Uji Parameter Baku Mutu Air Bersih dan Air Minum secara Spektrofotometri
Berdasarkan Standar Nasional Indonesia (SNI), kebanyakan parameter air, terutama parameter kadar ion logam diukur dengan menggunakan spektrofotometer serapan atom (SSA). Meski metode ini memiliki akurasi yang cukup tinggi, tetapi penggunaan lampu yang spesifik menyebabkan biaya operasional tes yang relatif tinggi. Namun, tahukah Anda bahwa terdapat alternatif yang lebih efisien dan mudah untuk dilakukan bahkan dengan biaya operasional yang relatif lebih murah? Berdasarkan American Public Health Associations (APHA) atau Standard Method For The Examination of Water and Wastewater Treatment, uji kimia air juga dapat dilakukan menggunakan alat spektrofotometer uv-vis atau spektrofotometer visible.
Pada kimia air, banyak sekali parameter yang perlu diukur untuk memastikan bahwa kondisi air telah mencapai kriteria yang dibutuhkan. Tentunya kriteria ini disesuaikan dengan tujuan pemakaiannya. Berdasarkan Peraturan Menteri Kesehatan Nomor 2 Tahun 2023 tentang Peraturan Pelaksanaan Peraturan Pemerintah Nomor 66 tahun 2014 tentang Kesehatan Lingkungan, terdapat beberapa parameter baku mutu untuk air bersih dan air minum yang wajib untuk diukur, yakni nitrat (NO3-), nitrit (NO2-), kromium heksavalen (Cr6+), besi (total), mangan (total Mn), sisa klor, arsen, kadmium dan lainnya. Setiap parameter ini memiliki nilai ambang batas yang dapat dilihat pada Tabel 1.
| Parameter | Air Bersih | Air Minum |
| Sisa Klor | - | 0.2 - 0.5 mg/L dengan waktu kontak maks 30 menit |
| Nitrat (NO3-) | Maks. 20 mg/L | Maks. 20 mg/L |
| Nitrit (NO2-) | Maks. 3 mg/L | Maks. 3 mg/L |
| Besi (Total) | Maks 0.2 mg/L | Maks 0.2 mg/L |
| Kromium Heksavalen (Cr6+) | Maks. 0.01 mg/L | Maks. 0.01 mg/L |
| Manganese (Mn) | Maks 0.1 mg/L | Maks 0.1 mg/L |
| Florida (F-) | - | Maks. 1.5 mg/L |
Untuk mengukur setiap parameter yang tertera pada Tabel 1, analis dapat memilih berbagai metode yang sesuai dengan kapasitas dan efisiensi yang dibutuhkan. Mari kita bahas setiap parameter lebih dalam.
A. Sisa Klor
Dalam sampel air, klor memiliki berbagai macam bentuk sehingga dikategorikan menjadi sisa klor bebas dan total sisa klor. Parameter ini termasuk ke dalam parameter wajib ukur dikarenakan proses klorinasi yang umumnya digunakan untuk proses desinfeksi dan penjernihan air. Klor bebas merupakan bentuk klorin bebas yang belum berikatan dengan mikroba ataupun senyawa kimia lain dan ditulis sebagai Cl2 dan HOCl. Namun bentuk ini akan berubah jika klorin telah bereaksi dengan zat - zat yang terdapat dalam sampel sehingga disebut sebagai klorin terikat (combined chlorine). Contoh dari klorin terikat ini antara lain monokloramin, dikloramin dan nitrogen triklorida yang dihasilkan dari reaksi antara klorin dan ammonia.
Secara karakteristik, klorin amat sangat mudah menguap sehingga untuk mengukurnya sangat dire untuk melakukan analisa pada lokasi sampel berada. Pengukuran dapat dilakukan secara online 24/7 dengan menggunakan sensor klorin dan alat controller yang terhubung pada PLC, atau menggunakan instrumen portable yang dapat menunjang pengukuran klorin secara cepat. Selain metode ini, klorin juga dapat diukur dengan menggunakan alat spektrofotometer benchtop ataupun alat spektrofotometer portable dengan syarat pengumpulan sampel yang tepat. Cara pengumpulan sampel yang mengandung klorin ini tentu berbeda dengan kebutuhan uji lainnya, yang mana analis atau operator harus menampung sampel klorin sebanyak 1 Liter dan membiarkannya mengalir melebihi kapasitas botol dengan durasi lebih dari 5 menit. Hal ini dilakukan untuk mencegah adanya rongga udara pada botol yang dapat mengakibatkan lepasnya klorin dalam sampel.
Lalu bagaimana cara mengukur klorin? Klorin dapat diukur dengan berbagai macam metode dan teknik seperti penggunaan test strip, analisa titrimetri dan analisa spektrofotometri. Tentunya semuanya digunakan berdasarkan kebutuhan dan ekspektasi yang diharapkan oleh user terkait. Berdasarkan American Public Health Associations (APHA) 4500 - Cl, terdapat berbagai opsi yang dapat dipilih jika klorin diuji menggunakan metode titrimetri, yakni dengan metode iodometri, DPD Ferrous ataupun amperometri. Hanya saja, teknik titrasi membutuhkan kemampuan (skill) yang tidak mudah untuk menentukan titik setimbang (equilibrium point).
Cara yang paling mudah untuk dilakukan adalah dengan menggunakan metode spektrofotometri. Pada metode ini klorin akan direaksikan dengan reagen N,N-diethyl-p phenylenediamine (DPD). Jika sampel positif mengandung klorin, maka hasil reaksi akan menghasilkan senyawa kompleks yang berwarna merah. Komplek berwarna ini akan diuji pada panjang gelombang 515 nm, yang mana hasilnya akan berbanding lurus dengan intensitas warna yang dihasilkan. Secara prinsip, metode spektrofotometri dilakukan dengan menembakkan cahaya monokromatis dengan panjang gelombang spesifik pada sampel sehingga analit yang dianalisis akan menyerap sebagian cahaya. Cahaya yang terserap ini nantinya akan dikalkulasi secara otomatis oleh sistem sehingga nilai klorin akan muncul pada display berupa angka digital.
Berdasarkan perbandingan yang tercantum pada APHA 4500-Cl, metode spektrofotometri adalah metode yang paling mudah dan cepat untuk dilakukan. Hanya saja, metode ini membutuhkan perhatian terhadap karakteristik air limbah yang hendak diuji, karena warna dan kekeruhan sampel dapat mengganggu hasil yang terukur. Namun metode ini telah diimprovisasi oleh brand Hach, dengan mengaplikasikan sampel tanpa pereaksi sebagai larutan pembanding (larutan blanko) pada uji klorin secara spektrofotometri. Hal tersebut ternyata efektif untuk menanggulangi efek dari warna dan kekeruhan dari sampel yang diukur. Metode ini relevan untuk digunakan karena memiliki limit deteksi yang cukup akurat dan cocok untuk range klorin yang relatif rendah.
B. Nitrat dan Nitrit
Meski kedua senyawa ini memiliki peran besar dalam siklus nitrogen, namun keberadaannya yang berlebih di lingkungan justru dapat membawa dampak negatif. Diantara dampak negatif itu meliputi sifat air yang menjadi racun bagi makhluk akuatik ataupun manusia. Dilansir dari jurnal yang ditulis oleh Mun, dkk. (2022), nitrit dapat menyebabkan penyakit methemoglobinemia, yakni keadaan dimana ion besi (II) dalam hemoglobin teroksidasi sehingga tidak dapat mengikat oksigen. Baik nitrit maupun nitrat, keduanya pun bersifat karsinogenik sehingga jumlahnya dalam air bersih dan air minum harus ditekan.
Berdasarkan APHA 4500 - N dengan sub bagian 4500 - NO2 bagian B, senyawa nitrit dapat diukur dengan menggunakan metode kolorimetri jika kadarnya tidak melebihi 1000 ug N/L. Metode ini didasarkan pada prinsip reduksi oksidasi yang melibatkan zat intermediet garam diazonium. Hasil reaksinya berupa larutan kemerahan yang diuji pada pada panjang gelombang 543 nm jika menggunakan kuvet ukuran 1 cm. Namun beberapa alat spektrofotometer telah menggunakan kuvet 1 inchi sehingga panjang gelombang yang digunakan menjadi 507 nm.
Untuk menguji kadar nitrat (NO3-), analis dapat menggunakan metode spektrofotometri yakni melalui metode reduksi kadmium. Dalam metode ini, kandungan nitrat yang ada pada sampel akan direduksi oleh kadmium menjadi senyawa nitrit (NO2-) yang akan bereaksi dengan asam sulfanilat dalam suasana asam sehingga menghasilkan garam diazonium. Jika sampel positif mengandung nitrat, maka larutan akan berubah warna menjadi warna amber dan dapat diukur nilainya pada panjang gelombang 500 - 545 nm (bergantung pada jenis kuvet yang digunakan saat uji).
C. Ion - Ion Logam
Beberapa ion logam memang berguna bagi keseimbangan lingkungan, namun tidak sedikit diantaranya yang bersifat toksik baik pada kadar rendah apalagi jika kadarnya tinggi. Uji ion logam pun dapat dilakukan secara spektrofotometri cahaya tampak ataupun serapan atom dan menggunakan metode lain seperti metode elektrometri, yakni dengan menggunakan ion selective electrode (ISE). Kecenderungan dalam pemilihan metode dapat didasari dengan kebutuhan akurasi dan presisi dari masing - masing instansi. Hanya saja, sekarang ini uji dengan penggunaan alat spektrofotometer cahaya tampak lebih populer dibandingkan metode lainnya. Mengapa?
Hal ini karena cara penggunaan alat yang sangat mudah dan praktis, serta uji yang dilakukan juga akurat dan presisi. Selain itu, biaya operasional per analisa juga cenderung lebih mudah dibandingkan metode lainnya. Tidak hanya itu, metode ini pun juga terkonfirmasi sebagai metode standar pada buku Standard Methods For The Examination of Water and Wastewater Treatment serta American Public Health Associations (APHA). Metode spektrofotometri cahaya tampak menggunakan alat spektrofotometer cahaya tampak serta penambahan reagen tertentu yang dapat memunculkan warna pada sampel. Metode uji spektrofotometri cahaya tampak untuk setiap parameter ion logam yang wajib ukur tertera pada Tabel 2.
Tabel 2. Rangkuman Uji Parameter Ion Logam Secara Spektrofotometri
| Parameter | Cara Uji | Metode Referensi |
| Kromium Heksavalen (Cr6+) | Direaksikan dengan reagen diphenycarbazide dalam keadaan asam sehingga menghasilkan larutan berwarna ungu. Larutan diuji dengan alat spektrofotometer pada panjang gelombang 530 nm. | APHA 3500- - Chromium |
| Total Besi (Fe) | Menggunakan reagen 1,10 - Ortho- phenanthroline, jika sampel positif mengandung besi maka warna akan berubah menjadi orange. Diuji dengan alat spektrofotometer pada panjang gelombang 510 nm. | APHA 3500 - Fe |
| Total Mangan (Mn) | Menggunakan Metode Persulfat dengan mengubah seluruh mangan dalam sampel menjadi bentuk oksida tertingginya (Permanganat) dengan ditandai munculnya warna ungu. Hasil larutan ini kemudian diukur pada panjang gelombang 525 nm. | APHA 3500 - Mn |
Dari Tabel 2, tertera beberapa panjang gelombang maksimum yang dapat digunakan untuk uji. Namun analis tetap disarankan untuk melakukan verifikasi panjang gelombang terhadap analit yang diuji dengan scanning (skrining) panjang gelombang maksimumnya. Analis pun disarankan untuk mengumpulkan sampel sesuai dengan Standar Nasional Indonesia
Ion fluorida memiliki dampak baik dan buruk pada manusia. Ion ini dibutuhkan untuk membantu memperkuat enamel gigi dan mengurangi resiko gigi berlubang. Namun jika jumlahnya berlebih, maka ion ini justru akan merusak sel - sel enamel gigi dan keroposnya tulang. World Health Organization (WHO), kadar ion fluorida dibatasi dengan maksimum kadarnya adalah 1.5 mg/L, tetapi nilai ini berbeda untuk baku mutu air mineral kemasan yang berlaku di Indonesia. Berdasarkan SNI 3553 tahun 2023, nilai ambang batas ion fluorida tidak diperbolehkan melebihi 1.0 mg/L.
Untuk menguji kadar ion fluorida, APHA merekomendasikan beberapa metode yakni metode destilasi, ion selective electrode, metode komplekson serta metode SPADNS secara spektrofotometri. Metode spektrofotometri SPADNS ini dilakukan dengan mereaksikan sampel dengan larutan Zirkonium - dye sehingga menghasilkan kompleks Zirkonium Fluorida (ZrF62-) yang tidak berwarna. Larutan ini diukur nilainya pada panjang gelombang 550 - 580 nm dengan alat spektrofotometer. Tentunya penentuan panjang gelombang maksimum diperlukan sebelum dilakukannya analisis.
Dari uraian diatas dapat disimpulkan bahwa metode spektrofotometri merupakan metode uji yang sangat relevan untuk diaplikasikan pada sampel air dan air minum. Harga instrumen yang lebih murah, biaya operasional yang relatif lebih rendah dan cara pengoperasiannya yang mudah, cepat dan efisien menjadi kelebihan yang dapat dipertimbangkan oleh analis. Bahkan analis dapat melakukan uji langsung di lapangan tanpa harus repot dan hasil yang terbaca sudah terkalkulasi dalam satuan konsentrasi mg/L dengan menggunakan spektrofotometer portable. Dilain sisi, analis pun tetap dapat melakukan validasi secara uji laboratorium dengan menggunakan spektrofotometer benchtop.
American Public Health Associations. 2008. 21st Edition : Standard Methods For The Examination of Water and Wastewater Treatment
Badan Standardisasi Nasional. 2023. Standar Nasional Indonesia Nomor 3553 Tahun 2023 tentang “Air Minum”
Kementerian Kesehatan Lingkungan. 2022. Peraturan Menteri Kesehatan Republik Indonesia Nomor 2 Tahun 2023 tentang “Peraturan Pelaksanaan Peraturan Pemerintah Nomor 66 tahun 2014 tentang Kesehatan Lingkungan”
Moberg, Ludvig dan Bo Karlberg. 2000. An improved N,N′-diethyl-p-phenylenediamine (DPD) method for the determination of free chlorine based on multiple wavelength detection, Analytica Chimica Acta, Volume 407, Issues 1–2, Hal 127-133
Mun, Sung Hoon MD., dkk. 2022. Two cases of fatal methemoglobinemia caused by self-poisoning with sodium nitrite : A case report, Research Article: Clinical Case Report