ANALISIS TINGKAT PRESISI DAN AKURASI KERJA ALAT GAS CHROMATOGRAPHY (GC) AGILENT 7890A DI PAIR – BATAN
Nurfadhlini1, Neneng Laksminingpuri2, Wiku Lulus Widodo3
1) PAIR – BATAN, Jakarta, Indonesia, fadhlini@batan.go.id 2) PAIR – BATAN, Jakarta, Indonesia, laksmini@batan.go.id 3) PKSEN – BATAN, Jakarta, Indonesia, wikululu@batan.go.id
ABSTRAK
ANALISIS TINGKAT PRESISI DAN AKURASI KERJA ALAT GAS CHROMATOGRAPHY (GC) AGILENT 7890A DI PAIR – BATAN. Telah dilakukan analisis tingkat presisi dan akurasi alat Gas Chromatography (GC) Agilent 7890A di laboratorium hidrologi dan panas bumi, Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi (PAIR) yang bertujuan untuk mengetahui akurasi dan presisi alat GC. Metodologi yang digunakan adalah dengan melakukan pengukuran standar gas campuran secara berulang pada kondisi tekanan 160 atm dan loop sampel diubah dari 0,1 mL menjadi 1 mL. Gas yang diukur konsentrasinya yaitu gas He, H2, N2, O2, Ar dan CH4. Hasil pengukuran yang diperoleh dibandingkan dengan nilai standar gas campuran yang dikeluarkan oleh Linde Gas Singapore Ltd. yang mengukur pada tekanan 150 atm. Hasil komparasi antara nilai konsentrasi standar dengan hasil pengukuran menunjukkan bahwa nilai trueness untuk He sebesar 0,06 dengan standar deviasi 0,031. Nilai trueness untuk H2 sebesar 0,89 dengan standar deviasi 0,20. Nilai trueness untuk N2 sebesar 0,98 dengan standar deviasi 0,139. Nilai trueness untuk O2 sebesar 0,06 dengan standar deviasi 0,364. Nilai trueness untuk Ar sebesar 0,005 dengan standar deviasi 0,05. Nilai trueness untuk CH4 sebesar 0,04 dengan standar deviasi 0,07. Dengan batas UCL dan LCL yang digunakan adalah tiga kali standar deviasi dari nilai rata-rata (mean) maka unjuk kerja alat GC relatif bagus untuk pengukuran konsentrasi He, O2, Ar dan CH4. Adapun untuk H2 dan N2 nilai trueness masih diluar area UCL dan LCL.
Hal ini kemungkinan disebabkan untuk gas H2 dan N2 sensitif terhadap perubahan loop sampel. Untuk memperoleh hasil yang lebih presisi disarankan untuk melakukan pengulangan pengukuran lebih banyak lagi dan loop sampel dikembalikan seperti kondisi awal yaitu 0,1 mL.
Kata kunci: Gas Chromatography, akurasi, presisi, standar deviasi
ABSTRACT
ANALYSIS OF THE PRECISION AND ACCURACY OF GAS CHROMATOGRAPHY (GC) AGILENT 7890A AT PAIR – BATAN. An analysis of precision and accuracy of Agilent 7890A Gas Chromatography (GC) instrument in hydrological and geothermal laboratory, Center for Isotope and Radiation Application (PAIR) was conducted to determine the accuracy and precision of GC instrument. The methodology used is to perform repeated measurements of mixed gas standards at a pressure condition of 160 atm and the sample loop is changed from 0.1 mL to 1 mL. Gas measured concentration of gas He, H2, N2, O2, Ar and CH4. The measured results are compared with the mixed gas standard values issued by Linde Gas Singapore Ltd. which measured at a pressure of 150 atm. The comparation result between the standard concentration value and the measurement result shows that the trueness value for He is 0.06 with the standard deviation of 0.031. The trueness value for H2 is 0.89 with a standard deviation of 0.20. The trueness value for N2 is 0.98 with a standard deviation of 0.139. The value of trueness for O2 is 0.06 with a standard deviation of 0.364. The trueness value for Ar is 0.005 with a standard deviation of 0.05. The trueness value for CH4 is 0.04 with a standard deviation of 0.07. With the UCL and LCL limits used three times from the standard deviation of the mean, the performance of GC instrument is relatively good for measuring the concentrations of He, O2, Ar and CH4. As for the H2 and N2 trueness values are still outside the area of UCL and LCL. This is probably due to the H2 and N2 gases being sensitive to the change of the sample loop. To obtain more precise results it is recommended to do more sample repetition and the sample loop is returned as the initial condition is 0.1 mL.
Key words: Gas Chromatography, accuracy, precision, standard deviation
PENDAHULUAN
Kromatografi adalah teknik pemisahan campuran yang didasarkan atas perbedaan distribusi dari komponen-komponen campuran tersebut diantara dua fase, yaitu fase diam (stationary phase) dan fase gerak (mobile phase) [1,2,3]. Jika fase geraknya berupa cairan maka disebut kromatografi cair (liquid chromatography) dan jika fase geraknya berupa gas disebut kromatografi gas (gas chromatography/GC) [1]. Kromatografi gas merupakan metode pemisahan yang mempunyai efisiensi pemisahan dan sensitivitas yang baik dan sudah digunakan sejak beberapa dekade.
Metode GC sudah digunakan secara luas pada industri perminyakan (petroleum), tanaman-tanaman herbal, dan lain-lain [2]. Ada beberapa cara (mode) pada pemisahan secara kromatografi gas, salah satunya yaitu cara elusi dimana sampel yang dianalisis diinjeksikan ke dalam kolom dan kemudian bergerak disepanjang kolom dengan bantuan gas pengemban (carrier gas) sehingga diperoleh kromatogram (kurva elusi) yang terdiri dari beberapa puncak (peak) dimana tiap-tiap puncak menunjukkan kandungan gas yang ada di dalam sampel [3].
Berbagai kegiatan penelitian telah dilakukan di kelompok Hidrologi dan Panas Bumi, Pusat Aplikasi Isotop dan Radiasi (PAIR) BATAN, dimana salah satunya adalah penelitian dalam bidang panas bumi yang menggunakan alat kromatografi gas agilent 7890A (Gambar 1) dalam analisis sampelnya.
Kromatografi gas agilent 7890A merupakan kromatografi gas yang customized, karena alat ini dirancang untuk menganalisis sampel dalam bentuk gas, sehingga injection portnya diganti menjadi system vakum yang dilengkapi dengan vacuum gauge untuk mengukur tekanan gas, serta konfigurasi kolom yang khusus.
Alat Kromatografi gas agilent 7890A menggunakan dua gas pengemban yang berjalan secara bersamaan, dua buah detektor TCD, 3 jenis kolom yaitu kolom Molecular Sieve 5A, Haye Sep A dan Haye Sep T. Kolom Molecular Sieve 5A dan Haye Sep A berfungsi sebagai kolom analisis, sedangkan kolom Haye Sep T sebagai kolom pelindung. Disamping itu alat ini memiliki 2 valve yang terdiri dari masing-masing 10 port, Loop Sample diatur sebesar 1 mL, system pengolah data dan perekam (printer). Alat ini umumnya
digunakan untuk mengukur gas-gas yang berasal dari lapangan panas bumi [4].
Gambar 1. Alat GC Agilent 7890A Berdasarkan sifat kimia dan fisika gas-gas yang terkandung dalam lapangan panas bumi dapat dibagi dua jenis yaitu gas yang dapat larut (condensable gas) dan gas yang tidak dapat larut (non condensable gas). Gas yang dapat larut seperti CO2 dan H2S diukur menggunakan metode titrasi, sedangkan gas yang tidak dapat larut seperti He, H2, N2, O2, Ar dan CH4 diukur menggunakan alat kromatografi gas. Data yang dihasilkan dari alat ini dapat digunakan untuk menentukan potensi ataupun temperatur dari sumur panas bumi (geothermometer gas) [5]. Data berupa kromatogram dari peak area masing-masing gas tersebut, seperti yang ditampilkan pada gambar 2 berikut :
Gambar 2. Contoh Kromatogram Hasil Pengukuran Gas Standar
Di Indonesia pemanfaatan air panas bumi (geothermal) untuk kolam renang atau pemandian air panas serta untuk mencuci ataupun memasak sudah dilakukan sejak ratusan tahun yang lalu. Namun saat ini pemanfaatan panas bumi juga dikembangkan dalam bidang pertanian, seperti pengeringan
kopra di wilayah Lahendong, Mataloko dan Wai Ratai Lampung, penanaman jamur, pengeringan teh dan pasteurisasi di Pangalengan [6]. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui presisi dan akurasi pengukuran dari alat GC Agilent 7890A yang ada di laboratorium hidrologi dan panas bumi PAIR BATAN.
DASAR TEORI
Kinerja suatu alat dinilai dari parameter akurasi dan presisi dimana akurasi adalah parameter yang menunjukkan kemiripan atau kedekatan antara hasil pengukuran dan nilai sebenarnya (nilai standar /reference) yang digunakan. Akurasi mirip dengan trueness yang berarti nilai kualitatif untuk kedekatan antara nilai yang diharapkan dari hasil tes dan nilai referensi yang diterima.
Adapun presisi adalah hasil yang diperoleh dari beberapa kali pengulangan dalam pengukuran sampel, jadi presisi menunjukkan seberapa dekat perbedaan nilai pada saat dilakukan pengulangan pengukuran dari sampel yang sama dan dilakukan pada kondisi pengukuran yang sama [7,8,9,10]. Implementasi akurasi dan presisi ditunjukkan pada gambar 3.
Gambar 3. Implementasi akurasi dan presisi
Standar deviasi adalah nilai statistik yang digunakan untuk menentukan bagaimana sebaran data dalam sampel, dan seberapa dekat titik data individu ke mean – atau rata-rata – nilai sampel [11][12]. Rumus standar deviasi ditunjukkan pada persamaan 1.
Atau
(1)
Keterangan:
s : Standar deviasi xi : Nilai x ke-i
x: Rata-rata n : Ukuran sampel
Parameter untuk menentukan batas atas dan batas bawah keberterimaan data pengukuran untuk alat GC pada umumnya disebut dengan istilah UCL (Upper Control Limit) dan LCL (Lower Control Limit) [13,14].
Rumus untuk menghitung UCL dan LCL ditunjukkan pada persamaan 2.
SD x UCL
3
SD x
LCL
3
(2)METODE
Bahan dan alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah standar campuran gas primer (primary mixed gas standard), pompa vakum, vacuum gauge dan kromatografi gas Agilent 7890A. Metode yang digunakan dalam menganalisa kinerja alat GC ini ditunjukkan pada gambar 4.
Gambar 4. Metode untuk menganalisa kinerja alat GC Agilent 7890A
Perhitungan Mean dan Standar Deviasi
Pembuatan Distribusi Normal berbasis Mean dan Standar Deviasi
Komparasi dengan true value
Analisis dan pembahasan akurasi dan presisi
Kesimpulan dan rekomendasi Pengukuran sampel pada kondisi
tekanan sampel = 160 atm
Nilai konsentrasi gas standar yang digunakan sebagai referensi untuk menilai kinerja alat GC Agilent 7890A ini ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel.1. Nilai Konsentrasi Gas Standar berdasarkan sertifikat hasil pengukuran
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil pengukuran konsentrasi He pada kondisi standar ditunjukkan pada gambar 5.
Hasil pengukuran diperoleh rata-rata konsentrasi He adalah 2,0931 dengan standar deviasi sebesar 0,031. Nilai trueness atau perbedaan antara rata-rata pengukuran dengan nilai konsentrasi standar He sebesar 0,06 karena nilai konsentrasi He adalah 2,03. Nilai trueness tersebut menunjukkan bahwa nilai standar konsentrasi He masih berada di area antara UCL dan LCL dari hasil pengukuran, dimana UCL bernilai 2,1861 dan LCL bernilai 2,0001. Hal ini menunjukkan bahwa tingkat akurasi alat masih dalam standar keberterimaan.
(a) Mode data
(b) Mode Gaussian
Gambar 5. Hasil Pengukuran konsentrasi He
Terdapat satu hasil pengukuran yang berada di luar area dua kali standar deviasi hasil pengukuran yaitu bernilai 2,01. Hal ini mempengaruhi nilai standar deviasi yang diperoleh sekaligus tingkat keberterimaan dari nilai trueness yang ada. Akan tetapi porsi data yang diluar dua kali standar deviasi ini hanya 10% dari jumlah data pengukuran, sehingga tidak dikategorikan dalam kesalahan data pengukuran.
Hasil pengukuran konsentrasi H2 pada kondisi standar ditunjukkan pada gambar 6.
Hasil pengukuran diperoleh rata-rata konsentrasi H2 adalah 11,0255 dengan standar deviasi sebesar 0,200. Nilai trueness atau perbedaan antara rata-rata pengukuran dengan nilai konsentrasi standar H2 sebesar 0,89 karena nilai konsentrasi H2 standar adalah 10,13. Nilai trueness tersebut menunjukkan bahwa nilai standar konsentrasi H2 berada di luar area antara UCL dan LCL dari hasil pengukuran, dimana UCL bernilai 11,6255 dan LCL bernilai 10,4255. Hal ini menunjukkan bahwa tingkat akurasi alat tidak dalam standar keberterimaan.
(a) Mode data
Gas Nilai konsentrasi std sertifikat (%
Volume)
He 2,03
H2 10,13
N2 83,366
O2 0,984
Ar 0,500
CH4 2,99
(b) Mode Gaussian
Gambar 6. Hasil Pengukuran konsentrasi H2
Terdapat satu hasil pengukuran yang berada di luar area dua kali standar deviasi hasil pengukuran yaitu bernilai 10,496. Hal ini mempengaruhi nilai standar deviasi yang diperoleh sekaligus tingkat keberterimaan dari nilai trueness yang ada. Akan tetapi porsi data yang diluar dua kali standar deviasi ini hanya 10% dari jumlah data pengukuran, sehingga tidak dikategorikan dalam kesalahan data pengukuran.
Hasil pengukuran konsentrasi O2 pada kondisi standar ditunjukkan pada gambar 7.
Hasil pengukuran diperoleh rata-rata konsentrasi O2 adalah 1,0407 dengan standar deviasi sebesar 0,364. Nilai trueness atau perbedaan antara rata-rata pengukuran dengan nilai konsentrasi standar O2 sebesar 0,0567 karena nilai konsentrasi O2 standar adalah 0,984. Nilai trueness tersebut menunjukkan bahwa nilai standar konsentrasi O2 masih berada di area antara UCL dan LCL dari hasil pengukuran, dimana UCL bernilai 2,1327 dan LCL bernilai -0,0513. Hal ini menunjukkan bahwa tingkat akurasi alat masih dalam standar keberterimaan.
(a) Mode Data
(b) Mode Gaussian
Gambar 7. Hasil Pengukuran konsentrasi O2
Terdapat satu hasil pengukuran yang berada di luar area dua kali standar deviasi hasil pengukuran yaitu bernilai 1,996. Hal ini mempengaruhi nilai standar deviasi yang diperoleh sekaligus tingkat keberterimaan dari nilai trueness yang ada. Akan tetapi porsi data yang diluar dua kali standar deviasi ini hanya 10% dari jumlah data pengukuran, sehingga tidak dikategorikan dalam kesalahan data pengukuran.
Hasil pengukuran konsentrasi N2 pada kondisi standar ditunjukkan pada gambar 8.
Hasil pengukuran diperoleh rata-rata konsentrasi N2 adalah 82,3872 dengan standar deviasi sebesar 0,139. Nilai trueness atau perbedaan antara rata-rata pengukuran dengan nilai konsentrasi standar N2 sebesar 0,98 karena nilai konsentrasi N2 standar adalah 83,366. Nilai trueness tersebut menunjukkan bahwa nilai standar konsentrasi He berada di luar area antara UCL dan LCL dari hasil pengukuran, dimana UCL bernilai 82,8042 dan LCL bernilai 81,9702. Hal ini menunjukkan bahwa tingkat akurasi alat tidak dalam standar keberterimaan. Semua data hasil pengukuran berada di area dua kali standar deviasi, hal ini menunjukkan bahwa pengukuran memiliki presisi yang cukup baik untuk konsentrasi N2.
(a) Mode Data
(b) Mode Gaussian
Gambar 8. Hasil Pengukuran konsentrasi N2
Hasil pengukuran konsentrasi Ar pada kondisi standar ditunjukkan pada gambar 9.
Hasil pengukuran diperoleh rata-rata konsentrasi Ar adalah 0,5051 dengan standar deviasi sebesar 0,05. Nilai trueness atau perbedaan antara rata-rata pengukuran dengan nilai konsentrasi standar Ar sebesar 0,005 karena nilai konsentrasi standar Ar adalah 0,5.
Nilai trueness tersebut menunjukkan bahwa nilai standar konsentrasi Ar masih berada di area antara UCL dan LCL dari hasil pengukuran, dimana UCL bernilai 0,6551 dan LCL bernilai 0,3551. Hal ini menunjukkan bahwa tingkat akurasi alat masih dalam standar keberterimaan.
(a) Mode Data
(b) Mode Gaussian
Gambar 9. Hasil Pengukuran konsentrasi Ar Terdapat satu hasil pengukuran yang berada di luar area dua kali standar deviasi hasil pengukuran yaitu bernilai 0,653. Hal ini mempengaruhi nilai standar deviasi yang diperoleh sekaligus tingkat keberterimaan dari nilai trueness yang ada. Akan tetapi porsi data yang diluar dua kali standar deviasi ini hanya 10% dari jumlah data pengukuran, sehingga tidak dikategorikan dalam kesalahan data pengukuran.
Hasil pengukuran konsentrasi CH4
pada kondisi standar ditunjukkan pada gambar 10. Hasil pengukuran diperoleh rata-rata konsentrasi CH4 adalah 2,9504 dengan standar deviasi sebesar 0,07. Nilai trueness atau perbedaan antara rata-rata pengukuran dengan nilai konsentrasi standar CH4 sebesar 0,04 karena nilai konsentrasi CH4 standar adalah 2,99. Nilai trueness tersebut menunjukkan bahwa nilai standar konsentrasi CH4 masih berada di area antara UCL dan LCL dari hasil pengukuran, dimana UCL bernilai 3,1604 dan LCL bernilai 2,7404. Hal ini menunjukkan bahwa tingkat akurasi alat masih dalam standar keberterimaan. Semua data hasil pengukuran berada di area dua kali standar deviasi, hal ini menunjukkan bahwa pengukuran memiliki presisi yang cukup baik untuk konsentrasi CH4.
(a) Mode Data
(b) Mode Gaussian
Gambar 10. Hasil Pengukuran konsentrasi CH4
KESIMPULAN
Dari hasil pengukuran dari konsentrasi He, H2, O2, N2, Ar dan CH4 diperoleh 4 pengukuran yang menunjukkan nilai trueness berada di dalam area keberterimaan terhadap tingkat akurasi yaitu untuk gas He,O2, Ar, dan CH4. Hal ini dikarenakan nilai konsentrasi standar berada di dalam area UCL dan LCL.
Pengukuran konsentrasi H2 dan N2
menunjukkan nilai trueness di luar area keberterimaan tingkat akurasi karena nilai konsentrasi standar berada di luar area UCL dan LCL. Hal ini kemungkinan dipengaruhi oleh perubahan loop sampel yang digunakan yaitu dari 0,1 mL diubah menjadi 1 mL, akan tetapi presisi dari hasil pengukuran H2 dan N2
ini masih bagus karena semua data pengukuran nilainya masih didalam area 2 kali standar deviasi. Saran yang dapat diberikan adalah memperbaiki statistik dari data pengukuran dengan menambah jumlah pengulangan pengukuran dan mengubah besarnya loop sampel yang digunakan pada saat analisis seperti kondisi semula.
UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada rekan-rekan di kelompok hidrologi dan panas bumi serta pihak-pihak yang sudah memberikan dukungan dan masukan dalam pembuatan makalah ini.
DAFTAR PUSTAKA
1. Christian Gary D., , Analytical Chemistry, 2nd edition, John Wiley &
Sons, New York, pp.151-164, 1977 2. M.Sun, et al., Novel Application of
Gas Chromatography in Measurement of Gas Flow Rate, Jounal of Flow Measurement and Instrumentation (50), pp.245-251, 2016
3. I.G.Kolomnikov, et al., Early Stages in The History of Gas Chromatography, Journal of Chromatography A (1537), pp.109-117, 2018.
4. Neneng Laksminingpuri dan Nurfadhlini, Kalibrasi dan Limit Deteksi Kromatografi Gas Agilent 7890A, Prosiding Seminar Nasional Teknologi dan Aplikasi Reaktor Nuklir, PRSG, pp.153-156, 2016.
5. Neneng Laksminingpuri, Teknik Sampling Gas Panasbumi di Sumber Mata Air Panas, Majalah Ilmiah
Aplikasi Isotop dan Radiasi Beta Gamma,Vol. 5 No. 1, pp.7-13,
2014.
6. J.W.Lund, T.L.Boyd, Direct Utilization of Geothermal Energy 2015 worldwide review, Geothermics (60), pp.66-93, 2016.
7. R.C.S.N.Silva,et.al., Validation of Optimized Descriptive Profile (ODP) technique : Accuracy, Precision, and Robustness, Food Research International (66), pp.445-453, 2014.
8. M.Hofer et al., Definition of Accuracy and Precision – Evaluating CAS – System, International Congress Series 1281 pp.548-552, 2005.
9. International Vocabulary of Metrology – Basic and General Concepts and Associated Terms, JCGM 200 : 2008.
10. Damien Marquis, et al., Accuracy (trueness and precision) of Cone Calorimeter Tests With and Without Vitiated Air Enclosure, Procedia Engineering no.62, pp.103-119, 2013 11. D. Baduri et al.,”An Investigation of
accuracy, Repeatability and Reproducibility of Laser Micromachining System”, Journal of Measurement no.88, pp.248-261, 2016.
12. R.Kapoor et al.,”Boosting Performance of Power Quality Event Identification with KL Divergence Measure &
Standard Deviation”, Journal of Measurement no.126 pp.134-142, 2018 13. Isti Khomah, E. Rahayu,”Aplikasi Peta Kendali p sebagai Pengendalian Kualitas Karet di PTPN IX Batu Jamus/Kerjoarum, Jurnal Agraris Vol.1 no.1 pp.12-24, 2015.
14. Z. T. Kosztyan, A. I. Katona,”Risk- Based X-Bar Chart with Variable Sample Size and Sampling Interval”, Journal of Computers and Industrial Engineering no.120, pp.308-319, 2018.
Pertanyaan :
1. Bagaimana caranya untuk mengetahui kestabilan alat GC tersebut?
2. Apakah aplikasi dari penggunaan alat GC ini?
Jawaban :
1. Cek kestabilan alat dilakukan dengan kalibrasi menggunakan standar gas campuran primer (Primary Mix-Gasses Standard) yang dilakukan secara berkala.
2. Di PAIR BATAN, alat GC Agilent 7890A ini digunakan untuk mengukur gas-gas (He, H2, N2, O2, Ar, CH4) yang berasal dari lapangan panas bumi.
