BAB I PENDAHULUAN A. Latar...
Transcript of BAB I PENDAHULUAN A. Latar...
1
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Tumbuhan membutuhkan berbagai macam zat kimia untuk tumbuh.
Sedikitnya terdapat 16 unsur penting yang dibutuhkan tumbuhan, yaitu C, H, O,
N, P, K, Ca, Mg, S, Fe, Mn, Zn, Cu, Mo, B, dan Cl. Pemanfaatan tanah yang
berlebihan dan praktek monokultur mengurangi nutrisi dalam tanah, terutama N,
P, K, dan Ca. Oleh karena itu, N, P, K, dan nutrisi tumbuhan lainnya harus
ditambahkan secara periodik melalui pemupukan. Pupuk dapat mengandung
berbagai nutrisi tumbuhan, tetapi sebagian besar mengandung nitrogen (N), fosfor
(P), dan kalium (K) (Artiola dkk., 2006).
Pupuk Nitrogen-Phosphorus-Kalium (NPK) dapat mengandung Cd, Pb,
Zn, Hg, dan logam berat lainnya tergantung asal batuan yang digunakan untuk
membuat pupuk. Penggunaan pupuk yang terkontaminasi berbagai logam berat
menyebabkan konsentrasi logam berat dalam tanah dan air semakin tinggi.
Paparan logam berat terbesar melalui makanan karena tumbuhan dan hewan
mengakumulasi logam tersebut dari tanah dan air (Bradl, 2005).
Kadmium dengan konsentrasi 16 mg/L dalam makanan dapat
menyebabkan toksisitas akut berupa mual, muntah, diare, dan nyeri abdomen.
Paparan kronis kadmium dapat menyebabkan kerusakan jantung, paru-paru,
tulang, gonad, dan terutama ginjal. Timbal dapat mengganggu proses seluler dan
molekuler dalam tubuh sehingga mempengaruhi berbagai organ dan fungsi
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
2
fisiologis. Toksisitas timbal tergantung pada jumlah, durasi, dan luas paparan.
Timbal dapat mempengaruhi gastrointestinal, alat gerak, morfologi sel darah, dan
menyebabkan hipertensi. Merkuri merupakan racun yang akan terakumulasi
dalam tubuh. Toksisitas merkuri dapat berpengaruh pada sistem saraf dan ginjal.
Tingkat toksisitasnya tergantung bentuk kimia dan jalur paparan (Gad, 2005).
Banyaknya penggunaan pupuk NPK menyebabkan kemungkinan
pencemaran kadmium, timbal, dan merkuri sangat tinggi. Oleh karena itu, kadar
logam tersebut dalam pupuk NPK perlu dibatasi untuk mengurangi pencemaran
logam berat pada lingkungan. Kuantifikasi kadar logam berat dalam pupuk
termasuk analisis sekelumit (trace analysis) sehingga diperlukan metode analisis
yang peka. Metode analisis kadmium dan timbal yang banyak digunakan adalah
spektrofotometri serapan atom nyala (Vignola dkk., 2010; Sabiha-Javied dkk.,
2009; Nascentes dkk., 2005; Duran dkk., 2007), sedangkan analisis merkuri
menggunakan Mercury Analyzer banyak dilaporkan oleh para peneliti (Horvat
dkk., 1991; Nguyen dkk., 1998; Jarzyńska dan Falandysz, 2011). Penelitian-
penelitian tersebut menggunakan teknik preparasi sampel yang panjang dan rumit,
sehingga tidak aplikatif untuk digunakan dalam analisis rutin. Untuk itu,
diperlukan metode analisis dengan preparasi sampel yang lebih sederhana.
Preparasi sampel pada penelitian ini menggunakan destruksi basah dengan
perbandingan asam nitrat dan asam perklorat 1:2 v/v. Penelitian ini bertujuan
untuk memvalidasi metode analisis kadmium dan timbal dengan spektrofotometri
serapan atom nyala dan merkuri dengan Mercury Analyzer dalam pupuk NPK
sehingga metode tersebut dapat digunakan dalam analisis rutin.
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
3
B. Perumusan Masalah
Rumusan masalah yang akan diselesaikan dalam penelitian ini adalah:
1. Apakah metode analisis kadmium dan timbal dalam pupuk NPK dengan
spektrofotometri serapan atom nyala adalah metode yang valid?
2. Apakah metode analisis merkuri dalam pupuk NPK dengan Mercury Analyzer
adalah metode yang valid?
3. Apakah pupuk NPK di pasaran mengandung kadmium, timbal, dan merkuri
dalam batas aman?
C. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk:
1. Melakukan validasi metode analisis Cd dan Pb dalam pupuk NPK secara
spektrofotometri serapan atom nyala.
2. Melakukan validasi metode analisis Hg dalam pupuk NPK dengan Mercury
Analyzer.
3. Mengukur kadar kadmium, timbal, dan merkuri dalam pupuk NPK yang
beredar di pasaran.
D. Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat menghasilkan metode analisis Cd dan Pb
dengan spektrofotometri serapan atom nyala dan Hg dengan Mercury Analyzer
yang valid dan dapat diaplikasikan oleh pihak terkait untuk analisis rutin cemaran
Cd, Pb, dan Hg dalam pupuk NPK.
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
4
E. Tinjauan Pustaka
1. Pupuk NPK
Pupuk merupakan material yang diberikan pada tanaman untuk
meningkatkan pertumbuhannya. Pupuk dapat diberikan melalui tanah untuk
diserap akar, atau melalui udara untuk diserap daun. Pupuk dapat berupa pupuk
organik atau anorganik, tergantung material penyusunnya (Elsworth dan Paley,
2009). Pupuk NPK merupakan salah satu jenis pupuk majemuk buatan. Nitrogen,
fosfat, dan kalium adalah unsur hara makro yang penting untuk pertumbuhan
tanaman. Pupuk dengan kandungan N, P, dan K merupakan jenis komoditas
pupuk bernilai ekonomi tinggi (Yuwono, 2004). Nitrogen secara umum
meningkatkan ketahanan tanaman terhadap hama dan penyakit. Sementara itu,
fosfor dan kalium meningkatkan kesehatan tanaman (Kim dan Lee, 2009).
a. Nitrogen
Nitrogen dibutuhkan oleh tanaman dalam jumlah besar, umumnya
menjadi faktor pembatas antara tanah yang dipupuk dengan tanah yang tidak
dipupuk. Nitrogen merupakan komponen penting dalam klorofil, yang
memungkinkan tumbuhan melakukan fotosintesis. Nitrogen menyusun protein
untuk pertumbuhan dan penggantian sel (Akinrinde, 2004).
Nitrogen yang diserap tanaman dapat berupa NH3, NH4+, dan NO3
-.
NH3 diserap daun melalui udara, sedangkan bentuk anorganik NH4+ dan NO3
-
diambil oleh akar. Bentuk NH3 tidak harus direduksi oleh tanaman sehingga
dapat menghemat energi. NO3- harus direduksi menjadi NH3 sebelum dapat
diubah menjadi asam amino yang diperlukan tanaman (Yuwono, 2004).
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
5
b. Fosfor
Fosfor dibutuhkan dalam tanaman dalam jumlah yang relatif besar,
tetapi sedikit lebih kecil di bawah nitrogen dan kalium. Pada daerah beriklim
tropis dengan tanah yang lembab, fosfor merupakan faktor pembatas untuk
produksi tanaman. Ketersediaan fosfor di alam terbatas dan jumlah ini semakin
menipis karena penggunaan fosfor dalam jumlah besar (Lehmann, 2003).
Fosfor dalam pupuk dinyatakan dalam bentuk oksidanya, yaitu P2O5 (Yuwono,
2004).
Fosfor diperlukan dalam berbagai aktivitas seluler, seperti
pembentukan energi, sintesis asam nukleat, fotosintesis, aktivasi dan inaktivasi
enzim, signaling, dan fiksasi nitrogen. Defisiensi fosfor mempengaruhi
perkembangan dan fungsi akar, serta mengubah metabolisme karbon. Tanaman
yang kekurangan fosfor akan mentranspor karbon lebih banyak ke akar,
sehingga pertumbuhan akar meningkat dan tanaman dapat menyerap fosfor
dari tanah lebih banyak. Perubahan metabolisme karbon terjadi pada jalur
glikolisis, respirasi mitokondria, pembentukan metabolit sekunder dan
membran tilakoid (Vance dkk., 2003).
c. Kalium
Kalium adalah satu-satunya unsur berbentuk kation monovalen yang
diperlukan tanaman. Unsur kalium dibutuhkan tanaman dalam jumlah besar.
Meskipun kalium merupakan mineral dengan jumlah keempat terbesar di
litosfer, konsentrasinya dalam tanah rendah, yaitu antara 0,1 hingga 1,0 mM
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
6
(Chen dan Gabelman, 2000). Kadar kalium dalam pupuk dinyatakan sebagai
persen K2O (Yuwono, 2004).
Tanaman menyerap kalium dalam jumlah besar, sekitar 1,0 hingga 5,0
% dari berat kering. Untuk itu, mekanisme utama masuknya kalium dalam
tanaman adalah dengan difusi (Chen dan Gabelman, 2000). Kalium berperan
penting dalam menjaga keseimbangan ionik untuk proses metabolisme sel dan
mengaktifkan enzim-enzim. Kalium dalam bentuk kation (K+) mengatur
potensial air sel dan osmosis. Enzim yang diaktifkan oleh kalium antara lain
enzim pada sintesis pati, pembuatan ATP, fotosintesis, reduksi nitrat, dan
translokasi gula ke berbagai jaringan tanaman (Leigh dan Wyn Jones, 1984;
Yuwono, 2004).
2. Logam Berat
Logam berat adalah logam (metal) dan senyawa mirip logam (metalloid)
dengan berat jenis lebih dari 5 g/cm3. Logam berat meliputi: arsen, kadmium,
krom, tembaga, timbal, merkuri, perak, seng, besi, dan kelompok unsur platina
(Hassanien dan El Shahawy, 2011). Logam berat secara alami dapat ditemukan
dalam batuan, tanah, sedimen, dan air dalam jumlah kecil (Yang dkk., 2000).
Logam berat dalam bentuk organik terakumulasi dalam rantai makanan. Oleh
karena itu, logam berat dengan konsentrasi yang lebih tinggi dapat ditemukan
pada organisme dalam tingkatan rantai makanan yang lebih tinggi. Rantai
makanan merupakan jalur utama masuknya polutan tersebut dari tanah dan air
melalui tumbuhan dan hewan ke manusia (Hapke, 1996).
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
7
Sumber utama kontaminasi logam berat pada lingkungan, baik secara
langsung maupun tidak langsung, adalah kegiatan pertambangan, limbah industri
dan rumah tangga, penggunaan bahan bakar fosil, dan kegiatan pertanian (Yang
dkk., 2008). Logam berat dapat terhirup, tertelan, atau terabsorbsi melalui kulit
dan terdistribusi hingga kompartemen pusat. Logam berat dapat mengalami
metabolisme atau biotransformasi dan ekskresi pada organ dengan perfusi tinggi.
Banyak logam berat yang terdeposit dalam jaringan lunak, seperti rambut dan
kuku, serta jaringan dengan perfusi rendah, seperti tulang dan gigi (Diaz, 2006).
a. Kadmium
Kadmium (Cd) adalah logam putih keperakan yang mengkilap dengan
berat atom 112,4 dan berat jenis 8,64 g/cm3. Kadmium melebur pada 321°C
(Bradl dkk., 2005). Kadmium tidak larut dalam air, tetapi larut dalam asam,
amonium nitrat, dan asam sulfat panas (Moffat dkk., 2011).
Logam kadmium telah menjadi permasalahan besar dalam
pencemaran lingkungan karena tingkat toksisitasnya sangat tinggi. Cemaran
kadmium meningkat drastis dalam 100 tahun terakhir. Rokok merupakan
sumber utama paparan kadmium pada manusia (Järup, 2003). Makanan
merupakan sumber paparan kadmium terbesar bagi non perokok. Kadmium
terakumulasi dalam sayuran hijau, ginjal, liver, dan otot hewan (De Vries dkk.,
2007).
Kadmium toksik terhadap tumbuhan, invertebrata, dan vertebrata
dalam kadar yang lebih rendah dari Zn, Pb, atau Cu. Kadmium mengganggu
metabolisme kalsium, vitamin D, kolagen, dan menyebabkan degenerasi
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
8
tulang. Paparan kronis kadmium mempengaruhi ginjal dan paru-paru,
menyebabkan proteinurea, mengurangi kecepatan filtrasi ginjal, dan emfisema
(Bradl dkk., 2005). Batas maksimum kadmium dalam pupuk NPK adalah 100
mg/kg (BSN, 2010).
b. Timbal
Timbal (Pb) merupakan logam berwarna biru keabuan dengan berat
atom 207,2 dan titik lebur 327,4°C. Timbal tidak larut dalam air dan pelarut
organik, tetapi larut dalam asam nitrat dan asam sulfat pekat panas. Timbal
digunakan dalam baterai, pipa, pembuatan baja dan logam lain, keramik,
plastik, dan peralatan elektronik (Moffat dkk., 2011).
Paparan timbal berasal dari udara dan makanan dalam jumlah yang
sama besar. Timbal dalam udara berasal dari penggunaan bahan bakar minyak
dan dapat terdeposit dalam tanah dan air, sehingga dapat terbawa pada
makanan yang dikonsumsi manusia (Järup, 2003).
Keracunan timbal banyak terjadi pada bayi dan anak-anak. Ketika
masuk ke sirkulasi darah, timbal akan terdistribusi dalam tiga kompartemen:
darah, jaringan lunak (seperti ginjal, sumsum tulang, liver, dan otak), dan
jaringan mineral (tulang dan gigi). Timbal terakumulasi dalam jangka waktu
lama dan hanya diekskresikan dalam jumlah sangat kecil. Gejala keracunan
timbal berupa tremor, pusing, muntah, bingung, garis biru-hitam pada gusi, dan
kolik (Bradl dkk., 2005). Batas maksimum timbal dalam pupuk NPK adalah
500 mg/kg (BSN, 2010).
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
9
c. Merkuri
Merkuri (Hg) merupakan logam cair berwarna putih keperakan,
dengan berat atom 200,6 dan titik lebur -38,87°C. Merkuri praktis tidak larut
dalam air, larut dalam asam sulfat mendidih, agak larut dalam asam nitrat, dan
tidak larut dalam asam klorida. Logam ini digunakan dalam instrumen sains,
produk farmasi, bahan kimia pertanian, dan cat (Moffat dkk., 2011). Masuknya
merkuri ke tubuh manusia sebagian besar melalui makanan, terutama ikan
(Järup, 2003).
Toksikokinetik dan efek merkuri pada manusia tergantung bentuk
kimianya. Uap logam Hg mudah terabsorpsi melalui paru-paru, sedangkan
metil-Hg dapat masuk melalui saluran gastrointestinal. Secara umum, sistem
saraf mudah dirusak oleh merkuri dan paparan kronisnya dapat mempengaruhi
ginjal (Bradl dkk., 2005). Batas maksimum merkuri dalam pupuk NPK adalah
10 mg/kg (BSN, 2010).
Analisis merkuri paling sensitif menggunakan sinar dengan panjang
gelombang 184,889 nm. Namun, sinar dengan panjang gelombang tersebut
tidak dapat dihasilkan oleh sumber sinar spektrofotometer serapan atom pada
umumnya. Sinar yang dapat digunakan untuk analisis merkuri mempunyai
panjang gelombang 253,652 nm. Merkuri yang terdapat dalam sampel biasanya
berada dalam jumlah sangat kelumit, sehingga SSA nyala tidak dapat
digunakan untuk menganalisisnya. SSA graphite furnace dapat digunakan
untuk menganalisis merkuri dalam sampel padatan. Teknik analisis paling
sensitif adalah dengan menggunakan SSA teknik uap dingin (Welz dkk., 2005).
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
10
3. Spektrofotometri Serapan Atom
Spektrofotometri serapan atom (SSA) digunakan untuk menganalisis
unsur-unsur logam. Atom logam diuapkan dan radiasi dilewatkan melalui atom
tersebut. Atom dalam bentuk uap berada pada keadaan azas (ground state) dan
tidak mengemisikan energi, sehingga dapat menyerap radiasi dengan energi yang
sebanding dengan perbedaan keadaan azas dan keadaan tereksitasi atom tersebut
(Watson, 1999).
a. Instrumentasi spektrofotometer serapan atom (SSA)
Instrumentasi SSA terdiri dari sumber sinar, tempat sampel,
monokromator, dan detektor. Sumber sinar dapat berupa hollow cathode lamp
(HCL), electrodeless discharge lamp (EDL), atau continuum source (CS)
(Broekaert, 2005). Hollow cathode lamp berupa tabung katoda yang dapat
menghasilkan radiasi spesifik untuk unsur yang dianalisis. Bagian dalam dari
hollow cathode lamp dilapisi dengan unsur yang dianalisis. Electrodeless
discharge lamp merupakan tabung yang di dalamnya berisi unsur yang
dianalisis dalam bentuk uap. Arus listrik dihasilkan dengan induksi frekuensi
gelombang mikro atau radio (Lajunen dan Perämäki, 2004). Continuum source
mengemisikan sinar dengan rentang panjang gelombang yang lebar, yaitu
antara 190-900 nm. Sinar yang tidak spesifik ini dilewatkan melalui sampel
dan panjang gelombang yang sesuai dengan unsur yang dianalisis diseleksi
oleh monokromator (Welz dkk., 2010).
Sampel diubah menjadi atom dalam keadaan azas dengan nyala
(flame) atau tanpa nyala (flameless). Nyala berfungsi untuk menguapkan
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
11
sampel dan mengubahnya menjadi bentuk atom. Nyala untuk pembakaran
dapat mencapai suhu 3000°C, tergantung pada gas yang digunakan. Gas yang
banyak digunakan adalah campuran asetilen-udara, dengan suhu pembakaran
yang dapat mencapai 2200°C. Asetilen berfungsi sebagai bahan pembakar,
sedangkan udara sebagai pengoksidasi (Gandjar dan Rohman, 2007).
Teknik atomisasi sampel tanpa nyala dikembangkan untuk
meningkatkan sensitivitas analisis. Teknik tanpa nyala biasanya digunakan
untuk logam yang masih membiaskan cahaya pada suhu tinggi (Taylor dan
Schulman, 2002). Terdapat berbagai macam teknik atomisasi tanpa nyala,
diantaranya teknik tabung grafit (graphite furnace), teknik pembentukan
hidrida (hydride-generation), dan teknik uap dingin (cold vapour) (Welz dan
Sperling, 1999). Teknik tabung grafit merupakan teknik atomisasi
elektrotermal. Sampel diletakkan dalam tabung grafit dan dialiri argon. Sampel
kemudian dipanaskan dengan melewatkan arus listrik melalui grafit (Taylor
dan Schulman, 2002). Teknik pembentukan hidrida digunakan berdasarkan
prinsip pemisahan unsur pembentuk hidrida yang mudah menguap dari matriks
sampel sebelum dikenai sinar. Unsur tersebut selanjutnya diubah menjadi uap
atom. Teknik uap dingin digunakan untuk menganalisis merkuri. Merkuri
direduksi menjadi unsur logam, diuapkan, dan dikenai sinar untuk dapat diukur
absorbansinya (Lajunen dan Perämäki, 2004).
Matriks sampel terkadang menghasilkan radiasi yang dapat
mengganggu analisis. Monokromator digunakan untuk memilih radiasi yang
diemisikan oleh sumber sinar (Kealey dan Haines, 2002). Intensitas radiasi
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
12
diukur oleh detektor yang berupa photomultiplier tube (PMT), photodiode
array (PDA), atau charge-coupled device (CCD) (Becker-Ross dkk., 2006).
b. Gangguan pada spektrofotometer serapan atom (SSA)
Gangguan pada SSA dapat dikategorikan menjadi tiga, yaitu
gangguan spektra, kimia, dan fisika. Gangguan spektra terjadi karena atom lain
mengemisikan sinar yang tidak dapat dipisahkan monokromator sehingga
terbaca oleh detektor. Penggunaan hollow cathode lamp atau electrodeless
discharge lamp dapat meminimalkan gangguan tersebut, tetapi tidak
menghilangkan seluruhnya. Pemantulan atau absorpsi sinar oleh partikel padat,
pelarut yang tidak teruapkan, atau molekul dalam nyala akan mengakibatkan
gangguan positif dalam SSA. Hal ini sering terjadi jika sinar yang digunakan
mempunyai panjang gelombang kurang dari 300 nm, ketika kandungan
garamnya tinggi. Garam tidak dapat terlarut atau terdisosiasi seluruhnya
menjadi atom. Koreksi dilakukan dengan mengukur absorbansi sinar dengan
panjang gelombang yang dekat dengan panjang gelombang yang diabsorbsi
unsur yang dianalisis, tetapi tidak diabsorbsi oleh unsur tersebut (Christian,
2003).
Gangguan kimia dapat berupa gangguan ionisasi atau pembentukan
senyawa yang dapat membiaskan cahaya. Unsur alkali dan alkali tanah mudah
mengalami ionisasi pada nyala dengan suhu tinggi karena mempunyai
potensial ionisasi yang rendah (Cantle, 1982). Sinyal emisi dan absorpsi
sampel akan menurun sehingga sensitivitas dan linieritas akan terganggu.
Namun, adanya unsur yang mudah terionisasi dalam sampel akan menambah
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
13
jumlah elektron bebas dalam nyala sehingga proses ionisasi unsur yang
dianalisis dapat ditekan. Hal ini menyebabkan peningkatan absorbsi dan
menghasilkan gangguan positif. Gangguan ini dapat dikoreksi dengan
menambahkan senyawa pengganggu dalam jumlah yang sama pada larutan
standar sehingga tingkat gangguan positif konstan dan ionisasi yang terjadi
dapat diminimalkan (Christian, 2003).
Larutan sampel dapat mengandung unsur yang dapat membentuk
senyawa pembias cahaya dalam nyala. Gangguan ini dapat dihilangkan secara
kimiawi. Jika analit logam bereaksi dengan gas nyala membentuk oksida dan
hidroksida logam yang dapat membiaskan cahaya, temperatur pada nyala harus
ditingkatkan untuk menguraikan senyawa tersebut (Cantle, 1982).
Gangguan fisika merupakan gangguan-gangguan yang mempengaruhi
pemasukan sampel ke dalam nyala dan mengurangi efisiensi atomisasi.
Gangguan ini meliputi variasi kecepatan alir udara, viskositas sampel,
kandungan padatan, dan perubahan suhu nyala. Gangguan fisika dapat
dikendalikan dengan melakukan kalibrasi secara teratur dan menggunakan
standar internal (Christian, 2003).
c. Spektrofotometri serapan atom nyala
Nyala (flame) digunakan untuk menguapkan sampel menjadi bentuk
atomnya. Gas yang banyak digunakan adalah asetilen-udara. Gas ini sesuai
untuk banyak unsur dan dapat mencapai temperatur yang cukup untuk
kuantifikasi. Nyala yang terbentuk transparan terhadap rentang panjang
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
14
gelombang yang lebar (Lajunen dan Perämäki, 2004). Instrumentasi SSA nyala
terdapat pada Gambar 1.
Gambar 1. Diagram skematik SSA nyala (Watson, 1999)
Larutan sampel yang mengandung unsur analit dalam bentuk garam
terlarut masuk ke nyala dengan temperatur 2000 hingga 3000 K. Pelarut akan
segera menguap dan membentuk aerosol. Partikel padat dalam aerosol akan
segera meleleh dan menguap dengan cepat karena titik lebur analit jauh lebih
rendah dibanding temperatur nyala. Uap berupa molekul terpisah atau agregat
molekul akan memisah menjadi atom tunggal (Lajunen dan Perämäki, 2004).
Atom tersebut akan mengabsorbsi energi dari sinar dengan panjang gelombang
yang khas untuk masing-masing unsur. Intensitas sinar yang diabsorpsi
mengikuti hukum Lambert-Beer, yaitu bahwa besarnya absorbansi berbanding
lurus dengan jarak yang dilalui sinar dalam nyala dan konsentrasi uap atom.
Kedua variabel ini sulit untuk ditentukan, tetapi jarak yang dilalui sinar dalam
nyala dianggap konstan dan konsentrasi uap atom proporsional terhadap
konsentrasi analit dalam sampel (Christian, 2003). Proses yang terjadi dalam
SSA nyala diilustrasikan pada Gambar 2.
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
15
Gambar 2. Proses atomisasi dalam nyala (Christian, 2003)
d. Mercury Analyzer
Mercury Analyzer merupakan teknik analisis spektrofotometri serapan
atom menggunakan teknik pemasukan sampel uap dingin (cold vapour).
Teknik ini berdasarkan sifat unik merkuri yang mempunyai tekanan uap cukup
tinggi pada suhu kamar (0,16 Pa pada 293 K). Uap yang terbentuk stabil dan
monoatomik. Oleh karena itu, uap merkuri dapat dibaca absorpsi atomiknya
tanpa penggunaan nyala atau teknik atomisasi lainnya (Lajunen dan Perämäki,
2004).
Merkuri yang dianalisis berupa bentuk tereduksinya. Reduksi dapat
dilakukan dengan natrium borohidrid (NaBH4) atau timah (II) klorida (SnCl2)
(Jeffery dkk., 1989). Larutan sampel mengalami pengeringan untuk
menghilangkan uap air karena air mengabsorpsi radiasi yang sama dengan
merkuri, yaitu 253,7 nm. Sampel dilewatkan melalui tabung absorpsi. Sinar
dari sumber sinar mengenai sampel dan besarnya absorpsi sebanding dengan
jumlah atom dalam sampel (Farrey dan Nelson, 1982). Instrumentasi Mercury
Analyzer terdapat pada Gambar 3.
15
Gambar 2. Proses atomisasi dalam nyala (Christian, 2003)
d. Mercury Analyzer
Mercury Analyzer merupakan teknik analisis spektrofotometri serapan
atom menggunakan teknik pemasukan sampel uap dingin (cold vapour).
Teknik ini berdasarkan sifat unik merkuri yang mempunyai tekanan uap cukup
tinggi pada suhu kamar (0,16 Pa pada 293 K). Uap yang terbentuk stabil dan
monoatomik. Oleh karena itu, uap merkuri dapat dibaca absorpsi atomiknya
tanpa penggunaan nyala atau teknik atomisasi lainnya (Lajunen dan Perämäki,
2004).
Merkuri yang dianalisis berupa bentuk tereduksinya. Reduksi dapat
dilakukan dengan natrium borohidrid (NaBH4) atau timah (II) klorida (SnCl2)
(Jeffery dkk., 1989). Larutan sampel mengalami pengeringan untuk
menghilangkan uap air karena air mengabsorpsi radiasi yang sama dengan
merkuri, yaitu 253,7 nm. Sampel dilewatkan melalui tabung absorpsi. Sinar
dari sumber sinar mengenai sampel dan besarnya absorpsi sebanding dengan
jumlah atom dalam sampel (Farrey dan Nelson, 1982). Instrumentasi Mercury
Analyzer terdapat pada Gambar 3.
15
Gambar 2. Proses atomisasi dalam nyala (Christian, 2003)
d. Mercury Analyzer
Mercury Analyzer merupakan teknik analisis spektrofotometri serapan
atom menggunakan teknik pemasukan sampel uap dingin (cold vapour).
Teknik ini berdasarkan sifat unik merkuri yang mempunyai tekanan uap cukup
tinggi pada suhu kamar (0,16 Pa pada 293 K). Uap yang terbentuk stabil dan
monoatomik. Oleh karena itu, uap merkuri dapat dibaca absorpsi atomiknya
tanpa penggunaan nyala atau teknik atomisasi lainnya (Lajunen dan Perämäki,
2004).
Merkuri yang dianalisis berupa bentuk tereduksinya. Reduksi dapat
dilakukan dengan natrium borohidrid (NaBH4) atau timah (II) klorida (SnCl2)
(Jeffery dkk., 1989). Larutan sampel mengalami pengeringan untuk
menghilangkan uap air karena air mengabsorpsi radiasi yang sama dengan
merkuri, yaitu 253,7 nm. Sampel dilewatkan melalui tabung absorpsi. Sinar
dari sumber sinar mengenai sampel dan besarnya absorpsi sebanding dengan
jumlah atom dalam sampel (Farrey dan Nelson, 1982). Instrumentasi Mercury
Analyzer terdapat pada Gambar 3.
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
16
Gambar 3. Prinsip teknik uap dingin (Lajunen dan Perämäki, 2004)
4. Validasi Metode Analisis
Validasi metode adalah proses untuk mengkonfirmasi suatu prosedur
analisis melalui pengujian supaya sesuai dengan peruntukannya. Tujuan akhir
validasi metode analisis adalah untuk meyakinkan bahwa setiap pengukuran
dalam analisis rutin menghasilkan nilai yang sedekat mungkin dengan nilai
sebenarnya (Gonzáles dan Herrador, 2007). Validasi metode analisis merupakan
bagian dasar dari penjaminan mutu (quality assurance) hasil uji suatu
laboratorium. Selain validasi metode, penjaminan mutu hasil uji laboratorium juga
meliputi prosedur kontrol kualitas internal (internal quality control), uji
profisiensi (proficiency testing), dan akreditasi pada standar internasional ISO/IEC
17025:2005 (Taverniers dkk., 2004).
Validasi metode analisis harus menggunakan sampel dan standar yang
sesuai dengan sampel yang dianalisis. Parameter validasi metode meliputi:
16
Gambar 3. Prinsip teknik uap dingin (Lajunen dan Perämäki, 2004)
4. Validasi Metode Analisis
Validasi metode adalah proses untuk mengkonfirmasi suatu prosedur
analisis melalui pengujian supaya sesuai dengan peruntukannya. Tujuan akhir
validasi metode analisis adalah untuk meyakinkan bahwa setiap pengukuran
dalam analisis rutin menghasilkan nilai yang sedekat mungkin dengan nilai
sebenarnya (Gonzáles dan Herrador, 2007). Validasi metode analisis merupakan
bagian dasar dari penjaminan mutu (quality assurance) hasil uji suatu
laboratorium. Selain validasi metode, penjaminan mutu hasil uji laboratorium juga
meliputi prosedur kontrol kualitas internal (internal quality control), uji
profisiensi (proficiency testing), dan akreditasi pada standar internasional ISO/IEC
17025:2005 (Taverniers dkk., 2004).
Validasi metode analisis harus menggunakan sampel dan standar yang
sesuai dengan sampel yang dianalisis. Parameter validasi metode meliputi:
16
Gambar 3. Prinsip teknik uap dingin (Lajunen dan Perämäki, 2004)
4. Validasi Metode Analisis
Validasi metode adalah proses untuk mengkonfirmasi suatu prosedur
analisis melalui pengujian supaya sesuai dengan peruntukannya. Tujuan akhir
validasi metode analisis adalah untuk meyakinkan bahwa setiap pengukuran
dalam analisis rutin menghasilkan nilai yang sedekat mungkin dengan nilai
sebenarnya (Gonzáles dan Herrador, 2007). Validasi metode analisis merupakan
bagian dasar dari penjaminan mutu (quality assurance) hasil uji suatu
laboratorium. Selain validasi metode, penjaminan mutu hasil uji laboratorium juga
meliputi prosedur kontrol kualitas internal (internal quality control), uji
profisiensi (proficiency testing), dan akreditasi pada standar internasional ISO/IEC
17025:2005 (Taverniers dkk., 2004).
Validasi metode analisis harus menggunakan sampel dan standar yang
sesuai dengan sampel yang dianalisis. Parameter validasi metode meliputi:
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
17
akurasi, presisi, spesifisitas, linieritas, rentang, batas deteksi, dan batas
kuantifikasi (ICH, 2005).
a. Linieritas dan rentang
Linieritas suatu metode analisis adalah kemampuan metode untuk
memperoleh hasil yang proporsional dengan jumlah analit dalam sampel pada
suatu rentang tertentu (ICH, 2005). Linieritas dinyatakan dengan koefisien
korelasi (r).
Rentang adalah interval antara konsentrasi terendah dan konsentrasi
tertinggi analit dalam sampel yang masih menunjukkan presisi, akurasi, dan
linieritas (ICH, 2005). Rentang dari suatu prosedur analisis biasanya diperoleh
dari kriteria validasi yang lain. Rentang harus mencakup perkiraan hasil
analisis (Ermer, 2005).
b. Batas deteksi dan batas kuantifikasi
Batas deteksi atau limit of detection (LoD) adalah jumlah analit
terkecil yang masih dapat dideteksi, tetapi tidak perlu dikuantifikasi. Batas
kuantifikasi atau limit of quantification (LoQ) adalah jumlah analit terkecil
dalam sampel yang masih dapat dikuantifikasi dengan presisi dan akurasi yang
diterima (ICH, 2005). LoD dan LoQ dapat diperoleh dengan pendekatan
signal-to-noise dan simpangan baku. LoD merupakan konsentrasi sampel yang
memberikan respon sebanding dengan rasio signal-to-noise 3:1, sedangkan
LoQ memberikan rasio 10:1 (Lee, 2004).
Batas deteksi sangat penting dalam analisis sekelumit. Batas deteksi
yang terlalu tinggi dapat menimbulkan kesalahan negatif (false negative), yaitu
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
18
adanya analit dalam sampel yang tidak dilaporkan. Batas deteksi atau batas
kuantifikasi tidak menggambarkan sensitivitas karena sensitivitas tergantung
pada sifat dari fungsi kalibrasi dan variabilitas perolehan kembali analit pada
rentang konsentrasi tertentu (Willets dan Wood, 2000).
c. Presisi
Presisi adalah kedekatan hasil uji dari beberapa pengukuran sampel
yang homogen. Presisi terdiri dari: keterulangan (repeatability), presisi antara
(intermediate precision), dan ketertiruan (reproducibility). Keterulangan adalah
uji presisi yang dilakukan pada kondisi yang sama dalam waktu yang singkat.
Presisi antara menggambarkan variasi pengukuran yang dilakukan pada hari
yang berbeda, oleh analis yang berbeda, atau dengan alat yang berbeda tetapi
dilakukan di laboratorium yang sama. Sedangkan ketertiruan menggambarkan
presisi antar laboratorium. Parameter yang digunakan dalam presisi berupa
varians, simpangan baku, atau koefisien variasi suatu seri pengukuran (ICH,
2005).
Persentase simpangan baku relatif (relative standard deviation (RSD))
yang diperbolehkan untuk uji presisi dapat merujuk pada fungsi Horwitz atau
AOAC Peer Verified Methods (AOAC PVM), sebagaimana terdapat pada
Tabel I. Horwitz mengemukakan bahwa RSD suatu metode dapat bervariasi
tergantung pada konsentrasi yang digunakan. RSD pada berbagai konsentrasi
mengikuti persamaan empiris:RSD = ±2( , )yang mana c adalah fraksi konsentrasi pada uji presisi (Horwitz, 1982).
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
19
Tabel I. Perbandingan persentase RSD yang diperbolehkan menurut fungsi Horwitzdan AOAC Peer Verified Methods (PVM) (Gonzáles dan Herrador, 2007)
Analit (%) Fraksi analit Unit Horwitz% RSD
AOAC PVM% RSD
100 1 100% 2 1,310 10-1 10% 2,8 1,8
1 10-2 1% 4 2,70,1 10-3 0,1% 5,7 3,70,01 10-4 100 ppm 8 5,30,001 10-5 10 ppm 11,3 7,30,0001 10-6 1 ppm 16 110,00001 10-7 100 ppb 22,6 150,000001 10-8 10 ppb 32 210,0000001 10-9 1 ppb 45,3 30
d. Akurasi
Akurasi suatu metode analisis adalah kesesuaian antara hasil uji
dengan nilai yang diterima. Akurasi dinyatakan dalam persen perolehan
kembali (ICH, 2005). Besarnya rentang perolehan kembali tergantung pada
level analit yang diuji, seperti terdapat pada Tabel II. Uji akurasi dapat
dilakukan dengan membandingkan hasil analisis suatu metode dengan metode
baku. Akurasi juga dapat diukur dengan menganalisis sampel yang telah
diketahui konsentrasi analitnya (misalnya dengan certified reference material
(CRM)) dan membandingkan nilai hasil uji dengan nilai sebenarnya. Jika CRM
tidak tersedia, senyawa dengan konsentrasi yang telah diketahui dapat
ditambahkan ke dalam matriks blanko (Huber, 2003).
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
20
Tabel II. Persentase perolehan kembali yang diperbolehkan berdasarkan level analit(Gonzáles dan Herrador, 2007)
Analit (%) Fraksi analit UnitRentang
perolehankembali (%)
100 1 100% 98-10210 10-1 10% 98-102
1 10-2 1% 97-1030,1 10-3 0,1% 95-1050,01 10-4 100 ppm 90-1070,001 10-5 10 ppm 80-1100,0001 10-6 1 ppm 80-1100,00001 10-7 100 ppb 80-1100,000001 10-8 10 ppb 60-1150,0000001 10-9 1 ppb 40-120
F. LANDASAN TEORI
Pupuk NPK merupakan pupuk yang banyak digunakan dalam pertanian.
Pupuk NPK dapat mengandung cemaran logam berat, yaitu kadmium, timbal, dan
merkuri. Berdasarkan SNI, batas maksimum cemaran kadmium dalam pupuk
NPK adalah 100 mg/kg dan 500 mg/kg untuk timbal, sedangkan batas maksimum
merkuri sebesar 10 mg/kg. Kandungan cemaran logam berat dalam pupuk yang
sekelumit memerlukan metode analisis dengan batas deteksi yang rendah.
Kadmium dan timbal dianalisis dengan spektrofotometer serapan atom
nyala. Nyala berfungsi untuk mengubah analit menjadi bentuk atomnya. Atom
dalam keadaan azas akan mengabsorpsi energi yang khas untuk masing-masing
unsur. Merkuri dianalisis dengan Mercury Analyzer, yang merupakan
spektrofotometer serapan atom dengan prinsip uap dingin. Hal ini didasarkan pada
sifat merkuri yang memiliki tekanan uap cukup tinggi pada suhu kamar.
Metode yang baru dikembangkan harus divalidasi untuk meyakinkan
bahwa hasil analisis yang diperoleh menggambarkan hasil yang sebenarnya.
Validasi metode analisis meliputi linieritas, batas deteksi, batas kuantifikasi,
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/
21
presisi, dan akurasi. Metode yang telah valid baru dapat digunakan untuk
menganalisis sampel.
G. HIPOTESIS
1. Metode analisis kadmium dan timbal dalam pupuk NPK secara
spektrofotometri serapan atom nyala merupakan metode yang valid.
2. Metode analisis merkuri dalam pupuk NPK dengan Mercury Analyzer
merupakan metode yang valid.
3. Metode ini dapat digunakan untuk menetapkan kadar kadmium, timbal, dan
merkuri dalam pupuk NPK yang beredar di pasaran.
Validasi Metode Analisis Kadmium dan Timbal dengan Spektrofotometri Serapan Atom Nyala danMerkuridengan Mercury Analyzer pada Pupuk NPKAGUSTINA ARI MURTI BUDI HUniversitas Gadjah Mada, 2014 | Diunduh dari http://etd.repository.ugm.ac.id/