Penentuan Batas Deteksi Metode (Method Detection Level) dan Batas Kuantifikasi (Limit of Quantitation) Pengujian Sulfida dalam Air dan Air Limbah dengan Biru Metilen secara Spektrofotometri

Ditulis Oleh : cak war | Anwar Hadi

Penentuan Batas Deteksi Metode (Method Detection Level) dan
Batas Kuantifikasi (Limit of Quantitation) Pengujian Sulfida dalam Air dan
Air Limbah dengan Biru Metilen secara Spektrofotometri

 

PENDAHULUAN

Untuk mendapatkan validitas data hasil pengujian parameter kualitas lingkungan, maka disamping pengujian dilakukan oleh personil yang kompeten dengan menggunakan peralatan ukur yang telah dikalibrasi dan/atau dicek serta sumber daya laboratorium yang mendukung, juga penggunaan metode yang valid memegang peranan yang sangat penting. Penggunakan metode yang valid, akan dapat mengetahui tingkat akurasi dan presisi dari suatu data hasil pengujian. Bila laboratorium menggunakan metode standar yang telah dipublikasi dan sudah divalidasi oleh lembaga atau organisasi nasional maupun internasional, maka laboratorium harus melakukan revalidasi atau verifikasi metode tersebut meskipun hanya meliputi aspek-aspek tertentu saja.

Setiap laboratorium memiliki kondisi yang berbeda, misalnya sarana akomodasi dan lingkungan pengujian, kompetensi personil, kemampuan peralatan, sehingga kinerja laboratorium yang satu berbeda dengan laboratorium lain dalam menerapkan metode standar. Verifikasi metode merupakan proses mendapatkan informasi penting untuk menilai kemampuan sekaligus keterbatasan dari suatu penerapan metode pengujian standar di laboratorium. Perlu diperhatikan bahwa revalidasi selalu merupakan keseimbangan antara kemungkinan biaya, resiko dan teknis. Karena itu, hal-hal yang biasanya menjadi bahan pertimbangan dalam melaksanakan revalidasi metoda, antara lain: keterbatasan biaya, waktu, dan personil; kepentingan laboratorium; kepentingan pelanggan; dan diutamakan untuk pekerjaan yang bersifat rutin.

 

Salah satu parameter yang harus diuji dalam verifikasi metode adalah penentuan batas deteksi metode (method detection level, MDL). MDL merupakan kemampuan sekaligus keterbatasan laboratorium dalam menerapkan suatu metode pengujian tertentu pada kadar rendah metode tersebut. Penentuan batas deteksi bertujuan untuk menghindari penulisan laporan hasil pengujian tidak terdeteksi (not detectable, ND) yang merupakan informasi tidak informatif. Dalam kajian ini, ruang lingkup penentuan batas deteksi metode pengujian ditetapkan untuk parameter sulfida dalam air dan air limbah dengan biru metilen secara spektrofotometri sesuai SNI 6989.70: 2009 yang merupakan adopsi dari APHA edisi 21 tahun 2005 No. 4500-S^2-D. Secara prinsip sulfida bereaksi dengan ferri klorida dan dimetil-p-fenilendiamina membentuk senyawa berwarna biru metilen, kemudian diukur pada panjang gelombang 664 nm menggunakan spektrofotometer UV-Vis.

Metodologi

Untuk mendapatkan data MDL yang valid maka persiapan harus sedemikian rupa sehingga kaidah-kaidah penentuan MDL dan batas keberterimaannya dapat memenuhi syarat. Adapun hal-hal yang harus dipertimbangkan antara lain:

1)   personil

Personil yang melakukan penentuan MDL harus memiliki kompetensi berdasarkan pendidikan, pelatihan, serta pengalaman yang sesuai dan/atau keterampilan yang ditunjukkan terkait dengan pengujian parameter sulfida dalam air dan air limbah dengan biru metilen secara spektrofotometri. Sebagai bukti kompetensinya, maka sebelum melakukan penentuan MDL, personil yang bersangkutan harus dievaluasi melalui Analyst Proficiency Test atau Initial Demonstration of Capability for Analyst.

2)  kondisi akomodasi dan lingkungan pengujian

  Kondisi akomodasi dan lingkungan pengujian harus dapat memenuhi persyaratan berdasarkan SNI 6989.70: 2009. Selama melakukan penentuan MDL, kondisi akomodasi dan lingkungan pengujian harus dipantau, dikendalikan dan direkam.

3)   Bahan kimia dan bahan habis pakai

Bahan kimia yang meliputi antara lain: reagen, pelarut dan bahan habis pakai yang digunakan untuk penentuan MDL harus memiliki kemurnian tinggi sedangkan akuades yang digunakan harus air suling yang tidak mengandung sulfida.

4)      Peralatan

   Semua peralatan yang digunakan untuk penentuan MDL yang mempunyai pengaruh yang signifikan pada akurasi atau keabsahan hasil harus dikalibrasi dan/atau dicek sebelum mulai digunakan. Peralatan gelas yang digunakan harus dikalibrasi atau dapat menggunakan peralatan gelas dengan klasifikasi A sebagaimana dalam Tabel 1 dibawah ini:

Sedangkan peralatan utama dan peralatan pendukung yang digunakan untuk penentuan MDL harus dikalibrasi dan/atau dicek sebelum digunakan untuk menjamin kinerja peralatan. Uji kinerja peralatan pendukung dan peralatan utama dilakukan sesuai instruksi manual dari pabrik pembuat peralatan atau sebagaimana dalam Tabel 2 dibawah ini:

Bila persiapan telah dilakukan maka langkah selanjutnya adalah pembuatan kurva kalibrasi awal (preliminary calibration curve) yang didasarkan pada rentang metode pengujian SNI 6989.70-2009 yaitu 0,02 mg S^2-/L – 1,0 mg S^2-/L. Idealnya, 10 deret larutan kerja tanpa blanko digunakan untuk pembuatan kurva kalibrasi awal. Buat kurva kalibrasi yang merupakan hubungan antara kadar larutan kerja dengan respon instrumen (absorbansi) serta tentukan persamaan garis regresinya. Jika koefisien korelasi regreasi linier (r) < 0,995, maka periksa kondisi alat serta ulangi pengukuran  deret kadar larutan kerja hingga diperoleh nilai koefisien r ≥ 0,995. Jika persamaan regresi linear dalam kurva kalibrasi yang terbentuk telah memenuhi batas keberterimaan secara statistika maka tentukan method slope (b) yang diperoleh dari kemiringan kurva kalibrasi.

 

Untuk menentuan MDL, maka kadar sulfida 0,02 mg S^2-/L ditambahkan ke dalam sampel (laboratory fortified matrix, LFM) yang memiliki kadar sulfida yang sangat-sangat kecil. Sehubungan dengan hal tersebut, maka terhadap matrik tersebut harus dianalisis terlebih dulu dan dipastikan tidak mengandung sulfida. Jika matrik yang tidak mengandung sulfida sulit diperoleh, maka dapat diganti dengan air akuades. Dalam hal ini disebut Laboratory Fortified Blank (LFB).

 

Hasil dan Pembahasan

Method Detection Level adalah kadar analyte yang ditentukan sesuai tahapan metode pengujian secara menyeluruh sehingga menghasilkan signal dengan probabilitas 99% bahwa signal tersebut berbeda dengan blanko. Nilai MDL dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

                       

      MDL = t_{(0.01; n-1)}sd......................................................................(1) 

Keterangan:

            t_{(0.01; n-1)}   = tabel t  dengan tingkat kepercayaan 99% dan tingkat kebebasan n-1 (Tabel 3)

sd = standar deviasi

Minimum pengujian dalam penentuan MDL adalah 7 kali pengulangan dengan minimum 3 hari yang berbeda, karena itu MDL dapat dinyatakan dengan:

MDL = 3,143sd....................................................................(2)

Pengulangan pengujian dilakukan dalam rentang waktu minimal 3 hari bertujuan untuk melihat variabilitas hasil pengujian terhadap waktu serta kondisi akomodasi dan lingkungan yang berbeda. Selain itu hal ini dimaksudkan, bahwa penentuan MDL harus dalam keadaan reprodusibilitas.

Untuk menentukan nilai spike yang dibutuhkan dalam penentuan MDL maka secara teoritis, perkiraan perbandingan hubungan antara IDL : LoD : MDL : LoQ = 1 : 2 : 4 : 10. Ilustrasi sebagaimana dalam Gambar 1 dibawah ini dapat digunakan sebagai pertimbangan.

Terkait dengan metode pengujian kadar sulfida sesuai SNI 6989.70-2009 mencantumkan batas rendah pengujian (LoQ) yaitu 0,02 mg S^2-/L dan dengan mempertimbangkan perbandingan antara MDL : LoQ = 4 : 10, maka informasi ini dapat digunakan untuk menentuan estimasi MDL yaitu:

Sehubungan dengan MDL merupakan perkiraan batas terendah dari suatu kurva kalibrasi, maka faktor pengali 1 - 5 digunakan sebagai pertimbangan agar kadar analit yang ditambahkan (the spike level) mampu menghasilkan signal. Signal tersebut harus dapat dibedakan dengan background noise dari instrumen namun tidak diperkenankan terlalu tinggi sehingga the signal to noise rasio (S/N) yang diperoleh dapat diterima secara statistika yaitu 2,5 - 10.

sehingga:

               Spike level = 0,4 LoQ (1 – 5) = (0,4 – 2) LoQ.………….………(4)

 

Dengan demikian kadar spike yang harus ditambahkan berkisar pada rentang kadar sulfida 0,008 mg S^2-/L - 0,04 mg S^2-/L. Rentang kadar tersebut dapat digunakan sebagai dasar pembuatan larutan kerja sulfida yang dapat ditambahkan ke dalam matrik sebagai laboratory fortified matrix (LFM).

 

Dengan mempertimbangkan hal-hal tersebut, maka larutan kerja dengan kadar 0,02 mg S^2-/L ditambahkan (spike) ke matrik yang memiliki kadar sulfida sangat-sangat kecil dan dianalisis sesuai tahapan SNI 6989.70-2009. Dengan menggunakan kurva kalibrasi awal sebagaimana Tabel 4 dan Gambar 2 maka dapat diperoleh hasil seperti dalam Tabel 5.

Minimal satu blanko metode (method blank) harus dianalisis dalam penentuan MDL sebagai kontrol kontaminasi. Selain itu, blanko metode sangat penting sebagai pengendalian mutu untuk menentukan validitas hasil MDL. Idealnya, nilai kadar blanko mendekati nol atau sangat-sangat kecil dan nilai ini dapat digunakan sebagai pengurang hasil pengujian spike.  Bila nilai kadar blanko ditemukan cukup besar maka pengujian dalam penentuan MDL harus diulang.

2)   Uji perolehan kembali (recovey test, %R) yang merupakan perbandingan nilai terukur dengan nilai target yang diperoleh dari hasil pengujian harus memenuhi batasan keberterimaan yang disyaratkan tidak boleh melebihi Tabel 7. Secara matematika %R dapat dirumuskan sebagai berikut.

3)   The signal to noise ratio (S/N) yang dinyatakan dalam perbandingan antara rerata hasil pengulangan pengujian dengan simpangan baku harus berkisar antara 2,5 – 10. S/N merupakan evaluasi kesalahan acak (random error) yang terjadi pada pengujian tertentu dan perkiraan presisi yang diharapkan dari sejumlah pengulangan pengujian. Bila S/N kurang dari 2,5 maka hal ini menunjukan kesalahan acak yang terjadi dalam pengulangan pengujian terlalu tinggi dan menghasilkan MDL yang tinggi. Dalam hal ini, penambahan analit ke sampel (spike) harus pada kadar yang lebih tinggi agar dapat meningkatkan signal yang ada. Namun sebaliknya, jika S/N lebih besar dari 10 maka penambahan kadar analit ke sampel (spike) biasanya terlalu tinggi, karena itu kadar analit yang ditambahkan harus pada kadar yang lebih rendah. Secara matematika S/N dapat dirumuskan sebagai berikut:

4)   Pemilihan kadar spike dalam penentuan MDL harus sedemikian rupa sehingga hasil yang diperoleh memenuhi batas keberterimaan sebagai berikut:

MDL < kadar spike < 10MDL…………………………..…………...….(8)

     

   Presisi yang dihasilkan dalam penentuan MDL sangat tergantung dengan kadar spike yang digunakan, karena itu MDL yang dihasilkan harus lebih besar dari 1/10 dari kadar spike. Bila kadar spike melebihi 10 kali MDL maka hal ini berarti bahwa kadar spike terlalu tinggi sehingga penentuan MDL harus diulang dengan menggunakan kadar spike yang lebih rendah. Namun sebaliknya, jika MDL yang dihasilkan lebih besar dari kadar spike yang digunakan maka hal ini berarti bahwa secara statistika sulit dibedakan antara kadar spike dengan blanko dan presisi yang dihasilkan sangat jelek. Karena itu, kadar spike yang terlalu rendah dalam penentuan MDL harus diulang dengan menggunakan kadar spike yang lebih tinggi.

5) Bila secara statistika MDL yang dihasilkan telah memenuhi batas keberterimaan maka MDL tersebut harus dibandingkan dengan nilai baku mutu lingkungan hidup. Jika MDL yang dihasilkan lebih kecil dari nilai baku mutu lingkungan hidup maka laboratorium dapat menggunakan metode tersebut untuk pengujian parameter kualitas lingkungan. Namun, bila MDL yang dihasilkan lebih besar dari nilai baku mutu lingkungan hidup maka laboratorium harus mencari metode pengujian lainnya hingga diperoleh nilai MDL dibawah nilai baku mutu lingkungan hidup.

Batas kuantifikasi (level of quantitation, LoQ atau minimum quantitation level, MQL) merupakan kadar analit yang menghasilkan signal lebih besar dari blanko pada kondisi kegiatan rutin laboratorium. LoQ ditentukan sesuai persamaan:

                       

LoQ = 3,18 MDL = 3,18(3,143 sd) = 10sd…………..………………….(9)

Dengan menggunakan persamaan (9) tersebut diatas maka nilai LoQ diperoleh:

                        LoQ = 10(0,0020) = 0,02 mg/L

 

Dengan membandingkan batas keberterimaan dengan hasil yang diperoleh maka penentuan MDL dapat disimpulkan sebagaimana dalam Tabel 8 dibawah ini:

Kesimpulan

Penentuan batas deteksi bertujuan untuk menghindari penulisan laporan hasil pengujian tidak terdeteksi (not detectable, ND) yang merupakan informasi tidak informatif. Selain itu, penentuan batas deteksi merupakan kemampuan sekaligus keterbatasan laboratorium dalam menerapkan suatu metode pengujian tertentu pada kadar rendah metode tersebut.

Sehubungan dengan hal tersebut, penentuan batas deteksi metode pengujian parameter sulfida dalam air dan air limbah dengan biru metilen secara spektrofotometri sesuai SNI 6989.70: 2009 diperoleh 0,01 mg/L sedangkan batas kuantifikasi adalah 0,02 mg/L. Bila hal ini dibandingkan dengan rentang metode pengujian yang tercantum dalam SNI 6989.70-2009 yaitu 0,02 mg S^2-/L – 1,0 mg S^2-/L maka dapat disimpulkan bahwa penentuan batas deteksi metode (MDL) dan batas kuantifikasi (LoQ) sulfida dalam air dan air limbah dengan biru metilen secara spektrofotometri memenuhi batas keberterimaan.

Bila MDL dan LoQ telah memenuhi batas keberterimaan secara statistika maka batasan ini dapat digunakan sebagai acuan laporan hasil pengujian sebagai berikut:

1)   hasil pengujian contoh uji diatas nilai LoQ maka laporan harus mencantumkan nilai estimasi ketidakpastian sehingga laporan hasil pengujian lebih terkuantitatif (laporan = x ± u_95%);

2)   bila hasil pengujian contoh uji berada diatas MDL namun dibawah LoQ (MDL<x<LoQ) maka hasil pengujian dilaporkan tanpa estimasi ketidakpastian (laporan = x);

3)   jika hasil contoh uji dibawah MDL maka laboratorium dapat melaporkan < MDL namun laboratorium harus tetap mencantumkan nilai MDL.