SOLID-PHASE SPECTROPHOTOMETRY DAN APLIKASINYA UNTUK STUDI SPESIASI DAN SIRKULASI DINAMIS KROMIUM PADA AIR ALAM.
Drs. Sulistyo Saputro, M.Si., Ph.D. lahir di Boyolali, 04 September 1968. Pria
yang memiliki NIP 196809041994031001 adalah staf Pengajar pada Fakultas
Keguruan dan Ilmu Pendidikan UNS. Riwayat pendidikan tinggi adalah tahun
1992 lulus sarjana (S-1) di Universitas Sebelas Maret untuk bidang ilmu:
Pendidikan Kimia, lulus Magister (S-2) pada tahun 1998 di Universitas
Gadjah Mada untuk bidang ilmu: Ilmu Kimia (Analitik), gelar Doktor (S-3)
bidang ilmu: Analytical Chemistry berhasil diperolehnya dari Kyushu
University, Jepang pada tahun 2012. Judul dan ringkasan Disertasi disajikan
dalam 2 (dua) versi bahasa Indonesia dan English sebagai berikut.
SOLID-PHASE SPECTROPHOTOMETRY DAN APLIKASINYA UNTUK STUDI
SPESIASI DAN SIRKULASI DINAMIS KROMIUM PADA AIR ALAM. Proses
sirkulasi hidrologis dari kromium sangat bergantung pada bentuk fisikokimianya.
Informasi tentang konsentrasi kromium total sering tidak cukup untuk
memprediksi dampak lingkungan dari kromium, karena perbedaan toksisitas,
mobilitas dan sifat-sifat lainnya dari spesies kromium yang berbeda. Misalnya,
Cr(III) adalah salah satu elemen yang
dibutuhkan untuk manusia dan hewan,
sedangkan Cr(VI) bersifat toksik dan karsinogenik. Kedua spesies kromium juga
memiliki interaksi yang berbeda dengan organisme hidup. Oleh karena itu, analisis
spesiasi kromium terlarut pada air alam sangat penting, akan tetapi tingkat
konsentrasinya biasanya lebih rendah dari batas deteksi metode konvensional yang
memerlukan beberapa langkah pemisahan dan/atau pra-konsentrasi.
Dalam Bagian 1, solid-phase spektrophotometry (SPS), yang merupakan
pengukuran spektrofotometri langsung dari fase padat yang telah menyerap
komponen sampel, telah dikembangkan untuk penentuan kadar Cr(VI) dalam skala
mikro dengan menggunakan diphenylcarbazide (DPC) sebagai zat pewarna.
Penggunaan tiga lensa dapat memfokuskan sinar cahaya datang dan
mengumpulkan cahaya yang tersebar oleh fase padat dalam cell, dan penggunaan
black flow-through cell dengan diameter 1,5 mm bisa mengurangi jumlah resin
penukar ion yang diperlukan sampai 0,06 g, dan sensitivitas yang lebih tinggi
dapat diperoleh dengan menggunakan 20-cm 3 volume sampel. Sistem
pengoperasian yang menguntungkan dan karakteristik kinerja dari prosedur
perbaikan metode SPS memungkinkan untuk menentukan Cr(VI) pada skala subµg dm-3 hingga µg dm-3 pada air alam dalam 20 menit tanpa langkah prakonsentrasi. Penerapan SPS untuk penentuan Cr(VI) telah dilaporkan. Metode ini
sederhana dan mudah.
Dalam Bab 1, Bagian 2, karakteristik kinerja dari perbaikan prosedur SPS
memungkinkan untuk mempelajari mekanisme regulasi konsentrasi Cr(III) dan
Cr(VI) yang terlarut dan perilakunya pada air alam dan untuk menjelaskan
sirkulasi dinamisnya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dalam kondisi oksik,
laju pencucian mineral kromit yang mengandung Cr(III) lebih tinggi pada kondisi
basa dibandingkan dengan kondisi asam. Pada reduksi Cr(VI) menjadi Cr(III)
mengikuti persamaan,-d [Cr (VI)] / dt = [H +]a [Cr(VI)] [DOC]b dengan a = 0 pada
pH 4,5. Studi ini juga menyarankan bahwa spesies Cr(III)
dalam sampel air tidak berada dalam bentuk terlarut, tetapi dalam bentuk yang
teradsorpsi pada sedimen sungai di dalam air alam. Cr(III) teradsorpsi pada
sedimen sungai pada pH 5 dan 9.
Dalam Bab 2, Bagian 2, metode SPS juga dapat digunakan untuk
mempelajari oksidasi Cr(III) dalam air kran. Meskipun spesies Cr terlarut dalam
air kran telah diasumsikan sebagai Cr(VI), hal ini tidak sepenuhnya benar, karena
kinetika oksidasi Cr(III) adalah fungsi dari konsentrasi klorin bebas dan waktu
tinggal air kran. Kehadiran zat organik alamiah akan menurunkan konsentrasi
klorin dengan efektif dan hasil oksidasi Cr(III) yang dihasilkan. Analisis spesiasi Cr
terlarut dalam air kran selama proses klorinasi diperlukan untuk menilai risiko
kesehatan bagi konsumen secara tepat. Metode pengembangan SPS dalam studi
ini akan menjadi alat yang efektif untuk tujuan tersebut.
Dengan menggunakan data yang diperoleh dari pengembangan metode
SPS, informasi yang signifikan berkaitan dengan kromium dan sirkulasi dinamis
yang terjadi secara alamiah pada skala konsentrasi yang sangat rendah, yaitu µg
dm-3 atau skala yang lebih rendah dalam air alam dan air terklorinasi, yang
sebelumnya tidak dimungkinkan dengan metode spesiasi lain, akhirnya dapat
diperoleh.
Disamping itu, pengembangan metode SPS dalam studi ini sangat
menjanjikan untuk spesiasi unsur terlarut dalam air alam. Kombinasi dari
pengembangan metode SPS dan ICP-MS akan memungkinkan untuk melakukan
analisis spesiasi unsur terlarut dalam air. Pengembangan pada spektrofotometer
yang relatif lebih murah dapat dicapai seiring dengan ide dasar yang ditunjukkan
pada tesis ini, yang akan memungkinkan aplikasi SPS untuk skala yang lebih luas
khususnya untuk analisis unsur dalam skala runutan.
SOLID-PHASE SPECTROPHOTOMETRY AND ITS APPLICATION TO THE
STUDY ON SPECIATION AND DYNAMIC CIRCULATION OF CHROMIUM IN
NATURAL WATER. The hydrological circulation processes of chromium strongly
depend on its physicochemical forms. Information about the total chromium
concentrations is often insufficient to predict the environmental impact by
chromium, because of the differences in toxicity, mobility and other properties of
the different chromium species. For example, Cr(III) is one of the essential trace
elements for both human and animals, whereas Cr(VI) is toxic and carcinogenic.
These two forms of chromium species also have different interactions with living
organisms. Therefore, the speciation analysis of dissolved chromium in natural
waters is very important, but its concentration level is usually lower than the
detection limit of conventional methods which require some separation and/or
preconcentration steps.
In Part 1, solid-phase spectrophotometry (SPS), based on the direct
spectrophotometric measurement of a solid phase that has absorbed a sample
component, has been developed for the microdetermination of Cr(VI) by employing
diphenylcarbazide (DPC) as a coloring agent. The use of three lenses could focus
the incident light beam and recover the light scattered by the solid phase in the
cell, and the use of a narrow black-sided cell with a 1.5-mm diameter could reduce
the amount of required ion-exchange material to 0.06 g, and therefore a higher
sensitivity could be obtained using a 20-cm 3 sample solution. The favorable
operation and performance characteristics of the improved procedure of the SPS
method made it possible to determine Cr(VI) at sub-µg dm -3 to µg dm-3 levels in
natural water within 20 min without any preconcentration steps. The applicability
of SPS for the Cr(VI) determination was reported. The present method is simple
and easy.
In Chapter 1, Part 2, the performance characteristics of the improved SPS
procedure made it possible to study the concentration regulation mechanism of
Cr(III) and Cr(VI) dissolved in natural waters and its behavior in natural waters
and to clarify their dynamic circulation. The results showed that under oxic
conditions, the leaching rate of the Cr(III)-containing mineral of chromite is higher
under alkaline than acidic conditions. The reduction of Cr(VI) to Cr(III) follows the
equation, -d[Cr(VI)]/dt = [H+]a[Cr(VI)][DOC]b with a = 0 at pH < 4 and a = -1 at pH
> 4.5. This study also suggested that the Cr(III) species in water samples is not
present in a dissolved form, but in the form of being adsorbed on river sediment in
the natural water. Cr(III) is adsorbed on river sediments at both pH 5 and 9.
In Chapter 2, Part 2, the improved SPS method was also used for the study
of the Cr(III) oxidation in tap water. Although the Cr species dissolved in tap water
has been assumed to be Cr(VI), this is not exactly correct, because the Cr(III)
oxidation kinetics are a function of the free chlorine concentration and the
residence time of tap water. The presence of naturally occurring organics will
rapidly decrease the concentration of the effective chlorine and the resulting
Cr(III) oxidation rate. Speciation analyses of the dissolved Cr in chlorinated tap
water are necessary to correctly assess the health risk to consumers. The SPS
method developed in this study will be an effective tool for this purpose.
By using data obtained from the improved SPS method, significant
information concerned with dissolved chromium and its dynamic circulation at
naturally-occurring concentration levels, i.e. µg dm-3 or lower levels in natural and
chlorinated water, which was previously unavailable by other speciation methods,
could be finally obtained.
In addition, the improved SPS method developed in this study is very
promising for the speciation of trace elements dissolved in natural water. The
combination of the improved SPS and ICP-MS will make it possible to carry out
speciation analyses of dissolved elements in water. An improvement in any lessexpensive spectrophotometers can be achieved along with the basic idea shown in
this thesis, which will extend the SPS to other wider demands for trace analyses.
yang memiliki NIP 196809041994031001 adalah staf Pengajar pada Fakultas
Keguruan dan Ilmu Pendidikan UNS. Riwayat pendidikan tinggi adalah tahun
1992 lulus sarjana (S-1) di Universitas Sebelas Maret untuk bidang ilmu:
Pendidikan Kimia, lulus Magister (S-2) pada tahun 1998 di Universitas
Gadjah Mada untuk bidang ilmu: Ilmu Kimia (Analitik), gelar Doktor (S-3)
bidang ilmu: Analytical Chemistry berhasil diperolehnya dari Kyushu
University, Jepang pada tahun 2012. Judul dan ringkasan Disertasi disajikan
dalam 2 (dua) versi bahasa Indonesia dan English sebagai berikut.
SOLID-PHASE SPECTROPHOTOMETRY DAN APLIKASINYA UNTUK STUDI
SPESIASI DAN SIRKULASI DINAMIS KROMIUM PADA AIR ALAM. Proses
sirkulasi hidrologis dari kromium sangat bergantung pada bentuk fisikokimianya.
Informasi tentang konsentrasi kromium total sering tidak cukup untuk
memprediksi dampak lingkungan dari kromium, karena perbedaan toksisitas,
mobilitas dan sifat-sifat lainnya dari spesies kromium yang berbeda. Misalnya,
Cr(III) adalah salah satu elemen yang
dibutuhkan untuk manusia dan hewan,
sedangkan Cr(VI) bersifat toksik dan karsinogenik. Kedua spesies kromium juga
memiliki interaksi yang berbeda dengan organisme hidup. Oleh karena itu, analisis
spesiasi kromium terlarut pada air alam sangat penting, akan tetapi tingkat
konsentrasinya biasanya lebih rendah dari batas deteksi metode konvensional yang
memerlukan beberapa langkah pemisahan dan/atau pra-konsentrasi.
Dalam Bagian 1, solid-phase spektrophotometry (SPS), yang merupakan
pengukuran spektrofotometri langsung dari fase padat yang telah menyerap
komponen sampel, telah dikembangkan untuk penentuan kadar Cr(VI) dalam skala
mikro dengan menggunakan diphenylcarbazide (DPC) sebagai zat pewarna.
Penggunaan tiga lensa dapat memfokuskan sinar cahaya datang dan
mengumpulkan cahaya yang tersebar oleh fase padat dalam cell, dan penggunaan
black flow-through cell dengan diameter 1,5 mm bisa mengurangi jumlah resin
penukar ion yang diperlukan sampai 0,06 g, dan sensitivitas yang lebih tinggi
dapat diperoleh dengan menggunakan 20-cm 3 volume sampel. Sistem
pengoperasian yang menguntungkan dan karakteristik kinerja dari prosedur
perbaikan metode SPS memungkinkan untuk menentukan Cr(VI) pada skala subµg dm-3 hingga µg dm-3 pada air alam dalam 20 menit tanpa langkah prakonsentrasi. Penerapan SPS untuk penentuan Cr(VI) telah dilaporkan. Metode ini
sederhana dan mudah.
Dalam Bab 1, Bagian 2, karakteristik kinerja dari perbaikan prosedur SPS
memungkinkan untuk mempelajari mekanisme regulasi konsentrasi Cr(III) dan
Cr(VI) yang terlarut dan perilakunya pada air alam dan untuk menjelaskan
sirkulasi dinamisnya. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dalam kondisi oksik,
laju pencucian mineral kromit yang mengandung Cr(III) lebih tinggi pada kondisi
basa dibandingkan dengan kondisi asam. Pada reduksi Cr(VI) menjadi Cr(III)
mengikuti persamaan,-d [Cr (VI)] / dt = [H +]a [Cr(VI)] [DOC]b dengan a = 0 pada
pH 4,5. Studi ini juga menyarankan bahwa spesies Cr(III)
dalam sampel air tidak berada dalam bentuk terlarut, tetapi dalam bentuk yang
teradsorpsi pada sedimen sungai di dalam air alam. Cr(III) teradsorpsi pada
sedimen sungai pada pH 5 dan 9.
Dalam Bab 2, Bagian 2, metode SPS juga dapat digunakan untuk
mempelajari oksidasi Cr(III) dalam air kran. Meskipun spesies Cr terlarut dalam
air kran telah diasumsikan sebagai Cr(VI), hal ini tidak sepenuhnya benar, karena
kinetika oksidasi Cr(III) adalah fungsi dari konsentrasi klorin bebas dan waktu
tinggal air kran. Kehadiran zat organik alamiah akan menurunkan konsentrasi
klorin dengan efektif dan hasil oksidasi Cr(III) yang dihasilkan. Analisis spesiasi Cr
terlarut dalam air kran selama proses klorinasi diperlukan untuk menilai risiko
kesehatan bagi konsumen secara tepat. Metode pengembangan SPS dalam studi
ini akan menjadi alat yang efektif untuk tujuan tersebut.
Dengan menggunakan data yang diperoleh dari pengembangan metode
SPS, informasi yang signifikan berkaitan dengan kromium dan sirkulasi dinamis
yang terjadi secara alamiah pada skala konsentrasi yang sangat rendah, yaitu µg
dm-3 atau skala yang lebih rendah dalam air alam dan air terklorinasi, yang
sebelumnya tidak dimungkinkan dengan metode spesiasi lain, akhirnya dapat
diperoleh.
Disamping itu, pengembangan metode SPS dalam studi ini sangat
menjanjikan untuk spesiasi unsur terlarut dalam air alam. Kombinasi dari
pengembangan metode SPS dan ICP-MS akan memungkinkan untuk melakukan
analisis spesiasi unsur terlarut dalam air. Pengembangan pada spektrofotometer
yang relatif lebih murah dapat dicapai seiring dengan ide dasar yang ditunjukkan
pada tesis ini, yang akan memungkinkan aplikasi SPS untuk skala yang lebih luas
khususnya untuk analisis unsur dalam skala runutan.
SOLID-PHASE SPECTROPHOTOMETRY AND ITS APPLICATION TO THE
STUDY ON SPECIATION AND DYNAMIC CIRCULATION OF CHROMIUM IN
NATURAL WATER. The hydrological circulation processes of chromium strongly
depend on its physicochemical forms. Information about the total chromium
concentrations is often insufficient to predict the environmental impact by
chromium, because of the differences in toxicity, mobility and other properties of
the different chromium species. For example, Cr(III) is one of the essential trace
elements for both human and animals, whereas Cr(VI) is toxic and carcinogenic.
These two forms of chromium species also have different interactions with living
organisms. Therefore, the speciation analysis of dissolved chromium in natural
waters is very important, but its concentration level is usually lower than the
detection limit of conventional methods which require some separation and/or
preconcentration steps.
In Part 1, solid-phase spectrophotometry (SPS), based on the direct
spectrophotometric measurement of a solid phase that has absorbed a sample
component, has been developed for the microdetermination of Cr(VI) by employing
diphenylcarbazide (DPC) as a coloring agent. The use of three lenses could focus
the incident light beam and recover the light scattered by the solid phase in the
cell, and the use of a narrow black-sided cell with a 1.5-mm diameter could reduce
the amount of required ion-exchange material to 0.06 g, and therefore a higher
sensitivity could be obtained using a 20-cm 3 sample solution. The favorable
operation and performance characteristics of the improved procedure of the SPS
method made it possible to determine Cr(VI) at sub-µg dm -3 to µg dm-3 levels in
natural water within 20 min without any preconcentration steps. The applicability
of SPS for the Cr(VI) determination was reported. The present method is simple
and easy.
In Chapter 1, Part 2, the performance characteristics of the improved SPS
procedure made it possible to study the concentration regulation mechanism of
Cr(III) and Cr(VI) dissolved in natural waters and its behavior in natural waters
and to clarify their dynamic circulation. The results showed that under oxic
conditions, the leaching rate of the Cr(III)-containing mineral of chromite is higher
under alkaline than acidic conditions. The reduction of Cr(VI) to Cr(III) follows the
equation, -d[Cr(VI)]/dt = [H+]a[Cr(VI)][DOC]b with a = 0 at pH < 4 and a = -1 at pH
> 4.5. This study also suggested that the Cr(III) species in water samples is not
present in a dissolved form, but in the form of being adsorbed on river sediment in
the natural water. Cr(III) is adsorbed on river sediments at both pH 5 and 9.
In Chapter 2, Part 2, the improved SPS method was also used for the study
of the Cr(III) oxidation in tap water. Although the Cr species dissolved in tap water
has been assumed to be Cr(VI), this is not exactly correct, because the Cr(III)
oxidation kinetics are a function of the free chlorine concentration and the
residence time of tap water. The presence of naturally occurring organics will
rapidly decrease the concentration of the effective chlorine and the resulting
Cr(III) oxidation rate. Speciation analyses of the dissolved Cr in chlorinated tap
water are necessary to correctly assess the health risk to consumers. The SPS
method developed in this study will be an effective tool for this purpose.
By using data obtained from the improved SPS method, significant
information concerned with dissolved chromium and its dynamic circulation at
naturally-occurring concentration levels, i.e. µg dm-3 or lower levels in natural and
chlorinated water, which was previously unavailable by other speciation methods,
could be finally obtained.
In addition, the improved SPS method developed in this study is very
promising for the speciation of trace elements dissolved in natural water. The
combination of the improved SPS and ICP-MS will make it possible to carry out
speciation analyses of dissolved elements in water. An improvement in any lessexpensive spectrophotometers can be achieved along with the basic idea shown in
this thesis, which will extend the SPS to other wider demands for trace analyses.