ANALISIS LOGAM BERAT KADMIUM (Cd) DALAM SAMPEL AIR

Diajukan untuk memenuhi salah satu tugas mata kuliah Analisis Mengenai Dampak

Lingkungan.

Dosen Pengampu: Dr. Fitri Khoerunisa, S.Pd, M.Si

Oleh :

Arinda Febrianti

(1005237)

JURUSAN PENDIDIKAN KIMIA

FAKULTAS PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS PENDIDIKAN INDONESIA

2014

ANALISIS LOGAM BERAT KADMIUM (Cd) DALAM SAMPEL AIR

1. Dasar Teori

a. Kadmium (Cd)

Kadmium (Cd) ini pertama kali ditemukan oleh seorang ilmuan jerman

bernama Friedric Strohmeyer pada tahun 1817. Logam Cd ini ditemukan dalam

bebatuan calamine (seng carbonat). Nama cadmium sendiri diambil dari nama latin

“calamine” yaitu “cadmia”. Cadmium selalu ditemukan dalam jumlah kecil dalam

bijih-bijih seng. Kadmium (Cd) adalah logam berwarna putih keperakan menyerupai

alumunium dengan berat atom 112,41 g/mol dengan titik cair 321oC dan titik didih

765oC. Kadmium selalu bercampur dengan logam lain, terutama dalam pertambangan

zink dan timbal selalu ditemukan kadmium dengan kadar 0,2-0,4 %, sebagai hasil

sampingan dari proses pemurnian zink dan timbal. Unsur ini bersifat lentur, tahan

terhadap tekanan, memiliki titik lebur rendah serta dapat dimanfaatkan untuk

pencampur logam lain seperti nikel, perak, tembaga, dan besi. Logam ini sering

digunakan sebagai pigmen pada keramik, dalam penyepuhan listrik, pada pembuatan

alloy, dan baterai alkali. Senyawa kadmium juga digunakan sebagai bahan kimia,

bahan fotografi, pembuatan tabung TV, cat, karet, sabun, kembang api, percetakan

tekstil dan pigmen untuk gelas dan email gigi. Kadmium memiliki sifat dan kegunaan

antara lain :

1) Mempunyai sifat tahan panas sehingga bagus untuk campuran pembuatan

bahan-bahan keramik, enamel dan plastik.

2) Tahan terhadap korosi sehingga bagus untuk melapisi pelat besi dan baja.

Kadmium tergolong logam berat dan memiliki afinitas yang tinggi terhadap

kelompok sulfhidrid dari pada enzim dan meningkat kelarutannya dalam lemak. Pada

perairan alami yang bersifat basa, kadmium mengalami hidrolisis, teradsorpsi oleh

padatan tersuspensi dan membentuk ikatan kompleks dengan bahan organik.

Kadmium pada perairan alami membentuk ikatan kompleks dengan ligan baik organik

maupun anorganik, yaitu: Cd2+, Cd(OH)+, CdCl+, CdSO4, CdCO3 dan Cd organik.

Ikatan kompleks tersebut memiliki tingkat kelarutan yang berbeda: Cd2+ > CdSO4 >

CdCl+ > CdCO3 > Cd(OH)+ . Sifat racun Cd terhadap ikan yang hidup dalam air laut

berkisar antara 10-100 kali lebih rendah dari pada dalam air tawar yang memiliki

tingkat kesadahan lebih rendah. Toksisitas kadmium meningkat dengan menurunnya

kadar oksigen dan kesadahan, serta meningkatnya pH dan suhu.

Kadmium merupakan salah satu jenis logam berat yang berbahaya karena

elemen ini beresiko tinggi terhadap pembuluh darah. Kadmium berpengaruh terhadap

manusia dalam jangka waktu panjang dan dapat terakumulasi pada tubuh khususnya

hati dan ginjal. Secara prinsipil pada konsentrasi rendah berefek terhadap gangguan

pada paru-paru, emphysema dan renal turbular disease yang kronis.

Bagi tubuh manusia, Kadmium sebenarnya merupakan logam asing. Tubuh

sama sekali tidak memerlukannya dalam proses metabolisme. Karenanya Kadmium

sangat beracun bagi manusia dan dapat diabsorbsi tubuh dalam jumlah yang tidak

terbatas, karena tidak adanya mekanisme tubuh yang membatasinya. Jumlah normal

Kadmium dalam tanah berada dibawah 1 ppm, tetapi angka tertinggi (1.700 ppm)

pernah dijumpai pada permukaan tanah yang berada dekat pertambangan Zinkum

(Zn). Kadmium lebih mudah diakumulasi oleh tanaman dibandingkan dengan ion

logam berat lainnya seperti Plumbum.

Logam berat ini bergabung bersama Timbal dan Merkuri sebagai the big three

heavy metal yang memiliki tingkat bahaya tertinggi pada kesehatan manusia. Menurut

badan dunia FAO/WHO, konsumsi per minggu yang ditoleransikan bagi manusia

adalah 400-500 µg per orang atau 7 µg per kg berat badan (Napitupulu, 2008).

Kadmium juga berefek pada potensial membran alga sel chara. Kadmium

menyebabkan potensial membran sel chara berubah menjadi lebih negatif

dibandingkan potensial membran sebelum adanya penambahan kadmium. Seiring

dengan bertambahnya konsentrasi Kadmium, penurunan potensial membran menjadi

semakin kecil dan potensial akhirnya menjadi semakin positif. Gejala ini

kemungkinan dapat diterangkan berdasarkan peran Kadmium sebagai kation divalent.

Kadmium merupakan salah satu jenis logam berat yang berbahaya karena

elemen ini beresiko tinggi terhadap pembuluh darah. Apabila Kadmium masuk ke

dalam tubuh maka sebagian besar akan terkumpul di dalam ginjal, hati dan sebagian

yang dikeluarkan lewat saluran pencernaan. Kadmium dapat mempengaruhi otot

polos pembuluh darah secara langsung maupun tidak langsung lewat ginjal, sebagai

akibatnya terjadi kenaikan tekanan darah. Senyawa ini bisa mengakibatkan penyakit

liver dan gangguan ginjal serta tulang.

Senyawa yang mengandung Kadmium juga mengakibatkan kanker. Dalam

industri pertambangan logam Pb dan Zn, proses pemurniannya akan selalu diperoleh

hasil samping Kadmium, yang terbuang ke alam lingkungan. Kadmium masuk

kedalam tubuh manusia terjadi melalui makanan dan minuman yang terkontaminasi.

Untuk mengukur asupan Kadmium kedalam tubuh manusia perlu dilakukan

pengukuran kadar Kadmium dalam makanan yang dimakan atau kandungan

Kadmium dalam feses.

Sekitar 5 / dari diet Kadmium, diabsorpsi dalam tubuh. Sebagian besar Cd

masuk melalui saluran pencernaan, tetapi keluar lagi melalui feses sekitar 3-4 minggu

kemudian dan sebagian kecil dikeluarkan melalui urin. Kadmium dalam tubuh

terakumulasi dalam ginjal dan hati terutama terikat sebagai metalothionein.

Metalotionein mengandung asam amino sistein, dimana Cd terikat dengan gugus

sulfhidril (-SH) dalam enzim karboksil sisteinil, histidil, hidroksil dan fosfatil dari

protein dan purin.

Kemungkian besar pengaruh toksisitas Cd disebabkan oleh interaksi antara Cd

dan protein tersebut, sehingga menimbulkan hambatan terhadap aktivitas kerja enzim.

Kadmium lebih beracun bila terhisap melalui saluran pernafasan daripada saluran

pencernaan. Kasus keracunan akut Kadmium kebanyakan dari menghisap debu dan

asap Kadmium, terutama Kadmium oksida (CdO).

Dalam beberapa jam setelah menghisap, korban akan mengeluh gangguan

saluran nafas, nausea, muntah, kepala pusing dan sakit pinggang. Kematian

disebabkan karena terjadinya edema paru-paru. Apabila pasien tetap bertahan, akan

terjadi emfisema atau gangguan paru-paru yang jelas terlihat.

Keracunan kronis terjadi bila memakan atau inhalasi dosis kecil Cd dalam

waktu yang lama. Gejala akan terjadi setelah selang waktu beberapa lama dan kronik.

Kadmium pada keadaan ini menyebabkan nefrotoksisitas, yaitu gejala proteinuria,

glikosuria, dan aminoasidiuria disertai dengan penurunan laju filtrasi glumerolus

ginjal. Kasus keracunan Cd kronis juga menyebabkan gangguan kardiovaskuler dan

hipertensi.

Hal tersebut terjadi karena tingginya afinitas jaringan ginjal terhadap

Kadmium. Gejala hipertensi ini tidak selalu dijumpai pada kasus keracunan Cd.

Kadmium dapat menyebabkan osteomalasea karena terjadinya gangguan daya

keseimbangan kandungan kalsium dan fosfat dalam ginjal (Sarjono, 2009).

b. Teknik Analisa Logam Kadmium (Cd)

Analisa kadmium di air dan air limbah dapat menggunakan SNI 06-6989.37-

2005 yaitu cara uji kadar kadmium (Cd) dengan spektrofotometer serapan atom

(SSA). Spektrofotometri AAS merupakan salah satu teknik dasar analisis unsur yang

didasarkan pada interaksi antara energi radiasi dengan atom unsur yang dianalisis.

AAS banyak digunakan untuk analisis unsur. Atom suatu unsur dikenakan suatu

seberkas radiasi, maka akan terjadi penyerapan energi oleh atom-atom yang berada

pada tingkat dasar tersebut. Penyerapan ini menyebabkan terjadinya pengurangan

intensitas radiasi yang diberikan. Pengurangan intensitasnya sebanding dengan jumlah

atom yang berada pada tingkat dasar tersebut.

Gambar 1. Skema Diagram Instrumen Spektrofotometri Serapan Atom

Proses yang terjadi adalah larutan sampel disemprotkan ke suatu nyala dan

unsur-unsur didalam sample diubah menjadi uap atom sehingga nyala mengandung

unsur-unsur yang dianalisis. Beberapa diantara atom akan tereksitasi secara termal

oleh nyala, tetapi kebanyakan atom tetap tinggal sebagai atom netral dalam keadaan

dasar (ground state). Atom-atom ground state ini akan menyerap radiasi yang

diberikan oleh sumber sinar yang terbuat dari unsure-unsur yang bersangkutan.

Panjang gelombang yang dihasilkan oleh radiasi ini adalah sama dengan panjang

gelombang yang diabsorbsi oleh atom dalam nyala. Absorpsi ini mengikuti hokum

Lambert-Beer, yaitu absorpsi berbanding lurus dengan panjang nyala yang dilalui

sinar dan konsentrasi uap atom dalam nyala.

Hukum lambert Beer :

lt= lo.e-(€bc), atau

A= -log lt/lo= €bc

Dimana :

lo= intensitas sumber sinar

lt= intensitas sinar yang diteruskan

€= absortivitas molar

A : absorbansi

T : transmitter

I : Intensitas cahaya yang ditransmisi

Kedua variable ini sulit untuk ditentukan tetapi panjang nyala dapat dibuat

konstan sehingga absorbansi hanya berbanding langsung dengan konsentrasi analit

dalam larutan sampel.

Dalam metode AAS, sebagaimana dalam metode spektrofotometri atomik

yang lain, contoh harus diubah ke dalam bentuk uap dan didekomposisikan untuk

membentuk atom dalam bentuk uap. Secara umum pembentukan atom bebas dalam

keadaan gas melalui tahapan-tahapan sebagai berikut :

a) Pengisapan pelarut, pada tahap ini pelarut akan teruapkan dan

meninggalkan residu padat.

b) Penguapan zat padat, zat padat ini terdisosiasi menjadi atom-atom

penyusunnya yang mula-mula akan berada dalam keadaan dasar.

c) Beberapa atom akan tereksitasi oleh energi termal dari nyala ke

tingkat-tingkat energi yang lebih tinggi, dan mencapai kondisi dimana

atom tersebut akan memancarkan energi (Basset, 1994).

Gangguan dalam analisis dengan AAS :

Ada tiga gangguan utama dalam SSA :

(1) Gangguan ionisasi

(2) Gangguan akibat pembentukan senyawa refractory (tahan panas)

(3) Gangguan fisik alat

Gangguan lonisasi: Gangguan ini biasa terjadi pada unsur alkali dan alkali

tanah dan beberapa unsur yang lain karena unsur-unsur tersebut mudah terionisasi

dalam nyala. Dalam analisis dengan FES dan AAS yang diukur adalah emisi dan

serapan atom yang tidak terionisasi. Oleh sebab itu dengan adanya atom-atom yang

terionisasi dalam nyala akan mengakibatkan sinyal yang ditangkap detek'tor menjadi

berkurang. Namun demikian gangguan ini bukan gangguan yang sifatnya serius,

karena hanya sensitivitas dan linearitasnya saja yang terganggu. Gangguan ini dapat

diatasi dengan menambahkan unsur-¬unsur yaug mudah terionisasi ke clalam sampel

sehingga akan menahan proses ionisasi dari unsur yang dianalisis.

Pembentukan Senyawa Refraktori: Gangguan ini diakibatkan oleh reaksi

antara analit dengan senyawa kimia, biasanya anion yang ada dalam larutan sampel

sehingga terbentuk senyawa yang tahan panas (refractory). Sebagai contoh, pospat

akan bereaksi dengan kalsium dalam nyala menghasilkan kalsium piropospat

(CaP2O7). Hal ini menyebabkan absorpsi ataupun emisi atom kalsium dalam nyala

menjadi berkurang. Gangguan ini dapat diatasi dengan menambahkan stronsium

klorida atau lantanum nitrat ke dalam tarutan. Kedua logam ini lebih mudah bereaksi

dengan pospat dihanding kalsium sehingga reaksi antara kalsium dengan pospat dapat

dicegah atau diminimalkan. Gangguan ini juga dapat dihindari dengan menambahkan

EDTA berlebihan. EDTA akan membentuk kompleks chelate dengan kalsium,

sehingga pembentukan senyawa refraktori dengan pospat dapat dihindarkan.

Selanjutnya kompleks Ca-EDTA akan terdissosiasi dalam nyala menjadi atom netral

Ca yang menyerap sinar. Gangguan yang lebih serius terjadi apabi!a unsur-unsur

seperti: AI, Ti, Mo,V dan lain-lain bereaksi dengan O dan OH dalam nyala

menghasilkan logam oksida dan hidroksida yang tahan panas. Gangguan ini hanya

dapat diatasi dengan menaikkan temperatur nyala., sehingga nyala yang urnum

digunakan dalam kasus semacam ini adalah nitrous oksida-asetilen.

Gangguan Fisik Alat : yang dianggap sebagai gangguan fisik adalah semua

parameter yang dapat mempengaruhi kecepatan sampel sampai ke nyala dan

sempurnanya atomisasi. Parameter-parameter tersebut adalah: kecepatan alir gas,

berubahnya viskositas sampel akibat temperatur atau solven, kandungan padatan yang

tinggi, perubahan temperatur nyala dll. Gangguan ini biasanya dikompensasi dengan

lebih sering membuat Kalibrasi (standarisasi).

Gangguan dalam pengukuran absorbs atom dapat timbul dari spektrum,

sumber kimia dan fisika. Efek kimia (gangguan kimia) meliputi pembentukan

senyawa stabil dan ionisasi, keduanya menurunkan jumlah atom bebas (atom dalam

bentuk gas) dalam uap sampel dan dengan demikian mengurangi nilai absorbansi.

Untuk mengatasinya, dapat ditambahkan zat pembebas (releasing agents), penaikan

suhu, dan penambahan zat penopeng. Gangguan fisika terjadi dalam proses

penguapan sampel. Seperti terbentuknya larutan padat dari dua unsure atau lebih

(contoh kromium dalam besi). Untuk mengatasinya, dapat digunakan zat pembebas

dan penyesuaian kandungan sampel dan standar dengan hati-hati. Selain itu, gangguan

absorbansi latar belakang juga bisa terjadi karena adanya berbagai pengaruh, yaitu

dari absorbs molecular, dan penghamburan cahaya. Gangguan ini dapat diatasi dengan

keberadaan system optic berkas ganda (double beam) (Basset, 1994).

2. Prosedur Analisis Logam Kadmium (Cd)

• Alat :

1) Labu takar 50 ml 2 buah

2) Labu takar 25 ml 4 buah

3) Pipet tetes 2 buah

4) Gelas kimia 100 ml 2 buah

5) Corong kecil 1 buah

6) Hot plate 1 buah

7) Pipet volume 1 ml 1 buah

8) Atomic Absorption Spektrofotometer ( AAS ) 1 set

• Bahan:

1) Sampel air

2) HNO3 pekat

3) Larutan Standar Cd 1000 ppm

4) Aquades

• Prosedur Analisis

1. Preparasi sampel

Diambil 50 mL sampel dan dimasukkan ke dalam gelas kimia 100 mL.

ditambahkan 2,5 mL HNO3 pekat kemudian diaduk dan diuapkan di atas hot

plate sampai volumenya menjadi ±15 mL. Setelah itu ditambahkan lagi 2,5 mL

HNO3 pekat, ditutup dengan kaca arloji dan dipanaskan kembali sampai warna

larutan jernih. Kemudian larutan sampel didinginkandan ditambahkan sedikit

aquades, dituangkan ke dalam labu takar 50 mL dan ditandabataskan

2. Pembuatan larutan blanko

Larutan blanko dibuat berupa larutan HNO3 yang memiliki pH 2,0.

3. Pembuatan larutan standar Cd 25 ppm

Dibuat larutan standar Cd dengan konsentrasi 25 ppm, dengan cara

mengencerkan larutan stock dengan larutan blanko ke dalam labu ukur 50 mL.

4. Pengukuran

Dimasukan larutan sampel ke dalam 5 labu takar masing-masing

(25,25,25,25,50) mL sebanyak 5 mL pada masing-masing labu takar 25 mL

dan 10 mL pada labu takar 50 mL. Kemudian ditambahkan larutan standar 25

ppm masing-masing labu takar (2,4,6,8,10) mL. Setelah itu ditandabataskan.

Maka didapat larutan sampel ditambah standar.

5. Pembuatan kurva kalibrasi dan pengukuran konsentrasi sampel

Diukur absorbansi masing-masing larutan (sampel + standar) yang

telah disiapkan dimulai dari konsentrasi terendah. Larutan sampel diukur

absorbansinya. Dibuat grafik hubungan absorbansi vs konsentrasi dengan

program Excell. Kemudian ditentukan persamaan matematik hubungan linear

antara absorbansi dengan konsentrasi. Ditentukan konsentrasi (ppm) Cd dalam

larutan sampel.

6. Pengoperasian dan optimasi alat AAS

1. Alat dipanaskan dengan menekan tombol (on)

2. Kompresor dihidupkan dan tabung gas C2H2 dibuka serta diset pada

angka 17 psiq

3. Cerobong pembukaan gas dihidupkan

4. Saat display menunjukkan “New recall method” tekan (enter)

5. Nilai arus Halow Cathode Lamp (75 % dari yang tertera) diketikkan,

yaitu sebesar 22 mA lalu tekan (enter )

6. Nilai slit sebesar 0,7 nm dimasukkan lalu tekan enter

7. Nilai λ (panjang gelombang) yaitu 324,8 nm dimasukkan lalu tekan enter

8. Time integration (lama pembacaan) yaitu 0,7 sekon di ketik lalu tekan

enter

9. Replicate (pengulangan pembacaan) yaitu sebanyak 3x diketik lalu tekan

enter

10. Hold 1 dipilih untuk metode pembacaan

11. Curve calibration linier (2) dipilih lalu tekan enter

12. “no” ditekan jika curve calibration tidak akan dicetak lalu tekan enter

13. enter secara terus menerus ditekan sampai mode pada display kembali

ke lamp current

14. Burner dinyalakan dengan menekan tombol flame on/off

15. Cont ditekan untuk memulai optimalisasi absorbansi

16. Larutan blanko dimasukkan kemudian tekan A/Z (auto zero) pada saat

absorbans menunjukkan harga nol (0,000)

17. Larutan standar dimasukkan dengan konsentrasi terendah yaitu 5 ppm

untuk memperoleh harga absorbansi mendekati 0,200. Jika belum

tercapai laju alir gas (bahan bakar) diatur dengan cara knob nebulizer

diputar ke kiri dan ke kanan

18. Setelah harga absorbansi mendekati 0,200, larutan blanko dimasukkan

dan tunggu sampai harga absorbansi kembali ke nol (0)

19. Tekan data untuk memulai pengukuran

20. Semua larutan standar dimasukkan mulai dari konsentrasi terendah

sampai tertinggi kemudian tekan read

21. Sampel dimasukkan tekan read

22. Kurva kalibrasi dibuat

3. Penentuan Konsentrasi Kadmium (Cd)

Penentuan konsentrasi logam Kadmium (Cd) dilakukan dengan cara langsung.

Pengukuran logam Kadmium (Cd) dengan menggunakan AAS (atomic absorption

spectrofotometry), yang selanjutnya dihitung dengan menggunakan rumus sebagai

berikut :

LogamCdppm� = �� − ��� − ���100

�������1000

Keterangan :

As : Absorban sampel

Ab : Absorban blanko

a : Intercept dari persamaan regresi standar

b : Slope dari persamaan regresi standar

W : Berat sampel (g)

4. Daftar Pustaka

Basset, J., Denney, R. C., Jeffery, G. H dan Mendham, J. (1994). Buku Ajar Vogel

Kimia Analisis Kuantitatif Anorganik (Edisi keempat). Terjemahan

Handyana Pudjaatmaka. Jakarta: EGC.

Sarjono, Aryo. (2009). Analisis Kandungan Logam Berat Cd, Pb, Dan Hg Pada Air

Dan Sedimen Di Perairan Kamal Muara, Jakarta Utara. [Skripsi]. Institut

Pertanian Bogor.

Napitupulu, Monang. (2008). Analisis Logam Berat Seng, Kadmium dan Tembaga

Pada Berbagai Tingkat Kemiringan Tanah Hutan Tanaman Industri

PT.Toba Pulp Lestari Dengan Metode Spektrofotometri Serapan Atom

(SSA). [Tesis]. Universitas Sumatera Utara Medan.