Disinfektan dan cara kerjanya: klorin dan pH, oksigen aktif, amonium kuaterner, alkohol, panas, UV, dan ozon

Seorang juru masak menuang pemutih klorin ke ember yang masih berisi sisa larutan pembersih lantai alkali, lalu memakai larutan itu untuk mengelap meja potong dan talenan. Ia mencelupkan kertas uji klorin dan warnanya menunjukkan kadar yang cukup. Seminggu kemudian, uji usap permukaan oleh tim mutu tetap menunjukkan jumlah bakteri yang tinggi di talenan.

Kertas uji itu tidak salah: klorinnya memang ada. Yang tidak diperhitungkan adalah pH. Pada pH tinggi dari sisa pembersih alkali, hampir semua klorin berada dalam bentuk ion hipoklorit yang daya bunuhnya jauh lebih lemah daripada asam hipoklorit. Ditambah sisa lemak di talenan yang menghabiskan klorin, larutan itu tidak mampu bekerja dalam waktu singkat sebelum permukaan kering. Bab ini menjelaskan cara setiap jenis disinfektan bekerja, apa yang melemahkannya, dan cara memilih dan memakainya dengan benar.

Batas pembahasan

Bab ini membahas disinfektan dan cara disinfeksi yang dipakai di dapur, laundry, fasilitas kesehatan, dan air: klorin, oksigen aktif, amonium kuaterner, alkohol, panas, ultraviolet, dan ozon. Jenis mikroorganisme dan ketahanannya ada di bab jenis mikroba, kinetika kematian dan CT di bab kinetika, kimia asam basa dan pKa di Kimia 201, klorin tersedia dan reaksi redoks di Kimia 203, pemutih laundry di Bab 8 · Laundry, dan penanganan bahan kimia di bab bahan kimia rak Keselamatan. Dosis kerja, waktu kontak, dan izin pemakaian pada permukaan pangan mengikuti label produk dan peraturan yang berlaku. Sumbernya adalah narasi Teknik Air dan Lingkungan, narasi Fluida dan Termal, narasi Bangunan, dokumen kerja di Drive pemilik, dan pengetahuan mikrobiologi dan kimia umum yang ditandai di peta sumber. Konsentrasi dan dosis di bab ini adalah nilai literatur umum atau angka latihan.

Cara disinfektan bekerja

Disinfektan membunuh atau menonaktifkan mikroorganisme dengan merusak bagian yang diperlukan untuk hidup:

1. Oksidasi: klorin, peroksida, asam perasetat, dan ozon mengambil elektron dari protein, lemak membran, dan bahan genetik. Materi pelatihan kebersihan di Drive pemilik menjelaskan bahwa oksidator merusak dinding sel dan komponen di dalam mikroorganisme sehingga membunuh atau menonaktifkannya.
2. Merusak membran: amonium kuaterner dan alkohol melarutkan atau mengganggu membran lemak, sehingga isi sel bocor.
3. Menggumpalkan protein: panas basah dan alkohol menggumpalkan protein sel.
4. Merusak bahan genetik: sinar ultraviolet merusak bahan genetik sehingga mikroorganisme tidak dapat berkembang biak.

Cara kerja itu menjelaskan mengapa ketahanan berbeda: spora dan kista yang berdinding tebal dan berkadar air rendah sulit ditembus, dan virus tidak berselubung tidak mempunyai membran lemak yang dapat dirusak alkohol dan amonium kuaterner, seperti di bab jenis mikroba.

Memilih disinfektan

Buku plumbing praktis dalam narasi, ketika mendaftar syarat disinfektan untuk air, menyebut bahwa disinfektan harus stabil dan tetap efektif selama proses disinfeksi. Kriteria memilih yang lebih lengkap:

Tidak ada disinfektan yang terbaik untuk semua tempat. Yang dipilih adalah disinfektan yang cukup untuk sasaran, aman untuk bahan dan orang, dan dapat diperiksa kadarnya.

Klorin dan pengaruh pH

Pemutih klorin, natrium hipoklorit, larut dalam air membentuk kesetimbangan antara asam hipoklorit (HOCl) dan ion hipoklorit (OCl⁻):

$\text{HOCl} \rightleftharpoons \text{H}^+ + \text{OCl}^-$

Asam hipoklorit jauh lebih kuat membunuh mikroorganisme daripada ion hipoklorit, sering disebut puluhan sampai sekitar seratus kali (nilai literatur umum), karena molekulnya tidak bermuatan dan mudah menembus dinding sel. Kimia 201 mencatat pKa asam hipoklorit sekitar 7,5, sehingga bagian klorin yang berada sebagai HOCl adalah:

$f_{\text{HOCl}} = \frac{1}{1 + 10^{\,\text{pH} - \text{pKa}}}$

Narasi Fluida dan Termal mencatat pH 7,5 sebagai pH yang ideal untuk mendisinfeksi bakteri. Di bawah pH sekitar 6 klorin menjadi lebih kuat tetapi mulai melepaskan gas klorin dan lebih korosif; di atas pH sekitar 8 daya bunuhnya turun cepat. Larutan pemutih pekat sengaja dibuat basa agar stabil saat disimpan, tetapi larutan kerja untuk disinfeksi bekerja paling baik ketika pH-nya mendekati netral.

Pada pemutihan linen, klorin dipakai pada pH tinggi untuk melindungi serat dan mengendalikan reaksi. Modul higiene tekstil di Drive pemilik menulis koridor pH 10,2 sampai 10,8 untuk pemutih klorin. Pada pH itu hampir semua klorin berupa ion hipoklorit (Contoh 2), sehingga peran disinfeksinya di laundry bergantung pada suhu, waktu, dan program yang divalidasi, bukan pada anggapan bahwa "ada klorin berarti steril".

Klorin dalam praktik: dosis, kebutuhan klorin, dan sisa

Klorin yang dituang tidak seluruhnya tersedia untuk membunuh mikroorganisme. Sebagian bereaksi dengan kotoran organik, besi, mangan, dan amonia. Bagian yang habis disebut kebutuhan klorin, dan yang tersisa disebut klorin sisa:

$\text{klorin sisa} = \text{dosis} - \text{kebutuhan klorin}$

Narasi Teknik Air dan Lingkungan mencatat bahwa penggunaan utama klorinasi adalah disinfeksi, bahwa beberapa metode tersedia untuk menguji klorin sisa, dan bahwa dosis klorin yang tinggi dapat menimbulkan masalah rasa dan bau. Di lapangan, klorin sisa diukur dengan kertas uji atau kit DPD, seperti di Kimia 217, dan pengukuran dilakukan pada larutan yang dipakai, bukan dihitung dari takaran.

Klorin sisa terdiri dari dua bagian. Klorin bebas adalah asam hipoklorit dan ion hipoklorit, bagian yang bekerja cepat. Klorin terikat adalah kloramin yang terbentuk ketika klorin bereaksi dengan amonia dan senyawa nitrogen dari keringat, urine, dan sisa makanan; kloramin jauh lebih lambat membunuh mikroorganisme dan menimbulkan bau yang sering disangka "bau klorin terlalu banyak". Kit DPD dapat membaca klorin bebas dan klorin total, sehingga klorin terikat adalah selisihnya. Bau klorin yang tajam di sekitar bak cuci justru dapat berarti klorin bebasnya sudah banyak berubah menjadi kloramin.

Panduan kerja dapur di Drive pemilik memberi takaran sanitasi bahan pangan dengan klorin: 50 ppm untuk buah dan sayur, yaitu 2,5 mL per 5 L, dan 100 ppm untuk telur, yaitu 5 mL per 5 L, dengan perendaman sekitar 1 menit lalu dibilas dengan air layak minum yang mengalir, dan pemakaian kertas uji klorin untuk mengukur kadarnya. Takaran 2,5 mL per 5 L untuk 50 ppm menyiratkan pekatan sekitar 10 persen (Contoh 3). Panduan yang sama di halaman yang sama menulis kadar sekurang-kurangnya 25 dan paling banyak 50 ppm, sehingga angka 100 ppm untuk telur perlu dicocokkan dengan label produk dan peraturan pangan yang berlaku sebelum dipakai.

Oksigen aktif: hidrogen peroksida dan asam perasetat

Hidrogen peroksida mengoksidasi komponen sel dan terurai menjadi air dan oksigen. Pada kadar biasa daya kerjanya sedang; pada kadar dan suhu lebih tinggi, atau dalam bentuk yang distabilkan, ia dapat membunuh spora. Enzim katalase yang dimiliki banyak bakteri menguraikan peroksida, sehingga kadar dan waktu kontak harus cukup.

Asam perasetat adalah campuran kesetimbangan asam asetat, hidrogen peroksida, dan asam perasetat. Ia bekerja cepat pada suhu rendah, tidak banyak dilemahkan kotoran organik, mempunyai spektrum luas termasuk spora pada kadar yang lebih tinggi, dan terurai menjadi asam asetat, air, dan oksigen. Karena itu ia dipakai untuk disinfeksi kimia linen pada suhu rendah dan di industri pangan. Kelemahannya: bau tajam, korosif terhadap beberapa logam, dan uapnya mengiritasi.

Lembar data pemutih oksigen di rak Keselamatan mencatat bahaya peroksida pekat, termasuk sisa kering pada kain yang dapat menyala sendiri, sehingga penyimpanan dan penanganannya mengikuti lembar datanya.

Amonium kuaterner

Senyawa amonium kuaterner bermuatan positif dan menempel pada membran sel yang bermuatan negatif, lalu merusaknya. Kekuatannya: tidak berbau, tidak korosif pada kadar kerja, dan meninggalkan sisa yang tetap aktif. Kelemahannya, yang sering tidak disadari:

1. Lemah terhadap spora, mikobakteri, dan virus tidak berselubung. Klaim produk yang menyebut "membunuh berbagai bakteri dan virus" perlu dibaca bersama daftar mikroorganisme yang diuji, seperti dicatat untuk panduan tata graha di Drive pemilik.
2. Dilemahkan oleh deterjen anionik yang bermuatan berlawanan; sisa deterjen di permukaan harus dibilas sebelum amonium kuaterner dipakai.
3. Dilemahkan oleh air sadah dan kotoran organik.
4. Terserap oleh kain katun: lap katun yang direndam di ember menyerap amonium kuaterner, sehingga kadar larutan turun di bawah sasaran (Contoh 9).

Panduan kerja dapur di Drive pemilik membedakan tiga kadar: sekitar 200 ppm untuk sanitasi, 400 ppm untuk disinfeksi, dan 800 ppm untuk menghilangkan bau, dengan takaran 45, 90, dan 180 mL per 5 L, waktu rendam atau waktu mengering sekurang-kurangnya 1 menit, dan penggantian larutan setidaknya setiap 4 jam. Untuk permukaan yang menyentuh pangan tanpa dibilas, batas kadar amonium kuaterner ditetapkan peraturan pangan dan label produk; kadar di atas batas itu memerlukan pembilasan dengan air layak minum.

Alkohol

Etanol dan isopropanol pada kadar sekitar 60 sampai 80 persen (nilai literatur umum) bekerja cepat terhadap bakteri biasa dan virus berselubung. Air diperlukan agar protein menggumpal; alkohol yang terlalu pekat justru kurang efektif. Kelemahannya: tidak membunuh spora, lemah terhadap beberapa virus tidak berselubung, menguap cepat sehingga waktu kontak pendek, mudah terbakar, dan tidak membersihkan kotoran. Untuk tangan, alkohol dioleskan sampai seluruh permukaan tangan basah dan dibiarkan kering sendiri, tanpa dilap, karena waktu basah itulah waktu kontaknya; tangan yang kotor oleh lemak atau tanah dicuci dengan sabun dan air lebih dulu. Alkohol cocok untuk tangan yang bersih dan permukaan kecil yang bersih, bukan untuk permukaan yang kotor atau sasaran spora, seperti pada kasus di bab jenis mikroba.

Panas

Panas basah adalah disinfektan yang paling dapat diandalkan bila suhu dan waktunya tercapai: tidak meninggalkan sisa kimia, menembus lipatan linen, dan dapat diukur dengan termometer. Kelemahannya adalah energi, kerusakan pada bahan yang tidak tahan panas, dan kesulitan memastikan suhu di inti muatan. Perhitungan suhu dan waktu ada di bab kinetika, dan penerapannya pada linen di Bab 14 · Laundry.

Mesin cuci piring memperlihatkan dua cara yang berbeda. Mesin bersanitasi panas mengandalkan bilasan akhir yang sangat panas dari pemanas penguat; materi pelatihan mesin cuci piring di Drive pemilik menulis bilasan akhir sekitar 80 sampai 90 °C dan meminta suhu diperiksa sebelum mesin dipakai. Mesin bersuhu rendah memakai bilasan akhir yang lebih dingin dengan disinfektan kimia yang didosis otomatis. Keduanya sah bila sesuai spesifikasi mesin, tetapi tidak boleh dicampur: mesin bersanitasi panas dengan pemanas penguat yang rusak tidak menjadi mesin bersanitasi kimia hanya karena ada deterjen di tangkinya.

Sinar ultraviolet

Sinar ultraviolet gelombang pendek merusak bahan genetik mikroorganisme. Narasi Teknik Air dan Lingkungan mencatat bahwa sinar UV dihasilkan oleh lampu uap raksa bertekanan tinggi atau rendah. Ukuran kerjanya adalah dosis:

$\text{dosis (mJ/cm}^2\text{)} = \text{intensitas (mW/cm}^2\text{)} \times \text{waktu (s)}$

Untuk air minum, dosis sekitar 40 mJ/cm² sering dipakai sebagai acuan rancangan (nilai literatur umum; Contoh 6). Kelemahan UV, yang ditanyakan sebagai soal latihan dalam narasi:

1. Tidak ada sisa: air yang sudah disinari dapat tercemar lagi di pipa sesudahnya.
2. Bayangan: kekeruhan, besi, dan lapisan pada selubung kuarsa menghalangi sinar.
3. Lampu menua: intensitas turun seiring jam pakai.
4. Pemulihan: narasi Fluida dan Termal mencatat bahwa bila bakteri pulih di bawah cahaya lampu neon, proses itu disebut fotoreaktivasi.

Ozon dan disinfektan lain

Narasi Teknik Air dan Lingkungan mendefinisikan ozon sebagai senyawa tiga atom oksigen. Ozon adalah oksidator yang sangat kuat dan cepat, tetapi tidak stabil, sehingga tidak meninggalkan sisa yang tahan lama di pipa, dan gasnya beracun bagi orang. Buku plumbing praktis dalam narasi mencatat kadar yang dianjurkan sekitar 2 sampai 5 ppm dengan penghilangan sisanya oleh karbon aktif. Narasi Fluida dan Termal mencatat klorin dioksida dan bromin sebagai biosida alternatif untuk air pendingin, seperti di bab air pendingin rak Utilitas. Setiap pilihan ini dipakai oleh orang yang terlatih dengan peralatan pemantau, bukan dengan takaran perkiraan.

Campuran berbahaya dan keselamatan

Panduan kerja dapur di Drive pemilik memperingatkan bahwa produk asam tidak boleh dicampur dengan produk klorin karena sangat berbahaya dan menimbulkan gas beracun, dan materi pelatihan kebersihan menambahkan bahwa pemutih yang dicampur amonia menghasilkan gas kloramin yang beracun. Kimia 219 menyusun matriks ketidakcocokan bahan kimia, dan bab bahan kimia rak Keselamatan membahas pemindahan, penyimpanan, dan pertolongan pertama. Aturan sederhana untuk disinfektan:

1. Satu disinfektan untuk satu tugas; tidak ada campuran buatan sendiri.
2. Takaran diukur dengan gelas ukur atau dispenser, bukan dengan tuangan perkiraan.
3. Ember dan botol semprot diberi label isi dan kadar, dan dibilas sebelum diisi bahan lain.
4. APD sesuai lembar data: sarung tangan, pelindung mata, dan ventilasi untuk bahan yang menguap.

Contoh kerja

Contoh 1. Bagian HOCl pada pH 7 dan 8. Dengan pKa 7,5: pada pH 7, $1/(1 + 10^{-0{,}5}) = 0{,}76$; pada pH 8, $1/(1 + 10^{0{,}5}) = 0{,}24$. Kenaikan satu satuan pH memotong bagian HOCl lebih dari tiga kali.

Contoh 2. Klorin pada pH pemutih laundry. Pada pH 10,5: $1/(1 + 10^{3}) = 0{,}001$, yaitu sekitar 0,1 persen klorin berupa HOCl.

Contoh 3. Pekatan yang tersirat dari takaran. Takaran 2,5 mL per 5 L untuk 50 ppm menyiratkan pekatan $50 \times 5.000/2{,}5 = 100.000$ ppm, yaitu sekitar 10 persen klorin tersedia.

Contoh 4. Pekatan amonium kuaterner. Takaran 45 mL per 5 L untuk 200 ppm menyiratkan pekatan $200 \times 5.000/45 = 22.200$ ppm, sekitar 2,2 persen.

Contoh 5. Larutan klorin untuk permukaan. Larutan 1.000 ppm dibuat dari pemutih rumah tangga 5 persen (50.000 ppm) untuk 5 L: $5.000 \times 1.000/50.000 = 100$ mL pemutih, ditambah air sampai 5 L.

Contoh 6. Dosis UV. Untuk dosis 40 mJ/cm² dengan intensitas 8 mW/cm², waktu paparan $40/8 = 5$ detik. Bila lampu yang menua hanya memberi 70 persen intensitas, waktunya menjadi $40/(8 \times 0{,}7) = 7{,}1$ detik, sehingga debit melalui reaktor harus diturunkan atau lampu diganti.

Contoh 7. Kebutuhan klorin. Air diberi dosis 5 mg/L dan kebutuhan klorinnya 3 mg/L (angka latihan). Klorin sisa $5 - 3 = 2$ mg/L; dosis yang sama pada air yang lebih kotor dengan kebutuhan 4,5 mg/L hanya menyisakan 0,5 mg/L.

Contoh 8. Alkohol 70 persen. Untuk 1 L alkohol 70 persen dari etanol 96 persen: $1.000 \times 70/96 = 729$ mL etanol, ditambah air sampai 1 L.

Contoh 9. Lap katun dan amonium kuaterner. Ember 5 L berisi larutan 200 ppm. Lap katun yang direndam menyerap sekitar 30 persen amonium kuaterner (angka latihan), sehingga kadar larutan turun menjadi sekitar $200 \times 0{,}7 = 140$ ppm, di bawah sasaran sanitasi; lap mikrofiber atau pengukuran kadar dengan kertas uji mengatasi masalah ini.

Kondisi berhenti

Hentikan pekerjaan dan laporkan bila:

1. Disinfektan akan dicampur dengan bahan lain, terutama klorin dengan asam atau amonia.
2. Kadar larutan tidak dapat diukur, atau kertas uji yang sesuai tidak tersedia.
3. Larutan dipakai pada permukaan yang belum dibersihkan atau masih berisi sisa deterjen yang bertentangan.
4. Disinfektan yang dipakai tidak sesuai sasaran yang diketahui, misalnya amonium kuaterner untuk spora.
5. Kadar disinfektan di permukaan pangan melebihi batas tanpa pembilasan dengan air layak minum.
6. Lampu UV pengolah air mati, alarm intensitas berbunyi, atau selubung kuarsa kotor, tetapi air tetap dipakai.
7. Gas ozon atau bau klorin kuat tercium di ruang kerja; tinggalkan ruangan dan ventilasi, seperti di Kimia 192.

Salah tafsir yang sering terjadi

"Kertas uji menunjukkan klorin cukup, berarti disinfeksi pasti berhasil." Pada pH tinggi hampir semua klorin dalam bentuk yang lemah.

"Semakin pekat semakin baik." Larutan yang terlalu pekat merusak bahan, meninggalkan sisa, dan untuk alkohol justru kurang efektif.

"Amonium kuaterner membunuh semua kuman." Ia lemah terhadap spora dan virus tidak berselubung.

"UV membuat air aman sampai keran." UV tidak meninggalkan sisa; air dapat tercemar lagi sesudah reaktor.

"Ozon lebih kuat, jadi lebih aman." Ozon kuat tetapi gasnya beracun dan tidak meninggalkan sisa di pipa.

"Disinfektan menggantikan pembersihan." Kotoran menghabiskan dan menghalangi disinfektan.

Hubungan dengan bab lain

Bab jenis mikroba menjelaskan sasaran, bab kinetika menghitung waktu dan CT, Kimia 201 pKa, Kimia 203 klorin tersedia, Bab 8 · Laundry pemutih laundry, bab bahan kimia rak Keselamatan, Bab 14 · Laundry disinfeksi linen, dan Kimia 219 campuran berbahaya.

Latihan dan pembahasan

Untuk setiap soal, tuliskan rumus, hitungan, atau alasannya.

1. Berapa bagian HOCl pada pH 6,5 dengan pKa 7,5?
2. Berapa mL pemutih 10 persen untuk membuat 10 L larutan 100 ppm?
3. Reaktor UV memberi intensitas 5 mW/cm². Berapa waktu paparan untuk dosis 40 mJ/cm²?
4. Dosis klorin 3 mg/L dan klorin sisa terukur 0,8 mg/L. Berapa kebutuhan klorinnya?
5. Mengapa sisa deterjen anionik melemahkan amonium kuaterner?
6. Mengapa larutan sanitasi diganti berkala walaupun belum habis?

Kunci jawaban beralasan

1. $1/(1 + 10^{-1}) = 1/1{,}1 = 0{,}91$, yaitu sekitar 91 persen klorin berupa HOCl.
2. $10.000 \times 100/100.000 = 10$ mL pemutih 10 persen, ditambah air sampai 10 L.
3. $40/5 = 8$ detik paparan, lebih lama bila lampu sudah menua atau selubungnya kotor.
4. $3 - 0{,}8 = 2{,}2$ mg/L klorin habis bereaksi dengan zat di dalam air tersebut.
5. Deterjen anionik bermuatan negatif mengikat amonium kuaterner yang bermuatan positif sehingga tidak lagi menyerang membran sel.
6. Kotoran yang masuk menghabiskan bahan aktif sehingga kadar turun di bawah sasaran walaupun volumenya masih ada.

Referensi