BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Gunung Berapi Gunung berapi

6
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Gunung Berapi
Gunung berapi adalah lubang atau saluran yang menghubungkan suatu
wadah yang berisi bahan yang disebut magma. Suatu ketika bahan bahan tersebut
ditempatkan melalui saluran bumi dan sering terhimpun di sekelilingnya sehingga
membangun suatu kerucut yang dinamakan kerucut gunung api (Koesoemadinata,
1977).
Gunung berapi atau gunung api secara umum adalah istilah yang
didefinisikan sebagai suatu saluran fluida panas (batuan dalam wujud cair atau
lava) yang memanjang dari kedalaman sekitar 10 km di bawah permukaan bumi
sampai ke permukaan bumi, termasuk endapan hasil akumulasi material yang
dikeluarkan saat dia meletus. Secara singkat, gunung berapi adalah gunung yang
masih aktif dalam mengeluarkan material di dalamnya (Rukaesih, 2004).
Jenis-jenis gunung berapi berdasarkan bentuknya:
a. Stratovolcano
Gunung berapi ini tersusun dari beberapa jenis batuan hasil letusan yang tersusun
secara berlapis-lapis. Jenis gunung berapi ini membentuk suatu kerucut besar
(raksasa) dan terkadang bentuknya tidak beraturan. Hal ini dikarenakan adanya
letusan yang terjadi beberapa ratus kali. Gunung Merapi di Yogyakarta termasuk
gunung berapi jenis ini.
b. Perisai
Di Indonesia tidak ada gunung yang berbentuk perisai. Gunung api perisai
contohnya Maona Loa Hawaii, Amerika Serikat. Gunung api perisai terjadi karena
magma cair keluar dengan tekanan rendah tanpa adanya letusan. Lereng gunung
yang terbentuk menjadi sangat landai.
Universitas Sumatera Utara
7
c. Cinder Cone
Gunung jenis Cinder Cone merupakan gunung berapi yang abu dan pecahan kecil
batuan vulkaniknya menyebar di sekeliling gunung. Sebagian besar gunung jenis
ini membentuk mangkuk di puncaknya. Gunung jenis ini jarang yang mempunyai
tinggi di atas 500 meter dari permukaan tanah sekitarnya.
d. Kaldera
Gunung berapi jenis ini terbentuk dari ledakan yang sangat kuat sehingga
melempar ujung atas gunung dan membentuk cekungan. Gunung Bromo termasuk
gunung jenis ini (Hartuti, 2009).
2.1.1 Klasifikasi Gunung Berapi di Indonesia
Kalanagan Vulkanologi Indonesia mengelompokkan Gunung Merapi kedalam 3
tipe berdasarkan catatan sejarah letusan erupsinya.
Gunung Api tipe A
Gunung Berapi yang tercatat pernah mengalami erupsi magnetic sekurang
kurangnya satu kali sesudah tahun 1600.
Gunung Api tipe B
Gunung Berapi yang sesudah tahun 1600 belum tercatat lagi mengadakan erupsi
magmatik namun masih memeperlihatkan gejala kegiatan vulkanik seperti
kegiatan sofatara.
Gunung Api tipe C
Gunung Berapi yang sejarah erupsinya tidak diketahui dalam catatan manusia,
namun masih terdapat tanda tanda kegiatan masa lampau berupa lapangan
solfatara/fumarola pada tingkat lemah.(Albert,2012).
Universitas Sumatera Utara
8
2.2. Debu Vulkanik
Pada tanggal 13 februari 2014, Gunung Kelud meletus. Gunung yang
terletak di perbatasan antara kabupaten Kediri, kabupaten Blitar, dan kabupaten
Malang telah ber status siaga sejak 2 februari 2014 dan ditingkatkan statusnya
menjadi waspada 8 hari kemudian. Letusan yang sangat besar menimbulkan suara
yang terdengar hingga radius puluhan kilometer.Walaupun saat ini aktivitasnya
cenderung turun, namun statusnya masih dinyatakan awas.
Bencana yang sama sebelumnya juga terjadi di Gunung Sinabung pada
2013 lalu. Letusannya melepaskan awan panas dan abu vulkanik yang
menjangkau kawasan Sibolangit dan Berastagi. Guguran lava pijar dan semburan
awan panas masih terus dihasilkan sampai 3 januari 2014 dan hingga kini rentetan
gempa, letusan, dan luncuran awan panas masih terjadi secara terus menerus.
Sampai saat ini, letusan kecil masih terjadi di gunung sinabung mencapai kota
Medan yang jaraknya sekitar 30 km dari pusat letusan. Korban jiwa pun
berjatuhan, terutama akibat terkena sapuan awan panas, yang mencapai 17 orang.
(Suryani,2014)
Gambar 2.1 Gunung Sinabung
Aktifitas gunung sinabung pernah mengeluarkan debu vulkanik dan asap
tahun 2010. Kemudian pada tahun 2013 mengeluarkan , menyemburkan debu
vulkanik lagi. Hasil dari erupsi gunung tersebut mengeluarkan kabut asap yang
Universitas Sumatera Utara
9
tebal hitam. Dan debu vulkanik tersebut menutupi ribuan hektar tanaman para
petani di sekitar gunung tersebut.
Abu vulkanik adalah bahan material vulkanik jatuhan yang disemburkan
ke udara saat terjadi suatu letusan dan dapat jatuh pada jarak mencapai ratusan
bahkan ribuan kilometer dari kawah karena pengaruh hembusan angin. Adanya
abu vulkanik merupakan akibat dari proses erupsi gunung berapi. Letusan gunung
api adalah merupakan bagian dari aktifitas vulkanik yang dikenal dengan istilah
erupsi. Erupsi adalah fenomena keluarnya magma dari dalam bumi karena
dorongan dari gas yang bertekanan tinggi dalam perut bumi atau karena gerakan
lempeng bumi, tumpukan tekanan dan panas cairan magma.
Debu vulkanik mengakibatkan tanaman petani yang berada di lereng
gunung banyak yang mati dan rusak. Diperkirakan seluas 15,341 Ha tanaman
pertanian di tanah Karo terancam gagal panen (Mariani S, 2013).
Gambar 2.2 Erupsi Gunung Sinabung
Universitas Sumatera Utara
10
2.3 Efek Debu Vulkanik
2.3.1. Kesuburan tanah
Debu vulkanik yang terbentuk dari lapukan materi dari letusan gunung
berapi yang subur mengandung unsur hara N,P,S, unsur mikro yang tinggi.
Allophan adalah Aluminosilikat amorf yang dengan bahan organik dapat
membentuk ikatan kompleks. Di daerah kering, tanah dari abu vulkanik tersebut
memiliki warna tanah yang tidak sehitam dari daerah lain. Sifat-sifat tanah
allophan adalah:
1. Profil tanahnya dalam.
2. Lapisan atas maupun permukaannya gembur serta berwarna hitam.
3. Lapisan subsoil berwarna kecoklatan dan terasa licin bila digosok diantar
jari-jari.
4. Bulk densitynya sangat rendah (< 0,85).
5. Daya tahan terhadap air tinggi.
6. Perkembangan struktur tanah baik.
7. Daya lekat maupun plastisitasnya tidak ada bila lembab.
8. Sukar dibasahi kembali bila sudah kering serta dapat mengapung di atas
permukaan air (Sudaryo, 2009).
2.3.2. Tanaman
Salah satu gas yang disemburkan oleh Gunung Sinabung adalah gas fluor
(F2.) Gas ini coklat kekuningan, korosif dan sangat beracun. Seperti CO2, itu lebih
berat dari udara dan cenderung untuk mengumpulkan di daerah rendah. Hidrogen
fluorida (Hf), sangat korosif dan beracun, dan menyebabkan luka bakar internal
yang mengerikan dan kalsium serangan di sistem kerangka.. Bahkan setelah gas
terlihat atau asam telah hilang, fluor dapat diserap ke dalam tanaman, dan
mungkin dapat meracuni orang dan hewan untuk waktu yang lama setelah letusan
(Ball Jesicca,2010).
Universitas Sumatera Utara
11
2.4. Logam
Logam berasal dari kerak bumi yang berupa bahan-bahan murni, organik
dan anorganik. Logam itu sendiri dalam kerak bumi dibagi menjadi logam makro
dan logam mikro, di mana logam makro ditemukan lebih dari 1.000 mg/kg dan
logam mikro jumlahnya kurang dari 500 mg/kg (Darmono, 1995).
Tabel 1. Logam logam Makro dan Mikro yang ditemukan dalam kerak bumi
Kelompok
Logam
Simbol
Jumlah
(mg/kg)
Makro
Mikro
Alumunium 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
Barium
Ba
425
Nikel
Ni
75
Seng
Zn
70
Tembaga
Cu
55
Plumbun
Pb
12.5
Uranium
U
2.7
Timah
Sn
2
Kadmium
Cd
0.2
Merkuri
Hg
0.08
Perak
Ag
0.07
Putih
Universitas Sumatera Utara
12
Emas
Au
0.004
Logam dapat dibagi menjadi dua bagian yaitu logam esensial dan logam
nonesensial. Logam esensial adalah logam yang diperlukan untuk membantu
reaksi-reaksi biokimia yang terjadi di dalam tubuh makhluk hidup seperti
membantu kerja enzim atau pembentukan sel darah merah. Beberapa Logam
esensial yaitu Na, K, Fe, Mg, Ca Sebaliknya logam nonesensial adalah logam
yang keberadaannya dalam tubuh makhluk hidup dapat menimbulkan pengaruhpengaruh negatif dan apabila kandungannya tinggi akan dapat merusak organorgan tubuh makhluk hidup yang bersangkutan. Sedangkan contoh logam
nonesensial yaitu Hg, Pb, Cd, dan As (Palar, 2004)
2.4.1. Logam Berat
Logam berat adalah unsur logam yang mempunyai massa jenis lebih besar
dari 5 gram/cm3, antara lain Cd, Hg, Pb, Zn, dan Ni. Logam berat Cd, Hg, dan Pb
dinamakan sebagai logam non esensial dan pada tingkat tertentu menjadi logam
beracun bagi makhluk hidup.( Subowo, 1999)
Berdasarkan densitasnya, golongan logam dibagi atas dua golongan, yaitu
golongan logam berat
( heavy metals) mempunyai densitas >5 gram/cm3
sedangkan logam golongan logam ringan (light metals) <5 gram/cm3 (Hutagalung,
2004 dalam Ermawati 2010)
Karakteristik logam berat yaitu
1. Memiliki spesifikasi gravitasi yang sangat besar (>4)
2. Mempunyai nomor atom 22-34 dan 40-50 serta unsur lantanida dan
aktinida
3. Mempunyai respon biokimia yang spesifik pada organisme hidup
( Palar, 2008)
2.4.2. Timbal (Pb)
Kadar timbal pada kerak bumi sekitar 15 mg/kg. Timbal diserap dengan
baik oleh tanah sehingga pengaruhnya terhadap tanaman relatif kecil. Akumulasi
Universitas Sumatera Utara
13
timbal di dalam tubuh manusia mengakibatkan gangguan pada otak dan ginjal,
serta kemunduran mental pada anak yang sedang tumbuh ( Effendi, 2003).
Timbal (Pb) merupakan salah satu jenis logam berat. Timbal memiliki titik
lebur yang rendah, mudah dibentuk, memiliki sifat kimia yang aktif sehingga bisa
digunakan untuk melapisi logam agar tidak timbul perkaratan. Timbal adalah
logam yang lunak berwarna abu-abu kebiruan mengkilat. Logam ini mempunyai
nomor atom 82 dengan berat atom 207,20. Titik didih timbal adalah 1740 0C dan
memiliki massa jenis 11,34 g/cm3.
Timbal (Pb) adalah logam yang mendapat perhatian karena bersifat toksik
melalui konsumsi makanan, minuman, udara, air, serta debu yang tercemar Pb.
Intoksikasi Pb bisa terjadi melalui jalur oral, lewat makanan, minuman,
pernafasan, kontak lewat kulit, kontak lewat mata, serta lewat parenteral.
Kadar Pb dalam tanah berkisar 5-25 ppm dan dalam air tanah 1-60 ppm.
Bahan pangan yang mengandung kontaminan Pb cukup tinggi adalah sayuran
yang ditanam di tepi jalan raya dengan rata-rata sebesar 28,78 ppm, jauh di atas
batas aman yang diizinkan oleh Badan POM sebesar 2 ppm. Logam Pb tidak
dibutuhkan oleh tubuh manusia sehingga bila makanan dan minuman tercemar Pb
dikonsumsi, maka di dalam tubuh manusia, Pb bisa menghambat aktivitas enzim
yang terlibat dalam pembentukan Hemoglobin
(Hb) dan sebagian kecil Pb
diekskresikan lewat urine atau feses karena sebagian terikat oleh protein,
sedangkan sebagian lagi terakumulasi dalam ginjal, hati, kuku, jaringan lemak,
dan rambut.
Keracunan akibat kontaminasi logam Pb bisa menimbulkan berbagai
macam hal seperti memperpendek umur sel darah merah, menurunkan jumlah sel
darah merah yang masih muda (retikulosit), meningkatkan kandungan Fe dalam
plasma darah. Bentuk ion Pb2+ mampu menggantikan keberadaan ion Ca2+ yang
terdapat dalam jaringan tulang. Timbal bersifat kumulatif. Pb bisa menimbulkan
kerusakan otak dengan gejala epilepsi, halusinasi, kerusakan otak besar, dan
delirium. Ibu hamil yang terkontaminasi Pb bisa mengalami keguguran, tidak
berkembangnya sel otak embrio, kematian janin waktu lahir. Timbal bersifat
karsinogen dalam dosis tinggi paparan Pb secara kronis bisa mengakibatkan
kelelahan, kelesuan, gangguan iritabilitas, gangguan gastrointestinal, kehilangan
Universitas Sumatera Utara
14
libido, infertilitas pada laki-laki, gangguan menstruasi serta aborsi spontan pada
wanita, depresi, sakit kepala, sulit berkonsentrasi, daya ingat terganggu dan sulit
tidur.
Pb bisa merusak jaringan syaraf, fungsi ginjal, menurunnya kemampuan
belajar. Kandungan Pb dalam darah berkorelasi dengan tingkat kecerdasan
manusia, semakin tinggi kadar Pb dalam darah semakin rendah poin IQ. Kelainan
fungsi otak terjadi karena Pb secara kompetitif menggantikan peranan Zn, Cu, dan
Fe dalam mengatur fungsi sistem syaraf pusat (Widowati, 2008).
Keracunan yang ditimbulkan oleh persenyawaan logam Pb dapat terjadi
karena masuknya persenyawaan logam tersebut ke dalam tubuh. Proses masuknya
Pb ke dalam tubuh dapat melalui beberapa jalur, yaitu melalui makanan dan
minuman, udara dan perembesan atau penetrasi melalui selaput atau lapisan kulit
(Palar, 2004). Meskipun jumlah Pb yang diserap oleh tubuh hanya sedikit, logam
ini ternyata menjadi sangat berbahaya. Hal ini disebabkan karena Timbal (Pb)
adalah logam toksik yang bersifat kumulatif dan bentuk senyawanya dapat
memberikan efek racun terhadap fungsi organ yang terdapat dalam tubuh
(Suharto, 2005).
Gejala yang khas dari keracunan Pb antara lain:
1. Anemia: Pb dapat menghambat pembentukan hemoglobin (Hb) sehingga
menyebabkan anemia. Selain itu, lebih dari 95% Pb yang terbawa dalam aliran
darah dapat berikatan dengan eritrosit yang menyebabkan mudah pecahnya
eritrosit tersebut (Darmono, 1995).
2. Aminociduria: terjadinya kelebihan asam amino dalam urin disebabkan ikut
sertanya senyawa Pb yang terlarut dalam darah ke system urinaria (ginjal) yang
mengakibatkan terjadinya kerusakan pada saluran ginjal (Darmono, 1995).
3. Gastroenteritis: keadaan ini disebabkan reaksi rangsangan garam Pb pada
mukosa saluran pencernaan, sehingga menyebabkan pembengkakan, gerak
kontraksi saluran lumen dan usus terhenti, peristaltik menurun sehingga terjadi
konstipasi (Darmono, 1995).
Universitas Sumatera Utara
15
2.4.3. Mangan (Mn)
Mangan (Mn) adalah kation logam yang memiliki karakteristik kimia
serupa dengan besi. Mangan berada dalam bentuk manganous (Mn2+) dan
manganik (Mn4+). Di dalam tanah, Mn4+ berada dalam bentuk senyawa mangan
dioksida. Pada perairan dengan kondisi anaerob akibat dekomposisi bahan organik
dengan kadar yang tinggi, Mn4+ yang bersifat larut. Mangan merupakan nutrien
renik yang esensial bagi tumbuhan dan hewan. Logam ini berperan dalam
pertumbuhan dan merupakan salah satu komponen penting pada sistem enzim.
Defisiensi mangan dapa mengakibatkan pertumbuhan terhambat, serta sistem
saraf dan reproduksi terganggu. Pada tumbuhan, mangan merupakan unsur
esensial dalam proses metabolisme.
Meskipun tidak bersifat toksik, mangan dapat mengendalikan kadar unsur
toksik di perairan, misalnya logam berat. Jika dibiarkan di udara terbuka dan
mendapat cukup oksigen, air dengan kadar mangan (Mn2+) tinggi (lebih dari0,01
mg/liter) akan membentuk koloid karena terjadinya proses oksidasi Mn2+ menjadi
Mn4+. Koloid ini mengalami presipitasi membentuk warna cokelat gelap sehingga
air menjadi keruh. (Effendi, 2003).
Logam Mn merupakan salah satu logam dengan jumlah sangat besar di
dalam tanah, dalam bentuk oksida maupun hidroksida. Senyawa Mn secara alami
berbentuk padat di lingkungan dan hanya sebagian kecil yang berada dalam air
dan di udara sebagai debu. Bila kadar Mn relatif tinggi dalam air maka kualitas air
menurun sehingga tidak layak digunakan baik untuk industri maupun keperluan
rumah tangga.
Beberapa
organisme
seperti
diatome,
moluska,
dan
sepon
mengakumulasikan Mn. Ikan mampu mengakumulasikan hingga 5 ppm, hewan
mamalia mampu mengakumulasikan hingga 3 ppm dalam jaringan sehingga kadar
normal dalam jaringan adalah 1 ppm.
Syarat air minum kadar mangan diperbolehkan 0,1 ppm, sedangkan untuk
air bersih 0,5 ppm. Tanaman
mahoni dan kembang sepatu mampu
mengakumulasikan logam berat Cu, Zn, Cd, Pb, dan Mn secara fisiologis unsur
tersebut digunakan oleh hampir semua pohon sebagai katalis reaksi metabolisme
Universitas Sumatera Utara
16
dan berperan dalam pembentukan organ tumbuhan. Kadar Mn yang tinggi dalam
tanah bisa bersifat toksik dan pH rendah pada tanah dapat menyebabkan defisiensi
Mn pada tanaman. Tingginya konsentrasi Mn pada tanah bisa mengakibatkan
pembengkakan dinding sel, mengeringkan daun, dan munculnya bercak coklat
pada daun.
Paparan Mn dalam debu tidak boleh melebihi 5 gram/cm3, dalam waktu
singkat akan menimbulkan toksisitas seperti infeksi saluran pernafasan. Paparan
Mn lewat kulit bisa mengakibatkan tremor, kegagalan koordinasi, dan dapat
mengakibatkan
munculnya
tumor.
Konsumsi
Mn
melebihi
11mg/hari
menunjukkan gejala gangguan sistem syaraf (Widowati, 2008).
2.4.4. Zink (Zn)
Seng (Zn) adalah komponen alam yang terdapat dalam kerak bumi. Zn
adalah logam yang memiiki karakteristik cukup reaktif, berwarna putih-kebiruan,
pudar bila terkena uap udara dan terbakar bila kena uap udara dengan api hijau
terang. Zn dapat bereaksi dngan asam, basa, dan senyawa non logm. Zn memiliki
nomor atom 30 dan memliki titik lebur 419,73oC (Widowati, 2008).
Seng (zink) termasuk unsur yang terdapat dalam jumlah berlimpah di
alam. Kadar seng pada kerak bumi sekitar 70 mg/kg. Kelarutan unsur seng dan
oksida seng dalam air relatif rendah. Seng yang berikatan dengan klorida dan
sulfat mudah terlarut, sehingga kadar seng dalam air sangat dipengaruhi oleh
bentuk senyawanya. Jika perairan bersifat asam, kelarutan seng meningkat. Kadar
seng di perairan alami < 0.05 mg/liter pada perairan asam mencapai 50 mg/liter
dan pada perairan laut 0,01 mg/liter. Seng termasuk unsur yang esensial bagi
makhluk hidup, yakni berfungsi untuk membantu kerja enzim. Seng juga
diperlukan dalam proses fotosintesis sebagai agen bagi transfer hidrogen dan
berperan dalam pembentukan protein. Kadar seng pada air minum sebaiknya tidak
lebih dari 5 mg/liter. Toksisitas seng menurun dengan meningkatnya kesadahan
dan meningkat dengan meningkatnya suhu dan menurunnya oksigen terlarut.
(Effendi, 2003).
Unsur ini penting dan berguna dalam metabolisme, dengan kebutuhan
perhari 10-15 mg. pada konsentrasi 675 – 2280 mg/l dapat menyebabkan muntah.
Universitas Sumatera Utara
17
Dengan garam-garam seng akan menjadi seperti susu pada konsentrasi 30 mg/l
dan menjadi berasa seperti logam pada konsentrasi 40 mg/l. Batas konsentrasi
tertinggi sebagai standar yang akan ditetapkan harus di bawah batas konsentrasi
yang dapat menimbulkan rasa. Dalam jumlah kecil merupakan unsur yang penting
untuk metabolisme, karena kekurangan Zn dapat menyebabkan pertumbuhan anak
terhambat. Dalam jumlah besar unsur ini dapat menimbulkan rasa pahit dan sepat
pada air minum (Sutrisno, 1996). Davis dan Cornwell (1991) mengemukakan
bahwa seng tidak bersifat toksik bagi manusia, akan tetapi pada kadar yang tinggi
dapat menimbulkan rasa pada air.
2.4.5. Besi (Fe)
Besi adalah salah satu elemen kimiawi yang dapat ditemui pada hampir
setiap tempat di bumi, pada semua lapisan geologis dan semua badan air. Pada air
permukaan jarang ditemui kadar Fe lebih besar dari 1 mg/l tetapi di dalam air
tanah kadar Fe dapat jauh lebih tinggi (Alaerts dan Santika, 1984).
Keberadaan besi pada kerak bumi menempati posisi keempat terbesar.
Besi ditemukan dalam bentuk kation ferro (Fe2+) dan ferri (Fe3+). Pada pH sekitar
7,5–7,7 ion ferri mengalami oksidasi dan berikatan dengan hidroksida membentuk
Fe(OH)3 yang bersifat tidak larut dan mengendap di dasar perairan membentuk
warna kemerahan pada substrat dasar. Besi termasuk unsur yang esensial bagi
makhluk hidup. Pada tumbuhan, termasuk algae, besi berperan sebagai penyusun
sitokrom dan klorofil. Kadar besi yang berlebihan selain dapat mngakibatkan
timbulnya warna merah juga mengakibatkan karat pada peralatan yang terbuat
dari logam, serta dapat memudarkan bahan celupan (dyes) dan tekstil. Pada
tumbuhan, besi berperan dalam sistem enzim da transfer elektron pada proses
fotosintesis. Namun, kadar besi yang berlebihan dapat menghambat fiksasi unsur
lainnya. (Effendi, 2003).
Kadar besi di perairan yang mendapat cukup aerasi hampir tidak pernah
lebih dari 0.3 mg/liter. Kadar besi di perairan alami berkisar anara 0.05 – 0.2
mg/liter. Pada air tanah dangkal dengan kadar oksigen yang rendah, kadar besi
dapat mencapai 10 – 100 mg/liter. Kadar besi > 1.0 mg/liter dianggap
Universitas Sumatera Utara
18
membahayakan kehidupan organisme akuatik. Air yang dipergunakan bagi air
minum sebaiknya memiliki kadar besi kurang dari 0.3 mg/liter (Effendi, 2003).
Adanya unsur besi dalam air diperlukan untuk memenuhi kebutuhan tubuh
akan unsur tersebut. Zat besi merupakan suatu unsur penting dan berguna untuk
metabolisme tubuh. Besi dibutuhkan tubuh dalam pembentukan haemoglobin.
Untuk keperluan ini tubuh membutuhkan 7 – 35 mg unsur tersebut perhari, yang
tidak hanya diperoleh dari air seperti dari sayuran yang mengandung banyak zat
besi. Konsentrasi unsur ini dalam air yang melebihi 2 mg/l akan menimbulkan
noda-noda pada peralatan dan bahan-bahan berwarna putih. Adanya unsur ini juga
menimbulkan bau dan warna pada air minum. Konsentrasi melebihi 1 mg/l dapat
menyebabkan warna air menjadi kemerah–merahan dan dapat menyebabkan
endapan pada pipa logam (Sutrisno. 1996).
Sekalipun Fe diperlukan oleh tubuh, tetapi dalam dosis besar dapat
merusak dinding usus. Kematian sering kali disebabkan oleh rusaknya dinding
usus ini. Debu Fe juga dapat terakumulasi di dalam alveoli dan menyebabkan
berkurangnya fungsi paru-paru (Slamet, 1994).
Kelebihan Fe jarang terjadi akibat konsumsi yang berasal dari makanan,
tetapi oleh konsumsi suplemen Fe. Fe bersifat toksik bila jumlah transferin
melebihi kebutuhan sehingga mengikat Fe bebas. Konsumsi Fe berlebih berkibat
pada meningkatnya feritrin dan hemosiderin dalam sel parenkim hati. Kadar Fe
dalam feritrin dan hemosiderin juga meningkat Salah satu penyebab serangan
jantung adalah tingginya kadar Fe dalam tubuh. Wanita pre-menopause kurang
beresiko terserang penyakit jantung karena mampu mengurangi kelebihan Fe saat
menstruasi, sementara itu waanita menopause lebih beresiko terserang penyakit
jantung koroner.
Dosis yang melebihi 20 mg/kg berat pada manusia menyebabkan toksisitas
dengan LD50 Fe 60 mg/kg. Konsumsi suplemen Fe melebihi 45mg/hari bisa
menimbulkan iritasi lambung, anak-anak dapat meninggal bila terpapar per oral
sebesar 200mg sampai 5,85gr Fe. Salah satu kekurangan tubuh manusia adalah
tidak terdapatnya mekanisme kontrol pembuangan Fe di dalam tubuh (Widowati,
2008).
Universitas Sumatera Utara
19
Keracunan Fe ini dapat menyebabkan permeabilitas dinding pembuluh
darah kapiler meningkat sehingga plasma darah merembes keluar. Akibatnya,
volume darah menurun, dan hipoksia jaringan menyebabkan asidosis. Penelitian
pada hewan menunjukkan bahwa toksisitas akut dari Fe ini menyebabkan
lamanya proses koagulasi darah (Darmono, 2001).
2.4.6. Magnesium (Mg)
Magnesium (Mg) merupakan salah satu jenis logam ringan. Magnesium
mempunyai nomor atom 12 dengan berat atom 24,3050. Titik didih Mg adalah
1105 0C dan memiliki massa jenis 1,74 gram/cm3 (Widowati, 2008). Mg
berfungsi bagi tanaman yaitu untuk:
a. menyehatkan klorofil
b. mengatur peredaran zat makanan dalam tubuh tanaman, dan
c. mengatur peredaran zat karbohidrat dalam tubuh tanaman (Mulyani, 2005)
Magnesium (Mg) adalah logam alkali tanah yang cukup berlimpah pada
perairan alami. Bersama dengan kalsium, magnesium merupakan penyusun utama
kesadahan. Garam-garam magnesium bersifat mudah larut dan cenderung
bertahan sebagai larutan, meskipun garam-garam kalsium telah mengalami
presipitasi. Magnesium bersifat tidak toksik, bahkan menguntungkan bagi fungsi
hati dan sistem saraf. ( Effendi,2003). Akan tetapi, Cole(1998) mengemukakan
bahwa kadar MgSO4 yang berlebihan dapat mengakibatkan anesthesia pada
organisme vertebrata dan avertebrata. Pada tumbuhan, magnesium terdapat pada
klorofil.
2.5. Destruksi
Destruksi merupakan suatu cara perlakuan perombakan senyawa menjadi
unsur-unsurnya sehingga dapat dianalisis. Jenis destruksi yang dikenal dalam ilmu
kimia ada dua jenis yaitu destruksi basah dan destruksi kering. Kedua destruksi ini
memiliki teknik pengerjaan dan lama pemanasan atau pendestruksian yang
berbeda.
2.5.1. Destruksi Kering
Universitas Sumatera Utara
20
Destruksi kering merupakan penguraian (perombakan) senyawa organik
logam dalam sampel menjadi logam-logam anorganik dengan jalan pengabuan
sampel dan memerlukan suhu pemanasan tertentu. Pada teknik ini sampel
dipanaskan secara bertahap diudara terbuka untuk menguapkan kandungan
air,menguraikan dan mengoksidasi sampel,dimana akhirnya sampel diabukan
pada tanur dengan suhu pengabuan 450 – 550 0C.Bila oksidasi logam yang
bersifat mudah menguap sepertinya analisis Kadmium dan Krom maka perlakuan
tidak memberikan hasil yang baik,sebab pada suhu tinggi oksida-oksida logam ini
telah habis menguap (untuk analisis Kadmium dan Krom dilakukan pada suhu
antara 300 – 320 0C.Namun terdapat juga perlakuan destruksi kering pada suhu
pengabuan pada suhu 750 0C atau bahkan 980 0C (Raimon, 1992).
Masalah utama dengan teknik yang sederhana ini bahwa tiap unsur dapat
diubah menjadi senyawa yang mudah menguap secara cepat sehingga hilang
sebagian atau keseluruhan logam tersebut.Kehilangan dengan cara penguapan ini
akan menjadi lebih besar jika pengabuan dilakukan pada suhu yang lebih tinggi
lagi.Akan tetapi jika pengabuan dilakukan pada suhu yang lebih rendah maka
sampel tidak akan diabukan secara keseluruhan dan juga kan menjadi faktor
kesalahan.Maka sebaiknya prosedur ini dilakukan didalam tanur sehingga kita
dapat mengatur temperatur dan menentukan temperatur yang cocok dimana
temperatur yang dipakai harus disesuaikan dengan unsur yang akan dianalisa
(Haswel, 1991).
Dekstruksi kering merupakan yang paling umum digunakan dengan cara
membakar habis bagian organik dan meninggalkan residu anorganik sebagai abu
untuk analisis lebih lanjut. Pada destruksi kering suhu pengabuan harus
diperhatikan karena banyak elemen abu yang dapat menguap pada suhu tinggi,
selain itu suhu pengabuan juga dapat menyebabkan dekomposisi senyawa
tertentu. Oleh karena itu suhu pengabuan untuk setiap bahan berbeda beda
bergantung komponen yang ada dalam bahan tersebut. Pengabuan kering dapat
diterapkan pada hampir semua analisa mineral, kecuali merkuri dan arsen. Cara
ini lebih membutuhkan sedikit ketelitian sehingga mampu menganalisa bahan
lebih banyak dari pada pengabuan basah. (Apriyanto, 1989). Namun pada
destruksi kering sering terjadi kehilangan unsur-unsur mikro tertentu karena suhu
Universitas Sumatera Utara
21
pemanasan yang tinggi, dapat juga terjadi reaksi antara unsur dengan wadah
(Hidayati, 2013).
2.5.2. Destruksi Basah
Destruksi
basah
merupakan
proses
perombakan
sample
dengan
menggunakan asam kuat baik tunggal maupun campuran. Kemudian dioksidasi
dengan menggunakan zat oksidator. Pelarut yang digunakan pada metode ini
adalah asam nitrat , asam sulfat , asam perkhlorat , asam klorida yang dapat
digunakan secara
tunggal
maupun
campuran.
Destruksi basah
dengan
menggunakan asam nitrat pertama kali dilakukan cerius untuk penentuan SP, As
dan logam dalam senyawa organik. Tahap perlakuan destruksi basah adalah
sampel dimasukkan dalam labu takar , kemudian ditambahkan 8mL asam nitrat
65% (HNO3) pekat. Setelah itu sampel dilarutkan dalam asam nitrat 10 % ,
kemudian disaring melalui kertas saring whatman 42 dan dimasukkan kedalam
gelas ukur 50mL dengan menggunakan corong plastic polytilen. Selanjutnya
ditambahkan dengan aquabides dan ad 50mL.
Dekstruksi basah yaitu pemanasan sampel (organik atau biologis) dengan
adanya pengoksidasi kuat seperti asam-asam mineral baik tunggal maupun
campuran. Jika dalam sampel dimasukkan zat pengoksidasi, lalu dipanaskan pada
temperatur yang cukup tinggi dan jika pemanasan dilakukan secara kontiniu pada
waktu yang cukup lama, maka sampel akan teroksidasi sempurna sehingga
meninggalkan berbagai elemen-elemen pada larutan asam dalam bentuk senyawa
anorganik yang sesuai untuk dianalisis (Anderson, 1987).
Dekstruksi basah pada prinsipnya adalah penggunaan asam nitrat untuk
mendekstruksi zat organik pada suhu rendah dengan maksud mengurangi
kehilangan mineral akibat penguapan. Pada tahap selanjutnya, proses seringkali
berlangsung sangat cepat akibat pengaruh asam perklorat atau hidrat peroksida.
Dekstruksi basah pada umumnya digunakan untuk menganalisa arsen, tembaga,
timah hitam, timah putih, dan seng (Hidayati, 2013).
Ada tiga macam cara kerja dekstruksi basah, yaitu :
1. Dekstruksi basah menggunakan HNO3 dan HClO4
2. Dekstruksi basah menggunakan HNO3, H2SO4 dan HClO4
Universitas Sumatera Utara
22
3. Dekstruksi basah menggunakan HNO3, H2SO4 dan H2O2
(Hidayati, 2013).
Menurut Sumardi (1981: 507), metode destruksi basah lebih baik dari pada
cara kering karena tidak banyak bahan yang hilang dengan suhu pengabuan yang
sangat tinggi. Hal ini merupakan salah satu faktor mengapa cara basah lebih
sering digunakan oleh para peneliti. Di samping itu destruksi dengan cara basah
biasanya dilakukan untuk memperbaiki cara kering yang biasanya memerlukan
waktu yang lama (Hidayati, 2013).
2.6. Spektrometri ICP-OES Variant Liberty
Inductively Couple plasma merupakan spektroskopi nyala untuk
menganalisa unsur logam dalam suatu bahan. Bahan yang akan dianalisa harus
berwujud larutan yang homogen.Ada sekitar 80 unsur yang dapat dianalisa
dengan menggunakan alat ini.Kelebihan alat ini adalah sangat selektif dan dapat
digunakan untuk mengukur beberapa unsur sekaligus didalam sampel pada saat
pengukuran. Akan tetapi dengan semakin banyaknya permintaan pengukuran
ternyata alat ini mempunyai kelemahan yaitu akan menjadi kurang sensitif
terhadap pengukuran unsur yang mempunyai panjang gelombang dibawah 200
nm.Keterbatasan pengukuran tersebut ditunjukkan dengan nilai limit deteksi yang
diperoleh. (Siti Amini 1997).
2.6.1. Prinsip Kerja Alat Inductively Couple Plasma (ICP)
Prinsip umum dari alat ini adalah dengan mengukur intensitas energi /
radiasi yang dipancarkan oleh unsur-unsur yang mengalami perubahan tingkat
energi atom (eksitasi / ionisasi).Larutan sampel dihisap dan dialirkan melalui
tabung kapiler ke nebulizer. Nebulizer akan mengubah larutan sampel menjadi
bentuk aerosol yang selanjutnya diinjeksi oleh ICP. Pada temperatur plasma maka
sampel akan mengalami ionisasi dan eksitasi.Atom yang tereksitasi akan kembali
kedalam keadaan awal (ground state ) dan memancarkan sinar radiasi.Sinar radiasi
ini akan didispersi dengan komponen optik.Sinar yang terdispersi ,secara
berurutan akan muncul pada masing-masing panjang gelombang unsur dan
dirubah dalam bentuk sinyak listrik yang besarnya sebanding dengan sinar yang
Universitas Sumatera Utara
23
dipancarkan oleh besarnya konsentrasi unsur.Sinyal ini kemudian diperoses oleh
bagian sistim pengolahan data (Siti Amini, 1997).
Penggunaan ICP pertama kali dilakukan oleh Reed tahun 1961 yang ingin
melihat refraksi Kristal (titik didih) pada logam aluminium. Kelebihan alat ini
adalah sangat selektif dan dapat digunakan untuk mengukur beberapa unsur
sekaligus berurutan dalam setiap pengukuran. Inductively Couple plasma
merupakan spektroskopi nyala untuk menganalisa unsur logam dalam suatu
bahan. Bahan yang akan dianalisa harus berwujud larutan yang homogen.Ada
sekitar 80 unsur yang dapat dianalisa dengan menggunakan alat ini.Kelebihan alat
ini adalah sangat selektif dan dapat digunakan untuk mengukur beberapa unsur
sekaligus didalam sampel pada saat pengukuran. Akan tetapi dengan semakin
banyaknya permintaan pengukuran ternyata alat ini mempunyai kelemahan yaitu
akan menjadi kurang sensitif terhadap pengukuran unsur yang mempunyai
panjang gelombang dibawah 200 nm.Keterbatasan pengukuran tersebut
ditunjukkan dengan nilai limit deteksi yang diperoleh. (Siti Amini 1997).
Komponen alat ICP-OES Variant Liberty
1. Penghantar sampel
2. ICP torch
3. Generator pengatur gelombang
4. Optik Spektrometer
5. Detektor
6. Pengatur komputerisasi instrument , pengumpulan dan analisis data.
2.6.2. Instrumentasi Inductively Couple Plasma (ICP)
a. Plasma
Plasma sebuah gas terionisasi , ketika obor dinyatakan medan magnet yang kuat.
b. Medan Magnet
Sebuah medan magnet adalah medan vektor yang dapat memberikan suatu gaya
magnet pada muatan listrik bergerak dan pada dipol magnetik. Ketika
ditempatkan dalam medan magnet , magnet dipol cenderung untuk menyelaraskan
dengan medan magnet dari RF generator dihidupkan.Argon gas yang mengalir
melalui dinyalakan dengan satuan tesla. Argon gas yang terionisasi dalam bidang
Universitas Sumatera Utara
24
ini dan mengalir dalam suatu pola simetris rotationally kearah medan magnet
kumparan RF. Yang stabil , suhu tinggi plasma sekitar 7000 K ini kemudian
dihasilkan sebagai hasil dari tumbukan inelastis dibuat antara atom argon netral
dan partikel bermuatan.
c. Pompa Peristaltik
Sebuah pompa peristaltik adalah jenis pompa perpindahan positif digunakan
untuk memompa berbagai cairan. Fluida yang terkandung dalam tabung fleksibel
yang dipasang di dalam casing pompa melingkar memberikan sebuah berair atau
sampel organic menjadi nebulizer.
d. Nebulizer
Nebulizer berfungsi untuk mengubah cairan sampel menjadi aerosol.
e. Spray chamber
Spray chamber berfungsi untuk mentransportasikan aerosol ke plasma , pada
spray chamberini aerosol mengalami desolvasi atau volatisasi yaitu proses
penghilangan pelarut sehingga didapatkan aerosol kering yang bentuknya telah
seragam.
f. RF generator
RF generator adalah alat yang menyediakan tegangan (700-1500 Watt) untuk
menyalakan plasma dengan argon sebagai sumber gas nya. Tegangan ini
ditransferkan ke plasma melalui load coil , yang mengelilingi puncak dari obor.
g. Difraksi Kisi
Dalam optik , kisi difraksi adalah komponen optic dengan pola yang teratur yang
terbagi menjadi beberapa sinar cahaya perjalanan di arah yang berbeda dimana ia
di pisahkan menjadi komponen radiasi dalam spektrometer optik. Intensitas
cahaya kemudian diukur dengan photomultipier.
h. Photomultiplier
Photomultiplier merupakan sebuah tabung vakum , dan lebih khusus lagi
phototubes , dimana alat ini sangat sensitif terhadap detektor cahaya dalam bentuk
sinar ultraviolet , cahaya tampak , dan infra merah.
Inductively coupled plasma – optic emission spectrometer (ICP-OES)
merupakan alat yang digunakan untuk menganalisa unsur logam dalam suatu
bahan. Bahan yang dianalisa dengan alat ini harus dalam bentuk larutan yang
Universitas Sumatera Utara
25
homogen. Alat ini merupakan alat analisis kimia kuantitatif yang mempunyai
kemampuan menganalisa 80% unsur yang ada dalam sistem periodik.
Penggunaan ICP pertama kali dilakukan oleh Reed tahun 1961 yang ingin
melihat refraksi Kristal (titik didih) pada logam aluminium. Kelebihan alat ini
adalah sangat selektif dan dapat digunakan untuk mengukur beberapa unsur
sekaligus berurutan dalam setiap pengukuran.
Komponen alat ICP-OES Variant Liberty
1. Penghantar sampel
2. ICP torch
3. Generator pengatur gelombang
4. Optik Spektrometer
5. Detektor
6. Pengatur komputerisasi instrument , pengumpulan dan analisis data.
Skema Alat Inductively Coupled Plasma (ICP) Variant Liberty
Universitas Sumatera Utara
26
Cara kerja ICP-OES Variant Liberty
Prinsip umum pada pengukuran ini adalah mengukur intensitas energy/radiasi
yang dipancarkan oleh unsur yang mengalami perubahan tingkat energi atom.
Larutan sampel dihisap dan dialirkan melalui capillary tube ke nebulizer.
Nebulizer akan mengubah larutan sampel ke bentuk aerosol yang kemudian
diinjeksikan ke ICP-OES. Pada temperatur plasma sekitar 6000-8000°C, sampel –
sampel akan teratomisasi dan tereksitasi. Atom yang tereksitasi akan kembali ke
keadaan awal sambil memancarkan sinar radiasi. Sinar radiasi ini didispersi oleh
komponen optic. Sinar yang terdispersi secara berurutan muncul pada bagian
masing – masing panjang gelombang unsur dan diubah dalam bentuk sinyal listrik
dan besarnya sebanding dengan sinar yang dipancarkan oleh besarnya konsentrasi
unsur. Sinyal listrik ini kemudian diproses oleh sistem pengolahan data.
( Tarigan, 2015)
Universitas Sumatera Utara