ISSN 0216 - 3128
Susanna T.s. dan Supriyanto C.
229
JAMINAN MUTU METODE F-AAS PADA ANALISIS UNSURUNSUR Cu, Cr DAN Zn DALAM CUPLIKAN LIMBAH INDUSTRI Susanna T.S. dan Supriyanto C. Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN
ABSTRAK JAMINAN MUTU METODE F-AAS PADA ANALISIS UNSUR Cu, Cr DAN Zn DALAM CUPLIKAN LlMBAH INDUSTRI. Telah dilakukan kalibrasi alat uji spektrometri serapan atom nyala (F-AAS) dan validasi metode uji F-AAS untuk memperoleh jaminan mutu analisis unsur Cu, Cr dan Zn dalam cuplikan limbah industri tekstil, kulit dan susu. Kalibrasi alat uji dilakukan dengan menentukan harga akurasi dan presisi alat uji F-AAS menggunakan larutan standar Cu 2 ppm, sedangkan validasi metode uji dilakukan dengan menggunakan SRM Soil 7, buatan !AEA. Diperoleh harga presisi dan akurasi masing-masing 0,019 ppm dan 0,320 % yang lebih rendah dari persyaratan acuan masing-masing yaitu 0,04 ppm dan 1,0 %. Validasi metode uji menggunakan SRM Soil 7 menunjukkan data hasil uji unsur-unsur Cu, Cr dan Zn berada dalam rentang konsentrasi yang ada dalam sertifikat SRM. Berdasarkan data-data tersebut dapat diperoleh jaminan mutu analisis unsur-unsur Cu, Cr dan Zn pada cuplikan limbah industri karena metode F-AAS yang dipakai masih cukup handal dan valid dengan bias sebesar.4,34 %. Kala kunci : Jaminan mutu, F-AAS, limbah industri.
ABSTRACT QUALITY ASSURANCE OF FLAME ATOMIC ABSORPTION SPECTROMETRY (F-AAS) METHOD AT THE ANALYSIS OF Cu, Cr AND Zn ELEMENTS IN INDUSTRIAL WASTE SAMPLES. The calibration of atomic absorption spectrometry instrument and validation of Flame Atomic Absorption Spectrometry (FAAS) method to obtain quality assurance at determination of Cu, Cr and Zn elements in industrial waste samples have been carried out. The calibration of instrument was done by measuring its precission and sensitivity using spectrosol solution of Cu 2 ppm, where as the validation of analytical method was done by analyzing heavy metals in SRM Soil 7 such as Cu, Cd and Zn. The validity of F-AAS instrument still valid with precission and sensitivity obtained were 0.09 ppm and 0.320 % respectively, less than that of ASTM reference, namely 0.04 ppm and 1.0 %. The validation of analytical method showed that the content ofCu, Cr and Zn elements resulted by F-AAS method were still at range values of the certificate of Standard Reference Material (SRM Soil 7). Based on those data showed that quality assurance obtained at analysis of Cu, Cr and Zn elements in industial waste samples using F-AAS method is still sufficiently reliable and valid with bias of 4.34 %. Key word: Quality assurance, F-AAS, industrial waste.
PENDAHULUAN
kurang sempurna, meskipun pemerintah telah menerapkan berbagai peraturan pemerintah (PP) yang berkaitan dengan permasalahan pencemaran lingkungan, bahan berbahaya dan toksis. Lingkungan yang bersih merupakan indikasi keberhasilan program pemerintah dalam pembangunan bidang kesehatan yaitu tercapainya derajad kesehatan masyarakat yang optimal.
Perkembangan di Indonesia tidak hidup dapat dipisahkan dariindustri pertimbangan lingkungan sebagai upaya untuk melestarikan sumber daya alam, oleh karena itu diperlukan suatu keseimbangan yaitu perkembangan industri yang tidak mencemarkan lingkungan dan perubahan lingkungan tidak menghambat perkembangan industri. Hal ini menyangkut limbah yang ditimbulkan oleh industri, yang mempunyai dampak penting terhadap lingkungan, terutama lingkungan perairan yang merupakan faktor penting bagi kebutuhan manusia(I,2).
Pencemaran logam berat seperti tembaga (Cu), kromium (Cr) dan seng (Zn) yang berasal dari limbah industri dapat terjadi melalui beberapa media seperti udara, tanah, tanaman, air, maupun makanan. Logam berat pada umumnya bersifat racun terhadap makhluk hidup, walaupun beberapa diantaranya diperlukan dalam jumlah kecil. Oi dalam tubuh manusia maupun hewan, logam berat akan terkait pada protein pengikat logam, misalnya metalotionin,
Permasalahan lingkungan tidak akan terlepas dari dampak negatif yang terjadi akibat kemajuan industri yaitu terjadinya pencemaran lingkungan yang diakibatkan penanganan limbah industri yang
Prosiding Pustek Akselerator
PPI - PDIPTN 2007 dan Proses Bahan - BATAN
Yogyakarta,
10 Juli 2007
230
ISSN 0216 - 3128
sistein, dan haemoglobin. Protein tersebut akan menstransfer logam berat ke organ-organ tubuh sehingga akan terjadi akumulasi logam berat pada organ tubuh tertentu(3). Untuk mengetahui apakah suatu industri telah menerapkan tata cara pengolahan limbah yang baik dan benar sesuai dengan peraturan pemerintah (PP), diperlukan data kandungan logam B-3 dalam limbah industri baik padat, cair, maupun gas sebelum limbah dibuang ke Iingkungan. Keakuratan dan keabsahan data hasil uji kandungan logam B-3 dalam limbah mutIak diperlukan, sehingga tidak menimbulkan kesalahan dalam pengambilan keputusan. Demikian pula pada uji logam-Iogam berat Cu, Cr dan Zn dalam Iimbah industri tekstil, industri kulit dan industri susu, diperlukan keakuratan dan keabsahan data sehingga diperoleh jaminan mutu data hasil uji berdasarkan persyaratan ISO/IEC-17025-2005(4). Untuk memperoleh jaminan mutu data hasil uji diperlukan validasi baik terhadap alat uji (F-AAS) maupun pada metode uji (nyala) yang digunakan. Validasi adalah suatu proses untuk mengkonfirmasi bahwa suatu alat atau metode uji mempunyai unjuk kerja yang konsisten, sesuai dengan apa yang dikehendaki dalam penerapan alat atau metode uji tersebut dengan cara menguji alat atau metode dengan melengkapi bukti-bukti yang obyektif. Pendekatan yang biasa dilakukan untuk validasi alat dan metode uji meliputi presisi, akurasi, kepekaan (sensitivitas), batas deteksi, dan bias(5). Dengan demikian tujuan dari penelitian ini adalah untuk memperoleh jaminan mutu pada analisis logam-Iogam berat Cu, Cr dan Zn dalam Iimbah industri.
TAT A KERJA Bahan: Bahan-bahan yang digunakan adalah contoh uji limbah padat, larutan standar spectrosol Cu dan Zn masing-masing buatan BDH, larutan standar titrisol Cr, bahan standar pembanding SRM Soil 7 untuk validasi metode, HN03 pekat, HCI04 dan HF pekat masing-masing Merck untuk pelarut, dan akuatrides buatan laboratorium Kimia Analitik PTAPB-BA TAN sebagai bahan pengencer. Alat: Alat-alat yang digunakan meliputi seperangkat alat uji spektrometer serapan atom (AAS) tipe AA 300-P buatan Varian Techtron Australia, teflon bomb digester untuk destruksi sampel, dan peralatan gelas seperti labu takar 10 mL, 50 mL, gelas beker teflon 50 mL, pipet mikro 10 - 100 ilL, 50 - 250 ilL, dan 100 - 1000 ilL untuk preparasi sampel.
Susanna
rs. dan Supriyanto
C
Cara kerja : Preparasi pelarutan cuplikan dan SRM Soil 7 Cuplikan limbah industri dan SRM Soil 7 masing-masing ditimbang seberat 0,5 g, dimasukkan ke dalam teflon bomb digester, tambahkan I mL HN03 pekat dan 0,2 mL HF pekat. Dipanaskan dalam tungku pemanas pada suhu ISO °c selama 4 jam. Hasil pelarutan setelah dingin dituang ke dalam gelas beker teflon dan dipanaskan secara berulang dengan penambahan akuatrides di atas penangas pasir, sampai diperoleh larutan cuplikan pada pH netral. Hasil pemanasan setelah dingin ditepatkan menjadi volume 10 mL dengan penambahan akuatrides sampai tanda batas. Larutan cuplikan dan SRM Soil 7 siap untuk dilakukan analisis. Optimasi dan Zn
kondisi analisis unsur-unsur
Cu, Cr
Kondisi optimum analisis unsur-unsur logam berat Cu, Cr dan Zn diperoleh dengan mengukur serapan maksimum dari larutan standar Cu, Cr dan Zn dengan konsentrasi Cu dan Zn masing-masing 5 ppm dan Cr 10 ppm. Pengukuran serapan dilakukan pada panjang gelombang maksimum masing-masing unsur pada setiap perubahan laju alir cuplikan, I~u alir udara dan asetilen, arus lampu, lebar celah dan tinggi pembakar. Kepekaan dan Presisi Alat Uji F-AAS Dibuat 25 mL larutan campuran terdiri dari larutan standar Cu 1000 ppm, HN03 pekat dan akuatrides sedemikian rupa sehingga konsentrasi Cu dalam larutan adalah 2 ppm dan konsentrasi HN03 0, I N. Kepekaan alat uji ditentukan dengan mengukur serapan larutan tersebut sebanyak 3 kali pengukuran, sedangkan presisi ditentukan dengan mengukur serapan sebanyak 6 kali pengukuran pada kondisi optimum analisis Cu. Analisis kandungan Cu, Cr dan Zn dalam contoh uji dan SRM Soil 7 Dibuat 5 buah larutan campuran yang terdiri dari Cu dan Zn masing-masing 10 ppm dan Cr 100 ppm, HN03 I N dan akuatrides sedemikian rupa sehingga konsentrasi HN03 dalam masing-masing larutan campuran tetap 0,1 N, sedangkan konsentrasi Cu, Cr dan Zn dalam masing-masing larutan campuran bervariasi, yaitu untuk Cu dan Zn masing-masing 0, I; 0,2; 0,3; 0,4 dan 0,5 ppm, sedangkan konsentrasi Cr adalah 1,0; 2,0; 3,0; 4,0 dan 5,0 ppm. Masing-masing larutan campuran diukur serapannya pada kondisi analisis yang optimum dari masing-masing unsur. Kandungan unsur-unsur Cu, Cr dan Zn dalam cuplikan limbah
Prosiding PPI • PDIPTN 2007 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2007
ISSN 0216 - 3128
Susanna T.s. dan Supriyanto C.
Demikian pula pada analisis logam-Iogam berat Cu, Cr dan Zn dalam cuplikan limbah industri tekstil, kulit dan susu di Daerah Istimewa Yogyakarta perlu dilakukan validasi terhadap alat uji F-AAS dan validasi terhadap metode uji dengan cara menentukan harga presisi, akurasi, bias dan verifikasi masing-masing unsur yang akan dianalisis. Sebelum penentuan kepekaan dan presisi, terlebih dahulu dilakukan penentuan kondisi optimum analisis masing-masing unsur dengan cara mengukur serapan maksimum pada panjang gel ombang optimum untuk masing-masing unsur pad a setiap perubahan parameter arus lampu, lebar celah, laju alir asetilen, laju alir cuplikan, laju alir udara dan tinggi pembakar, seperti disajikan pada Tabel 1 sebagai berikut :
industri dan dalam SRM Soil 7 ditentukan dengan cara mengintrapolasikan serapan cuplikan SRM Soil 7 pada kurva standar campuran, dan konsentrasi yang diperoleh dihitung kembali dengan memasukkan faktor berat cuplikan dan SRM Soil 7, faktor pengenceran dan volume pelarutan.
HASIL DAN PEMBAHASAN Spektrometer serapan atom dengan metode nyala merupakan salah satu alat uji pendukung di Laboratorium Kimia Analitik PTAPB-BA TAN. Sebagai salah satu alat uji pendukung, sudah barang tentu performance alat uji spektrometer serapan atom (AAS) dan metode uji yang digunakan perlu dilakukan validasi, sehingga jaminan mutu metode uji dengan nyala dapat tercapai sesuai yang dipersyaratkan. Tabel 1. Kondisi optimum analisis unsur-unsur No.
Tinggi pembakar, mm Cr ParameterCu 4Zn 54,5 10 nm Lebar celah, 14,5 1,56 0,5 13,5 4,5 228,8 213,9 13,5 1,78 1,0 Panjang Arus alir lampu, gelombang, asetilen, mAL/menit L/menit nm Laju cuplikan, udara, L/menit
Presisi alat uji F-AAS bisa diketahui dengan cara mengukur serapan dari larutan Cu 2 ppm pada kondisi analisis Cu yang optimum. Harga presisi dari alat uji F-AAS dapat berdasarkan relatit),diketahui % Syarat acuan, ppm x 100 % rumus aproksimasi2.I.s = (A-B) x 0,40 dengan A adalah nilai tertinggi dari 6 nilai serapan, dan B nilai terendah dari 6 nilai serapan. Sedangkan harga kepekaan dari alat uji F-AAS dihitung berdasarkan rumus aproksimasi S = 0,0044 (CI / Ad dengan CI adalah nilai konsentrasi larutan, dan AI adalah nilai serapan rata-rata. Harga presisi dan akurasi disajikan seperti pada Tabel 2 .
231
Cu, Cr dan Zn dengan alat uji F-AAS
12 5 324,8 13,5 0,5 4,5 2,5
Tabel 2 . Data kalibrasi alat uji F-AAS Presisi baku Parameter 0,019 Cu 2 ppm 0,040(6) ppm (simpangan 1,0(6) No. Kepekaan, 0,320 Syarat acuan, %
Pada Tabel 2 hasil kalibrasi berupa kepekaan dan presisi masing-masing sebesar 0,019 ppm dan 0,320 %. Berdasarkan hasil tersebut menunjukkan bahwa alat uji spektrometer serapan atom (F-AAS) masih layak sebagai alat uji dengan perolehan presisi dan kepekaan masih berada di bawah batas
Prosiding PPI • PDIPTN 2007 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2007
-
ISSN 0216 - 3128
232
persyaratan acuan masing-masing yaitu 0,040 ppm dan 1,0 %. Disamping validasi terhadap alat uji, persyaratan yang lain untuk memperoleh jaminan mutu analisis adalah validasi terhadap metode uji yang digunakan. Validasi metode uji berdasarkan ISO/IEC-17025-2005(4) adalah dengan melakukan analisis standard reference material (SRM). Persyaratan penggunaan SRM antara lain adalah matriks yang ada dalam cuplikan yang dianalisis dan SRM yang digunakan hams sarna atau mendekati sarna (mirip) dan kadar unsur dalam cuplikan dan SRM tidak jauh berbeda. Pada penelitian ini validasi metode uji diIakukan
Susanna
rs. dan Supriyanto
menggunakan SRM Soil 7 buatan IAEA. HasiI analisis kandungan unsur-unsur dalam SRM Soil 7 dengan alat uji F-AAS dibandingkan dengan kandungan masing-masing unsur yang ada dalam sertifikat, seperti disajikan pada Tabel 3. Berdasarkan pada Tabel 3, analisis unsur Cu, Cr dan Zn dalam SRM Soil 7 menunjukkan kadar masing-masing unsur berada dalam rentang kadar dalam sertifikat SRM, hal terse but menunjukkan validitas dari metode uji yang digunakan cukup baik dengan akurasi 95,66 % atau bias sebesar 4,34 %. Bias (kesalahan) adalah besarnya nilai selisih kadar unsur hasil analisis dan kadar unsur dalam sertifikat dibagi dengan kadar unsur dalam sertifikat(5).
Tabel 3. Data hasiI analisis unsur dan data sertifikat SRM Soi/7 analisis (ppm) Unsur Cu Cr 58,32± Zn Kadar dalam 9,96 ±±0,19II 9,45 1,70 2,80 104,8 2,70 0,77 4,34 99,23 95,66 (9 -unsur 13)(%) Bias 6090,55 97,20 (49 (%) -71) 104 (101 -113) sertfikat (ppm) (7) Akurasi Kadar unsur hasiI
Untuk menghitung batas deteksi (LaD), secara statistik bisa ditunjukkan seperti pada Tabel 4. Tabel4. Sera pan Cu konsentrasi 0,1 - 0,5 p.p.m A
Koefisien 0,069 0,116 0,093 (Yi_y)2 9,00 1,00 3,25 10,5 (B) 0,024 0,046 0,000 0,00014 0,2314 0,9999 0,04643 1,96 10'8 korelasi (A) (r)xx 10'8 Intercept Serapan Slope 5,04 1,85 10'7 10'5 ~(Yi- Y Kons. )2 = Cu 5,1624 X 10'5
Y
A
0,06957 0,0927 0,1159 0,02329 0,00014
A
= Y
=
Yb + 3
J
Sb
L (Y,n - - 2 Y )
2
=
r
V
= 0,0036 (.s.-I-624-~IO-=5' )'
= 0,00014 + 3 (0,0036)
C
= 0,0109
Prosiding PPI • PDIPTN 2007 Pustek Akselerator dan Proses Bahan· Yogyakarta, 10 Juri 2007
BATAN
ISSN 0216 - 3128
Susanna T.S. dan Supriyanto C.
Batas deteksi (LOD) dihitung dengan memasukkan harga Y ke persamaan regresi, maka diperoleh harga X = 0,05 ppm. Jadi pada kisaran konsentrasi Cu : 0,1 - D,S ppm, diperkirakan batas penentuan terendah adalah 0,05 ppm. Dari kurva kalibrasi diperoleh hubungan linier antara konsentrasi lawan serapan dengan persamaan garis : Y = 0,2314 X + 0,00014, koefisien korelasi (r)
233
Kadar unsur yang diperoleh berdasarkan perhitungan menggunakan rumus perhitungan :
C reg Kadar
X
P
X
V
G
Itg/g
dengan C,eg= konsentrasi regresi
= 0,9999.
Dengan cara yang sarna seperti pada penentuan batas deteksi Cu, diperoleh batas deteksi untuk Cr dan Zn masing-masing adalah 0,03 ppm dan 0,01 ppm. Aplikasi metode uji unsur Cu, Cr dan Zn dalam cuplikan limbah industri tekstil, kulit dan susu yang dilakukan dengan teknik pengukuran kalibrasi standar. Teknik pengukuran kurva kalibrasi standar dilakukan dengan mengukur serapan unsur-unsur Cu, Cr dan Zn pada kondisi optimum analisis, kemudian serapan yang diperoleh diinterpolasikan ke dalam kurva kalibrasi masingmasing unsur, sehingga akan dipeoleh konsentrasi regresi.
P
= pengenceran
V
= volume penepatan
G
= berat cuplikan
Berdasarkan perhitungan menggunakan rumus tersebut, diperoleh kadar unsur-unsur Cu, Cr dan Zn dalam cuplikan limbah industri tekstil, kulit dan susu dapat dilihat seperti pada Tabel 5. Jika dilihat pada Tabel 5, dari hasil analisis kadar unsurunsur Cu, Cr dan Zn dalam limbah industri, temyata kadar Cu paling tinggi terdapat dalam limbah pabrik susu (52,68 ± 0,11 ltg/g), kadar Cr tertinggi terdapat pada limbah pabrik kulit (3920,98 ± 11,76 ltg/g) dan kadar Zn tertinggi terdapat dalam limbah tekstil (164,74 ± 5,60 Jlg/g).
Tabel 5. Data hasil analisis unsur-unsur Cu, Cr dan Zn dalam contoh uji limbah industri 11,31 ± 0,13 Kadar unsur ± SO (Jlg/g) Zn Cr 30,23 9,34 ±±±0,21 1,20 3920,98 164,74 33,35 13,52 ±1,17 5,60 11,76 0,45 15,57 ± 0,19 Jenis limbah Cu
KESIMPULAN Dari hasil penelitian sebagai berikut : 1.
2.
bisa diambil kesimpulan
Untuk kalibrasi alat uji spektrometer serapan atom nyala (F-AAS) diperoleh hasil presisi dan kepekaan alat masing-masing sebesar 0,320 % dan 0,019 ppm dimana nilai-nilai ini lebih kecil dari nilai yang ada dalam standar ASTM (presisi I,D % dan kepekaan 0,040 ppm) sehingga bisa dikatakan bahwa alat ini masih dalam keadaan baik dan 1ayak digunakan karena masih memenuhi standar yang dipersyaratkan. Berdasarkan data dan hasil perhitungan, kadar unsur dalam hasil analisis masih berada dalam rentang nilai kadar unsur yang ada dalam sertifikat SRM Soil 7 dengan
3.
akurasi 95,66 % atau bias (kesalahan) sebesar 4,34 %, sehingga metode uji spektrometri serapan atom nyala (F-AAS) masih valid Batas deteksi untuk penentuan Cu, Cr dan Zn masing-masing adalah 0,05 ; 0,03 dan 0,01 ppm. Pada aplikasi F-AAS untuk uji unsur-unsur Cu, Cr dan Zn dalam cuplikan limbah industri, diperoleh kadar Cu tertinggi terdapat pada limbah pabrik susu, kadar Cr tertinggi terdapat pada limbah pabrik kulit dan kadar Zn tertinggi terdapat pada limbah pabrik tekstil.
Prosiding PPI - PDIPTN 2007 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BATAN Yogyakarta, 10 Juli 2007
ISSN 0216 - 3128
234
DAFTAR PUSTAKA
7.
I.
BENEFIELD, LD & JOSEPH FH., Process Chemistry for Water and Watem'aste Treatment, Prentice Hill Inc. Englewood Cliffs, New Yersey (1982).
2.
PALAR H., Pencemaran dan Toksikologi Logam Berat, Rineka Cipta, Jakarta (1994) . SOERY ADI HADIPRA YITNO, Berbagai Segi Limbah Bahan Berbahaya Beracun (B3) dan Dampaknya Terhadap Manusia dan Lingkungannya, p. 221-228, Prosiding Sem. Nas. Kimia dan Pembangunan, Bandung (1993). BSN, Persyaratan Umum Kompetensi Laboratorium Pengujian dan Laboratorium Kalibrasi, ISO/lEC 17025, edisi kedua, Jakarta (2005). SUMARDI, Validasi Metode Analisis, Pelatihan Asesor Laboratorium, BSN, Jakarta (200 I). AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS, ASTM E 663-78 ( 1979).
3.
4.
5.
6.
Susanna r.s. dan SupriyantoC INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Certificate Reference Material SoU 7 (1978).
TANYAJAWAB Kadarisman • Bagaimana cara menentukan kepekaan dan presisi alat uji F AAS ? Susana TS Cara menentukan kepekaan dan presisi alat F-AAS adalah sebagai berikut : ~ Kepekaan dihitung berdasarkan rumus S = 0,0044 (C/A1) dimana C1 = konsentrasi larutan dan AI = serapan rata-rata. ~ Presisi dihitung dengan rumus S = (A - B) x 0,40 x 100%, dimana A = nilai tertinggi dari 6 serapan yang diukur dan B = nilai terendah dari 6 serapan yang diukur. Dalam metode AAS ini, menurut standart intemasional ASTM larutan standart yang dipakai untuk kalibrasi alat adalah larutan Cu 2 ppm diperoleh harga kepekaan 0,04 ppm dan presisi 1,00%
Prosiding PPI - PDlPTN 2007 Pustek Akselerator dan Proses Bahan - BAT AN Yogyakarta, 10 Juli 2007
