BAR I I

' I ' IN. 'AIIAN PT JSI 'AK,\

l . Tinjauan Unrum ' l 'cntang' l -cor i

Adsorpsi

Pcningkalan konsentrasi sualu zat pada pcrnrukaan anlara dua lbsc

dibandingkan dengan konsentrasi zat tcrsebut dalarn rlediurn pendispersinya

disebut dengan adsorpsi. Zal yang di.lcrap disebut lasc tcrierap sedangkan zat

yang menjerap disebut penjerap ( adsorben ) ( Maron I 974; Moechtar, 1989 ).

Penjerapan ada 2 jenis yaitu penjerapan fisika dan penjerapan kimia,

sebagai contoh penjerapan fisika yaitu penjerapan yang disebabkan oleh ikatan

Van der Waals yang ada pada pennukaan penjerap dengan jenis ikatan vang

lemah sampai yang kuat.

Penjerapan fisika ( adsorpsi Van der Waals ) mernpunyal cirr-cirinya

sebagai berikut :

-Karakteristik penjerapan dengan pemanasan rendah, utnurnnva kurang dari

I 0.000 kalori per mol penjerap.

-Energi yang menvertai penjerapan sama sepe(i energi pencairan gas.

-Gaya yang bekerla adalah gaya Van der Waals.

-Prosesnva berlangsung cepat.

-llersilat reversrbcl.

Sedangkan yang dirnaksud dcngan penjerapan kirnia adalah terjadinva reaksi

anlara ra1 r ,anu cl iscrap dcngan pcnlerap (Sukar. jo. 1985 )

Penjerapan kirnia ( adsorpsi terakt i l tan ) mempunvai ctr t -

bcr iku( :

7

sehagai

- I ) iscr la i pcrubahan panas van! leblh t inggi dcngan batasan 20 000 sampat

l( iu.Ouo kalor pcr mol pcn jcrap

- I-a.1u penjerapnya mentngkat sebanding dengan mcningkatnya temperatur'

- I )enjerapan rnr letrrh spesi l ik di a lam dar ipada adsorpsi f isrk dan drtunlukkan

hanya di rnana ada kekuatan yang rnenuniuk pada fbrmasi campuran antara gas

dan penjerap.

- Memerlukan keaktifan

- Bersilat ineversibel

Dalam perhitungan penjerapan dalam larutan digunakan persamaan

Langmuir dan Freundlich. Persamaan Langmuir digunakan untuk menjelaskan

proses penjerapan pada permukaan zat padat dan lebih dikenal densan " Isotherm

Adsorpsr Langrnuir " berlaku untuk penjerapan lapisan tunggal ( Inonolaver ) pada

permukaan zat yang homogen.

Persamaan Langmuir tersebut dapat diturunkan secara teoritis dengan

Inenganggap terjadinya sualu kesetirrlbangan anlara rrolekul vang diabsorpsi

dcngan molekul yang masih bebas. I'ersamaan isoterm tersebut dapat diturunkan

sebagar berikut :

\ | r -

x / r r r a ( V r n ) t n a l s l r / l t t ) n l a k s ^ '

d rmana ;

C Konscntrasi tnolckul za( lcr larut

crnnva

x : f. mol zat terlarut yang tcrierap pgr I gram pcnlerap

a : letapan

m bcrat PenjeraP

x/m : kapasitas monolaYer '

Sedangkan Freundlich menyatakan bahrva banyaknya znt padat yang

diierap oleh sejumlah tenentu penjerap relatif bertarnbah cepat dengan

bertambahnya konsentrasi, kemudran menjadi lambal bila pennukaan penjerap

te(utup oleh molekul gas yang terdapat dalam larutan

Persamaan Freundlich dapat ditulis sebagai berikut :

x/m : k.C l/n

di mana :

x : I zat terlarut yang dijerap padatan bermassa m

m : berat penjeraP

k dan n mempunyai harga yang konstan' tergantung suhu' penjerap dan

bahan untuk dijerap. Rumus dratas dapat diubah kembali bentuk logaritma' yaitu :

log x./m : log K + t/n log C

di mana :

x/m : massa zalyangdijerap per massa adsorben

C - konsentrasi zat pada saat keselimbangan

k,n : tetapan empiris

Dari persamaan terscbut dapat drgambarkan grafik antara ltlg x/m vs log C yang

l in ier dengan slope l rn dan interscp log K

l-og -_ t n

Gambar I : Kurva penjerapan vs konsentrasi menurut Freundlich

2. Tinjauan Umum Tentang Jerami Padi

Di negara - negara tropika dan subtropika beras ( padi yang diolah )

merupakan sumber bahan pangan pokok sebagai pengganli serella Yang sangal

diperlukan oleh lebih dari setengah penduduk dunia ( Nicholas' 1990 )

Indonesia merupakan salah salu ncgara penghasil padi yang cukup bcsar

di dunia, khususnya di Pulau Jawa dimana banyak terdapat tanaman padi ( Or.v:u

suti\) ). f)ari proses pengolahan padr akan drhasrlkan hasil sarnplng vang

jumlahnya cukup banyak, salah satunva adalah .ic'rami padi. Jcrami padi ini

biasanya digunakan untuk rnemelihara ternak, pcmbuatan kcrtas dan pulp. mcdia

penanarnan. jarnur, bahan produksi tekst i l , bahan bangunan, dan kera- i inan langan

l 0

t)rsamping itu lerkadang jerami padi sering dibuang percuma, oleh karena itu

sebaiknya jcranr i padi diolah sehingga menrpunyai daya guna dan ni la i ekononrts

yang t inggr.

Sel jcrami padi terdiri dari isi sel dan dinding sel sedangkan tanamah padi

sendiri terdirr dari 28oh helaian daun, 36% pelepah daun dan 3l7o batang daun

(jerarni 1 ( Doyle, 1986 ). Prosentase isi selnya antara l4o/o sarnpai 4670 terdiri

dar i protein, gula, ami lum, Iemak dan mineral sedangkan pada dinding sel terdir i

dari selulosa sebanyak 30% sampai 5l%, hemiselulosa 67o sampai 25oh dan

lignin 4o/o sampai l0%. Dari rata prosen di atas tampak bahwa selulosa adalah

kandungan terbesar dalam dinding sel dan bahan tersebut diduga dapat menjerap

logam - logam berat (Cowd, 1982 ).

Selulosa dan pati adalah polisakarida yang banyak dikenal, jaringan

berserat dalam dindrng sel juga mengandung polisakarida selulosa yang

rnerupakan polimer alarn yang paling banyak terdapat dan tersebar di alam.

Secara kirnia selulosa merupakan polimer dari glukosa, karena tersusun atas

satuan B - d glukosayangterikat dengan ikatan glikosida( I -+ 4 ) membentuk

molekul mir ip rantai lurus. Runrus molekul selulosa adalah (CnH,, ,O. 1n.

Sebuah molekul selulosa alam mempunyai berat molekulnya antara 35000 -

550000 dan residu glukosa anlara 2000 sampai 3000 buah ( Lovcless, I 991 ).

l t

. elc.o'

Garnbar 2 : Struktur / rumus kimia selulosa ( Holum, 1996 ).

Ditiniau darr strukturnya, selulosa diharapkan nlempunyai kelarutan yang

besar dalam air, karena banyaknya kandungan gugus hidroksil yang dapat

membentuk ikatan hidrogen dengan air ( antaraksi yang tinggi antara pelarut-

terlarut ). Akan letapi pada kenyataannya lidak demikian, karena selulosa bukan

hanya tidak larut dalam air tetapi juga dalarn pelarut lain. Penyebabnya ialah

kekakuan rantai dan tingginya gaya antar rantai akrbat ikatan hrdrogcn antar

gugus hidroksil pada rantai yang bcrdekatan dan laktor ini dipandang mcniadi

penyebab kekristalan yang tinggi dari seral sclulosa. Karenajika ikatan hidrogen

berkurang ga1,a antaraksi pun bcrkurang, oleh karenanya gugus hidroksil selulosa

harus diganti sebagian atau seluruhnya oleh pengeslcran.

Ikalan antara selulosa dan l ignin pada dinding sel sangat kual , sehingga

dalam pernisahannya memerlukan perlakuan kirnia yang intensif. Sebagai conloh

),ai lu pemisahan sclulosa dar i kavu dcnqan nrengutrnakan larulan [relcrang

t2

natriurndioksida

disul f ida

dan hidrogen sulfit, atau

dalam air pada proses sullal

larutan natrium hidroksida dan

( proscs kra{i ) ( Corvd. l9tt2 1.

Gambar 3 : Saiah satu bentuk struk(ur l r r in in ( Fenucl . l99l )

3. Tinjauan t lmum l 'entang l -ogam Bcrat l ,h dan Cd

l)rcscs - proses lndustri pada saat ini banyak mengakibalkan pencemaran

irngkungan dcngan meningkalnya kegiatan rranusia, maka kandungan logam

bcrat itu menjadi hertambah sehingga mcnimbulkan gangguan kesehatan bagi

tnanusia nraupun l ingkungan hidupnva ( l la i lo et al . l97lJ ) .

t3

l-ogam berat didelinisikan scbagai suatu unsur kimia yang mempunyai

beral alom lebih besar dari berat atotn Na dan nrempunvai el'ck vang merugikan

bagi tubuh dalam dosis keci l ( l laryono, 1994 ) .

' l 'anpa disadari rnanusia scnantiasa berhubungan dengan logam bcrat

dalam kehidupannya. Logam - logarn herat ini disatu sisr memang dibutuhkan

oleh rnanusia, sepertr logam bcsi ( liel digunakan unluk Inenlbentuk sel darah

(llacmoglobin ), tetapr disisi lain logam berat ini berbahaya bagi kehidupan

manusia jika masuk ke dalam tubuh dalam kadar yang tinggi, Sebagai contoh

logam berat yang membahayakan adalah kadmium ( Cd ) dan timbal (Pb)

yang masing - masrng mempunyai batas rnaksrmum dalam air minum sebesar

0.01 mg/L dan 0.05 mg/L ( Peraturan Menteri. 1988 1.

Logam - logarn berat secara alamiah terdapat dalam air, tanah dan udara.

tetapi saat ini sumber pencemaran logam beral kebanyakan berasal dari industri,

lerularna jndustri cat, induslri pembuatan baterai, industrr geias dan iain - lain.

Kandungan unsur logam berat di suatu perairan dapat berasal dari sumbcr

pencucian biji logam, linrbah perrninvakan dan kemungkinan pula disebabkan

pelapukan tanah i sumber lain ( Clesceri el al, 1989 ).

3 .1 Kadmium ( Cd )

Kadrniurn merupakan logam berat yang sangal beracun, bcrasal dari

l i rnbah industrr , penambanuan. zal warna, baterat, industr i cal . k inr ia. tckst i l .

kcramik, kcndaraan, pclapisan clektro, pcst is ida ( ' l 'he Merck Inder. 1976 ) .

l 4

Keracunan logam bcrat kadmiurr dapat melalui makanan, air dan udara.

Kadmium berakurnulasi dalanr ginlal dan hat i . Keracunan logant in i b iasanla

ter.jadi karena mcnghirup dcbu dan asap vang mengandung kadrniurn ( kadmium

oksrda ; dan garanr kadrriuni yang tennakan. Kadnrium yang tennakan akan

mcnimbulkan rnual, muntah, salivasi, diare dan kejang perut. l'anda dan gejala

yang tirnbul dalanr rvaktu beberapa jatn tneliputi peradangan saluran natas drn

sakit dada, mual, pusing dan diarc ( Cian, l9ll7 ). Dampak keracunan yang

ditimbulkan adalah kerusakan ginlal, gangguan pada tulang ( multiple faktur ),

darah tinggi, kehilangan sel darah merah, gangguan lambung, kerapuhan tulang

(Antony ,1992).

Keracunan logam kadmium di Jepang terkenal dengan nama penyakrt

itai-itai dimana penyakit ini timbul karena masyarakat mengkonsumsi nasi yang

berasal dari tanaman padi yang dialiri oleh air sungai yang mengandung limbah

kadrnium (Sjanrsudin, 1987. Bai iev er al , 1987).

Dr alam kadmtum bercampur dengan seng dan timbal. pengolahan seng

dan timbal ini seringkali mengakibatkan penccmaran i.ingkungan oleh kadrnium.

Batu bara dan bahan bakar fosil lainnya juga mengandung kadmium dan

pernbakaran bahan inr melepaskan unsur kadmium ke dalam lingkungan.

Sutnber utalna dari keracunan logarn ini adalah pada konlaminast makanan,

dimana bahan makanan dikatakan lercemar apabila kadar kadrniunt lebih dari

0,5 mcg per grar) berat basah dan jumlah endapan rata-rata per hari 50 rncg.

Rokok juga r lerupakan sunrber keracunan louant rnr. d inrana sct iap l ratang

t5

mengandung I sampai 2 mcg kadmium. Walaupun pcnicrapan kadrnium melalui

paru l0?i,, rnenghisap salu bungkus rokok per harr bcrarti mengkonsunlsi

k i ra-kira I ng kadnrium pertahun (( ian, l9t t7 )

3.2 - l ' imbal ( l 'b )

Sumber pencemaran tirnbal berasal dari limbah industri cat, zat warna,

bahan bakar rrobil, baterai, bahan peledak dan percelakan. Keracunan logarn int

menimbulkan kekacauan sistem saraf pusat dan merusak ginjal ( The Merck

Index. 1976 ) .

Terhadap susunan saraf pusat timbal menyebabkan parestesia, nyeri dan

kelemahan otot. Anemia berat dan hernoglobrnuria terjadi karena hernolisrs

darah. Kerusakan ginjal karena keracunan logam ini dapat menimbulkan

kernalian yang dapat terjadi dalam I - 2 hari ( Gan. 1987 ).

Gelala keracunan timbal ditandar dengan tirnbulnva nrual.

muntah-munlah vang menverupai susu dan sakit perut yang hebat. llal rni terjadi

apabif a kadar logarr timbal dalam darah rnelebihr 0,72 mg/L ( Gan, 1987 ).

Pencenraran logarn Pb ini paling banyak terdapat dalam udara. dapat

juga terjadi dalam air. Batasan kadar Pb dalam air yang masih diperbolehkan

dalarn kehidupan sehari-hari adalah 0,05 mg/l- ( Rvadr, l9ti4 ).

Manusia dapal keracunan unsur in i rnelalui udara, makanan dan air .

Sebagar contoh trrrbal drgunakan sebagai " antrknocking " ( ntcnsulant i bunvi

ber is ik pada nresin bensin ) , d i tarnbahkan ko dalanr bensin dimana didalanrnva

l 6

terkandung I ml /L timbal letraetil. Penggunaan timbal dalam bensin ini

rlcrupakan salalr satu sutnbcr logam beral bagi tubuh makhluk hidup dan

mcrupakan racun bagi tubuh rnakhluk hidup, karena penggunaannya Yang

berlebihan (Gan, 1987 ) .

Sumber-sumber lain darr timbal dalarn

arsenal dan linlbal aselat yang drpakai sebagar

digunakan dalarn batcrai dan solder selain i tu

berburu. Pembakaran batu bara dan minyak

dalam jumlah keci l ( Bai ley et al , l978 ) .

l ingkungan manusia yaitu t irnbal

insektisida. Tinrbal . juga banyak

untuk pemakaian amunisi untuk

juga melepaskan timbal lerapi

4. Tinjauan Umum Tentang ICPS ( Inductively Coupled Plasma Spectrometer )

ICPS ( lndutively (bupletl l)lasma Spectromater ) diprkenalkan pada

tahun 1974 dan mulai diterapkan dalam bidang geokirnia, rnetalurgi, dan proses

kimia yang memonitor industri - industri.

ICPS adalah tipe khusus dari plasrna yanu energinva diperoleh dari rnduksi

medan magnet pada frekuensi tinggi. Plasma sebenamya merupakan sebagian gas

vans lenon, lerbenluk secara elektromagnelik oleh induksi gas argon pada

lrekuensi radio. Proses pada ICPS adalah dengan pengukuran sinar radiasi yang

drpancarkan oleh ion atau alom yang tereksilasi dari tingkat energi tinggi kc

t ingkat energi yang lebih rendah ( Wi l lard, l98l ) .

l '1

Pr insip Keria l ( )PS

Arus listrrk pada liekuensi radio dilovatkan pada kurnparan induksi yang

terbual dar i logatr . Arus in i kcnrudian rnenghasr lkan nredan magnet Medan

rnagnct in i berhubungan dengan garrs - gar is gaya yang rnelalui sumbu tabung

kuarsa pada bagran dalarn kurrparan. Eleklron - elektron dari kumparan tesla

scbagai pcnyembur arval bcrgerak diperccpat olch medan eleklrornagnetik

dengan orbi t nrel ingkar dalarn tabuog kuarsa. Eleklron - elektron in i

memindahkan energinya pada gas argon dengan cara benturan sehingga gas

argonnya menjadi panas, maka atom dan ron yang tereksitasi diperoleh dalam

konsentrasi yang tinggi. Suhu yang diperoleh dari ICPS adalah 6000'- 10.000" K

bergantung pada jarak muatan kumparan atas lokasi dan dalam plasma.

Sampel yang disuntikkan ke dalam plasma berbentuk aerosol, uap yang

lrmbul karena suhu trnggr ataupun serbuk halus. Sampel dibarva ke dalam

nebuliser yang berisi argon dengan kecepatan alirannya sekitar I L /rn ( Skoog.

1992 )

l 8

l : i t l ( l

Gambar 4 Consentric annular ncbulizer, ruang pcrcikan, dan alat suluh untukspcktroskopr emisi ICPS ( Christian, | 986 ).

ICPS terdiri dari tiga labung kuarsa ( silika ) yang konsentris dengan

diarneter lcrbesar 2,5 crn. T'abung perlama dan kedua berisi plasnra argon,

scdang tabung kctiga yang berada dipusat untuk mcnyuntikkan sampel yang

sudah rnenjadi acrosol melalui p lasrna argon

t q

Sedikit di atas puncak tabung-labung ini terdapat kumparan induksi vang dibcri

kekualan oleh generalor iiekuensi radro schingga mampu menghasilkan encrgl

sebcsar 2 ki lowatt p da21,l4 Mhz ( Wil lard' l9tt l . Skoog' 1992 )

l ' l l .nE Totih

Gambar 5 Skema oroses nada ICPS ( Frsons lnstrumenl )

Aliran argon yang mcngalir pada tabung pertama berfungsi untuk

nrel indungi kuarsa dar i suhu trnggi atau dcngan kata la in ber lungsi sebagai

pcndingin ( " Crxr lanl " ,1 Alrran arron kedua untuk membentuk _ialan vang

l0

efektif dalarn mcmbawa sarnpel pada pusal tnengalir tidak pada pusat

penyemburan sehingua pentanasannva dalam pembarva, 0 sarnpai I litcr pcr

menit dalam plasma pcrnbantu dan l5 I r le r per mcnit dalarn plasma coolant.

ICPS Fisons Model 34 lU l rncrunakan ranr:kaian [CI)S de ngan kiner ja

t inggi untuk menganal isa elemen secara rur in dan rnornccahkan rnasalah anal i t is

yanu memberikan stabi i i tas, kepercavaan dan kemampuan lrngrr .

Alat ini peka lerhadap senyawa - scnyawa dcngan konsentrasi renclah.

Keunlungan dar i ICPS 3410 . .

I . Stabilitas tinggi

2. Kine4a tinggi

3. Dalam menganalisis tidak perlu perawatan tiap hari

4. Cepal mencapai puncak p€ngamatan

5. Penggunaan gas argon rendah

6. Dispersi dan reduksi spektra maksinral

7. Mefarutkan zat padat secara total

8. Penyimpangan sinar kecil

Hal - hal yang harus diperhatikan agar ICI)S dalam rnenganalisis secara

kuantitatif, vailu masukan energi. kecepatan aliran gas plasma dan tinggi

pengamatan di atas kumparan induksi. Kondisi operasi ini dapat dialur dengan

mudah sehingga inlensilas sinyar yang nre'dekati optimum untuk scbasian besar

elcrnen didapatkan dalaln salu dacrah pandang spektroskopi.