PENGENDALIAN MUTU HASIL ANALISIS UNSUR Pb, Cd, DAN Cr DALAM CONTOH UJI AIR LIMBAH.

Transkripsi

1 Supriyanto C., dkk. ISSN PENGENDALIAN MUTU HASIL ANALISIS UNSUR Pb, Cd, DAN Cr DALAM CONTOH UJI AIR LIMBAH Supriyanto C., Susanna T.S. PTAPB - BATAN ABSTRAK PENGENDALIAN MUTU HASIL ANALISIS UNSUR Pb, Cd, DAN Cr DALAM CONTOH UJI AIR LIMBAH. Telah dilakukan pengendalian mutu hasil analisis unsur Pb, Cd, dan Cr dalam contoh uji air limbah dengan metode spektrometri serapan atom nyala. Pengendalian mutu pengujian dilakukan dengan menggunakan peta kendali (control chart) dengan tujuan untuk menjaga mutu laboratorium pengujian. Peta kendali dibuat dengan cara menggambarkan hasil uji rekoveri unsur dalam contoh uji sebagai sumbu vertikal dalam sederetan pengamatan berulang selama waktu tertentu sebagai sumbu horizontal. Kriteria keberterimaan adalah x rata-rata ± 3 SD atau berada di antara batas kendali atas (UCL) dan batas kendali bawah (LCL) serta berada di sekitar garis tengah x (nilai target) dan masih dalam daerah antara batas peringatan atas (UWL) dan batas peringatan bawah (LWL). Berdasarkan hasil peta kendali unsur Pb, Cd, dan Cr dalam contoh uji air limbah menggunakan metode spektrometri serapan atom, semua data yang terukur masuk dalam kriteria atau masih dalam batas kendali (x rata-rata ± 2SD), sehingga dapat dikatakan bahwa hasil pengujian unsur Pb, Cd, dan Cr dalam contoh uji air limbah masih berada di daerah aman yaitu berada di antara batas peringatan atas (UWL) dan batas peringatan bawah (LWL), hal ini berarti bahwa semua data uji tersebut dapat diterima dan metode spektrometri serapan atom nyala masih layak serta handal untuk pengujian contoh uji air limbah. Kata kunci: peta kendali air limbah, peningkatan mutu, metode SSA ABSTRACT QUALITY CONTROL FOR THE ANALYSIS OF Pb, Cd, AND Cr ELEMENTS IN A WASTE WATER SAMPLE. Quality control for the analysis of Pb, Cd, and Cr elements in a waste water sample by flame atomic absorption method has been carried out. Quality control for the analysis was done by using control chart to aim to care the testing laboratory quality. The control chart is done by reproduce of recovery test results as vertically axis at the series of repeatedly measurements in certain period as horizontally axis in x-bar chart. The acceptance criteria was x ± 3 SD or beetwen upper control limit (UCL) and lower control limit (LCL) and beetwen in around line of x (target value) and beetwen upper warning limit (UWL) and lower warning limit (LWL). Based on the control chart results of Pb, Cd, and Cr in waste water sample using flame atomic absorption spectrometry method from all measurements were in control (x ± 2 SD), so it could be concluded that the testing measurements of Pb, Cd, and Cr elements in waste water sample is still in the control criteria that it were beetwen upper warning limit (UWL) and lower warning limit (LWL), from this result could be said that data of measurements could be accepted and flame atomic absorption spectrometry method is still proper, and reliable to be used to test waste water sample. Key words : control chart, waste water, quality increasing, F-AAS method. PENDAHULUAN L aboratorium kimia analitik di Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan (PTAPB- BATAN) telah memperoleh akreditasi dari Komite Akreditasi Nasional (KAN), sesuai dengan standar ISO/IEC dan KNAPPP sesuai dengan pedoman KNAPPP tentang Persyaratan Akreditasi Pranata Penelitian dan Pengembangan (1). Berdasarkan akreditasi yang diperoleh sudah menjadi komitmen laboratorium untuk memberikan jaminan mutu dan keabsahan hasil uji laboratorium secara konsisten. Salah satu persyaratan yang ada dalam ISO/IEC adalah laboratorium harus mempunyai prosedur pengendalian mutu. Tujuannya adalah untuk memonitor keabsahan hasil pengujian dan kalibrasi yang dilakukan. Data yang diperoleh direkam dengan cara tertentu sehingga kecenderungan penyimpangan dapat dideteksi dengan menggunakan perhitungan secara statistik untuk kaji ulang hasil analisis. Langkah-langkah yang dilakukan dalam pengendalian mutu dapat dilakukan dengan cara pemantauan mutu hasil uji yaitu dengan menggunakan metode aliran proses plan-do-checkact (PDCA) sebagai piranti untuk memonitor perubahan dan penyempurnaan proses (2). Pada metode tersebut laboratorium menetapkan tujuan dan proses yang diperlukan untuk memberikan hasil yang memenuhi persyaratan. Hasil yang diperoleh dimplementasikan melalui perencanaan yang telah ditetapkan dengan tahapan proses:

2 28 ISSN Supriyanto C., dkk. 1. Penentuan sumber data pengendalian. 2. Penentuan batas kemampuan proses pengujian. 3. Konfirmasi terhadap spesifikasi proses pengujian. 4. Konfirmasi terhadap ketidakpastian proses. Selanjutnya laboratorium melakukan tahapan monitor dan ukur proses berdasarkan kebijakan, sasaran dan persyaratan hasil uji sebelum pelaporan hasil. Langkah akhir yang dilakukan laboratorium adalah melakukan tindakan perbaikan untuk meningkatkan kinerja proses pengujian. Spektrometer serapan atom dengan metode nyala merupakan salah satu alat uji yang ada di laboratorium kimia analitik PTAPB-BATAN. Salah satu cara untuk mengetahui unjuk kerja alat uji SSA adalah dengan melakukan pengendalian mutu hasil analisis dengan langkah-langkah yang sesuai pada standar ISO/IEC Demikian juga pada analisis kadar unsur Pb, Cd, dan Cr dalam contoh uji air limbah pembuatan peta kendali / control chart pada pengendalian mutu yang digunakan untuk memonitor apakah fluktuasi hasil pengukuran masih dapat diterima / dalam kontrol statistik. Pembuatan peta kendali diperoleh dari nilai rata-rata hasil pengujian, dengan nilai rata-rata digunakan sebagai titik tengah dari grafik, kemudian batas peringatan (warning limit) ditetapkan pada simpangan baku +2SD dan -2SD dan batas kendali (control limit) pada simpangan baku +3SD dan -3SD. Berdasarkan data-data hasil yang diperoleh, dapat diketahui apakah nilai yang diperoleh berada dalam rentang persyaratan. Apabila nilai yang diperoleh berada di luar rentang persyaratan maka dicurigai ada masalah dalam pengujian dan harus dilakukan investigasi kemudian melakukan identifikasi pola sebaran pada peta kendali. Dengan demikian tujuan penelitian ini adalah untuk melakukan pengendalian mutu hasil analisis unsur Pb, Cd, dan Cr dalam contoh uji air limbah, disamping untuk mengetahui unjuk kerja metode nyala spektrometri serapan atom, sehingga dapat mempertahankan status akreditasi laboratorium kimia analitik PTAPB-BATAN. BAHAN DAN TATA KERJA Bahan Dalam penelitian ini digunakan larutan standar spektrosol timbal nitrat, kadmium nitrat, dan khromium nitrat, masing-masing buatan BDH yang mempunyai kadar unsur Pb, Cd, dan Cr masingmasing 1000 µg/ml, akuabides buatan Laboratorium Kimia Analitik PTAPB, bahan contoh uji air limbah yang diperoleh dari Pusat Penelitian Kimia LIPI Jakarta. Alat Penelitian dilakukan dengan menggunakan seperangkat alat spektrometer serapan atom AA 300 P yang dilengkapi dengan GTA-96 dan PSC 56 buatan Varian, Australia, peralatan dari gelas (labu takar 10 ml, gelas beker ukuran 25 ml), effendorf ukuran µl, dan µl. Tata kerja Kondisi optimum analisis unsur-unsur Pb, Cd, dan Cr Kondisi optimum analisis unsur-unsur Pb, Cd, dan Cr dengan metode nyala SAA diperoleh dengan pengamatan serapan yang optimum pada panjang gelombang maksimum masing-masing unsur pada setiap perubahan arus lampu, lebar celah, laju alir contoh uji, laju alir udara, laju alir asetilen, dan tinggi pembakar, sedangkan konsentrasi larutan yang diamati adalah 25 ml larutan Pb, dan Cr masing-masing 5 ppm, dan 25 ml larutan Cd 2 ppm. Kepekaan dan presisi alat uji AAS Disiapkan 25 ml larutan campuran yang terdiri dari larutan standar Cu, asam nitrat dan akuatrides sedemikian rupa sehingga konsentrasi Cu dan asam nitrat dalam larutan masing-masing 2 ppm dan 0,1 N. Larutan campuran diukur serapannya dengan 3 kali pengukuran pada kondisi optimum analisis unsur Cu. Dihitung kepekaan (S) menggunakan rumus S = 0,0044 (C 1 /A 1 ), dengan C 1 = konsentrasi Cu = 2 ppm, A 1 = nilai rata-rata serapan. Presisi alat uji diperoleh dengan cara kerja yang sama seperti pada kepekaan alat uji dengan pengukuran serapan diperbanyak 6 kali pengukuran, kemudian presisi dihitung menggunakan rumus s = (A-B) x 0,40, dengan A = sreapan tertinggi dan B = serapan terendah. Akurasi dan presisi metode uji. Akurasi dan presisi metode uji diperoleh dengan cara melakukan uji pungut ulang (recovery test) masing-masing unsur. Uji pungut ulang diperoleh dengan cara melakukan analisis kembali konsentrasi contoh uji yang telah ditambahkan dengan larutan standar dan membandingkannya dengan konsentrasi contoh uji tanpa penambahan larutan standar. Hasil perbandingan berupa prosentase kesalahan menunjukkan akurasi dan presisi dari metode uji. Analisis contoh uji Analisis unsur-unsur Pb, Cd, dan Cr dalam cuplikan air limbah dilakukan dengan menggunakan metode kurva kalibrasi standar yaitu dengan membuat kurva standar antara konsentrasi vs serapan masing-masing unsur. Selanjutnya serapan larutan cuplikan yang diperoleh diintrapolasikan ke dalam masing-masing kurva standar unsur, sehingga

3 Supriyanto C., dkk. ISSN akan diperoleh konsentrasi regresi dari masingmasing unsur. Kadar unsur-unsur Pb, Cd, dan Cr dalam cuplikan air limbah dihitung dari konsentrasi regresi yang diperoleh dikalikan dengan faktor pengenceran. Pembuatan peta kendali (control chart) Pembuatan peta kendali dilakukan dengan melakukan analisis unsur Pb, Cd, dan Cr dalam contoh uji air limbah sebanyak 12 contoh uji dengan waktu pengujian yang berbeda. Data hasil pengukuran dihitung harga reratanya, SD (simpangan baku), UCL (batas kontrol atas), UWL (batas peringatan atas), LCL (batas kontrol bawah), dan LWL (batas peringatan bawah). Dibuat peta kendali antara waktu pengukuran dan konsentrasi masing-masing unsur. HASIL DAN PEMBAHASAN Kondisi analisis optimum unsur Pb, Cd, dan Cr. Spektrometer serapan atom dengan metode nyala merupakan salah satu alat uji di Laboratorium PTAPB BATAN Yogyakarta yang turut serta dalam perolehan akreditasi sebagai laboratorium pengujian, oleh karena itu performance baik alat uji maupun metode uji yang digunakan perlu dilakukan validasi, sehingga jaminan mutu metode uji dapat tercapai sesuai yang dipersyaratkan. Sebelum dilakukan validasi terhadap metode uji, terlebih dulu dilakukan penentuan kondisi analisis yang optimum masing-masing unsur yang akan ditentukan. Kondisi optimum unsur diperoleh dengan cara mengukur serapan maksimum pada panjang gelombang optimum untuk masing-masing unsur pada setiap perubahan parameter arus lampu, lebar celah, laju alir asetilen, laju alir contoh uji, laju alir udara dan tinggi pembakar, seperti disajikan pada Tabel 1. Tabel 1. Kondisi optimum analisis unsur Pb, Cd, dan Cr (3) No. Parameter Pb Cd Cr 1. Panjang gelombang, nm 217,0 228,8 357,0 2. Arus lampu, ma Lebar celah, nm 1,0 0,5 0,5 4. Laju alir udara, l/menit 13,5 13,5 13,5 5. Laju alir asetilen, l/menit 1,70 1,56 2,70 6. Laju alir cuplikan, 4,5 4,5 4,5 ml/menit 7. Tinggi pembakar (mm) 14 14,5 15 Kepekaan dan presisi alat uji SSA. Setelah diperoleh kondisi optimum masingmasing unsur kemudian dilakukan validitas baik terhadap alat uji maupun metode uji yang digunakan. Validitas alat uji meliputi kepekaan dan presisi dari alat uji, diperoleh dengan mengukur serapan dari larutan Cu 2 ppm dengan ulangan sebanyak 6 kali pengukuran pada kondisi optimum analisis unsur Cu. Kepekaan (S) adalah konsentrasi analit yang memberikan nilai serapan 0,0044 ekivalen dengan harga 1 % T (transmitansi). Kepekaan (S) dapat dihitung menggunakan formula S = 0,0044 (Ci/Ai) dimana Ci adalah konsentrasi larutan kalibrasi yang bersangkutan dan Ai adalah serapan rata-rata. Presisi (s) dapat dihitung menggunakan formula s = (A-B) x 0,40 dimana A adalah nilai tertinggi dan B adalah nilai terendah dari 6 nilai serapan yang diperoleh (4). Berdasarkan perhitungan kepekaan dan presisi yang diperoleh (Tabel 2), dapat dikatakan bahwa alat uji spektrometer serapan atom masih memenuhi standar mutu untuk digunakan sebagai pengujian unsur dengan perolehan kepekaan 0,026 ppm dan presisi 0,37 % berada dibawah batas yang dipersyaratkan masing-masing 0,04 ppm dan 1 %. Tabel 2. Data kepekaan (S) dan presisi (s). No Parameter Cu 2 ppm Kepekaan (S), ppm persyaratan acuan, ppm Presisi (s), % persyaratan acuan, % 0,026 0,040 0,37 1,0 Rentang konsentrasi terpakai unsur-unsur Pb, Cd, dan Cr diperoleh dengan menentukan harga % relative concentration equivalent (% RCE). Rentang konsentrasi terpakai yang linier adalah konsentrasi unsur yang mempunyai harga %RCE < 1 %. Harga %RCE dihitung berdasarkan rumus sebagai berikut (5) : ( C2 C1) ( ) % RCE ( A A ) X SA ( C ) X C 1 : konsentrasi larutan standar terdekat yang lebih rendah. (A 1 adalah serapannya) C 2 : konsentrasi larutan standar terdekat yang lebih tinggi. (A 2 adalah serapannya). SA : simpangan baku untuk A 2. Berdasarkan harga % RCE yang diperoleh menggunakan rumus perhitungan tersebut di atas, diperoleh rentang konsentrasi unsur Pb, Cd, dan Cr yang linier adalah pada konsentrasi Pb 1,0 10,0 ppm, Cd 0,2 1,0 ppm, dan Cr 1,0 15 ppm. Pembuatan peta kendali Pembuatan peta kendali (control chart) pada analisis unsur Pb, Cd, dan Cr dalam contoh uji air limbah diperlukan untuk memenuhi persyaratan berdasarkan ISO/IEC butir dan Peta kendali dibuat berdasarkan kurva antara waktu analisis lawan % rekoveri, sedangkan % rekoveri diperoleh berdasarkan data uji pungut ulang dengan cara melakukan analisis kembali contoh uji yang telah ditambahkan dengan larutan standar dan membandingkannya dengan konsentrasi contoh uji yang telah diperoleh berdasarkan kurva

4 30 ISSN Supriyanto C., dkk. kalibrasi standar, seperti disajikan pada Tabel 3, 4 dan 5 sebagai berikut : Tabel 3. Data hasil uji rekoveri unsur Pb dalam air limbah No. Adisi Kadar (ppm) Akurasi (%) Rerata (ppm) rek-1 rek (%) 1. 0,5 0,502 0, ,4 98,6 99,5 2. 0,501 0, ,2 99,4 99,8 3. 0,502 0, ,4 100,2 100,3 4. 0,481 0,484 96,2 96,8 96,5 5. 0,498 0,486 99,6 97,2 99,6 6. 0,478 0,480 95,6 96,0 95,8 7. 0,479 0,481 95,8 96,2 96,0 8. 0,483 0,485 96,6 97,0 96,8 9. 0,479 0,483 95,8 96,6 96, ,479 0,481 95,8 96,2 96, ,484 0,482 96,8 96,4 96, ,491 0,493 98,2 98,6 98,4 Rerata 97,625 SD 1,672 Berdasarkan pada Tabel 3, diperoleh nilai mean (rata-rata) X = 97,625 % dengan simpangan baku (SD) = 1,672. Dari data tersebut kemudian dihitung batas peringatan (warning limit) dan batas kendali (control limit) sebagai berikut : Upper control limit (UCL) = X + 3 SD = 97, x 1,672 = 102,641 Upper warning limit (UWL) = X + 2 SD = 97, x 1,672 = 100,696 Lower warning limit (LWL) = X - 2 SD = 97,625-2 x 1,672 = 94,281 Lower control limit (LCL) = X - 3 SD = 97,625-3 x 1,672 = 92,609 Upper control limit (UCL) = X + 3 SD = 97, x 1,002 = 100,656 Upper warning limit (UWL) = X + 2 SD = 97, x 1,002 = 99,629 Lower warning limit (LWL) = X - 2 SD = 97,625-2 x 1,002 = 95,621 Lower control limit (LCL) = X - 3 SD = 97,625-3 x 1,002 = 94,619 Tabel 4. Data hasil uji rekoveri unsur Cr dalam air limbah No. Adisi (ppm) Kadar (ppm) Akurasi (%) Rerata (%) rek-1 rek ,0 0,957 0,967 95,7 96,7 96,2 2. 0,999 0,995 99,9 99,5 99,7 3. 0,983 0,988 98,3 98,8 98,5 4. 0,985 0,981 98,5 98,1 98,3 5. 0,968 0,971 96,8 97,1 96,9 6. 0,997 0,982 99,7 98,2 98,9 7. 0,960 0,977 96,0 97,7 96,8 8. 0,966 0,981 96,6 98,1 97,3 9. 0,968 0,983 96,8 98,3 97, ,967 0,983 96,7 98,3 97, ,965 0,979 96,5 96,4 96, ,965 0,958 96,5 98,6 97,5 Rerata 97,625 SD 1,002 Gambar 1. Peta kendali kadar Pb dalam air limbah secara AAS Berdasarkan pada Tabel 4, diperoleh nilai mean (rata-rata) X = 97,625 % dengan simpangan baku (SD) = 1,002. Dari data tersebut kemudian dihitung batas peringatan (warning limit) dan batas kendali (control limit) sebagai berikut : Gambar 2. Peta kendali kadar Cr dalam air limbah secara AAS Berdasarkan pada Tabel 5, diperoleh nilai mean (rata-rata) X = 97,625 % dengan simpangan baku (SD) = 1,002. Dari data tersebut kemudian dihitung batas peringatan (warning limit) dan batas kendali (control limit) sebagai berikut : Upper control limit (UCL) = X + 3 SD = 96, x 0,681 = 98,918 Upper warning limit (UWL) = X + 2 SD = 96, x 0,681 = 98,237 Lower warning limit (LWL) = X - 2 SD = 96,875-2 x 0,681 = 95,513

5 Supriyanto C., dkk. ISSN Lower control limit (LCL) = X - 3 SD = 96,875-3 x 0,681 = 94,832 Tabel 5. Data hasil uji rekoveri unsur Cd dalam air limbah No. Adisi Kadar (ppm) Akurasi (%) Rerata (ppm) rek-1 rek (%) 1. 0,1 0,096 0, ,5 2. 0,097 0, ,0 3. 0,098 0, ,0 4. 0,096 0, ,0 5. 0,096 0, ,5 6. 0,095 0, ,5 7. 0,098 0, ,5 8. 0,099 0, ,5 9. 0,098 0, , ,096 0, , ,096 0, , ,097 0, ,0 Rerata 96,875 SD 0,681 Gambar 3. Peta kendali kadar Cd dalam air limbah secara AAS Berdasarkan pada Gambar 1, 2, dan 3, interpretasi data pada peta kendali hasil pengujian Pb, Cr, dan Cd dalam contoh uji limbah cair dengan metode F-AAS, semua data masih berada di daerah aman yaitu berada didaerah antara batas kendali atas (UCL) dan batas kendali bawah (LCL) atau diantara + 3 SD dan -3 SD, dengan demikian dapat disimpulkan bahwa data uji tersebut dapat diterima dan metode uji masih layak serta handal dan konsisten dari waktu ke waktu. Penggunaan metode aliran proses plan-docheck-act (pdca) sebagai piranti untuk memonitor perubahan dan penyempurnaan proses pengendalian mutu data uji, maka hasil yang diperoleh adalah suatu peta kendali (control chart) seperti pada Gambar 1-3 dan peta kendali tersebut diperlukan untuk memonitor stabilitas nilai yang dihasilkan dari proses pengujian. KESIMPULAN Pada peta kendali hasil pengujian unsur Pb, Cr, dan Cd dalam air limbah dengan metode F-AAS, menunjukkan data yang diperoleh masih berada di daerah aman yaitu berada di antara batas kendali atas (UCL) dan batas kendali bawah (LCL), sehingga dapat diterima dan metode uji masih layak serta handal dan konsisten dari waktu ke waktu. Dengan adanya pengendalian mutu menggunakan peta kendali (control chart) Laboratorium Kimia Analitik - PTAPB dapat memonitor dan memastikan bahwa fluktuasi hasil pengukuran masih dalam batas kontrol statistik yang ditetapkan. DAFTAR PUSTAKA 1. Anonim, Persyaratan Umum Kompetensi Laboratorium Penguji dan Laboratorium Kalibrasi, Badan Standardisasi Nasional (BSN), FARIDA, Jaminan Mutu Hasil Uji Laboratorium Uji Bahan Melalui Pengendalian Mutu Data Uji, Prosiding Seminar Nasional XI, Kimia Dalam Pembangunan, Yogyakarta, SUPRIYANTO C., SUNARDI, "Analisis sebaran logam berat dalam cuplikan sediment sungai Gajahwong secara SSA, Prosiding Seminar Nasional Kimia dan Pendidikan Kimia, Universitas Sebelas Maret Surakarta, Surakarta 18 Maret ASTM E (Reapprovel 1991) Standard practice for Flame Atomic Absorption Analysis, Anonim, Pelatihan Kalibrasi Timbangan dan AAS, Indocal Laboratori Sistem, pt, Bandung, TANYA JAWAB Prayitno Batas kendali yang diperkenankan berapa? Apa semua unsur Pb, Cd, Cr? Supriyanto Batas kendali yang dikehendaki adalah berdasarkan kriteria keberterimaan x rerata ±3SD atau berada diantara batas kendali atas (vcl) = x rerata+ 3 SD dan batas kendali bawah (LCL) = xrerata 3SD Keberterimaan tersebut berlaku untuk semua unsur kriteria. Gunandjar Batas mutu air limbah menurut peraturan mentri LH untuk Pb, Cd dan Cr adalah 1 mg/liter,

6 32 ISSN Supriyanto C., dkk. apakah peraturan tersebut menjadi pertimbangan dalam penentuan mutu air limbah yang diteliti? Supriyanto Contoh uji limbah air dalam penelitian ini merupakan limbah simulasi yang diperoleh dari LIPI dalam rangka uji profisiensi dan dalam penelitian ini penekanannya pada kontrol metode uji apakah masih layak bila pengujiannya berdasarkan fungsi waktu yaitu dengan pembuatan peta kendali