Efraim Timbul Hamonangan Marpaung : Penentuan Kadar Logam Fe Dengan Metode Spektrometer Serapan Atom SSA Pada Air Bersih Di PY. Pertamina Ep. Region Sumatera Field Pangkalan Susu, 2008.
USU Repository © 2009
9
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.1.Air Tanah
Air tanah adalah air yang terdapat didalam tanah dan berada pada rongga – rongga antara butiran lapisan batuan. Air tanah merupakan bagian dari siklus hidrologi
dan proses terbentuknya air kepermukaan yang meresap ke dalam tanah yang di lanjutkannya terperangkap di dalam akifer lapisa batuan yang dapat menyimpan dan
meloloskan air . Dari akifer ini air dapat keluar kepermukaan tanah sebagai mata air, yang dapat membentuk sungai, atau di aliri kepermukaan oleh manusia dengan
membuat sumur – sumur ataupun tanggul – tanggul penyimpanan air. Air tanah dapat dibagi atas beberapa jenis, yaitu :
2. Air Tanah Dalam.
Air tanah dalam ialah air yang telah merembes melalui lapisan mineral bersama air sumber masuk ke dalam tanah. Selama perembesan, bahan – bahan
organik hilang. Air tanah dalam selama perembesannya juga melarutkan dan
membawa berbagai mineral, apalagi karena sifatnya asam CO
2
terlarut. Air yang
Efraim Timbul Hamonangan Marpaung : Penentuan Kadar Logam Fe Dengan Metode Spektrometer Serapan Atom SSA Pada Air Bersih Di PY. Pertamina Ep. Region Sumatera Field Pangkalan Susu, 2008.
USU Repository © 2009
10
demikian memiliki PTT Padatan Total Terlarut yang tinggi, dan PTT itu sebagian
besar adalah kalsium karbonat. Air tanah dalam sering banyak mengandung besi yang apabila terkena udara secara lama maka akan membentuk endapan kuning
coklat.
3. Air Tanah Dangkal
Air tanah dangkal dapat terjadi karena daya proses peresapan air dari permukaan tanah. Lumpur akan tertahan, demikian pula dengan sebagian besar
bakteri sehingga air tanah akan jernih tetapi lebih banyak mengandung zat – zat kimia garam – garam terlarut. Air tanah dangkal biasa beberapa meter belasan
meter saja sehingga tidak boleh di minum mentah. Sebagai sumber air minum air tanah dangkal ini ditinjau dari segi kualitasnya baik, tetapi jumlahnya kurang cukup
tergantung pada musim. Sebagai sumber penyedian air minum, air tanah lebih banyak dimanfaatkan
dari pada sumber air lainnya, hal ini disebabkan oleh : 1. Air tanah secara higienis lebih baik dari pada air lainnya, seperti air sungai
atau air permukaan, karena lebih banyak mengalami proses filtrasi secara alamiah.
2. Air tanah dapat di peroleh tanpa memerlukan peralatan yang mahal, disamping itu air tanah juga memiliki beberapa masalah yang kurang menguntungkan,
diantaranya : • Keterdapatannya dan penyebrangannya tidak merata pada setiap tempat.
• Ketersediaannya terbatas cadangannya untuk penyediaan air bagi kebutuhan
air minum perkotaan atau air irigasi yang cukup besar. A.J. Hartomo,1994 II.2.Syarat Air Minum
Efraim Timbul Hamonangan Marpaung : Penentuan Kadar Logam Fe Dengan Metode Spektrometer Serapan Atom SSA Pada Air Bersih Di PY. Pertamina Ep. Region Sumatera Field Pangkalan Susu, 2008.
USU Repository © 2009
11
Pada saat ini telah tersusun syarat – syarat air yang di pandang baik, yang secara umum dibedakan atas tiga hal, yakni :
1. Syarat Fisik Air yang sebaiknya di gunakan untuk minuman ialah air yang tidak berwarna,
tidak berasa, tidak berbau, jernih dengan suhu sebaiknya suhu di bawah udara sedemikian rupa sehingga menimbulkan rasa nyaman. Syarat fisik ini adalah syarat
yang sederhana sekali, karena dalam praktek sehari – hari, sering di temui air yang memenuhi syarat di atas, tetapi jika di tinjau dari segi kesehatannya tidak memenuhi
syarat karena mengandung berbagai bibit penyakit. 2. Syarat Bakteriologis
Secara historis semua air minum hendaknya dapat terhindar dari kemungkinan terkontaminasi dengan bakteri, terutama bakteri yang bersifat patogen. Namun dalam
kehidupan sehari – hari sangatlah sukar di dalam menentukan apakah air tersebut benar – benar bebas dari bekteri atau tidak. Karena itulah untuk mengukur apakah air
minum bebas bakteri atau tidak, pegangan yang dipakai adalah E.coli. 3. Syarat Kimia
Air minum yang baik adalah air yang tidak tercenar secara berlebihan oleh zat – zat kimia maupun mineral yang berbahaya bagi kesehatan.
Selanjutnya di harapkan pula zat atau bahan kimia atau mineral yang dibutuhkan oleh tubuh,
hendaknya harus terdapat dalam kadar yang sewajarnya dalam air minum tersebut. H. Effendi,2003
II.3.Logam Besi
Besi Fe adalah salah satu elemen kimiawi yang dapat di temui pada hampir setiap tempat di bumi, pada semua lapisan geologis dan semua badan air. Besi
Efraim Timbul Hamonangan Marpaung : Penentuan Kadar Logam Fe Dengan Metode Spektrometer Serapan Atom SSA Pada Air Bersih Di PY. Pertamina Ep. Region Sumatera Field Pangkalan Susu, 2008.
USU Repository © 2009
12
merupakan logam berwarna putih keperakan, liat dan dapat di bentuk. Di alam terdapat sebagai hematit.
Di dalam air besi dapat bersifat : • Terlarut sebagai Fe ferro dan Fe ferri.
• Tersuspensi sebagai butir klorida diameter 1 um atau lebih besar, seperti Fe
2
O
3
, FeOH
3
, FeO dan sebagainya. • Tergantung dengan zat organik dan zat padat yang inorganis.
Pada air permukaan jarang di temui Fe lebih besar dari 1 mgL, tetapi dalam air tanah kadar Fe dapat jauh lebih tinggi. Konsentrasi Fe yang tinggi ini dapat dirasakan. Pada
air yang tidak mengandung O
2
seperti seringkali air tanah, ion ferri berada sebagai Fe yang cukup dapat terlarut, sedangkan pada air sungai yang mengalir dan terjadi aerasi,
Fe teroksidasi menjadi Fe. Ion ferri ini sulit larut dalam pH 6 sampai 8 kelarutannya hanya di bawah mgL bahkan dapat menjadi Ferihidroksida FeOH
3
. Atau salah satu jenis oksida yang merupakan zat padat dan bisa mengendap. Demikian dalam air
sungai, besi berada sebagai Fe . ion ferro dan ferri dalam bentuk senyawa organis berupa koloidal.
Adanya unsur – unsur besi dalam air diperlukan untuk memenuhi kebutuhan tubuh akan unsur tersebut. Besi di perlukan di dalam tubuh untuk pembentukan
hemoglobin dan merupakan unsur yang penting dan berguna untuk metabolisme tubuh. Untuk keperluan ini tubuh membutuhkan 7 – 35 mg unsur tersebut perhari.
Banyaknya besi dalam tubuh dikendalikan pada fase adsorbsi. Tubuh manusia tidak dapat mengekskresikan Fe. Karena mereka yang sering mendapat transfusi
darah, warna kulitnya akan menjadi hitam karena akumulasi Fe. Sekalipun Fe diperlukan oleh tubuh, akan tetapi dalam dosis besar dapat merusak dinding usus.
Efraim Timbul Hamonangan Marpaung : Penentuan Kadar Logam Fe Dengan Metode Spektrometer Serapan Atom SSA Pada Air Bersih Di PY. Pertamina Ep. Region Sumatera Field Pangkalan Susu, 2008.
USU Repository © 2009
13
Kematian seringkali disebabkan oleh rusaknya dinding usus ini. Debu Fe juga dapat di akumulasi didalam alveoli, dan menyebabkan berkurangnya fungsi paru – paru.
J.S.Slamet,1994
II.4.Reaksi Logam Fe Dengan Senyawa Air
Besi ditemukan pada batuan beku karena perapian dan pada mineral tanah liat. Ketidak adaan oksigen dapat membuat besi dapat dengan sangat cepat larut dalam
tahap pereduksi seperti dalam analisis dari air bersih yang mengandung besi ketika dioksidasi dalam range Ph 7 – 8,5, besi hampir tidak larut dengan sempurna dan
konsentrasi ini dapat direduksi dengan cepat sekitar 0,3 mgl, maksimum dapat diatur oleh standart air minum, hal ini dikarenakan besi sangat tidak larut ketika dioksidasi
degan sempurna. Berikut inio adalah reaksi antara Fe dengan senyawa air dalam reaksi oksidasi dan
reduksinya : Reaksi Oksidasi :
Fe Fe + 2e 1
Reaksi Reduksi : 1
2
O
2
+ H
2
O + 2e 2OH 2
Frank N. Kemmer, 1979
Efraim Timbul Hamonangan Marpaung : Penentuan Kadar Logam Fe Dengan Metode Spektrometer Serapan Atom SSA Pada Air Bersih Di PY. Pertamina Ep. Region Sumatera Field Pangkalan Susu, 2008.
USU Repository © 2009
14
Tabel.1. Operator Pemurnian Air Bersih Dengan Memantau Mutu Air Terhadap Fe
Parameter spesifik
Sifat dan pengaruh Keterangan
Besi Fe Mempengaruhi rasa dari
air dan membentuk kerak. Biasanya berbentuk besi
karbonat. Air semula jernih tetapi lama – lama
karena terkena udara kemudian muncul partikel
merah kecoklatan akibat terjadinya ferri oksida
hidroksida. Bila ada zat organic dalam air, dapat
tetap melayang – layang tak mengendap, beberapa
di antaranya merupakan Dihilangkan dengan
koagulasi dan filtrasi, dapat dengan oksidasi
bila ada bersama dengan karbon
dioksida dalam air. Dapat juga di kontrol
dengan penukaran ion.
Efraim Timbul Hamonangan Marpaung : Penentuan Kadar Logam Fe Dengan Metode Spektrometer Serapan Atom SSA Pada Air Bersih Di PY. Pertamina Ep. Region Sumatera Field Pangkalan Susu, 2008.
USU Repository © 2009
15
suspensi kolid.
S.Santika,1987
II.5.Spektrofotometri Serapan Atom SSA
Spektrofotometri Serapan Atom adalah suatu cara analisis yang dapat digunakan untuk menentukan unsur – unsur logam didalam suatu bahan, misalnya
batu – batuan, tumbuh – tumbuhan, tanah dan berbagai bahan lainnya. Penentuan menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom ini mempunyai keuntungan berupa
analisisnya sangat peka, teliti dan cepat, pengerjaannya relatif sederhana serta tidak perlu dilakukan pemisahan unsur logam di dalam pemisahannya.
Komponen – komponen utama yang menyusun Spektrofotometr Serapan Atom adalah sumber cahaya, atomizer, monokromator, detektor dan penampilan data.
II.5.1.Prinsip Kerja Spektrofotometri Serapan Atom
Penentuan secara Spektrofotometri Serapan Atom didasarkan pada penyerapan energi sinar oleh atom – atom netral dalam keadaan gas pada panjang gelombang yang
khas untuk unsur yang dianalisa. Jika suatu larutan yang mengandung suatu garam logam atau suatu senyawa
logam dihembuskan kedalam suatu nyala misalnya asetilena yang terbakar diudara, dapatkah terbentuk uap yang mengandung atom – atom logam itu. Beberapa atom
logam di dalam gas ini dapat tereksitasi ke tingkat energi yang cukup tinggi untuk memungkinkan pemancaran radiasi yang karekteristik dari logam tersebut.
Efraim Timbul Hamonangan Marpaung : Penentuan Kadar Logam Fe Dengan Metode Spektrometer Serapan Atom SSA Pada Air Bersih Di PY. Pertamina Ep. Region Sumatera Field Pangkalan Susu, 2008.
USU Repository © 2009
16
Atom – atom keadaan dasar ini mampu menyerap energi cahaya yang panjang gelombang resonansinya khas untuknya, yang pada umumnya adalah panjang
gelombang radiasi yang akan dipancarkan atom – atom itu bila tereksitasi dari keaadaan dasar. Jadi jika cahaya dengan panjang gelombang resonansi itu dilewatkan
nyala yang mengandung atom – atom yang bersangkutan, maka sebagian cahaya tersebut akan diserap, dan jauhnya penyerapan berbanding lurus dengan banyaknya
atom keadaan dasar yang berada dalam nyala. Inilah asas yang mendasari Spektrofotometri Serapan Atom SSA
Gambar 1.Proses Spektrum emisi dari atom atau ion tereksitasi
M+ X- M+ X- M X
Larutan Kabut Padatan Penguapan
M gas Eksitasi M gas + X gas
M X Ekstermal
Gas
Penyerapan energi radiasi hv
Emisi nyala
Pemancaran ulang pemendaran M gas
hv or hv’
II.5.2.Hubungan Antara Serapan Atom Dengan Konsentrasi
Hubungan ini dapat dinyatakan dengan Hukum Lambert – Beer, yaitu :
Efraim Timbul Hamonangan Marpaung : Penentuan Kadar Logam Fe Dengan Metode Spektrometer Serapan Atom SSA Pada Air Bersih Di PY. Pertamina Ep. Region Sumatera Field Pangkalan Susu, 2008.
USU Repository © 2009
17
I = lo Log IIo = a b c
A = a b c Dimana : A = Absorbansi
Io = Intensitas mula – mula I = Intensitas sinar yang ditransmisikan
a = Absorpsitivitas b = Tebal medium pengabsorpsi
c = Konsentrasi
Gambar 2.Instrumentasi Spektrofotometri Serapan Atom
A C D E F B
Keterarangan Gambar :
A. Lampu Katoda Berongga B. Nyala
C. Monokromator D. Detektor
E. Amplifier F. Recorder
Alat – alat yang digunakan untuk analisa dengan menggunakan SSA :
Efraim Timbul Hamonangan Marpaung : Penentuan Kadar Logam Fe Dengan Metode Spektrometer Serapan Atom SSA Pada Air Bersih Di PY. Pertamina Ep. Region Sumatera Field Pangkalan Susu, 2008.
USU Repository © 2009
18
A. Lampu Katoda Berongga
Instrumen SSA menggunakan lampu katoda berongga sebagai sumber energi radiasi. Prinsip kerja lampu katoda berongga ini adalah untuk menghasilkan garis
emisi atom dengan menggunakan unsur yang akan dianalisa. Lampu ini memliki 2 elektroda, satu diantaranya berbentuk silinder dan terbuat dari unsur yang sama
dengan unsur yang akan dianalisa. Lampu ini diidid dengan gas mulia bertekanan rendah. Dengan pemberian tegangan pada arus tertentu, logam mulia memijar, dan
atom – atom logam katodanya akan teruapkan dengan pemercikan. Atom – atom akan tereksitasi kemudian mengemisikan radiasi pada panjang gelombang – panjang
gelombang tertentu. Lampu katoda berongga memiliki kelemahan bahwa lampu ini hanya dapat digunakan untuk menganalisa satu unsur saja.
B. Nyala
Nyala yang digunakan pada SSA harus mampu memberikan suhu 2000oK untuk mencapai suhu yang setinggi ini biasanya digunakan gas pembakar dalam suatu
gas pengoksid oksida. Suhu maksimum yang dihasilkan pada pembakaran berbagai campuran gas pembakar dengan gas pengoksid adalah sebagai berikut
Tabel 2. Jenis – jenis gas pembakar pada SSA
Gas Pembakar Gas Oksidan
Temperature oK Asitilena
Udara 2400 – 2700
Asitilena Dinitrogen Oksida
2900 – 3100 Asitilena
Oksigen 3300 – 3400
Hidrogen Udara
2300 – 2400
Efraim Timbul Hamonangan Marpaung : Penentuan Kadar Logam Fe Dengan Metode Spektrometer Serapan Atom SSA Pada Air Bersih Di PY. Pertamina Ep. Region Sumatera Field Pangkalan Susu, 2008.
USU Repository © 2009
19
Hidrogen Oksigen
2800 - 3000 Sianogen
Oksigen 4800
C. Monokromator
Monokromator berfungsi untuk memisahkan, mengisolasi dan mengontrol intensitas radiasi yang mencapai detektor. Cara kerja monokromator dapat dianggap
sebagai filter yang dapat menyeleksi suatu bagian yang sempit dari beberapa spektrum yang spesifik yang ditransmisikan oleh atom logam yang dianalisis menuju suatu
detektor, serta memisahkan dari semua panjang gelombang yang berada di luar bagian spektrum ini.
D. Detektor
Detektor yang masih diangga paling baik sering digunakan adalah detektor tabung penggadaan foton PMT = Photo Multiplier Tube. Frekuensi resonansi yang
telah dipisahkan oleh monokromator selanjutnya memasuki detektor PMT sehingga dihasilkan suatu nyala dan sinyal ini selanjutnya ditransmisikan ke amplifier.
E. Amplifier
Amplifier berfungsi untuk memperkuat siyal yang diterima dari detektor sebelum sampai ke recorder.
F. Recorder Pencatat
Pada instrumen SSA pencatat berfungsi untuk mengubah sinyal yang diterima menjadi bentuk digital, yaitu dengan satuan absorbansi. Underwood A.L Day
R.A.JR,1989
Efraim Timbul Hamonangan Marpaung : Penentuan Kadar Logam Fe Dengan Metode Spektrometer Serapan Atom SSA Pada Air Bersih Di PY. Pertamina Ep. Region Sumatera Field Pangkalan Susu, 2008.
USU Repository © 2009
20
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN
