5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Durian (Durio zibethinus Murr)

Indonesia merupakan salah satu dari delapan pusat keanekaragaman genetik

tanaman di dunia, terutama untuk buah-buahan tropis seperti durian. Produksi

durian lokal di Indonesia yang mencapai 600.000 ton per tahun dan kulit

duriannya yang mencapai 400.000 ton per tahun. Merupakan limbah padat yang

dapat menyebabkan masalah lingkungan. Kulit durian secara proposional

mengandung unsur selulosa yang tinggi (50-60%), lignin (5%), serta kandungan

pati yang rendah (5%) (Raditya, 2016). Ekstrak kulit durian dikenal memiliki sifat

probiotik dan tradisional dihargai sebagai obat terhadap gangguan kolorektal,

demam, sakit kuning, dan diterapkan secara eksternal sebagai lotion astringent

(larutan pengecil pori-pori kulit) pada pembengkakan, infeksi kulit dan luka, ada

penelitian yang relatif terbatas pada pemanfaatan nilai tambah biomassa durian

(Hameed, 2012).

Gambar 1. Kulit Durian

(sumber:https://www.kompasiana.com/nataniaamanda/kulit durian-

sebagai-aternatif-untuk-mengatasi-logam-pada-air-tanah)

Menurut riset dari Badan Pusat Statistik (BPS) pada tahun 2017, produksi

durian di Indonesia khususnya Riau mampu mencapai 12.370 ton per tahun. Pada

umumnya, masyarakat Indonesia hanya mengkonsumsi daging durian dan

beberapa ada juga yang mengolah biji durian menjadi makanan tertentu. Jika kita

pikirkan lebih dalam, konsumsi durian sebanyak itu sudah tentu menghasilkan

limbah berupa kulit durian yang tidak sedikit pula. Limbah tersebut jika dibiarkan

akan menimbulkan bau yang tidak sedap dan jika dibakar akan menimbulkan

pencemaran udara (Noer, 2015).

Berdasarkan penelitian dari University of Chulalongkorn Thailand yang

menyebutkan bahwa kulit durian memilki kandungan selulosa terbanyak sekitar

50-60% carboxymethylcellulose dan lignin 5%. Penggunaan selulosa ini dapat

diaplikasikan karena bahan ini dapat mengikat bahan logam. Selulosa pada kulit

durian memiliki tiga gugus hidroksil yang reaktif dan memiliki unit berulang-

ulang yang membentuk ikatan hidrogen intramolekul dan antar molekul. Ikatan ini

memiliki pengaruh yang besar pada kereaktifan selulosa terhadap gugus-gugus

lain. Polimer selulosa terdiri dari monomer D-glukosa yang dapat dimodifikasi

oleh gugus fosfat (Soekardjo, 1990). Dari karakteristik tersebut, kulit durian dapat

digunakan sebagai bahan baku yang potensial dalam pembuatan karbon aktif

(Noer, 2015).

2.2. Adsorpsi

Adsorpsi adalah suatu fenomena permukaan karena akumulasi suatu spesies

pada batas permukaan padat-cair. Adsorpsi dapat terjadi karena adanya gaya tarik-

menarik. Ada 2 tipe adsorpsi, yaitu:

1. Adsorpsi fisis atau Van der Waals

2. Adsorpsi kimia

Adsorpsi yang terjadi dalam hal ini adalah non-spesifik dan non-selektif

penyebab gaya tarik menarik karena adanya ikatan koordinasi hidrogen dan gaya

Van der Waals. Apabila adsorbat dan permukaan adsorben terikat dengan gaya

Van der Waals saja maka dinamakan adsorpsi fisis atau adsorpsi Van der Waals.

Molekul yang teradsorpsi terikat pada permukaan secara lemah dan panas

adsorpsinya rendah. Jika adsorbat dan permukaan adsorben bereaksi secara

kimiawi maka disebut chemisorption. Nilai panas adsorpsi setara dengan reaksi

kimia karena adanya ikatan kimia yang terbentuk maupun yang terputus selama

proses adsorpsi. Untuk membedakan kedua fenomena proses adsorpsi tersebut

7

Universitas Muhammadiyah Riau

maka digunakan variabel suhu. Adsorpsi fisis ditandai dengan penurunan jumlah

yang teradsorpsi dengan peningkatan suhu (Widayatno, 2017).

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Adsorpsi

1. Macam-macam Adsorben

a. Adsorben Polar: Adsorben polar memunyai daya adsorpsi yang besar

terhadap asam karboksilat, alkohol, alumina, keton dan aldehid. Contohnya

adalah alumina.

b. Adsorben non Polar: Adsorben non polar mempunyai daya adsorpsi yang

besar terhadap amin dan senyawa yang bersifat basa. Contohnya adalah

silica.

c. Adsorben Basa: Adsorben basa memunyai daya adsorpsi yang besar

terhadap senyawa yang bersifat asam. Contohnya adalah magnesia.

2. Macam-macam adsorbat

Jika zat yang diadsorsi merupakan elektrolit maka adsorpsi akan berjalan lebih

cepat dan hasil adsorpsi lebih banyak jika dibandingkan dengan larutan non

elektrolit. Hal ini disebabkan karena larutan elektrolit terionisasi sehingga didalam

larutan terdapat ion-ion dengan muatan berlawanan yang menyebabkan gaya

tarik-menarik Van der Waals semakin besar, berarti daya adsorpsi semakin besar.

3. Konsentrasi Masing-Masing Zat

Jika konsentrasi (C) makin besar, maka jumlah solute yang teradsorpsi semakin

besar. Hal ini sesuai dengan persamaan Freundlich:

q = k. C1/2

keterangan:

q = konsentrasi maksimum adsorbat (gram)

k = konstanta (m/mg.s)

C = konsentrasi zat terlarut (mg/L) (Hadiwidodo, 2018).

4. Luas Permukaan

Makin luas permukaan adsorben (adsorben makin kecil ukurannya), maka

adsorpsi yang terjadi makin besar karena kemungkinan zat yang menempel pada

permukaan adsorben bertambah. Hal ini menyebabkan bagian yang semula tidak

berfungsi sebagai permukaan (bagian dalam) setelah digerus akan berfungsi

sebagai permukaan.

5. Tekanan

Jika tekanan diperbesar molekul adsorbat akan lebih cepat teradsorpsi,

akibatnya jumlah adsorbat yang terserap bertambah banyak. Jadi tekanan

memperbesar jumlah zat yang teradsorpsi

6. Daya Larut terhadap Adsorben

Jika daya larut tinggi maka proses adsorpsi akan terhambat karena gaya untuk

melarutkan solute/adsorbat berlawanan dengan gaya tarik adsorben terhadap

adsorbat.

7. Koadsorpsi

Suatu adsorben yang telah mengadsorsi suatu zat akan mempunyai daya

adsorpsi yang lebih besar terhadap adsorbat tertentu daripada daya adsorpsi awal.

8. Pengadukan

Jika dilakukan pengadukan, semakin cepat pengadukan maka molekul-

molekul adsorbat dan adsorben akan saling bertumbukan sehingga akan

memercepat proses adsorpsi (Widayatno, 2017).

2.3 Arang Aktif

Arang aktif adalah arang yang diolah lebih lanjut pada suhu tinggi dengan

menggunakan gas CO2, uap air atau bahan-bahan kimia, sehingga pori-porinya

terbuka dan dapat digunakan sebagai adsorben. Daya adsorpsi arang aktif

disebabkan adanya pori-pori mikro yang sangat besar jumlahnya, sehingga

menimbulkan gejala kapiler yang mengakibatkan adanya daya adsorpsi (Yustinah,

2011).

Arang aktif disusun oleh atom-atom C yang terikat secara kovalen dalam suatu

kisi heksagonal datar dengan satu atom C pada setiap sudutnya yang luas

permukaan berkisar antara 300 m2/g hingga 3500 m

2/g dan ini berhubungan

dengan struktur pori internal sehingga mempunyai sifat sebagai adsorben. Arang

aktif fasa cair dihasilkan dari material dengan berat jenis rendah, seperti arang dari

serabut kelapa yangmempunyai bentuk butiran (powder), rapuh (mudah hancur),

mempunyai kadar abu yang tinggi berupa silika dan biasanya digunakan untuk

menghilangkan bau, rasa, warna dan kontaminan organik lainnya. Sedangkan

9

Universitas Muhammadiyah Riau

arang aktif fasa gas dihasilkan dari material dengan berat jenis tinggi (Ramdja

dkk, 2008).

Arang aktif tersedia dalam berbagai bentuk misalnya gravel, pelet (0.8-5 mm)

lembaran fiber, bubuk (PAC: Powder Active Carbon, 0.18 mm atau US mesh 80)

dan butiran-butiran kecil (GAC: Granular Active Carbon, 0.2-5 mm) dan

sebagainya. Serbuk arang aktif PAC lebih mudah digunakan dalam pengolahan air

dengan sistem pembuhan yang sederhana. Bahan baku yang berasal dari hewan,

tumbuh-tumbuhan, limbah ataupun mineral yang mengandung karbon dapat

dibuat menjadi arang aktif, bahan tersebut antara lain: tulang, kayu lunak, sekam,

tongkol jagung, tempurung kelapa, sabut kelapa, ampas penggilingan tebu, ampas

pembuatan kertas, serbuk gergaji, kayu keras dan batubara. Proses aktivasi

merupakan suatu perlakuan terhadap arang yang bertujuan untuk memperbesar

pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi

molekul-molekul permukaan sehingga arang mengalami perubahan sifat, baik

fisika maupun kimia, yaitu luas permukaannya bertambah besar dan berpengaruh

terhadap daya adsorpsi (Hendra, 2007).

Sesuai penggunaannya, arang aktif digolongkan ke dalam produk kimia dan

bukan bahan energi seperti arang atau briket arang. Teknologi olah lanjut arang

menjadi arang aktif akan memberikan nilai tambah yang besar ditinjau dari

penggunaan dan nilai ekonomisnya. Pada umumnya karbon aktif dapat di aktivasi

dengan 2 cara, yaitu dengan cara aktivasi kimia dengan hidroksida logam alkali,

garam-garam karbonat, klorida, sulfat, fosfat dari logam alkali tanah dan

khususnya ZnCl2, CaCl2, asam-asam anorganik seperti H2SO4 dan H3PO4 dan

aktivasi fisika yang merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa

organik dengan bantuan panas pada suhu 800ºC hingga 900ºC (Hendra, 2007).

2.4 Limbah Laundry

Pemakaian deterjen semakin lama semakin meningkat sejalan dengan laju

pertumbuhan penduduk setiap tahun, artinya semakin meningkat pendapatan

masyarakat maka konsumsi deterjen juga meningkat. Dampak yang ditimbulkan

bila air buangan yang mengandung deterjen berlebihan adalah terjadinya

pencemaran dan menggangu ekosistem biota yang terdapat di perairan. Limbah

laundry dominan berasal dari pelembut pakaian dan deterjen. Bahan aktif yang

banyak terkandung pada pelembut pakaian dan deterjen adalah ammonium

klorida, LAS, sodium dodecyl benzene sulfonate, natrium karbonat, natrium sulfat,

alkilbenzena sulfonate. Bahan-bahan tersebut merupakan bahan yang tidak ramah

lingkungan (non-biodegraduble) (Astuti, 2015).

Di Indonesia belum banyak upaya khusus untuk menangani masalah

pencemaran air yang disebabkan oleh deterjen. Beberapa upaya yang telah

dilakukan salah satunya dengan mengganti rantai bercabang dari Alkyl Benzen

Sulfonate (ABS) menjadi rantai lurus Linier Alkyl Sulfonate (LAS) yang dapat

dibiodegradasi. Deterjen ini bersifat dapat dirusak oleh mikroorganisme.

Penggunaan deterjen yang semakin meningkat ini akan berdampak negatif

terhadap akumulasi surfaktan pada bahan-bahan perairan sehingga menimbulkan

masalah pendangkalan perairan, terhambatnya transfer oksigen dan lain-lain. Pada

kondisi aerob LAS dapat terdegradasi dengan baik, namun jika dalam keadaan

anaerob penyisihan LAS masih kurang baik (Astuti, 2015).

Penanganan lain yang telah dilakukan untuk menangani masalah

pencemaran yang disebabkan oleh limbah laundry adalah metode Biosand Filter,

yang merupakan filter dengan konsep saringan pasir lambat yang khusus didesain

untuk skala rumah tangga. Kelebihan biosand filter adalah adanya penumbuhan

biofilm dipermukaan media paling atas yang mampu mendegradasi rasa, bau dan

warna (Astuti, 2015).

Industri laundry menghasilkan limbah yang berubah secara fisika

(intensitas transmisi cahaya, tegangan permukaan, viskositas, dan TDS) dan kimia

(pH dan kadar fosfat). Pada limbah cair laundry, fosfat berperan sebagai builder

(pembentuk) yang berfungsi meningkatkan efisiensi pencuci dari surfaktan

dengan cara menon-aktifkan mineral penyebab kesadahan air dengan cara

mengikat ion kalsium dan magnesium (Rahayu, 2007). Baku mutu fosfat menurut

Peraturan Pemerintah No. 82 Tahun 2001 adalah 5 mg/L. Fosfat merupakan

senyawa ionik yang dapat mengikat darah dan memungkinkan terjadinya

penggumpalan darah pada pembuluh darah apabila asupan air minum atau

makanan manusia mengandung fosfat dengan kadar berlebih. Fosfat juga dapat

membuat suatu tumbuhan tumbuh dengan sangat cepat dibandingkan dengan

11

Universitas Muhammadiyah Riau

pertumbuhan normal yang disebabkan pengayaan nurtrien atau unsur hara berupa

nitrogen (N) dan fosfor (P) yang merupakan bahan anorganik yang dibutuhkan

oleh tumbuhan. Dengan perkembangan tumbuhan pada perairan yang sangat cepat

menyebabkan perairan tertutupi oleh tumbuhan sehingga sinar matahari tidak

dapat masuk ke dalam perairan yang pada akhirnya menghambat sistem

metabolisme dari organisme yang hidup di dalam air yang memerlukan cahaya

matahari (Saputra, 2016).

Limbah laundry yang mengandung fosfat akan menyebabkan masalah

lingkungan hidup yaitu eutrofikasi, yaitu suatu keadaan lingkungan perairan

dalam keadaan nutrisi yang berlebihan memungkinkan adanya pertumbuhan yang

cepat dari alga (blooming) dan menutup masuknya sinar matahari masuk, serta

keadaan oksigen yang berkurang pada lingkungan perairan di bawah permukaan

air karena dimanfaatkan alga. Hal tersebut menyebabkan keberadaan organisme

yang hidup pada dasar lingkungan perairan terganggu aktifitasnya (Majid, 2017).

2.5. Analisis Pengujian

2.5.1 Padatan Total Tersuspensi (TSS)

Berdasarkan SNI 06-6989.3-2004 menjelaskan bahwa metode ini digunakan

untuk menentukan residu tersuspensi yang terdapat dalam contoh uji air dan air

limbah secara gravimetri. Metode ini tidak termasuk penentuan bahan yang

mengapung, padatan mudah menguap dan dekomposisi garam mineral.

Padatan tersuspensi total merupakan jumlah berat dalam mg/L kering lumpur

yang ada di dalam air limbah setelah mengalami penyaringan dengan membran

berukuran 0,45 mikron. Tingginya pencemaran air dan derajat kekotoran air

menunjukkan adanya zat padat TSS sehingga akan meningkatkan kepekatan

limbah (Estikarani, 2016). Banyaknya zat padat yang tersuspensi dalam limbah

dipengaruhi oleh proses penyerapan unsur hara oleh akar tanaman, pembusukan

akar, distribusi debu dari udara ke dalam limbah, bahkan juga distribusi serangga

ke dalam limbah yang tidak teramati. Faktor lingkungan mempengaruhi nilai TSS

seperti masuknya lalat ke media tanam dan tumbuhan lumut yang berkembang di

media itu. Massa tumbuhan lumut dan binatang ini menambah massa zat

tersuspensi sehingga nilai TSS nya naik (Padmaningrum, 2014).

Sesuai baku mutu air limbah bisa nilai kandungan TSS melebihi baku mutu

dan meningkat cukup signifikan, maka akan berpengaruh terhadap kualitas air

karena menyebabkan kekeruhan dan mengurangi cahaya yang dapat masuk ke

dalam air sehingga tentu saja mengurangi daya guna air dan organisme yang

butuh cahaya akan mati serta mengganggu ekosistem aquatik (Atima, 2016).

Dampak akibat tingginya TSS terhadap kualitas air dapat menyebabkan

penurunan kualitas air. Kondisi ini dapat menimbulkan gangguan, kerusakan dan

bahaya bagi semua makhluk hidup yang bergantung pada sumber daya air. TSS

menyebabkan kekeruhan dan mengurangi cahaya yang dapat masuk ke dalam air.

Oleh karenanya, manfaat air dapat berkurang, dan organisme yang butuh cahaya

akan mati. Kematian organisme ini akan mengganggu ekosistem akuatik. Apabila

jumlah materi tersuspensi ini akan mengendap, maka pembentukan lumpur dapat

sangat mengganggu aliran dalam saluran, pendangkalan cepat terjadi, artinya

pengaruhnya terhadap kesehatan pun menjadi tidak langsung (Soemirat, 2004).

TSS yang tinggi menghalangi masuknya sinar matahari ke dalam air,

sehingga akan mengganggu proses fotosintesis menyebabkan turunnya oksigen

terlarut yang dilepas ke dalam air oleh tanaman. Jika sinar matahari terhalang

untuk mencapai dasar perairan, maka tanaman akan berhenti memproduksi

oksigen dan akan mati. Padatan Total Tersuspensi (TSS) juga menyebabkan

penurunan kejernihan dalam air (Soemirat, 2004).

2.5.2. Analisa Kadar Amonia

Amonia dapat bersifat racun pada manusia jika jumlah yang masuk tubuh

melebihi jumlah yang dapat didetoksifikasi oleh tubuh. Pada manusia, resiko

terbesar adalah dari penghirupan uap amonia yang berakibat beberapa efek

diantaranya iritasi pada kulit, mata dan saluran pernafasan. Pada tingkat yang

sangat tinggi, penghirupan uap amonia sangat bersifat fatal (Azizah, 2015).

Senyawa sodium lauryl sulfate (SLS) diketahui menyebabkan iritasi pada

kulit, memperlambat proses penyembuhan dan penyebab katarak pada mata orang

dewasa. Keberadaan busa menutup permukaan air sehingga kontak udara dan air

terbatas berakibat menurunkan jumlah oksigen terlarut. Hal ini akan menyebabkan

organisme air kekurangan oksigen dan dapat menyebabkan kematian. Selain itu

13

Universitas Muhammadiyah Riau

pencemaran akibat deterjen mengakibatkan timbulnya bau busuk. Bau busuk ini

berasal dari gas NH3 dan H2S yang merupakan hasil proses penguraian bahan

organik lanjutan oleh bakteri anaerob (Padmaningrum, 2014).

Dalam Peraturan Pemerintah No. 82 Tahun 2001 tentang Pengelolaan

Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air, baku mutu amonia untuk sungai

kelas satu adalah sebesar 0,5 mg NH3/liter. Menurut Effendi (2003) kadar amonia

dalam perairan alami biasanya kurang dari 0,1 mg NH3/liter. Konsentrasi amonia

yang tinggi dalam badan sungai mengindikasikan adanya pencemaran yang salah

satunya disebabkan oleh buangan air limbah domestik baik segar (tidak terolah)

maupun telah terolah, 49% dari total pencemaran, dimana konsentrasinya

berturut-turut berkisar antara 10 –158 mg NH3/liter dan 25–60 mg NH4+/liter

(Keraf, 2010).

Penurunan amonia dengan pengolahan secara kimiawi dilakukan dengan

cara menambah senyawa kimia ke dalam air limbah. Senyawa kimia yang paling

sering digunakan adalah senyawa khlor (kaporit). Seiring dengan konsumsi khlor

yang tinggi, biaya operasi pun menjadi tinggi serta dapat menimbulkan masalah

baru. Senyawa khlor bersifat sangat reaktif, mudah bereaksi, dengan senyawa lain

dan membentuk senyawa-senyawa baru yang bersifat toksik dan dapat

menimbulkan efek karsinogen bagi manusia (Hibban, 2016).

2.5.3. Analisa Kadar Fosfat

Detergen umumnya tersusun atas tiga komponen utama yang terdiri dari

surfaktan (sebagai bahan dasar detergen) antara 20-30%, bahan builder (senyawa

fosfat) antara 70-80% dan bahan aditif (pemutih, pewangi) antara 2-8%.

Kandungan senyawa fosfat dalam detergen cukup besar sehingga limbah dari

proses pencucian mempunyai kandungan fosfat yang cukup tinggi. Keberadaan

fosfat yang berlebihan di badan air menyebabkan suatu fenomena eutrofikasi.

Kondisi eutrofik sangat memungkinkan alga dan tumbuhan air tumbuh

berkembang biak dengan cepat. Keadaan ini menyebabkan kualitas air menjadi

menurun, karena rendahnya konsentrasi oksigen terlarut bahkan sampai batas nol,

sehingga menyebabkan kematian makhluk hidup air seperti ikan dan spesies lain

yang hidup di air (Mashita, 2017).

Limbah cair laundry yang dihasilkan oleh deterjen mengandung fosfat yang

tinggi yang berasal dari sodium tripolyphospat (STPP) yang dalam deterjen

berfungsi sebagai builder yang merupakan unsur terpenting kedua setelah

surfaktan karena kemampuannya menonaktifkan mineral kesadahan dalam air

sehingga deterjen dapat bekerja secara optimal. Bila kandungan fosfat dalam air

limbah laundry semakin tinggi maka hal ini akan mengganggu lingkungan sekitar

badan air. Antara lain yaitu menyebabkan eutrofikasi dimana badan air menjadi

kaya akan nutrien terlarut, menurunnya kandungan oksigen terlarut dan

kemampuan daya dukung badan air terhadap biota air (Astuti, 2015).

Fosfat terdapat dalam air alam atau air limbah sebagai senyawa ortofosfat,

polifosfat dan fosfat organik. Setiap senyawa fosfat tersebut terdapat dalam

bentuk terlarut, tersuspensi atau terikat di dalam sel organisme dalam air. Fosfat

terlarut adalah salah satu bahan nutrisi yang menstimulasi pertumbuhan yang

sangat luar biasa pada alga dan rumput-rumputan dalam danau, estuaria, dan

sungai berair tenang. Batas konsentrasi fosfat terlarut yang diijinkan adalah 10

mg/L (Utomo, 2018).

Fosfat memegang peranan penting dalam produk deterjen, sebagai softener

air dan builders. Bahan ini mampu menurunkan kesadahan air dengan cara

mengikat ion kalsium dan magnesium. Berkat aksi softener-nya, efektivitas dari

daya cuci deterjen meningkat. Fosfat pada umumnya berbentuk sodium

tripolyphosphate (STPP). Fosfat tidak memiliki daya racun, bahkan sebaliknya

merupakan salah satu nutrisi penting yang dibutuhkan mahluk hidup. Oleh karena

itu, salah satu cara mengurangi kadar fosfat dalam limbah cair adalah dengan

menerapkan biomassa yang menggunakan fosfat sebagai nutrisi dalam

pertumbuhannya. Dalam jumlah banyak, fosfat dapat menyebabkan pengayaan

unsur hara (eutrophication) di badan air sungai/ danau. Hal ini ditandai oleh

ledakan pertumbuhan algae dan eceng gondok yang secara tidak langsung dapat

membahayakan biota air dan lingkungan. Di beberapa negara Eropa, penggunaan

fosfat telah dilarang dan diganti dengan senyawa substitusi yang lebih ramah

lingkungan (Anonim, 2009). Limbah cair industri kecil laundry mengandung

fosfat yang sangat tinggi yaitu 253,03 mg/L sebagai P total,sedangkan menurut

Perda Jateng No.10 Tahun 2004 tentang baku mutu air limbah, kandungan fosfat

15

Universitas Muhammadiyah Riau

yang diijinkan adalah 2 mg/L dan 0,2 mg/L sebagai P menurut Peraturan

Pemerintah No.82 Tahun 2001 untuk air golongan II (Padmaningrum, 2014).

2.6 Spektrofotometer Ultraviolet-Visibel (UV-Vis)

Spektrofotometer UV-Vis merupakan salah satu teknik analisis spektroskopi

yang memakai sumber radiasi elektromagnetik ultraviolet dekat pada panjang

gelombang (190-380) dan sinar tampak pada panjang gelombang (380-780)

dengan memakai instrumen spektrofotometer. Prinsip dari UV-Vis berdasarkan

interaksi antara materi dengan cahaya, cahaya yang dimaksud berupa ultraviolet

(UV) dan cahaya visibel (Vis), sedangkan materi dapat berupa atom dan molekul

yang lebih berperan adalah elektron valensi. Spektrofotometri UV-Vis merupakan

salah satu metode dalam kimia analisis yang digunakan untuk menentukan

komposisi suatu sampel baik secara kualitatif maupun kuantitatif.

Spektrofotometri UV-Vis melibatkan energi elektronik yang cukup besar pada

molekul yang dianalisis, sehingga spektrofotometri UV-Vis lebih banyak dipakai

untuk analisis kuantitatif dibandingkan kualitatif (Mulja, 1995).

Spektrofotometer menghasilkan sinar dari spektrum dengan panjang

gelombang tertentu, sedangkan fotometer adalah alat pengukur intensitas cahaya

yang ditranmisikan atau yang diabsorbsi. Jadi spektrofotometer digunakan untuk

mengukur energi secara relatif jika energi yang ditranmisikan adalah fungsi

daripanjang gelombang (Khopkar, 2003).

Senyawa fosfat dapat dianalisis secara kualitatif dan kuantatif dengan

menggunakan metode spektrofotometri UV-Vis, hal ini didasarkan pada sampel

yang akan diserap oleh radiasi (pemancaran) elektomagnetis, dimana panjang

gelombangnya dapat terlihat. Sehingga, senyawa amonia dapat diketahui pada

pengukuran absorbansi dan transmitansi dalam spektroskopisnya (Kristianingrum,

2014).

1. Interaksi Cahaya dengan Materi

Cahaya elektromagnetik dapat dipertimbangkan sebagai bentuk energi cahaya

sebagai transfer gelombang. Bentuk sederhana dari cahaya elektomagnetik dapat

dilihat dalam Gambar 2.2.

Gambar 2.2 Gerakan Gelombang Cahaya Elektromagnetik (Kristianingrum,

2014).

Panjang gelombang (λ) merupakan jarak antara dua gunung atau lembah yang

berdampingan dari gelombang. Hubungan antara panjang gelombang, dengan

frekuensi dirumuskan dengan persamaan:

c = λ.v atau λ = c/v

Keterangan :

λ : panjang gelombang (cm)

v : frekuensi (dt-1 atau hertz, Hz)

c : kecepatan cahaya (3 x 1010 cm dt-1).

Hubungan antara energi (E) dan panjang gelombang (λ) dituliskan sebagai,

E = h c / λ

Keterangan :

E : energi cahaya (erg)

h : konstanta Planck (6,62 x 10-27 erg det)

c : kecepatan cahaya (3 x 1010 cm dt-1)

λ : panjang gelombang (cm)

2. Absorpsi Cahaya

Secara kualitatif absorpsi cahaya dapat diperoleh dengan pertimbangan

absorpsi cahaya pada daerah tampak, dengan melihat obyek cahaya yang

diteruskan atau dipantulkan. Apabila cahaya polikromatis (cahaya putih) yang

berisi seluruh spektrum panjang gelombang melewati medium tertentu, dan akan

menyerap panjang gelombang lain, sehingga medium akan tampak berwarna.

Oleh karena hanya panjang gelombang yang diteruskan yang sampai ke mata

maka panjang gelombang inilah yang menentukan warna medium. Warna ini

17

Universitas Muhammadiyah Riau

disebut warna komplementer terhadap warna yang diabsorpsi. Spektrum tampak

dan warna-warna komplementer ditunjukkan dalam Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Spektrum Tampak Dan Warna-Warna Komplementer

Panjang

Gelombang

(nm)

Warna yang

Diabsorpsi

Warna Yang dipantulkan

(Komplementer)

340-450 Lembayung Kuning-hijau

450-495 biru kuning

495-570 hijau violet

570-590 Kuning Biru Biru

590-620 Jingga Hijau- biru

620-750 Merah Biru-Hijau

Sumber : Kristianingrum (2014)

3. Transisi Elektron pada UV-Vis

Pengukuran absorbansi atau transmitansi dalam spektroskopi UV – Vis

digunakan untuk analisa kualitatif dan kuantitatif spesies kimia. Absorbansi

spesies ini berlangsung dalam dua tahap, yang pertama yaitu : M + hυ ↔M*,

merupakan eksitasi spesies akibat absorpsi foton (hυ) dengan waktu pada daerah

absorpsi UV-Vis (10-8 – 10-9 detik). Tahap kedua adalah relaksasi dengan

berubahnya M* menjadi spesies baru dengan reaksi fotokimia. Absorpsi pada

daerah UV –Vis menyebabkan eksitasi elektron ikatan. Puncak absorpsi (λ max)

dapat dihubungkan dengan jenis ikatan yang ada dalam spesies. Oleh karena itu,

spektroskopi absorpsi berguna untuk mengidentifikasikan gugus fungsi dalam

suatu molekul dan untuk analisis kuantitatif. Spesies yang mengabsorpsi dapat

melakukan transisi yang meliputi (a) elektron π, σ, n (b) elektron d dan f (c)

transfer muatan elektron, yaitu:

a. Transisi yang meliputi elektron π , σ, dan n terjadi pada molekul organik dan

sebagian kecil anion anorganik. Molekul tersebut mengabsorpsi cahaya

elektromagnetik karena adanya elektron valensi, yang akan tereksitansi ke

tingkat energi yang lebih tinggi. Absorpsi terjasi pada daerah UV vakum

(<185 nm). Absorpsi sinar UV – Vis, yang panjang gelombangnya lebih besar,

terbatas pada sejumlah gugus fungsi (disebut kromofor) yang mengandung

elektron valensi dengan energi esitasi rendah.

Contoh : CH4 mempunyai λ max pada 125 nm karena adanya transisi σ →σ*.

Transisi n→σ* (dari orbital tidak berikatan ke orbital anti ikatan) terjadi pada

senyawa jenuh dengan elektron tidak berpasangan. λ max untuk transisi n→σ*

cenderung bergeser ke h yang lebih pendek dalam pelarut polar, seperti etanol

dan H2O.

Transisi n→ σ* seperti juga π→π* terjadi pada sebagian besar senyawa

organik. Bertambahnya kepolaran pelarut pada transisi π→π*, maka bentuk

puncak bergeser ke panjang gelombang yang lebih pendek disebut pergeseran

biru atau hipsokromik, sedangkan jika bergeser kepanjang gelombang yang

lebih panjang dinamakan pergeseran merah atau batokromik. Pergeseran biru

disebabkan bertambahnya solvasi pasangan elektron sehingga berakibat

energinya turun. Pergeseran merah terjadi akibat bertambahnya kepolaran

pelarut (~ 5 nm), yang disebabkan gaya polarisasi antara pelarut dan spesies,

sehingga berakibat menurunnya selisih tingkat energi eksitasi dan tingkat

tidak tereksitasi.

b. Transisi yang meliputi elektron d dan f unsur-unsur blok d mengabsorpsi pada

daerah UV-Vis. Terjadinya transisis logam golongan f disebabkan karena

elektron pada orbital f pada unsur-unsur transisi dalam, dimana memilki

puncak yang sempit karena interaksi elektron 4f atau pun 5f (lantanida dan

aktanida). Pita yang sempit teramati karena efek screening (pelindung) orbital,

untuk transisi 3d dan 4d mempunyai pita yang lebar dan dapat terdeteksi

dalam daerah tampak, puncak absorbsi dipengaruhi oleh lingkungan yang

mengelilinginya. Besarnya splitting (Δ) oleh ligan dapat disusun dalam suatu

deret spektrokimia berikut = I- < Br- < Cl- < F- < OH- < Oksalat- < H2O <

SCN- < NH3 < en < NO2 < CN-. Deret ini berguna untuk meramalkan posisi

puncak absorbsi untuk berbagai kompleks dengan ligan diatas.

c. Spektrum absorbsi transfer muatan. Spektrum absorpsi merupakan cara yang

peka untuk menentukan spesies absorpsi. Kompleks yang memiliki muatan

misalnya : [Fe(SCN)6]3+

, [Fe2+Fe3

+(CN)

6+] mengabsorpsi pada h yang lebih

19

Universitas Muhammadiyah Riau

panjang, karena bertambahnya transfer elektron memerlukan energi radiasi

yang lebih kecil (Kristianingrum, 2014).

4. Hukum Lambert–Beer

Cahaya yang diserap diukur sebagai absorbansi (A) sedangkan cahaya yang

hamburkan diukur sebagai transmitansi (T), dinyatakan dengan hukum Lambert-

Beer atau Hukum Beer, berbunyi: “Jumlah radiasi cahaya tampak (ultraviolet,

inframerah dan sebagainya) yang diserap atau ditransmisikan oleh suatu larutan

merupakan suatu fungsi eksponen dari konsentrasi zat dan tebal larutan”.

Berdasarkan hukum Lambert-Beer, rumus yang digunakan untuk menghitung

banyaknya cahaya yang dihamburkan adalah:

T =

atau %T =

Absorbansi dinyatakan dengan rumus :

A = -log

T = -log

Keterangan:

A : absorbansi

I0 : intensitas cahaya datang

It : intensitas cahaya setelah melewati sampel

T: tranmitasi (banyaknya cahaya yang dihamburkan)

Rumus yang diturunkan dari Hukum Beer dapat ditulis sebagai:

A= a . b . c atau A = ε . b . c

Keterangan:

A : absorbansi

a : tetapan absorptivitas

b : tebal kuvet

c : konsentrasi larutan yang diukur

ε : tetapan absorptivitas molar

Secara eksperimen hukum Lambert-beer akan terpenuhi apabila peralatan yang

digunakan memenuhi kriteria-kriteria berikut :

1. Sinar yang masuk atau sinar yang mengenai sel sampel berupa sinar

dengan dengan panjang gelombang tunggal (monokromatis)

2. Penyerapan sinar oleh suatu molekul yang ada didalam larutan tidak

dipengaruhi oleh molekul yang lain yang ada bersama dalam satu

larutan

3. Penyerapan terjadi didalam volume larutan yang luas penampang

(tebal kuvet) yang sama;

4. Penyerapan tidak menghasilkan pemancaran sinar pendafluor. Artinya

larutan yang diukur harus benar-benar jernih agar tidak terjadi

hamburan cahaya oleh partikel-partikel koloid atau suspensi yang ada

didalam larutan

5. Konsentrasi analit rendah, apabila konsentrasi tinggi akan mengganggu

kelinearan grafik absorbansi versus konsentrasi.

Spektrofotometer terdiri atas spektrometer dan fotometer.

Spektrofotometer menghasilkan sinar dari spektrum dengan panjang gelombang

tertentu dan fotometer alat pengukur intensitas cahaya yang ditranmisikan atau

yang diabsorpsi (Kristianingrum,2014).

2.7 Spektrofotometer Fourier Transform Infrared (FTIR)

Spektrofotometer FTIR merupakan suatu metode spektroskopi infrared.

Spektroskopi infrared (IR) dapat mengidentifikasi kandungan gugus kompleks

dalam senyawa tetapi tidak dapat menentukan molekular unsur penyusunnya.

Pada spektroskopi IR, radiasi IR dilewatkan pada sampel. Sebagian dari radiasi IR

diserap oleh sampel dan sebagian lainnya diteruskan. Jika frekuensi dari suatu

vibrasi spesifik partikel sama dengan frekuensi radiasi IR yang langsung menuju

molekul, molekul akan menyerap radiasi tersebut. Spektrum yang dihasilkan

menggambarkan absorpsi dan transmisi molekular, membentuk sidik jari

molekular suatu sampel. Karena bersifat 23 sidik jari, tidak ada dua struktur

molekuler unik yang menghasilkan spektrum IR yang sama (Nugraha, 2008).

Menurut Naufal (2013), spektrofotometer inframerah pada umumnya

digunakan untuk: 1) menentukan gugus fungsi suatu senyawa organik, dan 2)

mengetahui informasi struktur suatu senyawa organik dengan membandingkan

daerah sidik jarinya. Pada alat spektrofotometri IR, satuan bilangan gelombang

merupakan satuan yang umum digunakan. Bilangan gelombang adalah jumlah

21

Universitas Muhammadiyah Riau

gelombang per 1 cm, yang merupakan kebalikan dari panjang gelombang. Nilai

bilangan gelombang berbanding terbalik terhadap frekuensi atau energinya.

Bilangan gelombang dan panjang gelombang dapat dikonversi satu sama lain

(Nugraha, 2008).

Bilangan gelombang dapat didefinisikan sebagai: ⊽=

, di mana λ adalah

panjang gelombang, kadang-kadang disebut bilangan gelombang spektroskopi

Pada spektroskopi inframerah, spektrum inframerah terletak pada daerah dengan

panjang gelombang 0,78 sampai 1000 μm atau bilangan gelombang dari 12800

sampai 1 cm-1

. Spektrofotometer FTIR termasuk ke dalam kategori radiasi

inframerah pertengahan (bilangan gelombang 4000-200 cm-1

). Plot antara

presentase transmitansi dengan bilangan gelombang akan menghasilkan spektrum

inframerah dan setiap tipe ikatan yang berbeda mempunyai frekuensi vibrasi yang

sedikit berbeda, maka tidak ada dua molekul yang berbeda strukturnya akan

mempunyai bentuk serapan inframerah atau spektrum inframerah yang sama.

Spektrofotometer FTIR memanfaatkan energi vibrasi gugus fungsi penyusun

senyawa hidroksiapatit, yaitu gugus PO43-

, gugus CO32-

, serta gugus OH- (Naufal

dkk, 2013).