1
BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Benzene, Toluene, dan Xylene (BTX) merupakan senyawa yang banyak atau biasa ditemukan pada tanah dan air tanah yang tercemar oleh bensin, atau produk-produk minyak bumi lainnya (Chang et al, 1992). BTX telah menjadi fokus pada beberapa studi tentang bioremidiasi dan biodegradasi karena sifatnya yang merusak lingkungan (Crawford dan Crawford, 1996). Ada dua alasan yang mendasari studi tentang BTX. Alasan pertama, seringkali terjadi organisme yang ada di air tercemar oleh minyak bumi. Hal ini disebabkan karena lebih besarnya daya larut BTX dalam air dibandingkan dengan senyawa hidrokarbon yang lain. Alasan kedua, benzene merupakan senyawa karsinogenik sedangkan toluene dan xylene walaupun secara umum bukan senyawa karsinogen tetapi harus ada pada level rendah dalam air minum dan air untuk kebutuhan sehari-hari karena ketoksikannya ketoksikannya (Krumholz et al., 1996). Kromatografi adalah cara pemisahan campuran yang didasarkan atas perbedaan distribusi dari komponen campuran tersebut. Terdapat dua fase pada kromatografi, yaitu fase diam ( stationary) dan fase bergerak ( mobile). Fase diam dapat berupa zat padat atau zat cair, sedangkan fase bergerak dapat berupa zat cair atau gas. Dalam kromatografi fase bergerak dapat berupa gas atau zat cair dan fase diam dapat berupa zat padat atau zat cair. Banyak jenis kromatografi, salah satunya adalah kromatografi gas, yang merupakan metode kromatografi pertama yang dikembangkan pada zaman instrumen dan elektronika. Kromatografi gas dapat dipakai untuk setiap campuran dimana semua komponennya mempunyai tekanan uap yang berarti, suhu tekanan uap yang dipakai untuk proses pemisahan. Tekanan uap memungkinkan komponen menguap dan bergerak bersama-sama dengan fase gerak yang berupa gas. Kromatografi gas merupakan metode yang tepat dan cepat untuk memisahkan campuran yang sangat rumit. Waktu yang dibutuhkan beragam,
2
mulai dari beberapa detik untuk campuran yang sederhana sampai berjam-jam untuk campuran yang mengandung 500-1000 komponen. Kromatografi gas sendiri terdiri dari 2 yaitu kromatografi gas cairan dengan mekanisme pemisahan partisi, teknik kolom dan nama alat GLC dan kromatografi gas padat dengan mekanisme pemisahan absorbsi, teknik kolom dan nama alat GSC. Namun GSC jarang digunakan sehingga pada umumnya yang disebut dengan GC saat ini adalah GLC. Pada prinsipnya pemisahan dalam GC adalah disebabkan oleh perbedaan dalam kemampuan distribusi analit diantara fase gerak dan fase diam di dalam kolom pada kecepatan dan waktu yang berbeda. 1.2. Tujuan
Tujuan dari praktikum ini adalah mengidentifikasi dan menentukan kadar BTX dengan menggunakan teknik kromatografi gas.
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Teori Dasar Kromatografi Gas
Kromatografi
Gas
adalah
metode
kromatografi
pertama
yang
dikembangkan pada jaman instrument dan elektronika yang telah merevolusikan keilmuan selama lebih dari 30 tahun. Sekarang KG dipakai secara rutin di sebagian besar laboratorium industri dan perguruan tinggi. KG dapat dipakai untuk setiap campuran yang komponennya atau akan lebih baik lagi jika semua komponennya mempunyai tekanan uap yang berarti pada suhu yang dipakai untuk pemisahan (Widjaya 2009). Dalam kromatografi gas, fase bergeraknya adalah gas dan zat terlarut terpisah sebagai uap. Pemisahan tercapai dengan partisi sampel antara fase gas bergerak dan fase diam berupa cairan dengan titik didih tinggi (tidak mudah menguap) yang terikat pada zat padat penunjangnya. Ada beberapa kelebihan kromatografi gas, diantaranya kita dapat menggunakan kolom lebih panjang untuk menghasilkan efisiensi pemisahan yang tinggi. Gas dan uap mempunyai viskositas yang rendah, demikian juga kesetimbangan partisi antara gas dan cairan berlangsung cepat, sehingga analisis relatif cepat dan sensitifitasnya tinggi. Fase gas dibandingkan sebagian besar fase cair tidak bersifat reaktif terhadap fase diam dan zat-zat terlarut. Kelemahannya adalah teknik ini terbatas untuk zat yang mudah menguap. Kromatografi gas merupakan metode yang tepat dan cepat untuk memisahkan campuran yang sangat rumit. Waktu yang dibutuhkan beragam, mulai dari beberapa detik untuk campuran sederhana sampai berjam-jam untuk campuran yang mengandung 500-1000 komponen. Komponen campuran dapat diidentifikasikan dengan menggunakan waktu tambat (waktu retensi) yang khas pada kondisi yang tepat. Waktu tambat ialah waktu yang menunjukkan berapa lama suatu senyawa tertahan dalam kolom.waktu tambat diukur dari jejak pencatat pada kromatogram dan serupa dengan volume tambat dalam KCKT dan Rf dalam KLT. Dengan kalibrasi yang patut, banyaknya (kuantitas) komponen campuran dapat pula diukur secara teliti. kekurangan utama KG adalah bahwa ia
4
tidak mudah dipakai untuk memisahkan campuran dalam jumlah besar. Pemisahan pada tingkat mg mudah dilakukan, pemisahan campuran pada tingkat g mungkin dilakukan; tetapi pemisahan dalam tingkat pon atau ton sukar dilakukan kecuali jika tidak ada metode lain. Proses kromatografi dalam alat KG dimulai dengan menyuntikkan sample ke dalam kolom. Mula-mula komponen-komponen di dalam kolom diuapkan, kemudian dielusi oleh gas pembawa untuk melalui kolom. Perbedaan laju migrasi masing-masing komponen dalam kolom disebabkan oleh perbedaan titik didih dan interaksi masing-masing komponen dengan fasa stasioner. Pendeteksian saat keluar dari kolom dilakukan berdasarkan perubahan sifat fisika aliran gas yang disebabkan adanya komponen yang dikandungnya. Sifat fisika tersebut, misalnya daya hantar panas, absorpsi radiasi elektromagnetik, indeks refraksi, derajat terinduksi ion, dsb. Untuk analisa kualitatif, komponen-komponen yang terelusi dikenali dari nilai waktu retensi, TR. TR analit dibandingkan dengan TR standar pada kondisi operasi alat yang sama. Sedangkan untuk analisa kuantitatif, penentuan kadar atau jumlah analit dilakukan dengan membandingkan luas puncak analit dengan luas puncak standar. Efisiensi kolom ditentukan berdasarkan jumlah pelat teori (N) dalam kolom, melalui persamaan : N = 16 x (TR / WB)2 , dengan TR = waktu retensi dan WB = lebar dasar puncak. 2.2. Prinsip Kerja
Kromatografi gas mempunyai prinsip yang sama dengan kromatografi lainnya, tapi memiliki beberapa perbedaan misalnya proses pemisahan campuran dilakukan antara stasionary fase cair dan gas fase gerak dan pada oven temperur gas dapat dikontrol sedangkan pada kromatografi kolom hanya pada tahap fase cair dan temperatur tidak dimiliki. Secara rinci prinsip kromatografi adalah udara dilewatkan melalui nyala hydrogen (hydrogen flame) selanjutnya uap organik tersebut akan terionisasi dan menginduksi terjadinya aliran listrik pada detektor, kuantitas aliran listrik sebanding dengan ion. 2.3. Rancangan Kromatografi Gas
Kromatografi gas terdiri dari beberapa alat diantaranya :
5
1. Fase Mobil (Gas Pembawa). Fase mobil (gas pembawa) dipasok dari tanki melalui pengaturan pengurangan tekanan. Kemudian membawa cuplikan langsung ke dalam kolom. Jika hal ini terjadi, cuplikan tidak menyebar sebelum proses pemisahan. Cara ini cocok untuk cuplikan yang mudah menyerap. Gas pembawa ini harus bersifat inert dan harus sangat murni. Seringkali gas pembawa ini harus disaring untuk menahan debu uap air dan oksigen. Gas sering digunakan adalah N2, H2 He dan Ar. 2. Sistem Injeksi Sampel Sampel dimasukkan ke dalam aliran gas, jika sampel berupa cairan harus diencerkan terlebih dahulu dalam bentuk larutan. Injeksi sampel dapat diambil dengan karet silicon ke dalam oven, banyak sampel + 0,1-10 ml. 3. Kolom Fungsi kolom merupakan ”jantung” kromatografi gas dimana terjadi
pemisahan komponen-komponen cuplikan kolom terbuat dari baja tahan karat, nikel, kaca. Merupakan jantung kromatografi, dimana pemisahan komponen cuplikan terjadi yang berwujud puncak-puncak yang disebut kromatogram.
Faktor
yang
berkaitan
dengan
keterpisahan
puncak
kromatografi adalah keefisienan kolom dan keefisienan pelarut. Ada dua tipe kolom : a. Kolom Partisi, berisi bahan padat inert menyangga lapisan tipis cairan, disebut Chromatography Gas Cair (GLC). b. Kolom Adsorbsi, berisi partikel penyerap yang umumnya digunakan untuk analisa gas permanen dan hydrokarbon rendah, biasa disebut Chromatography Gas Padat (GSC). 4. Detektor Fungsi detektor untuk memonitor gas pembawa yang keluar dari kolom dan merespon perubahan komposisi yang terelusi. Merupakan suatu gawai yang menunjukan dan mengukur banyaknya komponen yang terpisah dalam gas pembawa. Suhu detektor harus panas agar cuplikan tak mengembun. Pelebaran puncak dan menghilangnya puncak komponen merupakan ciri khas
6
terjadinya pengembunan. Seluruh detektor ditutup dalam oven yang lebih panas dibanding dengan temperatur kolom. Hal itu menghentikan kondensasi dalam detektor (pada FID). 5. Pencatat (Recorder) Fungsi recorder sebagai alat untuk mencetak hasil percobaan pada sebuah kertas yang hasilnya disebut kromatogram (kumpulan puncak grafik).
7
BAB III METODE PRAKTIKUM
3.1. Alat dan Bahan
Beberapa peralatan yang digunakan dalam praktikum kali ini adalah : 1. Penjerap arang aktif 2. Pompa sampling udara 3. Kromatografi gas dengan detektor FID 4. Pipet 5. Flow meter terkalibrasi Beberapa bahan yang digunakan antara lain: 1. Standar BTX 2. CS2 3. Gas Nitrogen 4. Hidrogen 5. Udara tekan 3.2. Prosedur Analisis 3.2.1. Pengambilan Sampel
a). Aktive Sampler
Tabung penjerap dibuka kedua ujungnya dan dihubungkan dengan pompa vakum
Tabung penjerap diletakkan dalam kondisi vertikal selama sampling
Flow, waktu dan atau volume udara diukur secara akurat. Sampel
diambil dengan flow rate 1L/menit atau kurang. Volume sampel yang diambil sebaiknya dilakukan sesuai dengan threshold limit value.
b). Diffuser Sampler
Penjerap ditempatkan sesuai dengan maksud dan tujuan monitoring (apakah untuk evaluasi worker exposure level, evaluasi hight exposure periode selama hari kerja, evaluasi control measure
8
seperti ventilasi, scerening kelompok kerja dalam mengidentifikasi kelompok resiko tinggi, dll).
Sampling dilakukan pada saat shift kerja maksimal.
Lama dan kecepatan sampling disesuaikan dengan kapasitas penjerap yang digunakan dan parameter yang dianalisis. Misalnya jika menggunakan produk 3M 3500/3510 atau 3520/3530 dapat mengacu ke Technical Data Bulletin Organic Vapor Monitor Sampling & Analysis.
3.2.2. Analisis kadar BTX
a). Desorpsi Sampel ( Active Sampler )
Tabung penjerap yang telah berisi sampel dipindahkan ke dalam botol kecil dan ditambahkan 1 ml CS 2.
Waktu desorpsi jangan melebihi 3 jam.
Aliquot
disimpan
dalam
wadah
tertutup
dan
secepatnya
diinjeksikan ke alat kromatografi gas. b). Desorpsi Sampel ( Diffusive Sampler )
Penjerap (monitor) yang telah berisi sampel dibuka dan ditambahkan 1,5 ml CS 2 melalui center port .
Monitor port segera ditutup, dikocok kuat selama 30 menit, dan eluen didekantasi pada vial 2 ml yang tertutup.
Eluen siap diinjeksikan ke alat kromatografi gas.
c). Injeksi ke Alat Kromatografi Gas Alat Kromatografi Gas dinyalakan dan diatur kondisi analisis seperti berikut : 1. Kolom : Fused Silica Capilary Column, 007 methyl 5% phenyl silicone. 2. Dimensi kolom : L= 60 M, Ø dalam 0,25 mm, ID 0,25 µm, film thickness. 3. Suhu kolom : awal 600 ºC selama 5 menit; akhir 100ºC selama 3 menit; kenaikan suhu 5ºC/menit. 4. Suhu detektor : 200ºC 5. Gas pembawa : Nitrogen
9
6. Rasio split : 1/80 7. Volume injeksi : 1µL 8. Linier velocity : 20 9. Detector : FID 3.2.3
Perhitungan
a) Penentuan Bobot Kontaminan (W)
b) Penentuan Konsentrasi
atau
atau
() ( ) ( )
10
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Analisis Kromatografi Gas
Hasil dari analisis kromatografi gas yang pertama diperoleh data area standar BTX berdasarakan retensi waktunya. Terdapat empat jenis senyawa dalam standar yang diukur yaitu CS 2, Benzene, Toluene, Xylene. Area standar BTX berdasarkan retensi waktunya tersaji dalam tabel 1 dan gambar 1 menunjukkan grafik hasil pengukuran kromatografi gas untuk area standar. Tabel 1. Area standar BTX berdasarkan retensi waktunya No.
Retensi Waktu
Area Standar
Nama Senyawa
1. 2. 3. 4. 5. 6.
5,373 6,116 7,438 9,440 9,635 10,318 Total
369910 113334 122443 2926 141577 2335 752525
CS2 Benzene Toluene Xylene Xylene Xylene
Gambar 1. Grafik hasil pengukuran kromatografi gas untuk area standar BTX
11
Hasil dari pengukuran pada sampel BTX diperoleh grafik serta data mengenai waktu retensi dan area dari sampel yang diukur. Untuk mengidentifikasi jenis senyawa dari sampel yang diuji yaitu dengan melihat dan membandingkan pada tabel hasil pengukuran area standar BTX. Selanjutnya dilakukan penghitungan konsentrasi pada setiap senyawa BTX yang telah teridentifikasi. Hasil pengukuran terhadap sampel tersaji pada gambar 2.
Gambar 2. Grafik hasil pengukuran kromatografi gas untuk area sampel BTX.
Penghitungan konsentrasi BTX dari dari hasil sampel : 1. Benzene Diketahui : Area Sampel : 79293 Area Standar : 113334 Konsentrasi Standar : 850 µg/ml Flow rate (F) : 1 l/menit
12
Volume desorbsi : 1 ml T : 300C jadi dalam kelvin : 30 0C +273 = 303 0K suhu kamar 25 0C jadi dalam 0K : 250C + 273 = 298 0K Sampling rate :35,5 cc/min Recovery Coefisien (r) = 0,97 t = 30 menit
() ( ) ( ) () () ()
= 20,156 mg/m 3
2. Toluene Diketahui : Area Sampel 1 : 389354 Area Sampel 2 : 758145 Area Standar : 122443 Konsentrasi standar Toluen : 920 µg/ml Recovery Coefisien (r) = 1,01 t = 30 menit Sampling rate : 27,3 cc/min Flou rate (F) = 1 L/menit B= 8,45
() () µg /m 3
= 292,221 mg/m 3
13
3. Xylene Diketahui Area standar 1: 2926 Area standar 2 : 141577 Area standar 3 : 2335 Area sampel : 3471 Konsentrasi standar : 1140 µg/ml
() ( ) () ) () ( ( ) µg/ m 3
= 0,913 mg/m3
4.2 Pembahasan
Standar konsentrasi baku mutu bahan berbahaya dan beracun (B3) di udara diatur oleh Badan Standardisasi Nasional (BSN) dalam SNI 19-1232-2005 yang menjelaskan tentang Nilai Ambang Batas (NAB) Zat Kimia di Udara Tempat Bekerja. Standar tersebut mengacu pada Surat Edaran Menteri Tenaga Kerja Nomor: SE-01/MEN/1997 tentang Nilai Ambang Batas faktor kimia di udara lingkungan kerja. Standar tersebut ditentukan untuk mengantisipasi efek negatif dari zat kimia BTX yang kemungkinan terjadi di tempat kerja dan perlu dilakukan untuk pencegahan dan perlindungan terhadap keselamatan serta kesehatan tenaga kerja. Kadar konsentrasi senyawa BTX berdasarkan hasil pengukuran pada sampel dengan alat kromatografi gas yaitu Benzene memiliki konsentrasi 20,156 mg/m3, Toluene 292,221 mg/m 3, dan Xylene 0,913 mg/m 3. Nilai ambang batas di udara tempat kerja untuk senyawa Benzene adalah 32 mg/m 3 atau 10 ppm, Teoluene sebesar 188 mg/m 3 atau 50 ppm, sedangkan Xylene 434 mg/m 3 atau 100
14
ppm. Perbandingan konsentrasi hasil uji BTX dengan baku mutu tersaji dalam tabel 2. Tabel 2. Kadar konsentrasi senyawa BTX dan baku mutunya 3
3
No.
Nama Senyawa
Konsentrasi (mg/m )
Baku Mutu (mg/m )
1.
Benzene
20,156
32
2. 3.
Toluene Xylene
292,221 0,913
188 434
Nilai konsentrasi Benzene berada di bawah standar baku mutu, sehingga masuk dalam kategori aman. Untuk Tolune nilai konsentrasinya berada di atas baku mutu, sehingga kondisi ini sangat membahayakan bagi para pekerja. Untuk Xylene nilai konsentrasinya jauh berada di bawah baku mutu, hal ini sangat aman bagi para pekerja. Secara umum senyawa Benzene masih berada di bawah standar baku mutu, namun konsentrasinya mendekati baku mutu. Efek toksik Benzene pada konsentrasi yang sangat tinggi melalui inhalasi atau dosis oral yang besar, mengakibatkan depresi sistem susunan syaraf dan dapat berakibat kematian. Pada tingkat permulaan Benzene terutama berpengaruh terhadap susunan syaraf pusat. Tanda-tanda utamanya adalah : perasaan mengantuk, pusing, sakit kepala, vertigo, dan kehilangan kesadaran. Pada pemajanan akut tingkat sedang dapat menyebabkan sindrom prenarkosis yang khas, yaitu sakit kepala, perasaan pusing atau mabuk, dan kadang-kadang mengalami iritasi ringan pada saluran napas dan cerna. Pemajanan akut dengan konsentrasi tinggi dapat menyebabkan sesak napas, euforia, tinitus, dan anestesia yang dalam. Bila tidak segera ditolong, dapat terjadi kegagalan pernafasan dan kejang. Efek toksik yang paling berarti pada paparan benzena adalah kerusakan sumsum tulang yang terjadi secara laten dan sering ireversibel, mungkin disebabkan oleh metabolit benzena epoksida. Sebagai akibatnya menimbulkan kerusakan genetik dari DNA pada perkembangan tunastunas sel dalam tulang rawan, meningkatkan pertumbuhan myeloblast (precursor sel-sel darah putih) dan penurunan jumlah hitung sel darah merah dan platelet. Paparan benzena dalam waktu lama juga dapat menyebabkan kanker pada organ pembuat darah, kondisi ini disebut leukemia.
15
Kondisi konsentrasi Toluene yang berada diatas baku mutu sangat bernahaya bagi kesehatan para pekerja. Toluena merupakan zat cair membias, tanpa warna, berbau khas dan terbakar dengan nyala berasap. Toluene bersifat non polar. Toluene tidak larut dalam air, tetapi larut dalam pelarut organik seperti dietil eter, karbon tetra klorida atau heksana. Toluene merupakan polutan organik yang beracun. Toluene atau persenyawaan toluene yang masuk ke dalam tubuh akan ikut dalam proses metabolisme tubuh. Hal ini dapat menyebabkan kerusakan peredaran darah, sistem pernapasan tidak berfungsi normal, iritasi pada mata, pusing, tidak sadar dan kejang-kejang. Efek negatif dari toluena secara lebih rinci diuraikan dalam tabel 3 dibawah ini: Tabel 3. Efek Toluene dalam Tubuh ppm
Efek Setelah Terakumulasi Dalam Tubuh 8 jam
100 ppm
Sakit kepala, pusing, kelelahan, mengantuk
200 ppm
Koordinasi lemah, kesadaran menurun
600 ppm
Mengantuk, kontrol emosi kurang
800 ppm
Gelisah, otot lemah, insomnia beberapa hari
> 10.000 ppm
Kehilangan kesadaran, merusak jantung, mati Sumber : Department of Health and Human Service, 2009
Nilai konsentrasi Toluene dari sample yang diuji yaitu 292,221 mg/m 3, jika berdasarkan tabel 3 maka efek dari Toluene setelah terakumulasi dalam tubuh selama 8 jam akan mengakibatkan sakit kepala, pusing, kelelahan, dan mengantuk.
16
BAB V KESIMPULAN
Berdasarkan hasil yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa nilai konsentrasi Benzene Toluene Xylene dari sampel yang diuji pada praktikum kali ini sebesar 20,156 mg/m 3, 292,221 mg/m 3 , 0,913 mg/m 3. Konsentrasi Toluene melebihi nilai ambang batas, sedangkan konsentrasi Benzene dan Xylene berada di bawah nilai ambang batas. Efek dari Toluene setelah terakumulasi dalam tubuh selama 8 jam akan mengakibatkan sakit kepala, pusing, kelelahan, dan mengantuk.
17
DAFTAR PUSTAKA
Chang MK, TC Voice, dan CS Criddle. 1993. Kinetics of Competitif Inhibition and Cometabolism in the Biodegradation of Benzene, Toluene, and Xylene by Two Pseudomonas Isolates. Biotechnology and Bioengineering. Pp 1057-1065. Crawford RL dan DL Crawford. 1996. Bioremediation : Principles and Applications. Cambridge University Press. Krumholz LR, EC Matthew, dan MS Joseph. 1996. Biodegradation of BTEX Hydrocarbon Under Anaerobic Conditions. Di dalam Crawford RL dan DL Crawford. Bioremediation : Principles and Applications. Cambridge University Press. Widjaya P. 2009. Pemisahan dan Penentuan Komponen Organik dengan Kromatografi Gas. Laporan Paraktikum Kimia Analitik. Bandung : Program Studi Kimia FMIPA ITB. Wiryawan, Adam. Dkk. 2007. Kimia Analitik. Malang : Departemen Pendidikan Nasional
