IMPINGER SEBAGAI ALAT SAMPLING CEMARAN UDARA AMBIEN
IMPINGER AS SAMPLING INSTRUMENT FOR AMBIENT POLLUTANT
Tiny Agustini Koesmawati1, Aan Gunawan Suryapranata2
1
Loka Penelitian Teknologi Bersih – LIPI, Kampus LIPI 2
AGS Laboratory, Bandung
Email : tiny.agustini@gmail.com, agslab17@gmail.com
ABSTRACT
Due to the increasing number of environmental awareness on the risk of air pollution, the number of demand on reliable air sampling instruments are also increasing in Indonesia. Impinger has been developed to satisfy the need of reliable ambient air sampling instrument that is easy to operate and low-cost. The main component of an Impinger is the pre-selected aquarium pumps which are modified as suction pumps. The potentiometer is used to control the speed of airflow, and the air sucked by the pump is measured by the airflow-meter in time unit (L/minutes). The most important factor of air sampling is the accuracy of air volume sucked by the instrument. Therefore, stable suction and good vacuum of the pumps are the key factor for this instrument. Suction pump was measured at 0.2 ; 0.5 ; 1.0 and 1.5 LPM and was found the stable equations. The optimum reaction between gases and solution was measured by recovery tests. The recovery value was found between 80-110%. The instrument was applied and the repeatability value was found satisfied (the %RSD value was found below CV Horwitz). To assure the reliability of air sampling, the flow meter used has been calibrated by accredited laboratory. The sampling and analysis technique are based on SNI. This Impinger instrument is capable of catching five different gases at once, namely NOx, SO2, NH3, H2S, and Oxidant. This Impinger is a reliable yet low-cost ambient air sampling instrument that can be produced in mass with best quality of local components and trusted after-sales guarantee.
Keywords: Ambient, Air Pollution, SO2, NO2, H2S, NH3, Oxidant
ABSTRAK
Dengan semakin meningkatnya kepedulian masyarakat terhadap resiko bahaya polusi udara menyebabkan kebutuhan akan peralatan sampling udara yang handal semakin meningkat di Indonesia. Peralatan Impinger telah dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan akan peralatan sampling udara ambien yang handal, mudah dioperasikan dan murah. Peralatan utama Impinger adalah modifikasi pompa tiup udara akuarium yang sudah terseleksi menjadi pompa hisap/vakum, dilengkapi potensiometer sebagai alat pengatur kecepatan alir udara, dan flowmeter udara sebagai pengukur kecepatan udara telah dikalibrasi oleh laboratorium yang terakreditasi KAN. Faktor yang paling penting dalam pengambilan sampel udara adalah ketepatan volume udara yang dihisap. Hal ini memerlukan kestabilan pompa hisap. Kestabilan pompa diukur pada kecepatan 0,2 ; 0,5 ; 1,0 dan 1,5 L/menit dan didapat persamaan garis yang konstan. Uji recovery dilakukan untuk memastikan reaksi antara gas yang ditangkap dengan larutan penangkap berlangsung sempurna. Nilai recovery untuk seluruh gas yang diukur berada pada daerah yang diperbolehkan yaitu antara 80-110%. Pengujian dilapangan memberikan data yang presisi dengan nilai %RSD < CV Horwitz. Untuk menjamin kehandalan udara yang disampling, flow meter yang digunakan telah dikalibrasi oleh lembaga yang terakreditasi Komite Akreditasi Nasional (KAN). Alat Impinger ini mampu menangkap lima jenis gas sekaligus, yaitu NOx, SO2, NH3, H2S dan Oksidan. Teknik analisis seluruhnya mengacu pada metoda standar SNI. Peralatan Impinger dapat digunakan sebagai alat sampling udara ambien yang handal dan murah, serta peralatan dapat diproduksi secara masal, karena semua komponen berasal dari dalam negeri dan jaminan purna jual yang dapat dipercaya.
Kata Kunci : Udara Ambien, Polutan Udara, SO2, NO2, H2S, NH3, Oksidan
1. PENDAHULUAN
Analisa kontaminan kimia dalam udara semakin penting mengingat pengaruhnya terhadap kesehatan. Kontaminan di udara seperti SO2, H2S, NOx, NH3, O3 dan debu dapat mengganggu kesehatan para pekerja di dalam pabrik atau masyarakat di sekelilingnya [1,2]. Metoda analisa kontaminan dalam udara tidak berbeda dengan analisa kimia biasa, kecuali diperlukan alat khusus untuk pengambilan contoh dari udara. Ada beberapa cara penentuan diantaranya metoda test tube detector, impinger, botol sampling, adsorpsi dan disorpsi, dan metoda direct reading [3]. Setiap metoda mempunyai kelebihan dan kekurangan, baik ditinjau dari aspek kemudahan operasi, ketelitian, kecepatan analisis, pengadaan harga peralatan dan biaya.
Saat ini, metoda passive sampler sangat umum digunakan untuk monitoring udara ambien, seperti NO2, SO2, NH3, dan ozon [4,5,6,7]. Metoda ini sangat dipengaruhi oleh suhu, kelembaban dan konsentrasi udara yang disampling [8]. Metoda direct reading dapat digunakan untuk melakukan monitoring udara ambien, akan tetapi penggunaan metoda ini sangat terbatas dan digunakan untuk personal [9].
Diantara metoda-metoda diatas, teknik impinger merupakan teknik yang paling sederhana untuk pengambilan contoh dan mempunyai aplikasi penerapan yang luas [10,11]. Selain itu, peralatan dapat dirakit sendiri, demikian pula dengan larutan penyerapnya. Ketelitian hasil analisis sangat baik dan metoda ini dapat digabungkan dengan metoda pengujian di laboratorium, baik secara konvensional maupun instrumental. Peralatan inti impinger terdiri dari tabung impinger, pompa pengisap, flow meter, dan tabung pengaman. Metoda impinger dapat digunakan untuk pengambilan
sampel lima jenis gas sekaligus, yaitu, SO2, H2S, NO2, NH3 dan oksidan. Metoda pengujian mengacu pada metoda standar yang dikeluarkan oleh SNI tahun 2005 [12,13,14,15].
Mengingat kebutuhan analisis udara akan semakin meningkat di Indonesia, penelitian ini dilakukan untuk mengembangkan peralatan sampling udara (impinger), peralatan pendukung, cara kerja peralatan, serta penerapan untuk pengambilan sampel udara ambien. Diharapkan dengan adanya peralatan impinger, laboratorium lingkungan di Indonesia mampu melakukan pengujian atau monitoring udara di lingkungan kerjanya.
2. METODE
2.1 Tabung Impinger
Gambar 1. Tabung Impinger
Pengambilan sampel dengan impinger pada hakekatnya adalah menarik udara terkontaminasi ke dalam larutan penangkap yang terdapat di dalam tabung impinger (Gambar 1). Gas kontaminan bereaksi dengan larutan penyerap, dibantu dengan adanya tonjolan pada ujung pipa gelas bagian bawah sehingga terjadi gelembung udara yang dapat membantu reaksi antara udara dengan larutan penyerapnya. Semakin kecil gelembung udara yang terbentuk akan semakin baik reaksi yang terjadi. Ada dua jenis tabung impinger, yaitu tabung yang berwarna bening dan coklat. Tabung yang berwarna coklat khusus digunakan untuk pengambilan sampel gas NOx.
2.2 Pompa pengisap udara
Gambar 2. Pompa pengisap
udara
Pompa pengisap udara berfungsi mengisap udara bebas ke dalam tabung impinger. Pompa dimodifikasi sehingga mempunyai satu aliran udara yang masuk dan satu aliran udara keluar dengan sistem penggerak magnetik yang menghasilkan vibrasi atas katup/ membran ganda (Gambar 2). Badan pompa terbuat dari bahan plastik kualitas tinggi, dan tidak mudah berubah karena kontak dengan bahan kimia. Potensiometer digunakan untuk mengatur kecepatan pengisapan udara dengan rentang 0,25-2,5 L/menit. Kecepatan aliran udara merupakan nilai yang sangat berpengaruh pada pengambilan sampel udara, karena akan mempengaruhi perhitungan hasil analisis. Oleh karena itu kestabilan pompa diteliti selama 8 jam nonstop, baik pada kecepatan rendah maupun pada kecepatan tinggi.
2.3 Flow meter udara
Gambar 3. Flow meter
udara
Flow meter udara berfungsi sebagai alat pengukur kecepatan aliran udara yang masuk ke dalam tabung impinger. Flow meter yang digunakan adalah jenis direct reading
flowmeter. Flow meter yang dipasang mempunyai rentang skala 0,25 hingga 2,5 L/menit
dan telah dikalibrasi oleh lembaga yang terakreditasi oleh KAN, sehingga dipastikan flow meter ini mempunyai keakuratan yang tinggi (Gambar 3).
2.4 Tabung pengaman
Gambar 4. Tabung
Tabung pengaman berfungsi sebagai pengaman terhadap sistem pompa hisap. Pada saat proses pengambilan contoh (sampling) udara terdapat uap air yang turut masuk ke dalam sistem pompa, hal ini dapat menyebabkan pompa menjadi lembab dan jika ini berlangsung terus-menerus akan menyebabkan kerusakan pada sistem pompa. Tabung pengaman (Gambar 4) diisi silica gel atau karbon aktif yang mampu menarik uap air sebelum masuk ke dalam sistem pompa. Silica gel aktif umumnya berwarna biru, akan tetapi jika telah jenuh dengan uap air akan berubah menjadi merah muda.
pengaman Silika gel dapat diaktifkan kembali dengan cara memanaskan dalam oven pada suhu 100C sampai silica gel berubah kembali menjadi biru.
2.5 Cara kerja impinger
Gambar 5. Cara kerja impinger
Keterangan :
1 dan 2 : tabung impinger 3 : tabung pengaman 4 : pompa isap 5 : flow meter
Peralatan dan tabung gelas dirangkai seperti pada Gambar 5. Kedalam tabung impinger dimasukkan larutan penyerap yang sesuai dengan jenis gas yang akan disampling sebanyak 10 mL. Kemudian alat dihidupkan (Power On ). Kecepatan aliran udara dan lama sampling mengacu pada metoda SNI. Kecepatan aliran udara diatur dengan memutar tombol potensio searah putaran jarum jam, sehingga aliran udara dapat diukur dengan tepat. Setelah selesai proses sampling, larutan dimasukkan ke dalam botol sampel untuk diukur di laboratorium.
2.6 Spesifikasi Teknis Peralatan
1. Kapasitas Hisap : Maksimum 2,0 liter udara/menit (LPM) 2. Teknologi Penghisap : Elektromagnet-vibrasi katup ganda 3. Jumlah Pompa Hisap : 5 unit (independent)
4. Pengatur Hisapan : Variable Potensiometer (independent) 5. Penunjuk Aliran Udara : Direct Reading Flowmeter FSD 2,5 L/min (max) 6. Lubang Hisap/Ukuran : 5 buah ukuran ¼ inch.
Lubang Tiup/Ukuran : 5 buah ukuran ¼ inch. 7. Catu Daya : AC 220, 50Hz, 25 VA.
8. Dimensi Mekanikal : P (40 cm), L (21 cm), T (22 cm), Berat ± 5,0 kg. 9. Perlengkapan utama : - 5 unit tabung gelas impinger standar kap. 20 mL
- 5 unit tabung gelas pengaman - 1 lot selang fleksibel (ID/OD Ø 6/9 mm) 10. Kemampuan operasi : 24 jam (enduran tests)
Gambar 6. Peralatan lengkap
2.7 Metoda analisis
Impinger dapat digunakan sebagai alat bantu sampling udara ambien. Metoda analisis udara ambien mengacu pada metoda SNI [12,13,14,15]. Kecepatan aliran udara untuk berbagai jenis gas adalah berturut-turut SO2= 0,2 L/menit ; NOx=0,4 L/menit ; H2S=0,5 L/menit ; NH3=1 L/menit ; O3=0,5 L/menit.
Tabel 1. Metoda pengujian polutan udara ambien secara Spektrometri
No SNI Gas Metoda Lar. Penangkap Warna larutan Pengukuran 1 19-7119.7.2005 SO2 Pararosanilin Tetra kloro merkurat (TCM) Merah muda
550 nm 2 19-7119.2.2005 NOx Griez Salzman Griez Salzman Merah ungu
550 nm 3 H2S Metilen Blue Zn asetat Biru
670 nm4 19-7119.1-2005 NH3 Indofenol Asam sulfat Koloid coklat
630 nm 5 19-7119.8.2005 O3 Neutral Buffer KaliumIodida (NBKI)
KI Kuning
352 nm3. HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Uji kestabilan pompa
Kestabilan pompa diuji dengan cara memasukan larutan penangkap ke dalam tabung impinger sebanyak 10 mL. Kemudian kecepatan aliran udara diatur pada pada flowmeter, yaitu pada kecepatan 0,2; 0,5; 1,0 dan 1,5 L/menit. Setiap satu jam, diamati pembacaan laju alir kecepatan udaranya, kemudian dicatat. Kestabilan pompa dibuat grafik, yaitu hubungan antara kecepatan aliran udara dengan waktu pengamatan, sehingga didapat grafik seperti pada Gambar 7.
Gambar 7. Uji kestabilan pompa
Dari grafik diatas, didapat persamaan garis yang stabil pada setiap kecepatan alir yang dipilih. 3.2 Uji recovery
Uji recovery dilakukan untuk menguji kesempurnaan reaksi antara kontaminan gas dengan larutan penangkap. Pada penelitian ini dilakukan uji recovery terhadap gas SO2 dengan menggunakan berbagai konsentrasi dari larutan standar Na2SO3. Gas SO2 yang terjadi dari hasil reaksi larutan standar Na2SO3 dengan asam dipompa ke dalam impinger dan ditangkap oleh larutan penangkap TCM, kemudian konsentrasi gas SO2 dalam bentuk larutan diukur pada 550 nm. Persen recovery dihitung dari konsentrasi larutan gas SO2 yang terukur dibagi dengan konsentrasi larutan standar dikali 100%.
Tabel 2. Hasil uji recovery SO2 dengan berbagai konsentrasi dengan n=3 (konsentrasi dalam larutan)
Kons. Standar (ppm) Hasil pengukuran (ppm) % Recovery
0,0525 0,0498 94,85
0,5560 0,5283 95,01
1,1191 1,0804 96,54
2,2381 2,1984 98,22
4,4762 4,3170 96,44
Untuk memastikan keakuratan hasil, data hasil uji recovery dibandingkan dengan acuan % recovery yang dikeluarkan oleh AOAC [16]. Hasil recovery berada pada rentang yang diperbolehkan pada konsentrasi 1 – 10 ppm, yaitu 80-110%.
3.3 Aplikasi pengukuran kontaminan udara
Monitoring kontaminan udara ambien dilakukan di dua lingkungan industri, yaitu industri logam dan industri pesawat terbang di Bandung. Hasil pengukuran seperti terlihat pada tabel 3 dan 4 dibawah ini.
Tabel 3. Hasil monitoring kontaminan udara ambien di industri logam
Jenis gas Konsentrasi (µg/Nm 3 ) Konsentrasi rata-rata (µg/Nm3) 1 2 NO2 244,08 187,76 215,92 H2S 388,57 485,71 437,71 SO2 757,55 600,82 679,18 NH3 1790,20 1732,69 1762,45 y = -0,0007x + 0,2057 y = 0,0002x + 0,5014 y = -0,002x + 1,0129 y = -0,0006x + 1,5014 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 0 2 4 6 8 10 K e ce p atan ali ran u d ar a (L/ m e n it) Waktu (Jam)
Tabel 4. Hasil monitoring kontaminan udara ambien di industri pesawat terbang
Jenis gas Konsentrasi (µg/Nm 3 ) Konsentrasi rata-rata (µg/Nm3) 1 2 NO2 4,69 5,63 5,16 H2S 2,08 1,80 1,94 SO2 n.d n.d n.d
Konsentrasi gas dihitung dengan mengkonversikan konsentrasi gas dalam larutan dalam satuan ppm (mg/L) yang didapat dari grafik ke dalam konsentrasi gas dalam udara dengan satuan µg/Nm3 melalui persamaan mg/m3 = ppm x (BM gas/24,5). Nilai 24,5 didapat dari perhitungan volume satu mol gas pada suhu 25 ºC. Pengujian gas diatas dilakukan duplo, selisih pengukuran satu dengan yang lainnya cukup berdekatan. Nilai % relative standar deviasi (RSD) dari pengujian masih lebih kecil dari nilai coefficient of variation (CV) Horwitz, yaitu 21-0,5 log C. Hal ini menunjukkan bahwa kepresisian pengujian cukup baik. Baku mutu udara ambien menurut Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup Nomor 12 Tahun 2010 Tentang Pelaksanaan Pengendalian Pencemaran Udara Di Daerah adalah gas SO2 900 µg/Nm
3
dan NO2 400 µg/Nm3 untuk sampling selama 1 jam [17]. Sedangkan baku mutu untuk gas H2S dan NH3 belum ada pada PerMen diatas. Sumber lain menyebutkan nilai ambang batas (NAB) untuk gas SO2, NO2, H2S dan NH3 adalah berturut-turut sebesar 5000, 6000, 14000 dan 18000 µg/Nm3. NAB adalah nilai maksimum yang diperbolehkan dihirup oleh pekerja selama 8 jam berturut-turut, jika pekerja menghirup gas lebih besar dari NAB maka akan berpotensi terjadinya gangguan kesehatan [10].
4. KESIMPULAN
Peralatan impinger yang dibuat seluruhnya menggunakan bahan yang terdapat di dalam negeri. Pengoperasian impinger sangat mudah, biaya operasional yang murah serta kehandalan alat yang tinggi. Kecepatan aliran udara telah dikalibrasi dengan hasil yang akurat dan presisi. Kecepatan aliran udara yang terdapat di dalam alat impinger telah sesuai dengan metoda standar yang terdapat di dalam SNI. Kecepatan aliran udara stabil untuk pengukuran 8 jam, sedangkan sampling pada umumnya dilakukan selama 1-2 jam untuk setiap jenis gas. Diharapkan peralatan ini akan sangat membantu laboratorium uji, industri dan juga pendidikan dalam melakukan monitoring kontaminan udara ambien.
5. UCAPAN TERIMAKASIH
Terima kasih diucapkan kepada LIPI melalui IPTEKDA III yang telah membiayai pembuatan peralatan beserta penelitian aplikasinya, serta kepada AGSLab Bandung yang telah menyediakan fasilitas bengkel sehingga pembuatan peralatan Impinger dapat terwujud dengan baik.
6. DAFTAR PUSTAKA
Alaa A. Salem, Ahmed A. Soliman, Ismail A. El-Haty (2009) Determination of nitrogen dioxide, sulfur dioxide, ozone, and ammonia in ambient air using the passive sampling method associated with ion chromatographic and potentiometric analyses. Air Quality, Atmosphere, & Health, Sep; 2(3): 133–145.
AOAC. (2002) Guidelines for single laboratory validation of chemical methods for dietary supplements and botanicals. Christopher C. Coffey, Terri A. Pearce (2010) Direct-reading methods for workplace air monitoring, Journal of Chemical
Health & Safety, May/June, 10-21.
Fan, Zih-Hua Tina (2011) Passive Air Sampling: Advantages, Limitations, and Challenges, Epidemiology, Vol. 22, S132 Fuzhen Shen, Xinlei Ge, Jianlin Hu, Dongyang Nie, Li Tian, Mindong Chen (2017) Air pollution characteristics and health
risks in Henan Province, China, Environmental Research, Vol. 156, 625-634
J.J. Pienaan, Johan Paul Beukes, Pieter Gideon Van Zy, C.M.B. Lehmann, J. Aherne (2015) Passive Diffusion Sampling Devices for Monitoring Ambient Air Concentrations, Comprehensive Analytical Chemistry, Vol. 70, 13-52 Kratochvil, B., Wallace, D., and Taylor, J.K. (1984) Sampling for chemical analysis, Anal. Chem. 56(121).
Lanzafame Rosario, Monforte Pietro, Scandura Pier Francesco (2016) Comparative analyses of urban air quality monitoring systems: passive sampling and continuous monitoring stations, Energy Procedia, Vol. 101, 321-328. Ledbetter, J.O. (1972) Air Pollution, Marcel Dekker N.Y., 195-234
Peraturan Menteri Negara Lingkungan Hidup (2010) Tentang Pelaksanaan Pengendalian Pencemaran Udara Di Daerah, No. 12
Sangchul Lee, Takeshi Ohba, Sung Hyo Yun, Kyounghee Yang, Hoon YoungJeon (2016) Evaluation of sampling methods for sulfur speciation in volcanic gases, Chemical Geology, Vol 438, 123-133
SNI (2005) Cara uji kadar amoniak (NH3) dengan metoda Indofenol menggunakan spektrofotometer, No. 19-7119.1 SNI (2005) Cara uji kadar nitrogen dioksida (NO2) dengan metoda Griess Salzman menggunakan spektrofotometer, No.
19-7119.2
SNI (2005) Cara uji kadar oksidan dengan metoda neutral buffer kalium iodida (NBKI) menggunakan spektrofotometer, No. 19-7119.8
SNI (2005) Cara uji kadar sulfur dioksida (SO2) dengan metoda Pararosanilin menggunakan spektrofotometer, No.19-7119.7
Thain, W. (1980) Monitoring toxic gases in the atmosphere for hygiene and pollution control, Pergamon Press, Oxford, UK.
TANYA JAWAB :
1. Januar Arif F (BBTPPI, Kementerian Perindustrian)
Apakah alat ini dapat diaplikasikan untuk ruangan tertutup? Jawaban :
Alat ini digunakan untuk menangkap polutan udara yang terdapat di udara ambien, sehingga dapat digunakan di ruangan terbuka maupun ruangan tertutup.
Berapa lama lifetime dari pompa?
Jawaban :
Pada pemakaian normal, umur pompa sekitar 5 tahun. Akan tetapi jika terjadi kesalahan pemakaian sehingga ada cairan masuk ke dalam system pompa, maka pompa akan cepat rusak, bahkan tidak berfungsi.
2. Aswin Bimo Subandoro (UNJ) Kenapa untuk SO2 bisa non detected? Jawaban :
