mempunyai pelindung Pb (NTL 2008). Pencacahan Pencacahan sampel pasca iradiasi yang telah didinginkan dilakukan dengan detektor resolusi tinggi (HPGe), dengan lama pengukuran sekitar 1 jam. Posisi sampel dan unsur standar terhadap detektor adalah sama (Ratnawati dan Mulyaningsih 2007). Kemudian dicacah dengan spektrometer sinar gamma.
21
Rangkaian alat pencacah spektrometer gamma digambarkan sebagai berikut:
Gambar 4 Rangkaian alat pencacah spektrometer gamma Analisis Kualitatif dan Kuantitatif Analisis kualitatif unsur yang terdapat dalam sampel rambut dan bahan standar menggunakan perangkat lunak Genie-2000. Sebelum analisis kualitatif dilakukan, spektrometer-γ terlebih dahulu dikalibrasi dengan sumber standar yang energinya telah diketahui, yaitu Co-60 dengan energi 1173,24 keV dan 1332,50 keV, Ba-133 dengan energy 81,00; 256,02 keV dan Cs dengan energy 661,66 keV. Tujuan kalibrasi untuk melihat hubungan antara jumlah cacahan disumbu y dan energi sumbu x. Spektrum hasil kalibrasi dapat dlihat pada Lampiran 3. Proses analisis kualitatif dilakukan dengan mengolah puncak spektrum dengan nilai cacah pada energi utama dengan peranti lunak Genie-2000 sehingga didapat jenis unsur dalam sampel. Adapun contoh spektrum sampel rambut dapat dilihat pada Lampiran 2. Analisis kuantitatif kadar unsur dalam sampel rambut dihitung menggunakan program Microsoft Excel. Analisis Statistik Analisis data konsentrasi unsur runut pada rambut siswa menggunakan statistik rerata dan standar deviasi (SD). Data yang berkaitan dengan nilai raport siswa di uji dengan transformasi data dengan tujuan agar data tersebar secara normal. Nilai secara statistika dibandingkan menggunakan analisis sidik ragam (ANOVA) one-way, dimana nilai signifikan p ≤ 0,05, memperhitungkan populasi perbedaan jenis kelamin dan nilai raport siswa berdasarkan bidang ilmu sains dan non sains. Analisis korelasi kadar unsur runut Co, Zn, dan Fe pada rambut dengan tingkat kecerdasan siswa, menggunakan uji Pearson SAS ( Forte et al. 2005).
