## AKURASI P H SEBAGAI PARAMETER TINGKAT PENCEMARAN LOGAM BERAT DALAM TANAH
H. Widyatmoko
Jurusan Teknik Lingkungan, FALTL, Universitas Trisakti, Jl Kyai Tapa No.1, Jakarta 11440, Indonesia
widyatmoko@trisakti.ac.id

## Abstrak
Parameter  pH  dapat  digunakan  untuk  memperkirakan  mobilitas  unsur-unsur  kimia  dalam  tanah.  Penelitian  ini menggunakan  100  conto  soil  yang  telah  dihomogenisasi.  Untuk  menentukan  pH  masing-masing  conto  sebanyak  30 gram dicampur dengan 75 ml 0,1 N KCl diaduk selama 30 menit menggunakan magnet. pH diukur menggunakan H + ion-selective glass electrode pada kondisi, proses dan waktu pengukuran yang sama. Penentuan pH berlangsung setelah tidak  ada  perubahan  angka  selama  1  menit.  Untuk  kalibrasi  pH-meter  digunakan  Phosfat  untuk  pH  7.02  dan  Phtalat untuk pH 4.  Analisis logam terpilih Mn, Pb dan Cd dilakukan dengan melarutkan 5 gram conto ke dalam 40 ml aqua regia, dipanaskan selama 1 minggu pada suhu 80ºC dan kemudian dianalisis dengan AAS.  Hasil menunjukkan bahwa konsentrasi  total  logam  berat  dalam  tanah  berkorelasi  positif  terhadap  pH  dan  berkorelasi  negative  terhadap  Eh. Korrelasi ini bersifat spesifik sesuai untuk setiap logam dan dipengaruhi oleh keberadaan oksigen, senyawa organic dan fraksi butiran tanan. Sebagian besar logam dalam tatah  terikat pada partikel-partikel tanah.

## Abstract
The accuracy of pH as Parameter of Heavy Metals Contamination of Soil. pH parameters can be used to estimate the mobility of chemical elements in the soil. The accuracy of measurement of pH with H + ion-selective glass electrode depends on the condition of samples, process and measurement time. In this study, 100 soil samples were homogenized, 30 grams of each sample was mixed with 75 ml of 0.1 M KCl and stirred for 30 minutes using a magnet stirrer. The pH was  measured  using  the  H + ion-selective  glass  electrode  under  the  same    conditions  and  measurement  time.    pH determination takes place after no change the pH values for 1 minute. For calibration of the pH-meter is used Phosfat for pH 7.02 and the Phtalat for pH 4. Analysis of selected metals Mn, Pb and Cd was done by dissolving 5 grams of the samples  in  40  ml  of  aqua  regia,  heated  for  1  week  at  a  temperature  of  80ºC  and  then  analyzed  by  AAS.  The results showed  that  the  total  concentration  of  heavy  metals  in  the  soil  have    positiv  correlation  to  the  pH  and  negative correlation to the Eh. These correlations are influenced by the presence of oxygen, organic compounds and grain size fractions. Most soil metals is tightly bound to soil particles.
Keywords: pH, accuracy, correlation,metals, Eh

## 1.   Pendahuluan
Konsentrasi  logam  antropogenik  hingga  kini  masih menjadi  permasalahan  lingkungan  karena  sangat dipengaruhi  oleh  banyak  faktor.  Jenis  dan  sifat  tanah, lokasi,  iklim  dan  metode  telah  mempersulit  terhadap tercapainya  kesepakatan  pada  taraf  internasional maupun  nasional  [1].  Karena  itu  ambang  batas  logam berat  dalam  tanah  telah  ditentukan  berdasarkan peruntukan  lahan  [1].  Logam  berat  terakumulasi  pada clay dan  senyawa  humat  dalam  tanah  melalui  ad- absorbsi,akumulasi,  kristalisasi.  Kemampuan  tanah dalam  pembersihan  diri  dari  logam  berat  sangat rendah.
pH merupakan parameter yang dapat digunakan untuk memperkirakan  mobilitas  unsure-unsur  kimia  dalam tanah. Dengan demikian satuan pH dapat dipergunakan untuk mengukur ketersediaan nutrient dan logam berat berkaitan  dengan  tingkat  toksisitas  dan  pencemaran tanah.
Tingkat  akurasi  pengukuran  pH dengan  H + ion- selective  glass  electrode dapat  ditingkatkan  melalui kondisi,  proses  dan  waktu  pengukuran.  Untuk  tujuan ini  dikumpulkan  sebanyak  20  sampel  primer  dari lapangan  dan  100  sampel  sekunder  yang  diolah  dari berbagai  macam  literature.  Pengukuran  Eh  dilakukan untukmengukur akurasi electrode. Sebagian
besar logam berat dalam tanah teradsorbsi oleh Fe-Mn- Oxida, sehingga dapat ditarik suatu kesimpulan bahwa konsentrasi  logam  berat  berkorelasi  kuat  dengan  pH dan Eh.
Konsentrasi  logam  hasil  analisis  kering Roentgen Fluorescence  Analysis dan  analisis  basah Atomic Absorbtion  Spectrometry dapat  digunakan  untuk mengontrol  sensitivitas  dan  akurasi  parameterpH. Untuk  membatasi  jumlah  data  yang  terlalu  banyak, maka  dipilih  Pb  dan  Cd.  Sample  yang  telah  diketahui konsentrasinya  digunakan  sebagai  untukmenentukan factor  koreksi.  Untuk  menghidari  matrix  effects  dan mengurangi tingkat kesalahan maka analisis basahhanya  dilakukan  pada  Pb  dan  Cd  padalarutan aqua regia.
Dengan perkiraan systematic error lebih kecil dari 10% pada  analisis  konsentrasi  Pb  dan  Cd  serta penyimpangan  pengukuran  pH  pada  setiap  conto maksimal 0,02 dapat dipastikan ada korelasi signifikan pH-KCl yang biasanya lebih rendah dari pH-1:1 H 2 O.
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk  membuktikan seberapa  jauh  pengaruh  pH  terhadap  mobilitas  logam dalam tanah.
Konsentrasi  logam  berat  pencemar  lingkungan biasanya  dinyatakan  dalam  konsentrasi  total.  Hinga kini  hanya  spesies  tertentu  yang  secara  intensif mendapatkan  berbagai  penelitian.  Terutama  logam- logam  yang  mobil,  berkaitan  dengan  limbah,  tanaman dan berkaitan dengan rantai makanan. Karakter logam terhadap tanah dan toksikologi terhadap ekologi sangat ditentukan oleh bentuk senyawanya [2].
Untuk  menganalisis  logam  dalam  tanah  secara kuantitatif  dan  kualitatif  dapat  menggunakan  Infrared Spectroscopy atau
Roengents
Absorbsion Spectroscopy (XAFS). Tetapi untuk konsentrasi rendah hasilnya  masih  kurang  memuaskan.  Untuk  itu digunakan  metode  ekstrasi  kandungan  logam  secara bertahap  sesuai  dengan  stabilitas  ikatan  logam  dalam tanah.  Untuk  logam-logam  mobile  digunakan  asam lemah.  Untuk  spesies  yang  sangat  stabil  digunakan aqua regia dan asam flourida. Metode ekstrasi bertahap tidak  bisa  mengklasifikasi  kelompok  spesies  tetapi hanya mobilitas logam dalam tanah. Metode ini sudah dianggap  mencukupi  untuk  menganalisis  tingkat pencemaran  tanah  dan  lingkungan  berkaitan  dengan kandungan logam geogenik dan antropogenik.
Sebagian  besar  logam  dalam  tanah  dalam  bentuk partikel  teradsorbsi,  terikat  secara    koloidal,  dalam bentuk senyawa kompleks anorganik maupun organik,
dalam bentuk senyawa garam, senyawa oksida/hidroksida [2].
Tanah  yang  mengandung  banyak  udara  atau  oksigen terlarut  memiliki  senyawa-senyawa  teroksidasi  Fe-, Mn hidroksida, nitrat dan sulfat, dan dengan demikian kandungan  bahan  organik  yang  mudah  terdegradasi menjadi  sedikit  menunjukkan  redokspotential  positif (sampai  dengan  0,8  V).  Sebaliknya  adalah  milieu reduksi  yang  bersifat  anaerob  (Eh  hingga  -35  V) mengandung  banyak  senyawa  tereduksi  (kation  Fe 2+ , Mn 2+ )  dan  bahan-bahan  organik  yang  mudah  hancur misalnya pada groundwater soil atau di tempat-tempat aluvium.  Organisme  anaerob  fakultatif  dan  obligat mereduksi  NO 3 - menjadi  N 2 O  dan  N 2 ,  Mn 4+ menjadi Mn 2+ , Fe 3+ menjadi Fe 2+ , bahan organik lapuk menjadi CO 2 ,  H 2 ,  asam  alipatik  molekular  rendah  (cuka, buterat,  asam  susu  dll.).  Perubahan  Eh  ini  dibarengi dengan perubahan pH [3].
Senyawa  kompleks  dan  parameter  pH  sangat berpengaruh  terhadap  mobilitas  logam  sehingga  juga terhadap konsentrasi dalam rantai makanan. pH rendah berarti  mobilitas  logam  dalam  tanah  semakin  tinggi sehingga  ketersediaan  logam  dalam  tanah  semakin rendah.  Semakin  tinggi  pH  semakin  turun  mobilitas Cd>Zn> Ni>Cu> Pb [3]. Pada pH < 7 Cd dan Zn mulai mobil, pada fasa air atau pH< 5: Pb, Co, Cr, Pada pH [4]. Pada pH 7 sekitar 80 % logam Cd tersesedia dalam bentuk    ion  Cd 2+ bergerak  bebas,  pada  pH  4-7  dalam bentuk  senyawa  CdSO 4 ,  kation  CdCl + ,  kation CdHCO 3 + dan  dengan  demikian  ketiga  spesies  Cd tersebut larut dalam air atau bersifat mobil. Pada pH 5- 6 sekitar 80-90 % Pb menjadi mobil dalam bentuk ion Pb 2+ dan  pada  pH  >  6  dalam  bentuk  PbCO 3 dan Pb(OH) 2 .  Pb  Semakin  tinggi  konsentrasi  humat  alami dan  senyawa  komplek  (misalnya  EDTA)  maka semakin  rendah  logam  berat  terlepas  dari  pengikatnya atau  semakin  rendah  mobilitas  logam  dalam  tanah sehingga  toksisitas  tanah  semakin  turun.  Selain  pH, Oksigen sangat berpengaruh terhadap mobilitas logam berat dalam tanah [5].
Air  sebagai a  major  vector transport  logam  berat  di lithosphere.  Partikel  padat  dalam  tanah,  aquifer,  dan badan air (suspended solid, deposited sediments dalam danau, sungai-sungai, laut dan sedimen-sedimen) dapat menjadi  perangkap  dan  menjadi  sumber  logam  berat pada  siklus  air  di  bumi.  Fenomena  geokimia  yang berpengaruh  terhadap  keberadaan  logam  berat  adalah adsorpsi dan presipitasi, sementara disolved complexation mempengaruhi advective  and  dispersive transport .  Untuk  itu,  pH  dan  Eh  merupakan    variabel utama  yang  mengendalikan  potensi  pollutants  dalam air  dan  oleh  karenanya  dispersi  di  lingkungan  dan keberadaan polutan di biota.
Gambar 1. Siklus major element dan kelarutan logam-logam berat [6].
Dalam  tanah,  logam  berat  tersedia  dalam  bentuk partikel  teradsorbsi,  koiloidal,  senyawa  kompleks anorganik  dan  organic,  garam  dan  hydroksida/oksida [2].  Parameter  pH  dan  konsentrasi  pada  pembentuk senyawa  komplek  mempengaruhi  mobilitas  logam berat  dalam  tanah.  Pada  pH  rendah,  logam  berat  akan terbebaskan  dan  dengan  demikian  mobilitas  menjadi naik. Semakin tinggi konsentrasi zat humat alami atau pembentuk  senyawa  komplek  sintetik    (EDTA) semakin  sedikit  ion-ion  logam  yang  bersenyawa dengan ligan pembentuk senyawa komplek.
Faktor  oksigen  dalam  tanah  sangat  berpengaruh terhadap mobilitas logam-logam berat terutama Cr, Co, Cu , Ni, Pb, Cd, Fe dan Mn. Dalam tanah kering unsur- unsur logam erbentuk senyawa oksida karena sebagian besar oksigen yang tersedia telah digunakan untuk oleh tumbuhan dan mikroorganisme.
Dalam  air/sungai  terkandung  partikel  terdispersi  yang akan mengendap sesuai dengan berat jenisnya terhadap air  dan  membentuk  lapisan  sediment  pada  dasar  air. Partikel-partikel  dalam  air  dapat  berupa  partikel anorganik  (mineral)  atau  partikel  organik  (detritus). Ukuran partikel tersebut diklasifikasi sebagai berikut:
Tabel 1. Fraksi butiran [3].
Classes Diameter (mm) Classes Diameter (µm) Coarse gravel 20-63 Coarse silt 20-63 Medium gravel 6.3-20 Medium silt 6.3-20 Fine gravel 2.0-6.3 Fine silt 2.0-6.3 Coarse sand 0.63-2.0 Coarse clay 0.63-2.0 Medium sand 0.20-0.63 Medium clay 0.20-0.63 Fine sand 0.063-0.20 Fine clay <0.2
Semakin besar diameter butiran, semakin besar permukaan spesifik dan semakin tinggi adsorpsi zat karbon  organik.

## 2. Metode Penelitian
Conto  1  kg,  sebanyak  35  diambil  dari  profil  tanah  di Cilengsi,  Bogor  untuk  kemudian  dikeringkan  pada temperatur  kamar.  Dari  masing-masing  conto  diambil 20  gram  untuk  pengukuran  pH  dan  Eh.  Sisanya dihomogenisasi  untuk  mentukan  konsentrasi  logam terpilih.
Seluruh  pengukuran  pH  dilaksanakan  pada  kondisi yang sama. Conto sebanyak 30 gram dicampur dengan 75  ml  0,1  N  KCl  diaduk  selama  30  menit menggunakan  magnet.  Penentuan  pH  berlangsung setelah  tidak  ada  perubahan  angka  selama  1  menit. Untuk kalibrasi pH-meter digunakan Phosfat untuk pH 7.02 dan Phtalat untuk pH 4.
Analisis  logam  dilakukan  dengan  melarutkan  5  gram conto yang telah dihomogenisasi ke dalam 40 ml aqua regia  yang  dipanaskan  pada  suhu  80ºC  dan  kemudian dianalisis dengan AAS.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Hasil analisis menunjukkan korrelasi signifikan antara pH dan Eh dengan r = 0.888. Meskipun sampel bersifat heterogen  atau  berasal  dari  tanah  yang  berbeda,  tetapi masih  terdapat  korrelasi  positif  antara  konsentrasi logam  dengan  pH  (pH-Mn  =  0,12;  pH-Cd  =  0,0058; pH-Pb  =  0,39).    Artinya  untuk  sampel  homogen, korrelasi antara pH-Logam akan jauh lebih signifikan.
Variasi Eh dan pH tanah tergantung dari aktivitas dan penguraian karbon oleh tanaman dan mikroorganisme. Oleh karena itu, secara ideal dapat disimpulkan bahwa Eh  lapisan  tanah  bagian  atas  lebih  tinggi  dari  Eh lapisan  bagian  bawah.  Tanah  bagian  paling  biasanya bersifat oksidatif.  Batas wilayah aerob-anaerob berada pada Eh sekitar 300 mV [7].
Kenaikan  pH  pada  tanah  asam  bersamaan  dengan terjadinya  reduksi.  Pada  posisi  netral  proton  akan semakin habis untuk kebutuhan reduksi. Penurunan pH terjadi  pada  proses  oksidasi.  Semakin  tinggi  pH,
semakin  turun  mobilitas  logam  berat  dengan  urutan Cd>  Zn>Ni>Cu>Pb.  Pada  pH  7  ion  Zn  dan  Cd  mulai lepas  dari  senyawanyanya  sedangka      Cd,  Co,  Cr sebagai  logam  yang  kurang  mobil  baru  akan  mulai larut pada pH <5.
Pada pH 7 tersebut konsentrasi Cd yang larut  sebagai ion Cd 2+ sebanyak 80 % dan pada pH 5-6 Pb yang larut sebagai Pb 2+ sebanyak 80-90 %.
Maka  dapat  disimpulkan  bahwa  konsentrasi  total logam  berat  dalam  tanah  berkorelasi  positif  terhadap pH dan berkorelasi negative terhadap Eh. Korrelasi ini bersifat  spesifik  sesuai  untuk  setiap  logam  dan dipengaruhi oleh keberadaan oksigen, senyawa organic dan fraksi butiran tanan (terutama clay mineral ).
Eh pH Pb Cd Mn
Gambar 2. Grafik pH, Eh dan konsentrasi total Mn, Pb, Cd
Tabel 2. pH, Eh dan konsentrasi total Mn, Pb, Cd
Mn Cd Pb pH Eh 523,8 2,492857 1,392857 1,052857 -0,63 256,6 0,782143 1 0,952857 0,385 83,3 0,5 0,785714 0,928571 0,635 73,8 0,392857 1,214286 1,034286 -0,4525 66,5 0,492857 0,892857 0,91 0,805 51,9 0,385714 0,857143 0,908571 0,805 60,6 0,567857 1,071429 0,911429 0,7925 78,5 0,332143 0,928571 0,857143 0,775 127,6 0,503571 1,142857 0,944286 0,4625 72 0,532143 0,857143 0,914286 0,795 183,3 1,014286 0,785714 0,945714 0,4575 206,6 0,835714 0,857143 0,955714 0,35 89,5 0,371429 0,857143 0,96 0,3125 109,7 0,514286 0,964286 1,081429 -0,9175 94 0,45 0,821429 0,947143 -1,0125 90,1 0,442857 0,857143 1,112857 -1,2375 73,7 0,378571 1,285714 1,114286 -1,2625 87,7 0,3 0,785714 0,955714 -1,0975 78 0,325 0,821429 1,098571 -1,0925 101,4 0,371429 0,75 0,932857 0,5725 112,3 0,296429 0,857143 0,928571 0,6225 84,2 0,3 0,928571 1,094286 -1,0575 122,8 0,389286 0,892857 1,11 -1,215 125,1 0,296429 1,071429 1,09 -1,0075 138,5 0,321429 0,892857 0,957143 0,335 122,9 0,653571 1,107143 1,038571 -0,49 151,5 0,925 1 1,032857 -0,43 124,2 0,267857 1,214286 1,068571 -0,7975 114,4 0,482143 0,928571 1,061429 -0,7225 102 0,317857 1,178571 1,044286 -0,5525 132,2 0,457143 0,892857 1,02 -0,31 133,5 0,571429 1,071429 1,022857 -0,34 138,4 0,328571 1,142857 1,018571 -0,29 140 0,414286 1,071429 1,04 -0,505 149,4 0,435714 1,107143 1,01 -0,1975 139,7 0,717857 0,892857 0,924286 0,66 139,4 0,471429 1 1,032857 -0,43 115,5 0,335714 0,928571 1,021429 -0,3125 111,9 0,517857 1,035714 1,042857 -0,535 134,9 0,357143 1,142857 1,025714 -0,35 150,6 0,403571 1 1,018571 -0,2925 144 0,571429 1,071429 0,978571 0,1175 145,3 0,432143 0,928571 1,005714 -0,16 114,7 0,642857 1,035714 1,005714 -0,1525 158,5 0,642857 1 0,994286 0,0425 161,6 0,775 0,821429 1,017143 -0,28 147,9 0,807143 0,892857 1,041429 -0,5175

## 4. Kesimpulan
Meskipun  sampel  bersifat  heterogen  atau  berasal  dari tanah  yang  berbeda,  tetapi  masih  terdapat  korrelasi positif antara konsentrasi logam dengan pH (pH-Mn = 0,12;  pH-Cd  =  0,0058;  pH-Pb  =  0,39).  Hasil  analisis
menunjukkan  korrelasi  signifikan  antara  pH  dan  Eh dengan  r  =  -0.888.  Parameter  pH  untuk  mendeteksi konsentrasi konsentrasi logam dalam tanah membutuhkan  data  pendukung  dari  Eh,  fraksi  butiran dan kandungan organik dalam tanah.

## Daftar Acuan
[1] Bliefert,C., 2002 ”Umweltchemie”, VCH Weinheim.
[2]  Fent, K., 2003, ”Oekotoxikologie” Thieme, Stuttgart.
[3]  Scheffer,F., Schachtschabel,P., 1992, ”Lehrbuch der Bodenkunde” Ferdinand Enke Verlag, Stuttgart.
[4]  Alloway, B.J.,1996, ”The Origin of Heavy Metals in Soil” , Chapman and Hall, London.
[5]  Widyatmoko,  H.,  1994  ”Schwermetalle  in quartaeren Palaeoboeden imMittelrhein-Gebiet”,
Dessertation  zur  Erlangung  des  Doctorgrades  der Matematisch-Naturwisseschaftlichen Fakultaet der Universitaet zu Koeln.
[6]  Foerstner, U., Salomons, W.1991, ”Mobilization of Metals  from  Sediments”  In  Meriam,  E.1991, ”Metalsand  their  compounds  in  the  entvironment, VCH, Weinheim.
[7]  Masscheleyn,P.H., DeLaune, R., Patrick, W.H., Jr. Environ. Sci. Technol. 24 (1996). 91-97.