Oksigen terlarut atau dissolved oxygen (DO) adalah parameter utama yang perlu diperhatikan dalam pemantauan kualitas air, baik air minum, air bersih maupun air limbah. Untuk mengukur kadar dissolved oxygen (DO), digunakan DO meter yang terdiri dari elektroda dan meter. Namun, adanya perbedaan jenis elektroda DO yang beredar di pasaran memungkinkan terjadinya ambigu dalam proses perawatannya. Lalu, bagaimana prinsip kerja dari masing - masing jenis elektroda DO? Apakah cara perawatannya sama ataukah berbeda? Artikel ini akan membahas tuntas prinsip serta cara perawatan untuk elektroda DO.

Secara fungsi, seluruh elektroda dissolved oxygen (DO) adalah sama, yakni sebagai sensor yang mengukur kadar oksigen terlarut (dissolved oxygen/ DO) sekaligus pengirim sinyal pada meter. Display meter akan menampilkan nilai DO dalam satuan mg/L (miligram per liter) atau % saturation (% kejenuhan). Terdapat 2 tipe elektroda DO yang umumnya digunakan, yakni tipe polarographic dan tipe luminescence.

Prinsip Kerja Elektroda Dissolved Oxygen (DO)

Perbedaan yang paling mencolok antara elektroda DO tipe polarographic dan tipe luminescene adalah pada proses preparasinya. Jika elektroda polarographic membutuhkan cairan elektrolit dan waktu inkubasi untuk mencapai tahap stabil, tipe luminescence tidak membutuhkan cairan elektrolit maupun waktu inkubasi, preparasinya hanya dengan memasang membran cap pada badan elektroda saja. Perbedaan preparasi ini disebabkan prinsip kerja kedua elektroda tersebut yang berbeda, dan prinsip tersebut dijabarkan pada uraian berikut :

A. Elektroda DO Polarographic

Elektroda tipe ini menggunakan teknologi elektrokimia yang dikenal sebagai elektroda Clark (Clark electrode) atau amperometri. Dalam elektroda DO polarographic terdapat katoda, anoda, cairan elektrolit dan membran semipermeabel. Setidaknya secara umum, beda potensial antara katoda dan anoda ini adalah 1.2 Volt. Terukurnya oksigen pada elektroda tipe ini terjadi karena adanya reaksi antara oksigen dengan elektron pada katoda, sehingga jumlah elektron atau arus yang teralirkan berbanding lurus dengan konsentrasi oksigen yang terukur. 

Dalam prosesnya, oksigen yang berada disekitar elektroda berdifusi melalui membran semipermeabel menuju sensor yang dilanjutkan dengan terjadinya reaksi antara oksigen dan elektron yang berasal dari katoda di dalam chamber pereaksi (reaction chamber) yang berisikan cairan elektrolit. Akibatnya, terjadi perubahan voltase yang dibaca trasmitter atau meter. Transmitter atau meter kemudian menerjemahkan sinyal tersebut menjadi nilai oksigen terlarut atau dissolved oxygen (DO) yang terukur dalam satuan mg/L yang muncul pada display. Persamaan reaksi yang terjadi selama proses ditulis sebagai berikut :

B. Elektroda DO Luminescence

Berbeda dengan DO polarographic, tipe elektroda DO luminescence terdiri dari lampu LED biru serta filter untuk sinar biru, LED merah, fotodioda (photodiode), dan sensor cap. Hasil pengukuran oksigen terlarut atau dissolved oxygen (DO) didapat dari proses eksitasi cahaya biru oleh lampu LED yang telah mengalami filtrasi menuju jendela optik (optical window) melalui tabung cahaya (light pipe for blue light). Sinar biru ini kemudian bereaksi dengan oksigen yang ada pada sensor (lumiphore) sehingga menghasilkan eksitasi cahaya merah yang ditangkap oleh photodiode. Keseluruhan proses ini diilustrasikan pada Gambar 1, dengan proses reaksi dapat ditulis sebagai berikut :

Preparasi dan Perawatan Elektroda Dissolved Oxygen (DO)

Setiap alat pasti memiliki waktunya sendiri untuk menjalankan proses awal atau initializing process sebelum alat tersebut dioperasikan. Tujuannya adalah untuk memberikan waktu pemanasan agar alat dapat digunakan secara optimal serta mencegah terjadinya abnormal pada alat. 

A. Elektroda DO Polarographic

Hal yang dibutuhkan untuk preparasi elektroda DO tipe ini adalah membran cap dan cairan elektrolit. Umumnya, cairan elektrolit yang digunakan adalah KCl, yang berfungsi untuk membantu proses polarisasi elektroda dengan waktu polarisasi yang dibutuhkan biasanya beragam, jika elektroda baru digunakan maka dibutuhkan waktu 5 - 60 menit. Mengapa?

Waktu polarisasi memberikan kestabilan bagi elektroda pada potensial 0.4 Volt dimana cairan elektrolit berfungsi sebagai inisiator terjadinya gerakan elektrostatis sehingga terjadi perbedaan potensial antara katoda dan anoda. Dalam proses polarisasi ini, elektroda harus dikoneksikan pada meter sehingga arus dan beda potensial yang mengalir pada elektroda dan meter setara. 

Seiring berjalannya waktu, katoda pada elektroda akan habis bereaksi sehingga mempengaruhi hasil pengukuran dissolved oxygen (DO) yang terukur. Oleh karena itu, perlu adanya penggantian katoda serta cairan elektrolit secara berkala. Umumnya, interval waktu untuk penggantian katoda dan cairan elektrolit ini adalah setiap 1 - 2 bulan. Dalam hal penyimpanan, elektroda tipe ini bergantung pada jangka waktu penyimpanan yang ditentukan. Untuk penyimpanan jangka pendek, elektroda dapat disimpan dalam chamber kalibrasi (calibration chamber) yang lembab, sedangkan untuk penyimpanan jangka panjang, disarankan untuk melepaskan membran cap dan menyimpan elektroda dengan kondisi kering.

 

B. Elektroda DO Luminescence

Berbeda dengan elektroda DO polarographic, elektroda DO luminescence justru tidak membutuhkan preparasi yang rumit.  Terdapat elektroda yang dipreparasi hanya dengan memasang membran cap pada elektroda (tanpa adanya penambahan cairan elektrolit) dan ada juga elektroda yang sudah siap digunakan. Penggunaan elektroda tipe ini lebih praktis dan mudah karena tidak membutuhkan waktu polarisasi ataupun cairan elektrolit. 

Dalam perawatannya, perlu adanya penggantian membran cap setiap 365 hari atau 1 tahun. Untuk penyimpanan, elektroda DO luminescence ini disimpan dengan memasang calibration chamber yang lembab pada elektroda tanpa melepas membran cap. 

Gambar 2. Contoh Tampilan Calibration Chamber

 

 

Dari penjabaran diatas, dapat disimpulkan bahwa prinsip, cara preparasi dan perawatan elektroda DO tipe polarographic dan tipe luminescence berbeda. Sebagai tambahan dari segi penggunaan, beberapa probe DO tipe polarographic mungkin masih membutuhkan alat stirrer atau bahkan telah dilengkapi fitur stirring. Perbedaan antara elektroda DO polarographic dan tipe luminescence ini dirangkum pada Tabel 1.

 

 

Tabel 1. Perbedaan Elektroda DO Polarographic dan Elektroda DO Luminescence/ Optical DO

 

 

 

Pemilihan Tipe Elektroda

 

Dalam Peraturan Pemerintah Nomor 82 tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air disebutkan bahwa parameter oksigen terlarut atau dissolved oxygen (DO) adalah parameter yang sangat berperan dalam keberlangsungan aktivitas akuatik. Dalam standar baku mutu tersebut disebutkan bahwa setidaknya kandungan oksigen terlarut yang harus ada dalam air setidaknya adalah 7,48 mg/L dan pengukuran ini tidak lepas dari pemilihan instrument.

Meski dalam prinsip dan cara perawatannya berbeda, penggunaan elektroda DO polarographic dan elektroda DO luminescence tidaklah jauh berbeda. Keduanya tetap dapat digunakan untuk mengukur kadar oksigen terlarut atau dissolved oxygen (DO) dalam sampel, seperti air untuk budidaya ikan, air bersih, air laut ataupun air limbah. Hanya saja dalam beberapa kasus tertentu penggunaannya lebih dikhususkan, semisal untuk area yang tergolong “remote area” penggunaan elektroda optical DO atau DO luminescence lebih diutamakan. Dalam kasus lainnya, jika analis atau operator membutuhkan sensor yang tergolong “low maintenance”, maka elektroda optical DO dapat dijadikan pilihan. Namun, jika pilihan berdasarkan biaya atau cost, maka elektroda DO polarographic dapat menjadi solusi yang strategis. Jika penggunaan elektroda DO diperuntukkan untuk pengujian biochemical oxygen demand (BOD), maka elektroda DO dengan fitur stirrer dapat dijadikan sebagai pilihan.

Gambar 4. Contoh Elektroda DO dengan fitur Stirrer

 

 

 

Referensi

Peraturan Pemerintah No.82 Tahun 2001 tentang “Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air”

Hach. 2014. Technical Note Electrochemistry : Dissolved Oxygen Measurement - Understanding O2 Measurement Results. Hach - Lange GMBH 

Thermo Scientific. 2012. Thermo Scientific Orion : Laboratory Products. Thermo Scientific