OPTIMASI FREKUENSI PAPARAN GELOMBANG ULTRASONIK

advertisement
OPTIMASI FREKUENSI PAPARAN GELOMBANG ULTRASONIK
UNTUK MEMBUNUH BAKTERI E. COLI
Mas Mansyur, Asih Rahayu, E Devi Dwi Rianti
Dosen Fakultas Kedokteran Universitas Wijaya Kusuma Surabaya
ABSTRAK
Pengendalian mikroorganisme khususnya bakteri E. Coli dapat dilakukan dengan fisika dan kimia.
Dalam fisika penelitian adalah pemanasan, pendinginan, radiasi (ultraviolet, x - ray, sinar gamma),
bakteriologist filter. Dalam kimia penelitian adalah dengan menggunakan klorin. Menggunakan
gelombang ultrasonik adalah sebagai metode alternatif yang memiliki manfaat di lingkungan, dapat
membunuh bakteri dengan mekanik dan kavitasi, dan karakter desinfektan.
Tujuan dari penelitian ini adalah dengan menggunakan gelombang ultrasonik sebagai metode alternatif
untuk mengurangi jumlah bakteri E. Coli, dengan fokus dalam menemukan gelombang frekuensi
ultrasonik optimal yang dapat menyebabkan maksimum tingkat kematian bakteri E. Coli.
Hasil penelitian yang saya lakukan di bagian Mikrobiologi Fakultas Kedokteran Universitas
Wijaya Kusuma Surabaya adalah gelombang ultrasonik dihasilkan oleh generator berfungsi utama
dengan daya 0,42 watt. Opsional frekuensi yang dapat membunuh bakteri E. Coli adalah 1,05 MHz
yang dapat membunuh bakteri di 40,00%. Frekuensi gelombang ultrasonik mempunyai hubungan yang
signifikan dengan persen kematian bakteri E. Coli, dengan koefisien korelasi 0,9253.
Kata Kunci: Mikroorganisme, frekuensi Opsional, metode alternatif, persen kematian
OPTIMIZATION OF WAVE EXPOSURE FREQUENCY ultrasonic
E. TO KILL BACTERIA COLI
Mas Mansyur, Asih Rahayu, E Devi Dwi Rianti
Lecturer Faculty of Medicine, University of Wijaya Kusuma Surabaya
ABSTRACT
Controlling microorganism specially E. Coli bacteria can done by physics and chemistry . In
physics research is heating, cooling, radiation (ultraviolet, x – ray, gamma ray), filter bakteriologist. In
chemistry research is by using chlorine. Using ultrasonic wave is as alternative metode that has benefit
in environment, can kill bacteria with mechanic and cavitation, and disinfectant character.
The purpose of this research is to use ultrasonic wave as an alternative methods for reducing quantity
of E. Coli bacteria , by focussing in finding an optimal frequency ultrasonic wave which can cause the
maximum of death level E. Coli bacteria.
The result of that research which I do in a part of Microbiology Faculty of Medicine Wijaya
Kusuma University Surabaya is the ultrasonic wave produced by fungtion generator with power is 0.42
watt. Optional frecuency that can kill E. Coli bacteria is 1.05 MHz that can kill the bacteria in 40.00
%. Frecuency ultrasonic wave have significant correlation with percent of death E. Coli bacteria, with
correlation coefficient 0.9253.
Key Word : Microorganism, Optional frecuency, alternative methods, percent of death
PENDAHULUAN
Air minum dapat berperan dalam
penyebaran bakteri pathogen antara lain
yaitu tipus, cholera, dan dysentri. Pada
hakekatnya air minum dari PAM, dan air
minum dalam kemasan melalui perlakuan
desinfeksi dengan cara kimia, fisika, atau
cara mekanis. Cara kimiawi yaitu
menggunakan bahan kimia antara lain
senyawa khlor, Br2, ozon, H2, O2phenol,
KMnO4, ClO2, CuSO4, dan ZnSO4.
Keunggulan menggunakan CuSO4 dan
ZnSO4 yaitu dapat mengendapkan
detergen dan menghambat pertumbuhan
algae. Untuk khlorinasi, pada umumnya
dengan menggunakan kaporit, karena
mudah, murah dan gampang didapat.
Air minum yang berasal dari PDAM
dan air minum yang diproses dengan ozon
dan ultra violet, penyulingan, serta
diproses dengan membrane penyaring
tidak
sama
hasilnya.
Perlakuan
pengendapan mampu dengan baik
mengatasi endapan, perlakuan ozon dan
ultra violet mampu menekan kuman dan
virus, perlakuan destilasi mampu menekan
beberapa komponen dengan baik kecuali
kandungan klorida, klorin dan bau.
Gelombang
ultrasonik
adalah
gelombang akustik yang berfrekuensi
lebih besar dari 20 KHz. Selama
perjalanannya
di
dalam
medium,
gelombang
ultrasonik
mengalami
ortenuasi karena adanya peristiwaperistiwa pemantulan, hamburan dan
absorpsi sehingga intensitasnya berkurang.
Disamping sifat-sifat ini ada sifat-sifat
karakteristik, seperti dapat menimbulkan
kalor, gaya-gaya ultrasonik steady,
kavitasi dan stress mekanik yang besar.
Bakteri adalah organisme yang terdiri
dari satu sel yang dibentuk oleh bahan inti,
sitoplasma dan dinding luar yang terdiri
dari lapisan lendir, dinding sel, memberi
perlindungan, untuk mengatur masuknya
bahan kimia dan memegang peranan
penting dalam pembelahan sel.
Bila bakteri berada di dalam medan
ultrasonik maka bakteri akan menderita
stress mekanik yang besar, dan dindingnya
mengalami peregangan yang besar dan
bila melampaui batas elastisitasnya maka
dinding tersebut pecah dan bakteripun
mati.
Keuntungan penggunaan gelombang
ultrasonik untuk membunuh bakteri
adalah :
1. Ramah lingkungan
2. Dapat membunuh bakteri secara
mekanik dan kavitasi
yang
ditimbulkan oleh gelombang
ultarasonik.
3. Bersifat
desinfektan
karena
gelombang ultrasonik di dalam
air dapat
membentuk H2O2.
Bakteri E. Coli digunakan sebagai
obyek penelitian karena :
1. Digunakan sebagai indikator
pencemaran air oleh kotoran
manusia atau
Hewan (Fardiaz, S, 1992).
2. Merupakan bakteri pathogen yang
dapat menimbulkan penyakit
pada
Manusia (Pelezar,M, 1988).
3. Merupakan bakteri yang paling
sering ditemukan jika terjadi
pencemaran
Air (Fardiaz,S, 1992)
Perumusan Masalah
Dari latar belakang masalah di atas maka
dapat dirumuskan permasalahan sebagai
berikut :
1. Berapa
frekuensi
optimum
gelombang ultrasonik yang dapat
digunakan untuk membunuh
bakteri E. Coli terbesar ?
2. Berapa besar persen kematian
bakteri E. Coli ?
Tujuan Penelitian
a. Tujuan umum
Mendayagunakan
gelombang
ultrasonik
sebagai
metode
alternatif
untuk menurunkan
jumlah bakteri E. Coli pada proses
pengolahan air bersih.
b. Tujuan khusus
1. Menemukan frekuensi optimum
gelombang ultrasonik untuk membunuh
bakteri E.
Coli.
2..Koefisien korelasi antara frekuensi
paparan gelombang ultrasonik dengan
persen
kematian bakteri E. Coli.
BAHAN DAN METODE
Bahan dan alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian
ini adalah bakteri E. Coli, Nutrient Agar
Broth, aquadestilasi, EMB agar, alkohol
70 %, kantong plastik, kapas. Sedangkan
alat yang digunakan adalah signal
generator, osiloskop, transduser ultrasonic,
incubator, laminar flow with U V lamp,
autoclave, cawan petri, tabung reaksi,
gelas beker, O S E, Quebec colony counter
dan lup, pembakar bunsen.
Variabel penelitian
Melalui penelitian ini peneliti
mendayagunakan gelombang ultrasonik
sebagai
metode
alternatif
untuk
membunuh bakteri E. Coli. Variabel yang
digunakan dalam penelitian ini adalah :
-. Variabel bebas : frekuensi paparan
gelombang ultrasonik.
- Variabel terikat : persen kematian
bakteri E. Coli
Proses Kerja
Proses penelitian ini diawali
dengan
mendesain
pembangkit
gelombang ultrasonik dan pembuatan
kultur
E.
Coli.
Pembangkit
gelombang
ultrasonik
disebut
transduser
ultrasonik,
karena
pembangkit ini mengubah energi
listrik menjadi energi akustik.
Transduser elektromagnetik dipilih
karena dapat digunakan untuk
membangkitkan
gelombang
Signal
Generator
ultrasonik baik di zat padat maupun
fluida disamping itu transduser jenis
ini banyak dijual di pasaran. Gambar
di bawah ini adalah diagram blok
pembangkit gelombang ultrasonik.
Penguat
Transduser
Osiloskop
Sampel
Gambar 3.1 Diagram Blok Pembangkit Ultrasonik
Tabel 3.1 Uraian masing-masing blok beserta fungsinya
Nama Blok
Signal Generator
Fungsi
Pembangkit isyarat listrik dengan daya rendah
dan frekuensi bervariasi
Penguat
Penguat getaran listrik yang berasal dari signal
generator serta meningkatkan daya listrik
sehingga diperoleh getaran dengan daya tinggi
Osilosko
Pengukur frekuensi dan tegangan listrik yang
dikeluarkan oleh penguat
Transduser
Pembangkit gelombang ultrasonik mengubah
isyarat listrik menjadi suara
Sampel
Bagian dari populasi, yaitu sejumlah E. Coli
yang berada di dalam aquades yang akan
dipapari dengan gelombang ultrasonik
Prosedur Pengambilan Data
- Prosedur Penyediaan Bakteri E. Coli
Penyiapan kultur bakteri E. Coli
dilakukan dengan cara :
-. Bakteri E. Coli dibiakkan dalam
medium EMB
- Dari EMB dipindahkan dalam NA
slant
- Disimpan di dalam lemari es dengan
suhu 0O sampai 10OC
- Prosedur Pengumpulan Data
Pada
penelitian
ini
cara
pengumpulan data untuk menentukan
frekuensi optimum dan dosis paparan
gelombang ultrasonik untuk membunuh
bakteri E. Coli dilakukan dengan cara :
1. Merangkai peralatan seperti tampak
pada gambar di atas.
2. Memasukkan 1 ml suspensi bakteri E.
Coli dari gelas ukur kedalan 5 buah cawan
petri
yang berisi nutrien agar broth
kemudian dipapari dengan gelombang
ultrasonik dengan
frekuensi 0.80 MHz, 0,85 MHz, ......
1,20 MHz
3.. Menghitung koloni bakteri E. Coli
sebelum dan sesudah dipapari gelombang
ultrasonik.
4. Membandingkan persen kematian
kematian bakteri E. Coli akibat pemaparan
gelombang
ultrasonik dengan frekuensi yang
berbeda.
5..Membuat grafik hubungan antara
frekuensi paparan gelombang ultrasonik
dengan persen
kematian bakteri E. Coli kemudian
menentukan frekuensi optimumnya.
6. Mencari koefisien korelasi antara
frekuensi paparan gelombang ultrasonik
dengan persen
kematian bakteri E. Coli.
Metode Analisis Data
Dari data hasil penelitian
diperoleh pasangan data antara frekuensi,
waktu dan dosis paparan gelombang
ultrasonik (sebagai variabel bebas) dengan
persen kematian bakteri E. Coli (sebagai
variabel terikat). Untuk mengetahui
hubungan dimana variabel-variabel di atas
digunakan analisis korelasi.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Untuk
menemukan
frekuensi
optimum paparan gelombang ultrasonik
untuk membunuh bakteri E. Coli
dilakukan percobaan dengan data sebagai
berikut :
a. Frekuensi
:
0,75
MHz, 0,80 MHz, ..........
1,20 MHz
b. Daya
:
0,42
watt
(daya
alamiah
fungtion generator)
c. Waktu
: 2 menit
d. Volume suspensi bakteri
E. Coli : 20 ml
.
Adapun
hasil
pengamatannya
ditunjukkan pada tabel di bawah ini.
1. Hasil
Tabel Hasil pengamatan frekuensi
paparan gelombang ultrasonik
terhadap
persen kematian bakteri E. Coli
Jumlah E. Coli Kontrol
Jumlah E. Coli Terpapar
No
Frek
(MHz)
I
II
III
X1
I
II
III
X2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0,75
0,80
0,85
0,90
0,95
1,00
1,05
1,10
1,15
1,20
116
111
112
119
108
101
114
108
119
106
107
117
108
125
107
117
104
113
114
105
113
120
110
119
115
124
112
115
112
119
112
116
110
121
110
114
110
112
115
110
94
91
83
89
79
80
64
79
67
75
90
100
91
100
80
93
75
66
72
69
104
94
81
84
87
83
59
65
80
72
96
95
85
91
82
85
66
70
73
72
% kematian =
%
Kematian
14,29
18,10
22,72
24,79
25,45
25,54
40,00
37,50
36,52
34,54
X1  X 2
 100%
X1
Berdasarkan hasil pengamatan pada tabel
di atas menunjukkan hubungan antara
persen kematian bakteri E. Coli dengan
frekuensi paparan gelombang ultrasonik
dengan variabel terkendali daya, volume
dan waktu. Untuk memperjelas hubungan
antara kedua variabel diatas dinyatakan
dengan grafik yang digambar dengan
menggunakan program Excell, seperti
tampak pada gambar di bawah ini
GRAFIK HUBUNGAN ANTARA FREKUENSI PAPARAN GELOMBANG UTRA
SONIK DENGAN PERSEN KEMATIAN BAKTERI E. COLI
PERSEN KEMATIAN (%)
50
40
30
20
10
0
0,75
Gambar 4.1.
0,8
0,85
0,9
0,95
1
1,05
FREKUENSI (MHz)
1,1
1,15
1,2
Grafik hubungan antara frekuensi paparan gelombang ultrasonik
dengan persen kematian bakteri E. Coli.
2. Pembahasan
Dari grafik diatas tampak bahwa
frekuensi optimum paparan gelombang
ultrasonik adalah 1,05 MHz, dengan
persen kematian sebesar 40%. Pada
frekuensi kurang dari 1,05 MHz, proses
kematian bakteri E. Coli relatif lebih
sedikit dibandingkan dengan frekuensi di
atas 1,05 MHz. Hal ini disebabkan karena
ukuran bakteri E. Coli yang mikroskopik
cenderung disekitar panjang gelombang
yang sesuai dengan frekuensi diatas
frekuensi
optimumnya.
Frekuensi
optimum ini akan digunakan sebagai dasar
untuk percobaan selanjutnya. Disamping
itu terdapat hubungan yang signifikan
antara frekuensi paparan gelombang
ultrasonik dengan persen kematian bakteri
E. Coli , hal ini ditunjukkan dengan
koefisien korelasi ( r) sebesar 0,9253.
Kematian bakteri E. Coli ini tidak
besar karena percobaan dilakukan dengan
menggunakan fungtion generator yang
berdaya maksimum alat tersebut besarnya
0,42 watt. Daya sebesar ini relatif kecil
untuk dapat membunuh bakteri E. Coli.
Agar persen kematian bakteri E. Coli
menjadi lebih besar maka diupayakan alat
penguat daya.
Frekuensi optimal yang diperoleh
dari percobaan terkait dengan ukuran
koloni bakteri yang besarnya sekitar 1 mm
(Pelezar, M, 1988). Bila kelajuan
gelombang ultrasonik di dalam air sebesar
1350 m/s (Wiantari. S, 1993); secara
teoritis seharusnya frekuensi paparan
gelombang
ultrasonik
1,35
MHz.
Transduser gelombang ultrasonik dengan
orde sebesar 1,35 MHz sampai saat ini
belum dijumpai di Toko elektronik dan
peralatan laboratorium, maka perlu
diupayakan untuk mendapatan tranduser
yang sesuai dari tempat lain, seperti di
pasar
loak,
atau
laboratorium
instrumentasi di universitas lain.
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang bertujuan
untuk menentukan frekuensi optimal dan
dosis paparan gelombang ultrasonik untuk
jumlah bakteri E. Coli, yang dilakukan di
bagian Mikrobiologi Fakultas Kedokteran
Universitas Wijaya Kusuma Surabaya
dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Frekuensi optimal yang terkait
dengan
persen
kematian
tertinggi adalah 1,05 MHz,
dengan persen kematian sebesar
40%. Kondisi tersebut dicapai
pada
paparan
gelombang
ultrasonik dengan daya 0,42
watt, volume 20 ml dan waktu
paparan 2 menit.
2. Terdapat hubungan signifikan
antara
frekuensi paparan
gelombang
ultrasonik
dan
persen kematian bakteri E. Coli
dengan
koefisien
korelasi
sebesar 0,9253.
Saran
Dari hasil penelitian menunjukkan
bahwa upaya untuk mendayagunakan
gelombang ultrasonik sebagai metode
desinfeksi
terhadap
mikroorganisme
khususnya bakteri E. Coli memiliki
prospek yang baik untuk dikembangkan
sebagai metode alternatif. Selain relatif
tidak beresiko menimbulkan pencemaran
lingkungan, metode ini mempunyai
efektivitas yang cukup baik.
Di bawah ini adalah Kendala utama
penerapan metode ini dan saran untuk
memperbaikinya
1. Terbatasnya respon frekuensi
transduser, sehingga perlu
diupayakan
untuk
mendapatkan jenis transduser
dengan
spesifikasi
yang
diinginkan agar upaya optimasi
frekuensi paparan gelombang
ultrasonik memiliki hasil yang
lebih baik, ditinjau dari aspek
fisis maupun ekonomis.
2. Pada
percobaan
yang
peneliti
lakukan
suspensi
bakteri E. Coli
diencerkan
dengan
menggunakan aquades, media
ini bukan tempat tumbuh
bakteri yang ideal. Hal ini
dimaksudkan agar bakteri
tidak tumbuh terlampau cepat
atau cepat mati. Namun kami
pernah
gagal
berkali-kali
dalam menumbuhkan bakteri
E. Coli baik sebagai kontrol
maupun
yang telah diberi
perlakuan,
meskipun pada
percobaan
pendahuluan
berhasil menumbuhkan bakteri
E. Coli. Oleh karena itu perlu
diupayakan media tempat
tumbuh bakteri E. Coli yang
menyebabkan tidak tumbuh
terlalu cepat atau cepat mati.
3. Dengan
ditemukannya
frekuensi
optimum
ini
diharapkan dapat digunakan
sebagai
dasar untuk menentukan dosis
paparan gelombang ultrasonik,
sebagai metode alternatif untuk
desinfeksi air bersih.
DAFTAR PUSTAKA
Ackerman, Eugene, 1985. Biophysical
Science,
Prinsice
Hal
Inc,
Engelwwood Cliffa, New Jersey.
Brooks, Geo F, et al, 2001, Medical
Microbiology Twenty Second
Edition, McGraw-Hill Inc.
Amsyari, Fuad, 2007. Penyakit yang
ditularkan melalui air, Seminar
Air Sehat, Fakultas Kedokteran
Universitas Airlangga, Surabaya.
Cameron, Skfronik, 1988. Medical
Physics, A. Wileg Inter Sciences,
New York.
Croknell, AP, 1980. Ultrasonic, Wykeham
Publication LTD, London.
Cromer, Alan, 1994. Physics For Life
Sciences, Mc Graw Hill Inc.
Publication, New York.
Fardiaz, Srikandi, 1992. Polusi Air dan
Udara,
Penerbit
Kanisius
Yogyakarta.
Gabriel J.F, 1993. Fisika Kedokteran,
Edisi 5, Penerbit Buku Kedokteran
EGC, Jakarta.
Garsadi, Ruswandi, 2007. Percepatan
Pelayanan Air Sehat, Fakultas
Kedokteran Universitas Airlangga
Surabaya.
Gobermen, GI, 1988. Ultrasonic Theory
and Applicaton, The English
University Press, London.
Hariaji, Imam, 1990. Pemanfaatan
Gelombang Ultrasonik Untuk
Mengusir Lalat Rumah, Skripsi,
FMIPA Universitas Airlangga,
Surabaya.
Mansyur. Mas, 2006. Pengukuran Cepat
Rambat Gelombang Ultrasonik
Dengan Metode Beda Fase, Jurnal
LPPM
Universitas
Wijaya
Kusuma Surabaya.
Mansyur. Mas, dkk, 2007. Optimasi
Frekuensi dan Dosis Paparan
Gelombang Ultrasonik Untuk
Membunuh
Jentik
Nyamuk,
Seminar DP2M Dikti Depdiknas,
Jakarta.
Martiana. R, Esty, 2007. Kualitas Air
(Penilaian
dan
Monitoring).
Seminar Air Sehat, Fakultas
Kedokteran Universitas Airlangga
Surabaya.
Maskunah, 1988. Pengaruh Gelomang
Ultrasonik Terhadap Suspensi
Bakteri,
Kolokium,
FMIPA
Universitas Airlangga Surabaya.
Nasir. Moh, 1988. Metode Penelitian,
Penerbit Ghalia, Jakarta
Pelezar, Michael. J, 1988. Dasar-Dasar
Mikrobiologi, Diterjemahkan oleh
ratna Sti H, Penerbit UI Press,
Jakarta
Pitojo,
Purwanto. E, 2002. Deteksi
Pencemaran Air Minum, Penerbit
Aneka Ilmu Ungaran.
Prijo, T. Anggono, 1989. Studi Tentang
Cepat
Rambat
Gelombang
Ultrasonik
dan
Metode
Pengukurannya,
Kolokium,
FMIPA Universitas Airlangga
Surabaya.
Saruji,
Didik,
2006.
Kesehatan
Lingkungan,
Media
Ilmu,
Sidoarjo.
Saruji ,didik, 2008, Rancangan Penelitian,
Disajikan Dalam Penyegaran
Aplikasi metodologi Penelitian
dan Statistik Fakultas Kedokteran
UWKS.
Spiegel, RM, 1996. Statistika, Penerbit,
Erlangga, Jakarta.
Sujono,
Edy S. 2007. Teknologi
Pengolahan Air, Seminar Air
Sehat,
Fakultas
Kedokteran
Universitas Airlangga Surabaya.
Suriawiria, Unus, 2005. Air Dalam
Kehidupan dan Lingkungan Yang
Sehat, Penerbit
Bandung.
PT.
Alumni,
Suriawiria, Unus, 2003. Mikrobiologi Air,
Penerbit PT. Alumni, Bandung.
Tortora, Gerarrd. J, 2007. Microbiology,
Pearson Education Inc, San
Francisco.
Wiantari, Sugiani, 1993. Pemanfaatan
Gelombang Ultrasonik Untuk
Membunuh Larva Aedes Aegypti,
Skripsi,
FMIPA
Universitas
Airlangga, Surabaya.
Widodo, Asnar, 1990. Pembersihan
Kotoran Pada Benda Dengan
Menggunakan
Gelombang
Ultrasonik, Kolokium, FMIPA
Universitas Airlangga, Surabaya.
Download