BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Tinjauan Umum Tentang Air - Penentuan Kadar Ion Besi (Fe3+), Kadmium (Cd2+), Dan Seng (Zn2+) Pada Air Minum Desa Sukatendel, Desa Surbaki, Dan Desa Ndokum Siroga Kabupaten Karo Dengan Metode Spektofotometri Serapan Atom (SSA)

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Umum Tentang Air

  Air merupakan sumber daya alam yang diperlukan untuk hajat hidup orang banyak, bahkan oleh semua makhluk hidup. Oleh Karena itu, sumber daya air harus dilindungi agar tetap dapat dimanfaatkan dengan baik oleh manusia serta makhluk hidup yang lain (Effendi, 2003).

  Hidrosfer adalah lingkungan air, sebagian besar dari permukaan bumi tertutup oleh air yang begitu luasnya sehingga sangat berpengaruh pada iklim. Air yang tersebar di alam tidak pernah terdapat dalam bentuk murni, tetapi bukan berarti semua air sudah terpolusi. Sebagai contoh, meskipun di daerah pegunungan atau hutan yang terpencil dengan udara yang bersih dan bebas dari polusi, air hujan selalu mengandung bahan – bahan terlarut seperti CO 2, O 2, dan N 2, serta bahan tersuspensi seperti debu dan partikel – partikel lainnya yang terbawa dari atmosfer (Agusnar, 2007).

  Makhluk hidup yang ada di bumi ini tidak dapat terlepas dari kebutuhan akan air. Air merupakan kebutuhan utama bagi proses kehidupan di bumi ini. Tidak akan ada kehidupan seandainya di bumi ini tidak ada air. Air yang relatif bersih didambakan oleh manusia, baik untuk keperluan hidup sehari – hari, untuk keperluan industri, untuk keperluan sanitasi kota, maupun untuk keperluan pertanian, dan lain sebagainya.

  Dewasa ini air menjadi masalah yang perlu mendapat perhatian yang seksama macam limbah dari hasil kegiatan manusia, baik limbah dari kegiatan rumah tangga, limbah dari kegiatan industri dan kegiatan – kegiatan lainnya.

  Untuk mendapatkan standar air yang bersih tidaklah mudah, karena tergantung pada banyak faktor penentu. Faktor penentu tersebut adalah: 1)

  Kegunaan air:

  a) Air untuk minum

  b) Air untuk keperluan rumah tangga

  c) Air untuk industri

  d) Air untuk mengairi sawah

  e) Air untuk kolam perikanan, dll. 2)

  Asal sumber air:

  a) Air dari mata air di pegunungan

  b) Air danau

  c) Air sungai

  d) Air hujan, dll. Air yang ada di bumi ini tidak pernah terdapat dalam keadaan murni bersih, tetapi selalu ada senyawa atau mineral (unsur) lain yang terlarut di dalamnya. Hal ini tidak berarti bahwa semua air di bumi telah tercemar. Sebagai contoh, air yang di ambil dari mata air di pegunungan dan air hujan. Keduanya dapat dianggap sebagai yang bersih, namun senyawa atau mineral (unsur) yang terdapat didalamnya berlainan (Wardhana, 2004).

  Dari contoh – contoh tersebut di atas, jelas bahwa air yang tidak terpolusi tidak selalu merupakan air murni, tetapi adalah air yang tidak mengandung bahan – bahan asing tertentu dalam jumlah yang melebihi batas yang ditetapkan sehingga air ledeng, air sumur), kehidupan hewan air (air sungai, danau), pengairan dan keperluan industri. Adanya benda – benda asing yang mengakibatkan air tersebut tidak dapat digunakan secara normal disebut polusi. Karena kebutuhan makhluk hidup akan air sangat bervariasi, maka batasan polusi untuk berbagai jenis air juga berbeda. Sebagai contoh air dari kali di pegunungan yang belum terpolusi tidak dapat dipergunakan langsung sebagai air minum karena belum memenuhi persyaratan air minum (Agusnar, 2007).

  2.2 Penggolongan Air

  Peraturan Pemerintah No. 20 tahun 1990 mengelompokkan kualitas air menjadi beberapa golongan menurut peruntukannya. Adapun penggolongan air menurut peruntukannya adalah sebagai berikut :

  1) Golongan A, yaitu air yang dapat digunakan sebagai air minum secara langsung, tanpa pengolahan terlebih dahulu

  2) Golongan B, yaitu air yang dapat digunakan sebagai air baku air minum

  3) Golongan C, yaitu air yang dapat digunakan untuk keperluan perikanan dan peternakan

  4) Golongan D, yaitu air yang dapat digunakan untuk keperluan pertanian, usaha di perkotaan, industri, dan pembangkit listrik tenaga air (Effendi, 2003).

  2.3 Macam dan Sumber Air

  Jika membicarakan tentang macam air yang dikaitkan dengan sumber atau asalnya, maka air dapat dibedakan atas : 1)

  Air hujan, embun ataupun salju, yakni air yang didapat dari angkasa, karena terjadinya proses presipitasi dari awan, atmosfir yang mengandung uap air 2)

  Air permukaan tanah, dapat berupa air tergenang atau air yang mengalir, seperti danau, sungai, laut. Air dari sumur yang dangkal, adalah juga air

  Air dalam tanah, yakni air permukaan tanah yang meresap ke dalam tanah, jadi telah mengalami penyaringan oleh tanah ataupun batu-batuan. Air dalam tanah ini sekali waktu juga akan menjadi air permukaan, yakni dengan mengalirnya air tersebut menuju ke laut.

  Ditinjau dari segi kesehatan, ketiga macam air ini tidaklah selalu memenuhi syarat kesehatan, karena ketiga-tiganya mempunyai kemungkinan untuk dicemari. Embun, air hujan atau salju misalnya, yang berasal dari angkasa, ketika turun ke bumi dapat menyerap abu, gas ataupun materi-materi berbahaya lainnya. Demikian pula air permukaan, karena dapat terkontaminasi dengan berbagai zat-zat berbahaya untuk kesehatan. Air dalam tanah demikian pula halnya, karena sekalipun telah terjadi proses penyaringan, namun tetap saja ada kemungkinan terkontaminasi dengan zat- zat mineral ataupun kimia yang mungkin membahayakan kesehatan. Adapun perbandingan antara ketiga macam air tersebut sebagai berikut:

Tabel 2.1 Perbandingan antara embun, air hujan, dan salju, air permukaan tanah, dan air tanah dalam

  Embun, air hujan dan salju Air permukaan tanah Air dalam tanah

  Pada umumnya jika belum terkontaminasi air bersifat bersih, steril, murni, hanya saja mudah merusak logam (menimbulkan karat ).

  Pada umumnya telah terkontaminasi jadi bersifat kotor, mengandung bakteri dan zat kimia, kaya akan O

  2

  , CO

  2

  serta mengandung zat-zat lainnya yang bersifat merusak.

  Pada umumnya jika mengalami penyaringan sempurna maka bersifat bersih, bebas dari bakteri. Hanya saja kemungkinan mengandung zat mineral cukup besar, karena itu sering berwarna, berbau dan mempunyai rasa yang tidak nyaman (Azwar, 1996). yang bersih dan aman. Batasan – batasan sumber air yang bersih dan aman tersebut, antara lain : 1)

  Bebas dari kontaminasi kuman atau bibit penyakit 2)

2.4 Syarat – Syarat Air Minum

  Perkembangan teknologi Dari segi kualitas air harus memenuhi :

  4) Suhu air hendaknya ± 25ºC

  3) Air tidak boleh berbau

  2) Air tidak boleh berasa

  1) Air tidak boleh berwarna

  Perkembangan ilmu pengetahuan 3)

  Bebas dari substansi kimia yang berbahaya dan beracun 3)

  Kondisi negara masing – masing 2)

  Pada umumnya ditentukan beberapa standar (patokan) yang pada beberapa negara berbeda – beda menurut : 1)

  Air dikatakan tercemar bila mengandung bibit penyakit, parasit, bahan – bahan kimia yang berbahaya, dan sampah atau limbah industri (Chandra, 2005).

  Memenuhi standar minimal yang ditentukan oleh WHO atau Departemen Kesehatan RI.

  Dapat dipergunakan untuk mencakupi kebutuhan domestik dan rumah tangga 5)

  Tidak berasa dan berbau 4)

a. Syarat Fisik :

5) Air harus jernih (Sutrisno, 2004).

  Air minum yang baik adalah air yang tidak tercemar secara berlebihan oleh zat – zat kimia ataupun mineral – mineral, terutama oleh zat – zat ataupun mineral yang berbahaya bagi kesehatan. Selanjutnya diharapkan pula zat ataupun bahan kimia yang terdapat di dalam air minum, tidak sampai menimbulkan kerusakan pada tempat penyimpanan air; sebaliknya zat ataupun bahan kimia dan atau mineral yang dibutuhkan oleh tubuh, hendaknya harus terdapat dalam kadar yang sewajarnya dalam sumber air minum tersebut (Azwar, 1996).

c. Syarat – syarat bakteriologik

  Air minum tidak boleh mengandung bakteri – bakteri penyakit (patogen) sama sekali dan tak boleh mengandung bakteri – bakteri golongan Coli melebihi batas – batas yang telah ditentukannya yaitu 1 Coli/100ml air (Sutrisno, 2004).

2.5 Logam

  Dalam kehidupan sehari – hari, kita tidak terpisah dari benda – benda yang bersifat logam. Benda ini kita gunakan sebagai alat perlengkapan rumah tangga seperti sendok, garpu, pisau dan lain – lain (logam biasa), sampai pada tingkat perhiasan mewah yang tidak dapat dimiliki oleh semua orang seperti emas, perak, dan lain – lain (logam mulia). Secara gamblang, dalam konotasi kesehatan kita beranggapan bahwa logam diidentikkan dengan besi, padat, berat, keras dan sulit dibentuk.

  Logam berat masih termasuk golongan logam dengan kriteria – kriteria yang sama dengan logam – logam lain. Perbedaannya terletak dari pengaruh yang dihasilkan bila logam berat ini berikatan dan atau masuk ke dalam tubuh organisme hidup.

  Sebagai contoh, bila unsur logam besi (Fe) masuk ke dalam tubuh, meski dalam jumlah yang agak berlebihan, biasanya tidaklah menimbulkan pengaruh yang tenbaga (Cu), bila masuk kedalam tubuh dalam jumlah berlebihan akan menimbulkan pengaruh - pengaruh buruk terhadap fungsi fisiologis tubuh. Jika yang masuk ke dalam tubuh organisme hidup adalah unsur logam beracun seperti hidragyrum (Hg) atau disebut juga air raksa, maka dapat dipastikan bahwa organisme tersebut akan langsung keracunan.

  Berbeda dengan logam biasa, logam berat biasanya menimbulkan efek – efek khusus pada makhluk hidup. Dapat dikatakan bahwa semua logam berat dapat menjadi bahan beracun yang akan meracuni makhluk hidup. Sebagai contoh adalah logam air raksa (Hg), kadmium (Cd), timah hitam (Pb), dan khrom (Cr). Namun demikian, meski logam berat dapat mengakibatkan keracunan atas makhluk hidup, sebagian dari logam – logam berat tersebut tetap dibutuhkan oleh makhluk hidup.

  Kebutuhan tersebut berada dalam jumlah yang sangat sedikit. Tetapi bila kebutuhan dalam jumlah yanga sangat kecil itu tidak terpenuhi, maka dapat berakibat fatal terhadap kelangsungan hidup dari setiap makhluk hidup. Karena tingkat kebutuhan sangat dipentingkan maka logam – logam tersebut juga dinamakan sebagai logam – logam atau mineral –mineral essensial tubuh.

  Ternyata kemudian, bila jumlah dari logam – logam essesnsial ini masuk kedalam tubuh dalam jumlah berlebihan, maka akan berubah fungsi menjadi zat racun bagi tubuh. Contoh dari logam – logam berat essensial ini adalah tembaga (Cu), seng (Zn), dan nikel (Ni) (Palar, 2004).

  Berikut adalah Logam – logam makro dan mikro yang ditemukan dalam kerak bumi dapat di lihat pada table dibawah ini; Kelompok Logam Simbol Jumlah (mg/kg) Makro Aluminium Al 81.300

  Besi Fe 50.000 Kalsium* Ca 36.300 Natrium* Na 28.300 Kalium* K 25.900 Magnesium* Mg 20.900 Mangan Mn 1.000

  Mikro Barium Ba 425 Nikel Ni

  75 Seng Zn

  70 Tembaga Cu

  55 Plumbum Pb 12,5 Uranium U 2,7 Timah putih Sn

  2 Kadmium Cd 0,2 Merkuri Hg 0,08 Perak Ag 0,07 Emas Au 0,004 *Logam ringan (Darmono, 1995). Terdapat 80 jenis logam berat dari 109 unsur kimia di muka bumi ini. Logam berat dibagi ke dalam dua jenis, yaitu:

  1) Logam berat essensial; yakni logam dalam jumlah tertentu yang sangat dibutuhkan oleh organisme. Dalam jumlah berlebihan, logam tersebut bisa menimbulkan efek toksik. Contohnya adalah Zn, Cu, Fe, Co, Mn

  2) Logam berat tidak essensial; yakni logam yang keberadaannya dalam tubuh masih belum diketahui manfaatnya, bahkan bersifat toksik, seperti Hg, Cd, tergantung pada bagian mana dari logam berat tersebut yang terikat dalam tubuh seta besarnya dosis paparan. Efek toksik dari logam berat mampu menghalangi kerja enzim sehingga mengganggu metabolisme tubuh, menyebabkan alergi, berifat mutagen, atau karsinogen pada manusia atau hewan (Widowati, 2008).

2.6 Besi (Fe)

  Besi (Fe) merupakan logam transisi dan memiliki nomor atom 26. Bilangan oksidasi Fe adalah +3 dan +2. Fe memiliki berat atom 55,845 g/mol, titik leleh 1.580°C. Fe menempati urutan sepuluh besar sebagai unsur di bumi. Fe menyusun 5 – 5,6% dari kerak bumi dan menyusun 35% dari masa bumi. Fe menempati berbagai lapisan bumi. Konsentrasi tertinggi terdapat pada lapisan dalam dari inti bumi dan sejumlah kecil terdapat di lapisan kerak bumi. Besi (Fe) memiliki keistimewaan, antara lain:

  1) Fe sangat kuat dibandingkan kayu ataupun kuprum (Cu)

  2) Fe lebih mudah dibengkokkan dan dibentuk menjadi berbagai jenis perabot dengan pemanasan

  3) Fe bersifat tahan panas, tidak seperti kayu sehingga bisa digunakan sebagai bahan pembuatan mesin (Widowati, 2008).

2.6.1 Efek Toksik Besi (Fe)

  Sekalipun Fe itu diperlukan oleh tubuh, tetapi dalam dosis besar dapat merusak dinding usus. Kematian seringkali disebabkan oleh rusaknya dinding usus. Debu Fe juga dapat diakumulasi di dalam alveoli, dan menyebabkan berkurangnya fungsi paru – paru (Slamet, 2009).

  Konsumsi Fe dalam dosis tinggi pada anak – anak bisa mengakibatkan kematian pada anak – anak yang berusia kurang dari 6 tahun (Widowati, 2008). Kadmium (Cd) adalah logam berwarna putih perak, lunak, mengkilap, tidak larut dalam basa. Cd memiliki nomor atom 40, berat atom 112,4 g/mol; titik leleh 321°C, dan titik didih 767°C. Kadmium bersifat lentur, tahan terhadap tekanan. Keberadaan kadmium (Cd) bisa mencemari lingkungan dan bisa berada di atmosfer, tanah, dan perairan (Widowati, 2008).

  Logam kadmium (Cd) sangat banyak digunakan dalam kehidupan sehari – hari manusia. Logam ini telah digunakan semenjak tahun 1950 dan total produksi dunia adalah sekitar 15.000 – 18.000 per tahun. Prinsip dasar atau prinsip utama dalam penggunaan kadmium adalah sebagai bahan ‘stabilitasi’ sebagai bahan pewarna dalam industri plastik dan pada elektroplating. Namun sebagian dari substansi logam kadmium ini juga digunakan untuk solder dan alloy – alloynya digunakan pula untuk baterai (Palar, 2004).

  Kadmium (Cd) dalam konsentrasi rendah banyak digunakan dalam industri pada proses pengolahan roti, pengolahan ikan, pengolahan minuman, serta industri tekstil (Widowati, 2008).

2.7.1 Efek Toksik Kadmium (Cd)

  Pada keracunan kronis yang disebabkan oleh Cd, umumnya berupa kerusakan – kerusakan pada banyak sistem fisiologis tubuh. Sistem – sistem tubuh yang dapat dirusak oleh keracunan kronis logam Cd ini adalah pada sistem urinaria (ginjal), sistem respirasi (pernafasan/paru – paru), sistem sirkulasi (darah) dan jantung. Di samping semua itu, keracunan kronis tersebut juga merusak kelenjar reproduksi, sistem penciuman dan bahkan dapat mengakibatkan kerapuhan pada tulang (Palar, 2004).

  Seng (Zn) adalah komponen alam yang terdapat di kerak bumi. Zn adalah logam yang memiliki karakteristik cukup reaktif, berwarna putih – kebiruan, pudar bila terkena uap udara. Zn memiliki nomor atom 30 dan memiliki titik lebur 419,73°C (Widowati, 2008).

  Logam Zn memiliki banyak keunggulan, antara lain memiliki daya energi tinggi, bisa didaur ulang, ama, dan tidak menyisakan emisi (zero emition) sehingga Zn bisa digunakan sebagai baterai habis pakai. Zn digunakan dalam berbagai jenis industri elektronik seperti cat, produk karet, kosmetik, obat – obatan, pelapis lantai, plastic, printing, tinta, baetari, tekstil, bahan kimia, solder. Kegunaan Zn pada berbagai jenis industri yaitu:

  1) Melapisi besi atau baja guna mencegah korosi

  2) Bahan tabung baterai

  3) Bahan alloy seperti kuningan, nikel – perak, logam mesin ketik, dan penyepuhan listrik

  4) Sebagai bahan suplemen vitamin atau mineral yang memiliki aktivitas antioksidan guna mencegah penuaan dini serta mempercepat proses penyembuhan, dll (Widowati, 2008).

2.8.1 Efek Toksik Seng (Zn)

  Seng (Zn) merupakan unsur esensial bagi tubuh, tetapi dalam dosis tinggi Zn dapat berbahaya dan bersifat toksik. Toksisitas Zn bisa bisa bersifat kronis dan akut. Jika Zn masuk ke dalam tubuh 150 – 450 mg/hari mengakibatkan pengurangan imunitas tubuh, serta pengurangan kadar High Density Lipoprotein (HDL) kolesterol.

  Konsumsi Zn sebesar 2 g atau lebih akan mengakibatkan mual, muntah, dan demam. Orang yang mengkonsumsi lebih dari 12 g unsur Zn lebih dari 2 hari terbukti mengalami gangguan hati, dan ginjal (Widowati, 2008). Peristiwa serapan atom pertama kali diamati oleh Fraunhofer, ketika menelaah garis – garis hitam pada spektrum matahari. Sedangkan yang memanfaatkan prinsip serapan atom pada bidang analisis adalah seorang Australia bernama Alan Walsh di tahun 1955. Sebelumnya ahli kimia banyak bergantung pada cara – cara spektrofotometrik atau metode analisis spektrografik. Beberapa cara ini yang sulit dan memakan waktu, kemudian segera digantikan dengan spektorskopi serapan atom atau Atomic Absorption Spectroscopy (AAS) (Khopkar, 2008).

  Spektofotometri serapan atom digunakan untuk analisis kuantitatif unsur – unsur logam dalam jumlah sekelumit (trace) dan sangat kelumit (ultratrace). Cara analasis ini memberikan kadar total unsur logam dalam suatu sampel dan tidak tergantung pada bentuk molekul dari logam dalam sampel tersebut. Metode Spektrofotometri Serapan Atom (SSA) mendasarkan pada prinsip absorpsi cahaya oleh atom. Atom – atom akan menyerap cahaya pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat unsurnya.

  Cahaya pada panjang gelombang ini mempunyai cukup energi untuk mengubah tingkat elektronik suatu atom yang mana transisi elektonik suatu atom bersifat spesifik. Dengan menyerap suatu energi, maka atom akan memperoleh energi sehingga suatu atom pada keadaan dasar dapat ditingkatkan energinya keringkat eksitasi (Rohman, 2007).

  Sistem peralatan spektrofotometer serapan atom dapat dilihat pada gambar berikut ini ;

  Sumber Monokromator Nyala Detektor Sinar

  A = 0,213 Tempat Sampel Readout

Gambar 2.1 Sistem peralatan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA) (Rohman, 2007).

2.9.1.1 Sumber Sinar

  Sumber sinar yang lazim dipakai adalah lampu katoda berongga (hollow cathode

  

lamp ). Lampu ini terdiri atas tabung kaca tertutup yang mengandung suatu katoda dan

  anoda. Katoda sendiri berbentuk silinder berongga yang terbuat dari logam atau dilapisi dengan logam tertentu. Tabung logam ini diisi dengan gas mulia (neon atau argon) dengan tekanan rendah (10 – 15 torr). Neon biasanya lebih disukai karena memberikan intensitas pancaran lampu yang lebih rendah.

  Salah satu kelemahan penggunaan lampu katoda berongga adalah satu lampu digunakan untuk satu unsur, akan tetapi saat ini telah banyak dijumpai suatu lampu katoda, berongga kombinasi; yakni satu lampu dilapisi dengan beberapa unsur sehingga dapat digunakan untuk analisis beberapa unsur sekaligus (Rohman, 2007). Dalam analisis spektrofotometri serapan atom, sampel yang akan dianalisis harus diuraikan menjadi atom – atom netral yang masih dalam keadaan asas. Ada berbagai macam alat yang dapat digunakan untuk mengubah suatu sampel menjadi uap atom – atom yaitu dengan nyala (flame) dan dengan tanpa nyala (flameless) (Rohman, 2007).

  2.9.1.3 Monokromator

  Pada SSA, monokromator dimaksudkan untuk memisahkan dan memilih panjang gelombang yang digunakan dalam analisis. Di samping sistem optik, dalam monokromator juga terdapat suatu alat yang digunakan untuk memisahkan radiasi resonansi dan kontinyu yang disebut chopper (Rohman, 2007).

  2.9.1.4 Detektor

  Detektor yang digunakan untuk mengukur intensitas cahaya yang melalui tempat pengatoman. Biasanya digunakan tabung penggandaan foton (photomultiplier tube). Ada dua cara yang dapat digunakan dalam sistem deteksi yaitu: (a) yang memberikan respon terhadap radiasi resonansi dan radiasi kontinyu; dan (b) yang hanya memberikan respon terhadap radiasi resonansi. Cara terbaik adalah dengan menggunakan detektor yang hanya peka terhadap radiasi resonan yang termodulasi (Rohman, 2007).

  2.9.1.5 Readout

Readout merupakan suatu alat penunjuk atau dapat juga diartikan sebagai sistem

  pencatat hasil. Pencatat hasil dilakukan dengan suatu alat yang telah terkalibrasi untuk pembacaan suatu transmisi atau absrobsi. Hasil pembacaan dapat berupa angka atau berupa kurva dari suatu recorder yang menggambarkan absorbansi atau intensitas emisi (Rohman, 2007).