How a quadrupole mass filter works

 

This is a simple explanation of a complicated device. A quadrupole is a set of four rods with a space down the middle. The ions enter this space. The rods are electrically connected to eachother in opposite pairs. A constant (DC) voltage and an alternating (AC) voltage are applied to the two pairs of electrodes.
The alternating electric field makes the ions go off into spirals as they pass down the quadrupole. The constant voltage drags them in one constant direction, towards one pair of electrodes.
A small ion will be dragged a large distance by the alternating field, and will find itself in stronger and stronger regions of field. It will quickly collide with an electrode and disappear.
A very large ion will not be affected much by the alternating field, but will gradually drift in the constant part of the field (the DC part). The alternating field is not strong enough to drag it back as it wanders, so it also collides with an electrode, and is lost.
An ion that is the right size drifts slightly in the constant part of the field, but is always dragged back by the alternating part. The alternating part, however, is not quite strong enough to make it spiral out of control into an electrode. Thus an ion just the right size is stable in this quadrupole field and reaches the end, where it can be measured.

The stability of an ion in a quadrupole (its chance of making it through the quadrupole without wandering so far from the “safe” region in the middle that it hits an electrode and is lost) therefore depends on the sizes of the alternating and constant fields. It is possible to draw stability diagrams describing whether an ion is stable or not at any given pair of voltages, AC and DC.

 

A conventional quadrupole mass spectrometer works by scanning the voltages applied to the rods of the quadrupole mass filter. The scan is arranged to follow the red dotted line on the diagram, right. Therefore for most of the scan, the ion is unstable, and won’t make it to the other end of the filter. For a brief moment the scan-line passes through the stable region, and during this time, the ion will pass through the filter unmolested, to the detector at the other end.
Different ions have different stability regions. The diagram left shows two ions, one larger than the other. As the spectrometer scans its voltages, the scan-line passes through the two stable regions one after the other.
The line above the red, dotted scan-line shows how the signal intensity at the detector at the end of the quadrupole mass filter will vary. There will normally be little signal, but as the scan-line passes through each stable region, there will be a peak as that ion emerges.

 

At a simplistic level, this is more-or-less all there is to be said. Sorting out the scan-line is a part of the process of tuning the mass spectrometer. The scan-line must be arranged so it just slices off the very tip of each stable region, from the smallest to the biggest ions. It must also be calibrated in units of mass rather than voltage.

 

How an ion trap works

 

An ion trap has electrodes like a single quadrupole, but wrapped into a circle. There are thus two convex end-cap electrodes, and a ring electrode shaped like a dough-nut. The ions enter and leave through the end-caps.

 

A voltage is applied between the ring electrode and the two end-caps, so an ion inside the trap will find itself in a potential well. The wood and cardboard model to the left is an inaccurate model of this potential well. The red areas represent a cross-section of the end-caps at a positive voltage, the blue bits a cross-section of the ring electrode, which in this model is negative.

 

A positive ion will tend to run down the slope towards the blue, negative electrode.

However, the voltage applied to the trap is an alternating one. As the ion falls down towards the negative electrode, the field changes, and 90 degrees later this electrode is actually the positive one. If the ion were still moving in the same direction, it would now be “falling” up hill.

 

The only truly stable point in this field is right in the middle, where the potential never moves up or down as the field rotates.

The ions will find themselves moving round in little circles in the trap, the largest tending to end up right in the middle at the “dead point” because of their inertia. The smaller ions will always be dragged around a bit more in the field.

Although the wooden model above is inaccurate, it needn’t have been. In 1989 Wolfgang Paul was awarded the Nobel prize (shared) for his part in the discovery of the ion trap, and he was able to demonstrate the principle using a ball-bearing on an accurate model of a potential well, made up in perspex, and set to rotate on an overhead projector!

The ion trap has a stability diagram not unlike that of the single quadrupole, but it’s not symmetrical above and below the x-axis because of the slightly different geometry. Unlike single quadrupoles, ion trap instruments tend to operate AC-only, holding their ions, in effect, along the x-axis of this diagram. fig 1
fig 2 As for the single quadrupole, large ions have large stability regions, small ions small ones, but rather than draw it that way, it is easier to draw one stability region, and represent the big ions to the left of the small ions. This is the same as imagining that we have a particular AC voltage applied, and at this voltage, the big ions will find themselves to the left of their stability diagram, while the small ions will be to the right of their (smaller) stability region.

 

Therefore at a very simplistic level, all that is necessary to convert an ion-trap into a mass selective system is to ramp the AC voltage gradually upwards, and the ions will fly out of the trap into the detector in order of mass, smallest first.

There are a few (a lot!) of extras. Firstly, if the trap operated this way and with a good vacuum, the ions would tend to accelerate into wider and wider orbits, and leave the trap anyway. Therefore a dampening gas, Helium, is allowed to leak very slowly into the trap to maintain a slightly raised pressure. Secondly, resolution of the trap can be vastly improved by bringing the ions into more coordinated orbits by adding a small AC voltage between the two end-cap electrodes. If this is not done, then as the main voltage forces an ion to become unstable, the ion may have a long, or a short, distance to travel to get out of the trap. There would be a difficulty in telling the difference between ions that had a long way to go, and slightly heavier ions that started to leave the trap later, but happened to have a shorter path to the nearest exit.

The end-cap AC voltage is also ramped as the main voltage is ramped, to encourage the right size of ion to leave.

Collision induced fragmentation

 

Fragmentation can be carried out to some extent even in a simple single quadrupole instrument. This is done simply by accelerating the ions into the detector through the first stages of the instrument a little too fast. “Too fast” means fast enough that when they collide with molecules of air, they strike with enough energy to break a bond, and smaller daughter ions are produced.

 

Source ionization is a messy thing, and it can be hard to work out which parent gave rise to which daughter. Ion traps (and triple quadrupoles) provide a much neater solution.

In the ion trap, a particular parent ion can be trapped, and then fragmented after first expelling all the other, unwanted ions. There are therefore three stages:

  • Expulsion of unwanted ions
  • Fragmentation
  • Scanning out of fragments

 

The scanning of fragments can be achieved in exactly the same way as the scanning of a full trap in normal full MS mode (see how an ion trap works).

Expulsion of unwanted ions is achieved by resonance. All the ions are going round in little orbits. The rates (revolutions per minute!) that the ions go round vary with mass, and are all slower than the normal AC frequency applied to the trap. The frequencies of the ions’ orbits are called their secular frequencies, and large ions go round slowest.

By applying a mixed wave-form to the end-caps, containing all frequencies up to the secular frequency of the ion you want to trap, and all frequencies above it, but NOT the actual frequency of the ion you want, all the others can be pushed out.

Having trapped the ion that is interesting, and got rid of the rest, it must be fragmented. This can be done by applying just a little of its secular frequency – enough to make it orbit more violently at higher speed, but not enough that it actually leaves the trap. In this new orbit it will strike the Helium dampening gas at increased energy, enough to break bonds.

Note that as soon as the ion has broken, its daughter fragments have lower masses. If you are unlucky, they might be so low that they cease to be stable in the trap, and are lost. More often they remain in the trap, but are no longer excited by the frequency across the end-caps. Therefore ion-traps tend to make few fragments compared to other collision induced systems (e.g. triple quad). But this doesn’t matter: in an ion trap you can always collect the daughter, and carry out another round of fragmentation…

 

Source: copy paste from : https://www.jic.ac.uk/services/metabolomics/topics/lcms/cid1.htm

Advertisements

The Agilent LC-MS single quadrupole

The Agilent 1100 Series LC/MSD is a bench-top mass selective detector providing atmospheric pressure ionization of liquid samples. A wide variety of compound classes can be analysed using either electrospray (API-ES) or atmospheric pressure chemical ionization (APCI). Molecular weight information as well as structural information through collision-induced-dissociation (CID) provides useful qualitative sample data. Quantification is possible even in the presence of complex matrices in the selected-ion-monitoring mode (SIM).
The LC/MSD is easily interfaced to an HPLC system. Samples can be introduced after separation on a variety of columns from 1.0 to 7.5 mm using a range of mobile phases.
Mass spectral data provides the molecular weight and structural information. With both electrospray and APCI in positive or negative modes available, a wide range of samples can be analysed.  Molecular weight information is possible for both small and large molecules, up to 100,000 Daltons.

LC 1100

If you are interested in a metabolomic approach, the single quadrupole detector is an excellent way to increase the richness of your data set. Alternatively if you are profiling a smaller range of chemicals, it can distinguish between things that might otherwise be hard to separate chromatographically, and can confirm the purity of your HPLC peak. In single-ion-monitoring mode, it is also very sensitive.

 

Source: Copy Paste from https://www.jic.ac.uk/services/metabolomics/facilities/single.htm

LC-MS: Why use it, and what is it?

Introduction

 

An LC-MS is an HPLC system with a mass spec detector. The HPLC separates chemicals by conventional chromatography on a column. Usually the method will be reverse phase chromatography, where the metabolite binds to the column by hydrophobic interactions in the presence of a hydrophilic solvent (for instance water) and is eluted off by a more hydrophobic solvent (methanol or acetonitrile). As the metabolites appear from the end of the column they enter the mass detector, where the solvent is removed and the metabolites are ionised. The metabolites must be ionised because the detector can only work with ions, not neutral molecules. And ions only fly through a very good vacuum, so removal of the solvent is a vital first step. The mass detector then scans the molecules it sees by mass and produces a full high-resolution spectrum, separating all ions that have different masses.

 

 

Why chromatography?

 

Since mass spectrometers can differentiate a lot of chemicals all mixed together on the basis of mass, it is tempting not to bother separating chemicals first with hplc. There are however two good reasons why chromatography is a very good thing.

  • Most biologically interesting chemicals exist as isomers. Isomers have exactly the same mass and cannot normally be differentiated by a mass detector, no matter how expensive it is. Therefore it helps if you can additionally separate the isomers before hand by chromatography.
  • When a mixture of chemicals enters the process of ionisation, the chemicals can interact and affect one another’s chances of getting properly ionised. This is called ion suppression. It is usually a problem where you are trying to detect one minor, or poorly ionised chemical in the presence of a large amount of something else, maybe a buffer from the sample. Some pre-purification of the ionisation mixture can get the suppressed away from the suppressors. There are ways to recognise ion suppression.

 

And why is the chromatography usually reverse-phase?

 

The first thing that happens to the flow from the HPLC when it enters the mass detector is that the solvent is squirted through a fine needle and evaporated away, to leave metabolites floating free. If the solvent contains non-volatile salts, they will appear, solid and horrible and clog up the system. Therefore ion-exchange chromatography is not really compatible with LC-MS. If you must have salts present, low concentrations of volatile things, such as ammonium acetate, can be tolerated.

 

 

Why bother with mass spectroscopy?

 

HPLC separates things, but provides little extra information about what a chemical might be. In fact, it is hard in hplc to be certain that a particular peak is pure, and contains only a single chemical. Adding a mass spec to this tells you the masses of all the chemicals present in the peak, which can be a very good starting point for identifying them, and an excellent method to check for purity. You can also use even a simple mass spec as a mass-specific detector, specific for your chemical of interest.

 

More sophisticated mass detectors such as triple quadrupole and ion-trap instruments can be set up to carry out more detailed structure-dependant analyses on what is eluting from the HPLC system.

 


 

If you are already used to HPLC, you may like to look at our hints on adaptation of hplc methods for mass spectroscopy.

 


 

After HPLC separation the sample goes straight into a mass detector. Mass specs detect ions in a vacuum, so the first tasks in the LC-MS are to

Historical note:
GC-MS came before LC-MS because it is comparatively easy to pump off a small amount of GC carrier gas, but quite difficult to pump off all the vapour that can be created from even a small amount of liquid. One ml water will produce 1.3 litres of vapour at room temperature and pressure…

 

Source: (Copy from) https://www.jic.ac.uk/services/metabolomics/topics/lcms/why.htm

Food Bacteria Toxin May be Linked to MS: Study

A poison created by bacteria in food may be a trigger for the autoimmune disease multiple sclerosis, according to a new study.

A toxin produced by the bacterium Clostridium perfringens seems to attack the same cells that are damaged in people with MS, according to researchers at Weill Cornell Medical College, NBC News reported.

“What we’ve shown is the toxins target the cells that are targeted in MS,” researcher Jennifer Linden said. She’s presenting the findings Tuesday at an American Society for Microbiology meeting.

C. perfringens causes a million cases of food poisoning in the United States each year. The researchers analyzed a small number of food products and found that about 13 percent of them contained C. perfringens, and nearly three percent tested positive for the toxin that may be linked to MS.

While it’s too soon to suggest that food poisoning may cause MS, the study does raise the possibility that C. perfringens might play a role in activating the disease, Bruce Bebo, associate vice president of discovery research for the National Multiple Sclerosis Society, told NBC News.

About 400,000 Americans have MS.

source: http://www.webmd.com/multiple-sclerosis/news/20140129/food-bacteria-toxin-ms

Sekilas Info Rihanna song making contest

Loud Album by Rihanna

Beberapa waktu lalu penulis mengikuti kompetisi international  “Rihana song making contest 30s” by Songhi

Teman-teman dapat mendengarkannya lagi dan give comment ya. Ini musicnya (Judulnya Smiling Children, by andrifre) :

http://www.songhi.com/song/x8OpAL

Penulis mendapatkan Runner up I, Juara I Jaylay (Rusia)

http://www.songhientertainment.com/devblog/?p=252

 

Rihanna

Bakteri pun Peduli pada Bumi, Kenapa Kita Tidak ??

Global warming menjadi global trend topic (discoursive.com, chrisriedy.com, globalnewshighlight.com, treehugger.com)

Global warming menjadi trend topic penduduk bumi saat ini. Manusia mulai sadar tentang efek kerusakan bumi, meskipun kadang tidak diimbangi kepedulian yang nyata berupa tindakan. Sekecil apapun kerusakan di bumi akan berakibat pada kerusakan yang lebih besar pada waktu mendatang. Global warming terjadi karena suhu bumi pada hampir semua daratan di bumi mengalami peningkatan. Efek rumah kaca atau lebih dikenal dengan green house effect menjadi penyebab utama terjadinya global warming. Karbon dioksida dan metan merupakan gas yang mampu menahan panas radiasi bumi sehingga kondisi lingkungan menjadi lebih panas bahkan es di kutub utara akan mencair secara perlahan tapi pasti. Keberadaan gas tersebut dalam jumlah banyak di atmosfer menyebabkan penurunan lapisan ozon sehingga memungkinkan spektrum radiasi gelombang pendek mudah menembus atmosfer dan terpantul kembali ke bumi sebagai radiasi gelombang panjang (Setyanto, 2008). Gas metan lebih reaktif 25-26 kali dibandingkan karbon dioksida (Ward et al., 2004; Juottonen, 2008), meskipun di alam emisi gas tersebut tidak sebesar karbondioksida.

Sawah  (Karya Duncan P. Walker, 2006)

Sadar atau tidak sebenarnya kita menjadi donor keberadaan gas rumah kaca di atmosfer baik secara langsung ataupun tidak. Sawah yang tampak hijau dan menguning di tanah tempat kita tinggal, ternyata ikut menjadi donor metan yang cukup besar. Nasi yang kita makan sehari-hari ternyata ikut menyumbang kerusakan lingkungan.  Metan sawah lepas dengan mudahnya ke udara dan menjadi bagian dari green house effect. Pengairan sawah akan menstimulasi pertumbuhan mikrobia metanogen atau mikrobia pengoksidasi metan. Total emisi metan ke atmosfer sekitar 410 Tg CH4-C per tahun dan sekitar 32%nya di diduga berasal dari tanah sawah tergenang (Sylvia et al., 2005). Penanaman padi pada tanah sawah dengan tipe tanah yang terendam air merupakan sumber antropogenik CH4.­ Produksi gas metan distimulasi oleh kondisi anaerobik dan keberadaan bahan organik tanah yang dapat dikonversi menjadi asam asetat dan karbon dioksida (Sylvia et al., 2005). Proses pembentukan gas metan pada ekosistem tanah sawah sangat komplek. Proses awalnya didahului oleh penghancuran material organik oleh bakteri dekomposer yang melibatkan beberapa enzim. Hasil biotransformasi oleh enzim tersebut menghasilkan senyawa antara yang lebih sederhana berupa monosakarida. Produk antara tersebut selanjutnya memasuki jalur biotransformasi fermentasi yang menghasilkan asam organik seperti asam asetat dan karbondioksida, dan kemudian dikonversi menjadi gas metan melalui tiga jalur yaitu jalur hydrogenotrophic, acetoclastic, dan methylotrophic.

Hutan Gambut Kalampangan

Selain sawah, hutan tanah gambut juga menjadi donor gas rumah kaca yang sangat besar. Di daerah tropis, hutan gambut melepaskan sekitar 26,9 juta ton metan dan lahan gambut budidaya 30,9 juta ton metan (Barlett dan Harris, 1993). Tanah gambut Kalimantan menyumbang 28,5 % karbon dari total gambut di Indonesia dan menduduki urutan ke-3 terluas setelah Papua dan Sumatera (BB Litbang SDLP., 2008). Gambut merupakan suatu substansi yang terbentuk dari perombakan tumbuhan akibat aktivitas tanah dan substansi tersebut terdapat di bawah permukaan tanah pada suatu area tertentu. Dengan demikian, tanah pada area tersebut terjadi akumulasi bahan organik yang cukup tinggi dari sisa tumbuhan. Kondisi tersebut menyebabkan tanah menjadi anaerob dan komunitas mikrobia menjadi lebih aktif sehingga tanah gambut menjadi reservoar metan. Gambut berfungsi sebagai buffer kehidupan karena fungsinya dalam ekosistem sebagai penyerap dan penyimpan karbon. Apabila kondisi lingkungan terganggu, gambut dapat melepaskan simpanan karbon dalam bentuk karbon dioksida, metan, dan gas-gas lain. Pembakaran hutan pada tanah gambut menyebabkan simpanan karbon pada tanah gambut ikut lepas dalam bentuk gas tersebut, akibatnya kebakaran semakin besar dan gas lain terlepas ke atmosfer dalam jumlah banyak. Masihkah kita akan membakar hutan kita?

Tuhan menciptakan segala sesuatunya secara seimbang. Ada kematian dan ada kelahiran, ada panas ataupun dingin, ada siang ada malam, ada wanita ada juga pria. Begitu juga dengan peristiwa pembentukan metan pasti ada pereduksi metan. Jika kita tidak banyak mecampuri bumi ini mungkin segala sesuatu akan berjalan seimbang. Pengetahuan yang dimiliki manusia menjadikan bumi memasuki era kehidupan modern. Manusia diciptakan dengan akal dan bumi diciptakan dengan penuh sumber pengetahuan di dalamnya. Jika kita bijak menyatukan keduanya kita akan mendapatkan kehidupan yang lebih baik, jika sebaliknya, kerusakan bumi menjadi taruhannya.

Jalur oksidasi metan (Chistoserdova et al., 2005)

Pembentukan metan oleh bakteri metanogen ternyata dihambat oleh bakteri metanotrof. Bakteri metanotrof merupakan bakteri yang mengonsumsi metan (CH4) sebagai satu-satunya sumber karbon dan energi melalui proses oksidasi pada kondisi aerob (Dunfield et al., 2003; Nercessian et al., 2005; Baani dan Liesack, 2007). Bakteri metanotrof merupakan bakteri yang mengoksidasi metan mealui proses aerobik dan oksigen merupakan elektron aseptor terminalnya. Bakteri ini mengkombinasikan metan dan oksigen untuk membentuk formaldehid dan diakhiri dengan pembentuakan senyawa organik. Proses oksidasi metan dimulai dengan transformasi metan menjadi metanol dengan adanya particulate methane monoxygenase (pMMO) yang terletak pada membran. Enzim ini mereduksi ikatan COO menjadi dioksigen. Satu atom oksigen tereduksi menjadi H2O dan yang lainya berikatan dengan metan menjadi metanol. Selanjutnya metanol diubah menjadi formaldehid dengan adanya soluble methane monooxygenase (sMMO) yang terdapat pada sitoplasma dan formaldehid ditransformasikan menjadi biomassa melalui 2 siklus utama yaitu siklus RuMP dan serin.

Bakteri Pereduksi Metan

Di alam, bakteri metanogen memproduksi gas metan karena lingkungan bersifat anaerob. Metan tersebut secara alami akan tereduksi karena aktivitas oksidasi bakteri Metanotrof. Bakteri ini mampu mengonsumsi metan hingga 90% sebelum akhirnya lepas ke atmosfer bumi (Sylvia et al., 2005). Berbagai perubahan lingkungan akibat aktivitas kehidupan telah banyak mengganggu keseimbangan proses-proses tersebut. Lingkungan kini menjadi tidak terkontrol dan semakin mengkhawatirkan. Pedulikah kita? Bakteri di alam selalu peduli akan bumi ini. Hanya saja kadang kita tidak sadar dan peduli pada lingkungan bakteri. Meski ukuranya sangat kecil, bakteri tanah sangat penting dalam menjaga bumi ini. Tanpa bakteri, bumi akan kotor dan sesak oleh benda-benda yang kita angggap “mati”.  Jasad manusia dan hewan yang mati, ranting pohon, daun, kertas, logam, dsb tidak akan pernah terdegradasi. Degradasi yang dilakukan bakteri membutuhkan energi dan akan menghasilkan energi baru bagi bakteri lain, lingkungan, ataupun manusia. Global warming akan teratasi manakala bakteri di lingkungan ini mampu menjalankan fungsi-fungsinya secara seimbang. Semuanya merupakan siklus yang sangat penting bagi kelangsungan bumi ini. Kita sebagai orang berpendidikan dituntut untuk bijak dan peduli dalam menyikapi lingkungan sekitar kita. Kita tidak boleh egiois pada lingkungan kita terutama pada makhluk hidup lainnya, terutama bakteri yang sulit kita lihat. Kita bisa merasakan ketika badan kita menjadi sakit oleh bakteri, tapi kita juga harus bisa merasakan lingkungan seimbang akibat peran bakteri. Buka mata kita dan pedulilah pada nasib lingkungan kita.

Metanotroph methylotropic pereduksi metan

Indonesia memiliki peran sentral dalam usaha mitigasi terhadap dampak global climate change, karena negara ini memiliki wilayah perairan dan daratan yang sangat luas. Selain turut serta dalam menyukseskan agenda global melalui upaya konservasi hutan dan laut, kita juga harus meningkatkan kemampuan ekonomi para petani melalui peningkatan produksi beras, karena memang mata pencaharian terbesar negeri adalah pertanian. Pertanyaan yang muncul adalah bagaimana penurunan gas rumah kaca dapat sejalan dengan penggiatan konservasi lahan dan penggiatan produksi tani. “What will u do?” pertanyaan yang harus kita pikirkan saat kita kini tau tentang banyaknya kegunaan bakteri-bakteri tanah di alam ini. Dari kasus bakteri metanotrof sebenarnya hal yang bisa kita lakukan adalah memperbanyak metanotrof yang telah diisolasi untuk pengembangan pupuk tanaman padi sawah limit air. Pola penaman padi sawah mulai harus mulai dirubah dan dipublikasikan, yang semula digunakan sistem pengairan, kita dapat menggantinya dengan sistem lain seperti System of Rice Intensification (SRI). Emisi gas metan dari sawah dapat dikurangi dengan mengatur aerasi lahan dengan memanfaatkan metoda pengairan yang limit. Kondisi aerasi dapat meningkatkan aktivitas pertumbuhan akar. Penulis pernah melakukan penelitian tentang isolasi dan identifikasi bakteri

Isolasi bakteri metanotrof

metanotrof dari tanah Gambut, Kalampangan, Kalimantan Tengah. Meskipun masih belum terlalu banyak membantu dalam permasalahan secara nyata di masyarakat. Tapi penulis yakin jika penelitian skripsi ini dapat dilanjutkan dalam pengembangan produk, akan cukup membantu mengatasi permasalahan yang ada. Penulis bekerja sama dengan LIPI Cibinong Science Center dan Jepang melakukan identifikasi dan aktivitas penurunan emisi gas metan dalam skala laboratorium. Pengambilan sampel dilakukan di gambut Kalimantan karena pada tanah gambut mengandung karbon yang sangat banyak dan dapat menstimulasi pembentukan metan yang sangat banyak. Berprinsip pada ‘keseimbangan alam’, penulis yakin bahwa dengan banyaknya metan pada suatu lingkungan maka bakteri metanotrof akan terpacu untuk mereduksi dalam jumlah banyak. Istilah gampangnya adalah ‘strong’. Jika kita dapat mengisolasi bakteri jenis itu dan ditambah lagi dengan mampu memperbanyak diri pada substrat yang limit, maka kita akan mendapatkan suatu bakteri unggulan yang dapat di pelajari lebih lanjut dalam proses pemupukan. Tentu saja digabung dengan bakteri fungsional lainnya. Pada penelitian, penulis mendapatkan bakteri Metanotrof methilotropic berwarna pink pada medium ANMS dan NA. Warna yang dihasilkan hampir sama dengan pink pigmented facultative methylotropic (PPFM) bacteria yang hidup pada lingkungan dengan konsentrasi polutan udara yang tinggi dan mampu menggunakan berbagai senyawa yang mengandung karbon (Lo dan Lee, 2007; Madigan et al., 2003, Lindstrom dan Chistoserdova, 2002). Warna pink pada bakteri metanotrof mengindikasikan adanya pigmen karotenoid yang berfungsi untuk memproteksi diri dari paparan sinar matahari, ionisasi, radiasi ultraviolet, dan adaptasi terhadap lingkungan yang ekstrim (Trotesnko et al., 2001; Lo dan Lee, 2007). Reduksi metan yang dilakukan sekitar 80 % dalam waktu 4 Jam. Penggunaan bakteri ini pada lingkungan padi sawah akan mengurangi emisi gas metan di lingkungan.

 

Reduksi metan setelah 2, 4, dan 6 jam

Jadi, kalau bakteri yang strukturnya tubuhnya sangat sederhana. Kita sebagai manusia dengan struktur yang sangat kompleks dan fungsional kenapa tidak? Sekecil apapun kontribusi kita akan sangat berguna bagi bumi kita. Salam Bumi Hijau !!

 

Plot Kalampangan Kalimantan Tengah (CIMTROP, 2006)

 

*****

Penulis adalah pembuat dan peneliti skripsi “ Karakterisasi Komunitas Mikroba pada tanah Gambut Kalampangan yang Aktif Terlibat dalam Penurunan Emisi gas Metan”

 

Daftar Pustaka

Anonim, 2008. Laporan tahunan 2008: konsorsium penelitian dan pengembangan perunahan iklim pada sektor pertanian. Balai Besar penelitian dan Pengembangan Sumberdaya Lahan Pertanian (BB Litbang SDLP), Bogor.

Baani, M. and W. Liesack. 2008. Two isozymes of particulate methane monooxygenase with different nethane oxidation kinetics are found in Methylocystis sp. strain SC2. http:/www.pnas.org/content/105/29/0203.full.

Bartlett, K.B, dan R.C. Harris. 1993. Review and assessment of methane emission from wetland. Chemosphere 26:261-320.

Chistoserdova L.J., A. Vorholt, and M.E. Lidstrom. 2005. A genomic view of methane oxidation by aerobic bacteria and anaerobic archae: mini review. Genome Biol. 6: 208.

Dunfield, P.F, V.N. Khmelenina, N.E. Suzina, Y.A. Trotsenko, and S.N. Dedysh. 2003. Methylocella silvestris sp. nov., a novel methanotroph isolated from an acidic forest cambisol. DOI 10.1099/ iks. 0.02481-0.

Juottonen, H. 2008. Archaea, bacteria, and methane production along environmental gradients in dens and bogs. Academic Dissertation in General Microbiology. University of Helsinki.

Lo J.M.L and A.C. Lee. 2007. Phenotypic characterization of air-borne pink pigmented facultative Methylotrophic bacteria from a high vehicular traffic density environment in Manila, Philippines. Philipp. Scient. 44:.25-34.

Nercessian, O., E. Noyes, M.G. Kalyuzhnaya, M.E. Lindstrom, and L. Christoserdova. 2005. Bacterial populations active in metabolism of C1 compound in the sediment of lake Washington, a freshwater lake. Applied and Environmental Microbiology. 71:6885-6899.

Sato, S.  2005.  3 Years Experiences of SRI (System of Rice Intensification) under SSIMP-DISIMP in Eastern Indonesia. Presented at Workshop on integrated Citarum Water management Project, 4-5 July 2005, Jakarta.

Setyanto, P. 2008. Mitigasi gas metan pada lahan sawah. Balittanah.litbang.deptan.go.id/dokumentasi/buku/…/tanah sawah10.pdf. 30 Desember 2009, 15.00 WIB.

Ward, N., O. Larsen, J. Sakwa, L. Bruseth, H. Khouri, A.S. Durkin, G. Dimitrov, L. Jiang, D. Scanlan, K.H. Kang, M. Lewis, K.E. Nelson, B. Methe, M. Wu, J.F. Heidelberg, I.T. Paulsen, D. Fouts, J. Ravel, H. Tettelin, Q. Ren, T. Read, R. T. DeBoy, R. Seshadri, S.L. Saizberg, H.B. Jensen, N.K. Birkeland, W.C. Nelson, R.J. Dodson, S.H. Grindhaug, I. Holt, I. Eidhammer, I. Jonasen, S. Vanaken, T. Utterback, T.V. Feldbiyum, C.M. Fraser, J.R. Lilehaug, and J.A. Eisen. 2004. Genomic insight into methanotrophy: the complete genome sequence of Methylococcus capsulatus. PLOS Biology. 2: 1616-1628.

Mooring bouy, Selamatkan Terumbu Karang Kita

Pantai Teupin Serekui, Sabang

Siapa tak kenal Sabang. Lewat lagu “..dari Sabang sampai Merauke..”, membuat kota ini dikenal orang, meski hanya sekedar “pernah dengar”. Kota yang juga dikenal karena Tugu Nol Kilometer-nya ini, ternyata memiliki eksotisme laut yang luar biasa. Sabang memang indah, itulah kalimat yang sering dikatakan para divers manca negara. Mereka jauh-jauh dari Eropa atau Amerika hanya untuk menikmati pesona taman laut Sabang. Bahkan tetangga negeri ini seperti Malaysia dan Singapura ikut menikmatinya. Tak tanggung-tanggung, mereka rela menguras kocek untuk mempelajari kehidupan makhluk laut di sini.

Kota yang berkarir lewat keindahan alam ini mampu membayangi turis untuk berkunjung dan kembali lagi. Turis rela menghabiskan waktu berbulan-bulan hanya untuk menikmati indahnya laut dan suasana Sabang. Aroma keharmonisan alam dengan gaya masyarakat yang khas, menjadi rupa penggugah kedamaian. Berbagai latar belakang manusia mampu berbaur dalam kuota lahan yang menyajikan kehidupan baru. Toleransi yang menjadi batas kepentingan mampu didirikan di tanah Serambi Mekah ini. Kota kecil ini mampu mengusung arti Pancasila sesugguhnya. Inilah buah karya Aceh, simbol persatuan yang mengusung kedamaian. Dunia mengakuinya, meski kadang kita sebagai bangsa sendiri tak mengetahuinya.

Sabang tidak hanya memiliki taman laut yang indah tetapi juga memiliki putra daerah yang bertangan hijau. Mahyidin atau lebih akrab dengan sebutan Pak Doden adalah salah satunya. Dia adalah pemilik Rubiah Tirta Divers yang cukup terkenal di kalangan diver dunia. Rasa nasionalisme yang tinggi pada negaranya, membuat Pak Doden mengabdikan dirinya dalam upaya konservasi terumbu karang di wilayah Laut Sabang. Berbekal ilmu yang didapatkan dari profesinya sebagai ekspatriat pelayaran Panamama selama 5 tahun, Pak Doden merehabilitasi terumbu karang laut Sabang setelah peristiwa Tsunami 2004. Meskipun sebelumnya dia juga aktif dalam upaya konservasi karang. Tsunami telah merusak terumbu karang hingga 75 % di sekitar Pulau Rubiah. Ratusan juta yang dikeluarkan Pak Doden dari keuntungan Rubiah Tirta Divers telah menghidupkan kembali pesona laut Sabang seperti sebelum Tsunami. Uang yang dia keluarkan tak pernah membuatnya miskin. Justru membuat banyak orang ikut meraskan kebahagiaan. Terumbu karang telah membuat masyarakat pesisir Iboih, Sabang menjadi lebih hidup. Keindahan bawah laut mendatangkan turis dari penjuru dunia. Mereka datang dan datang lagi, pesona karang yang indah telah menghipnotis dan merasuki pikiran turis. Masyarakat mendapatkan penghasilan dari membuka restoran, cinderamata, bungalo, boat kaca untuk melihat karang, dsb. Dengan merehabilitasi karang, semua orang dapat ikut merasakan kebahagiaan dan mendapatkan penghasilan, asal ada kemauaan untuk berusaha dan memanfaatkan peluang yang ada.

Cuplikan Pesona Laut Sabang

Laut Sabang kini memang indah, terumbu karang yang subur dengan jutaaan ikan yang menghiasi perairan, membuat mata tak mau beranjak pergi. Inilah buah karya Pak Doden beserta masyarakat Sabang. Siapa sangka, kita sebagai penikmat karang, kadang tak sadar ikut melukai karang. Perahu yang sering kita bawa ketengah laut untuk menikmati indahnya karang, justru kadang malah merusaknya perlahan. Perlahan tapi pasti membuat ikan-ikan menjauh dari pantai. Terumbu karang adalah rumah ikan. Kumpulan dari terumbu karang adalah “kota” bagi ikan. Ketika kotanya hancur, mereka pergi dan “mengungsi” mencari tempat baru. Ketika tidak ada lagi tempat untuk di tinggali, maka ikan tidak dapat survive dan mati. Sama halnya bencana Merapi, andaikata pemerintah tak mengambil tindakan. Apa yang terjadi? Mungkin akan seperti jatuhnya peradaban kerajaan-kerajaan di tanah air pada masa silam. Candi yang dulu megah, hancur dan tertimbun tanah setelah tertutup material vulkanik gunung aktif. Karena apa? Mereka tak mampu mencegah gunung mengeluarkan material yang akhirnya menimbun kota mereka. Adanya teknologi mampu mengurangi dampak bencana alam. Alat berat pengangkat pasir mampu mengangkat timbunan material vulkanik gunung di sungai-sungai jalur Merapi.

Perahu nelayan yang memakai mooring bouy

Adakah teknologi untuk mengurangi kerusakan terumbu karang? Jawabnya ada. Kita sering dengar tidak ada sesuatu di dunia ini yang tidak mungkin. Ilmu dan kreativitaslah yang membuat segalanya menjadi mungkin. Siapa lagi kalau bukan kita?  Mooring bouy menjadi salah satu alternatif mengurangi dampak terumbu karang selain transplantasi terumbu karang. Mooring bouy merupakan pelampung (bouy) yang ditambatkan pada dasar perairan. Pelampung dihubungkan pada pemberat (konkret) dengan menggunakan tali tambang. Tujuannya, sebagai penanda titik tertentu di perairan dan menambatkan kapal, boat, dan perahu agar tidak merusak terumbu karang karena penggunaan jangkar. Kehadiran terumbu karang harus dijaga agar ekosistemnya dapat berlangsung secara berkelanjutan, salah satunya dengan mengurangi aktivitas penambatan jangkar kapal pada terumbu karang. Terumbu karang dapat tumbuh layaknya tumbuhan. Ekosistem ini sangat produktif di dunia sama halnya dengan hutan bakau. Meskipun demikian, terumbu karang sangat rapuh dan mudah rusak oleh gelombang laut maupun aktivitas kapal. Jika sudah demikian butuh waktu lama untuk memulihkanya kembali.

Indonesia dikelilingi oleh laut, hampir separuh lebih terdiri dari laut. Upaya konservasi yang sering diusung di negeri ini kebanyakan adalah hutan dan mangrove di daratan. Saking banyaknya sampai kita lupa bahwa lautpun banyak yang harus ditata. Pemerintah maupun bangsa ini sepertinya kurang peduli akan laut, semuanya tertuju pada daratan. Tiap seminar dan konferensi yang disinggung adalah hutan. Sehingga kepedulian pada nasib pesisir sangat kurang. Akibatnya banyak masyarakat pesisir tetap saja pada garis kemiskinan. Hal ini sangat bertolak belakang dengan negara-negara maju. Kini, yang berkuasa atas laut kita malah Jepang, Malaysia, Thailand, bahkan Singapura. Apa yang bisa kita lakukan? Padahal laut dapat menjadi sumber kehidupan yang sangat menguntungkan, seperti sumber pengetahuan, makanan, tenaga listrik, bahkan sumber devisa negara yang sangat besar ketika kita dapat mengolahnya dengan baik. Salah satunya seperti laut Sabang. Pesona laut Sabang mampu menjadi daya tarik bagi turis asing, otomatis masyarakat pesisir akan ikut merasakan kebahagiaan karena ada ladang pendapatan baru. Tetapi tak jarang dari kita kadang tak berpikir bagaimana cara mempertahankan agar apa yang sudah kita bangun tetap terjaga bahkan menjadi lebih baik.

Tim 124, KKN UGM untuk Sabang

Juli-Agustus 2009, penulis yang tergabung dalam tim 124, KKN UGM untuk Sabang, melakukan aksi nyata dalam upaya konservasi terumbu karang di sekitar laut Sabang. Tim ini terdiri dari 25 Mahasiswa dari 11 jurusan berbeda yang terdiri dari 12 Wanita dan 13 Pria. Mengusung tema “Pengembangan Ekowisata Bahari di Pulau Weh, Sabang”, kami membawa program yang telah dirancang dari kampus. Salah satunya adalah pembuatan dan pemasangan Mooring bouy. Mooring bouy salah satu solusi dalam menjaga ekosistem terumbu karang di tengah kepadatan turis di Sabang. Mooring bouy menjadi alternatif dalam penambatan kapal sehingga kapal tak perlu lagi melempar jangkar yang dapat merusak karang. Berkat kerja keras tim 124, Pak Doden, dan masyarakat Iboih, kami dapat membuat dan memasang mooring bouy di 10 titik (masing-masing 2 konkret) di sekitar Pantai Teupin Layeu untuk kapal-kapal nelayan dan wisata dan 3 titik (masing-masing 4 konkret) di pantai barat Pulau Rubiah yang ditujukan untuk kapal-kapal besar yang biasanya datang dari pelayaran luar negeri di Selat Malaka. Mooring bouy di letakkan di sekitar ekosistem terumbu karang, namun didasar yang tidak ada terumbu karang agar tidak terjadi kerusakan. Tentu saja kami melibatkan berbagai pihak dalam penyelesaian proyek ini seperti Pusat Studi Pariwisata UGM, Toulouse University dari Perancis, Pemerintah Kota Sabang, Balai Konservasi Sumber Daya Alam (BKSDA), BAPPENAS, Dinas Pariwisata Kota Sabang, Pak Dodent, dan masayarakat Iboih

Pemasangan batu pada kerangka konkret
Pemasangan batu pada kerangka konkret

Kami memerlukan waktu sekitar 1 bulan lebih untuk menyelesaikan proyek mooring bouy. Proyek ini terdiri dari 4 tahapan yaitu Tahap I (pertemuan dengan stake holder), Tahap II (pembelian alat dan bahan), Tahap III (pembuatan konkret dan pemasangan bouy), Tahap IV (pemasangan mooring bouy). Pada Tahap I, Tim 124 melakukanpertemuan dengan stake holder yang terdiri dari tokoh masyarakat Iboih, Panglima Laot Sabang (pemimpin laut di Aceh; semacam pawang), pemuda, dan Pak Doden sebagai pemilik Dive Shop, karena mereka lebih tahu tentang karakteristik laut di sekitar Sabang. Program KKN merupakan bentuk pembelajaran mahasiswa agardapat berbaur, berguna, dan bekerja sama dalam masyarakat. Sehingga setiap program kami berusaha untuk selalu melibatkan masyarakat baik secara langsung maupun tidak langsung. Hal ini penting dilakukan karena dapat mendorong masyarakat merasa memilik dan ikut bertanggung jawab, sehingga hasil yang telah dibuat tidak sia-sia dan rusak dimakan zaman.

Adonan semen dan pasir pengisi kerangka konkret

Pada Tahap II, kami melakuan pembelian pelampung (bouy), tali tambang, dan kili-kili dari Aceh dan Medan karena di Sabang tidak ada. Selama 8 hari lamanya (10-18 Juli 2009), tim 124 berusaha ekstra dengan bantuan masyarakat tentunya, mengumpulkan secara sukareka maupun membeli drum bekas oli dan ban mobil dari warga Sabang. Dari rumah ke rumah kami mencoba mengajak masyarakat untuk memberikan drum bekas pakai yang tidak terpakai, meskipun terkadang kita harus membelinya. Sebagian dari tim dan pemuda Iboih mencari pasir, semen, kerikil, dan batu gunung dari kota maupun milik warga, tentunya dengan budget yang tidak sedikit, inilah pentingnya kerja sama dengan Toulose University, Puspar UGM, maupun pihak terkait. Proses pengangkutan barang sangat sulit mengingat lokasi pembuatan terisolasi dari daratan utama, harus melewati bukit yang menguras tenaga untuk membawa ini semua. Sehingga kami menggunakan perahu sewaan atau terkadang dengan kapal Pak Dodent yang digunakan untuk mengangkut turis asing yang akan diving. Tidak tiap hari kami dapat menggunakan boat maupun perahu pinjaman, tentu saja karena boat sangat digunakan dalam pencaharian disini. Peralatan seperti alat diving, pisau pemotong tambang, palu, pemotong besi, cangkul, sekop, dan pahat untu membuka tutup drum didapatkan dari pinjaman warga.

Konkret yang telah jadi

Pada Tahap III, Sekitar 10 hari lamanya (20-30 Juli 2009) dari jam 9 pagi sampai jam 5 sore kami membuat 4 konkret (pemberat) dalam sehari atau 42 konkret selama 10 hari. Sebanyak 25 orang mahasiswa dan warga pesisir melakukan kerja bakti membuat komponen utama mooring bouy ini. Tidak ada yang menduga bahwa sekitar 12 mahasiswa berkelamin wanita mampu mengimbangi kekuatan pria-pria. Mereka ikut andil melakukan meramu adonan cor drum dan mengisi drum dengan batu-batu besar. Meski terkadang mengeluh capek di sela-sela pengerjaan. Inilah wanita pilihan tim 124, jelas saja untuk menjadi anggota tim 124 kami diseleksi. Kelayakan kami menjadi pertimbangan perekrutan anggota. Adonan berisi 1 sak semen dalam 12 karung pasir dan batu gunung dimasukkan dalam drum sampai menutupi separuh ban mobil yang tenggelam dalam drum. Tahapan pembuatan konkret sangat menguras tenaga. Mahasiswa yang terbiasa memegang pulpen untuk menulis harus terbiasa untuk megang sekop untuk membuat adonan. Mahasiswi yang terbiasa memegang dompet maupun tas yang cukup ringan, kini harus terbiasa mengangkat batu gunung dalam keranjang untuk mengisi drum. Mungkin menjadi buruh bangunan tak pernah ada dalam benak kami, tetapi dengan semangat, kerjasama, dan tanggung jawab kami mampu melakukan itu semua.

Mengikat tali dan memasang swapel pada mooring bouy

Pada Tahap IV, Empat puluh dua konkret siap dipasang bersama bouy yang diikat tambang. Inilah mooring bouy. Dengan kapal ponton Pak Dodent, mooring bouy ditarik 2-2 dengan cara diikat pada sisi kapal menuju titik-titik yang telah direncanakan. Mooring bouy diletakkan pada kedalaman 5-13 meter di sekitar ekosistem terumbu karang, namun pada dasar yang tidak ada terumbu karang agar tidak terjadi kerusakan. Arus deras dan jarak pandang yang buruk menjadi permasalahan utama kami. Dalam 10 hari (1-10 Agustus 2009) kami mampu melakukan pemasangan mooring bouy di sejumlah titik.

Pemasangan mooring bouy diharapkan mampu mengurangi kerusakan terumbu karang, kapal menghentikan pelemparan jangkar di terumbu karang dan beralih dengan menambatkan tali ke bouy yang telah dipasang sehingga ekosistem terumbu karang di sekitar Pulau Weh tetap terjaga. Nasionalisme Pak Doden telah menjadi sumber inspirasi bagi kami. Inilah kreativitas kami sebagai mahasiswa sekaligus pemuda negeri ini. Kalau bukan kami siapa lagi? Berkat kegigihan Pak Doden dalam upaya konservasi terumbu karang, mengantarkan beliau sebagai salah satu dari 12 orang peraih Kalpataru 2010 dari pemerintah. Penulis bersama teman seperjuangan yang tergabung dalam Tim 124, KKN UGM untuk Sabang turut bangga pada beliau, apalagi kami juga ikut serta dalam menjaga ekosistem terumbu karang Laut Sabang dengan pemasangan dan pembuatan Mooring bouy. Semoga apa yang telah kami lakukan menjadi inspirasi bagi para pemuda Indonesia untuk berkarya dan bersusaha melestarikan lingkungan kita. Jadikanlah Ilmu yang kita dapat baik di sekolah maupun di kuliah menjadi sesuatu yang berguna bagi negerti ini. Cintailah negeri sendiri. Jayalah Indonesia.

Andri Frediansyah, Penulis adalah anggota Tim 124, KKN UGM untuk Sabang

 

4 drum (konkret) dalam 1 titik mooring bouy