penerapan statistika secara sederhana di .laboratorium kimia

Lokakarya Fungsional Non Peneliti 1999
PENERAPAN STATISTIKA SECARA SEDERHANA DI
.LABORATORIUM KIMIA ANALITIK
SURAYAH ASKAR
Balai Penelitian Ternak, Po Box 221, Bogor 16002
RINGKASAN
Seorang kimiawan ataupun seorang analis yang bekerja di laboratorium akan
memerlukan ilmu statistika walaupun secara sederhana, karena akan selalu berhadapan
dengan sekumpulan data hasil analisis/pengukuran yang berulang-ulang dari suatu
percobaan/metode tertentu . Untuk menghasilkan kesimpulan yang tepat dari suatu
metode yang dapat dipercaya maka haruslah mempertimbangkan beberapa kriteria dalam
statistika seperti ketepatan/kecermatan pengukuran, penggunaan bahan baku acuan
(standard reference materials) dan cara-cara lainnya yang tujuannya untuk memperkecil
galat baik galat acak maupun galat sistem .
PENDAHULUAN
Laboratorium kimia merupakan tempat berlangsungnya proses-proses kimia,
analisis kimia dan percobaan-percobaan kimia . Selain ilmu pengetahuan kimia
diperlukan juga ilmu statistika untuk pengambilan kesimpulan dari suatu percobaan atau
suatu fenomena yang sedang dihadapi oleh seorang kimiawan atau seorang analis
Bagi seorang analis melakukan pengujian secara berulang-ulang sudah biasa,
namun untuk apa sebetulnya pengulangan-pengulangan tersebut . Dengan pengulangan
akan diperoleh sekumpulan data yang bervariasi, karena itu seringkali kita ingin
mengetahui variabilitas suatu penetapan yang merupakan ciri suatu pengukuran dari
sistem tertentu atau proses kimia . Diharapkan variasi itu tidak terlalu besar, kalau
terlalu besar perlu dicarikan sebab-sebabnya, apakah metode pengukuran tersebut sudah
tepat atau belum.
Dalam pengambilan kesimpulan kita perlu mengevaluasi data apakah data yang
diperoleh itu sudah benar atau belum, kalau belum tentunya akan menghasilkan
kesimpulan yang tidak tepat, dengan demikian perlu memperbaiki metode
percobaan/analisis sehingga diperoleh suatu metode yang dapat dipercaya . Data yang
diperoleh adalah yang benar dan dapat diuji dengan statistika . Oleh karena itu ilmu
statistika dapat membantu para kimiawan/ analis dalam memecahkan masalah ini .
Tujuan penulisan makalah ini untuk membantu para kimiawan/analis untuk
memecahkan masalah-masalah hasil pengujian/ pengukuran yang sering dihadapi di
dalam laboratorium .
110
Lokakarya Fungsional Non Peneliti 1999
Beberapa istilah yang berhubungan dengan ini antara lain ketepatan (presicion)
dan kecermatan (accuracy) yang diuraikan di dalam makalah ini .
KETEPATAN PENGUKURAN
Sebelum menguraikan istilah tersebut di atas sebaiknya kita bicarakan dulu
mengenai galat dalam statistika . Seorang analis betapapun telitinya bekerja di
laboratorium akan melakukan suatu kesalahan/galat, hal ini wajar terjadi dan dapat
dilihat dari berfluktuasinya harga/nilai pengukuran yang diperoleh secara berulang kali .
Galat ini merupakan galat statistika yang tidak dapat dihindarkan sekalipun
menggunakan peralatan yang presisinya tinggi .
Yang dimaksud dengan ketepatan suatu pengukuran yaitu besar kecilnya
penyimpangan yang diberikan oleh hasil pengukuran itu dari harga yang sebenarnya .
Caranya dengan jalan membandingkan harga hasil pengukuran dengan harga yang
sebenarnya . Data yang " benar" yaitu yang tercantum pada bahan baku acuan (standard
reference material) (Imamkhasani,1987 ; Miller dkk, 1991 ; Vogel, 1968) . Data
bahan baku ini telah diuji berkali-kali dengan berbagai metode dari beberapa
laboratorium kimia baik di dalam maupun di luar negeri .
KECERMATAN PENGUKURAN
Jika suatu pengukuran dilakukan berulang kali sedangkan variasinya kecil maka
dapat dikatakan bahwa kecermatan pengukurannya tinggi . Kecermatan dan ketepatan
tidak bergantung satu dengan lainnya .
Suatu hasil analisis bisa saja terjadi
ketepatannnya rendah namun kecermatannya tinggi .
Hasil analisis yang ideal
mempunyai nilai baik ketepatan maupun kecermatan pengukuran yang tinggi pula .
Kecermatan dinyatakan dengan besarnya kecilnya standar deviasi atau
simpangan baku (S) . Apabila seorang analis melakukan analisis dengan berulang kali
dan setiap ulangan dianalisis dengan duplo (pengukuran berulang pada contoh yang
sama) maka simpangan bakunya (S) dapat dihitung dengan rumus (Miller dkk, 1991)
sebagai berikut
S= / E(X- u
N
simpangan baku
nilai masingmasing pengamatan
nilai rata-rata pengamatan
banyaknya pengamatan berulang kali termasuk duplo
Bila seseorang melakukan pengambilan contoh sebanyak 5 kali dan masingmasing contoh dianalisis duplo maka jumlah pengamatannya (N) menjadi 5 x 2 = 10 .
Kadang-kadang dalam menghitung simpangan baku (S) penyebut N dapat diganti dengan
(N-1) bila N < 30 sedangkan N >_ 30 menghitung simpangan baku seperti rumus di atas .
Kecermatan seringkali dinyatakan dalam batas kepercayaan 90% ; 95% atau
99% sebagai berikut (Miller dkk, 1991)
111
Lokakarya Fungsional Non Peneliti 1999
Nilai t diperoleh dari Tabel t dengan menggunakan derajat bebas (DB) . DB
untuk parameter tunggal = N - 1, sedangkan untuk seri analisis duplo = N/2 .
Kecermatan dapat dinyatakan sebagai koefisien variasi (%CV) dengan batas
kepercayaan seperti di atas . Maka nilai pengamatan pengukuran menjadi (Miller dkk,
1991)
4 4 t (%CV)
di mana : CV =
Keterangan : CV = koefisien variasi ; S =simpangan baku ; E = nilai rata-rata pengukuran
Tidak ada ketentuan /patokan mengenai besarnya simpangan baku yang
diperkenankan, sangat tergantung pada jenis dan kebutuhan analisis . Simpangan
baku sampai 5 % dapat diterima, tetapi untuk kadar yang kecil biasanya batas tersebut
lebih tinggi .
Sebagai contoh, seorang peneliti ingin mengetahui kandungan protein jagung
baru
dibelinya, untuk keperluan menyusun ransum ayam, kemudian di bawanya ke
yang
laboratorium kurang lebih 250 gram, selanjutnya di analisis secara berulang kali dari
pakan yang sama hasilnya seperti pada Tabel 1 di bawah ini .
Tabel 1 . Perhitungan nilai rata-rata dan simpangan baku
Jumlah
N= 5
Nilai pengukuran (%protein
kasar)
10,08
10,11
10,09
10,10
10,12
50,10
; ~ = 50,1015 = 10,10 % ;
S = /0,0010/4
(4 _X
)2
0,0004
0,0001
0,0001
0,0000
0,0004
0 .0010
= 0,016 ;
DB = 4
Dari Tabel t dengan selang kepercayaan 95% diperoleh nilai t5% = 2,78, maka
nilai taksir pengukuran dari contoh asalnya = 10,10 % ± 2,78 x 0,016 atau 10,10 % ±
0,04 % berarti kandungan protein kasar jagung berkisar antara 10,06% - 10,14 % .
Kemungkinannya 5 % akan di luar kisaran tersebut .
Pada kasus di atas analis mengerjakannya hanya satu kali analisis protein
karena analis mengetahui benar bahwa pakan yang di bawa oleh peneliti itu berasal dari
sumber yang sama . Pada kesempatan yang berbeda analis mengerjakannya secara seri
duplo, maka derajat bebasnya (DB) = (5x 2) : 2 = 5 dan nilai ts% (selang kepercayaan
95%) = 2,58 . Semakin banyak pengamatan /pengukuran nilai t semakin kecil pula .
Dengan cara yang sama dapat juga di hitung dengan koefisien variasi (CV) .
Baik simpangan baku maupun CV menunjukkan variabilitas suatu percobaan .
1 12
Lokakarya Fungsional Non Peneliti 1999
Seorang analis yang sering melakukan pengujian atau memodifikasi metode
perlu menguji keandalan metode tersebut .
Menurut Imamkhasani (1987) menguji keandalan metode bagaikan seorang
Arjuna yang sedang belajar memanah dari guru Duma . Sasaran panah merupakan titik
sentral, dalam analisis kimia titik ini dianggap sebagai harga yang benar (tepat) .
Kebenaran/ketepatan data dapat diketahui apabila menggunakan bahan baku acuan atau
standard reference material . Sebagai illustrasi beliau mengelompokkannya sebagai
berikut :
1 . Apabila berulang kali melakukan analisis dan data hasil analisis yang diperoleh
berfluktuasi jauh dari sasaran/titik sentral (Gambar a) maka dikatakan metode
tersebut ketepatan dan kecermatannya rendah .
Gambar a
2 .Apabila data hasil analisis bergerombol (angkanya berdekatan tidak berfluktuasi)
namun jauh dari sasarannya/titik sentral maka dikatakan kecermatan tinggi dan
ketepatannya rendah (Gambar b) .
Gambar b
rhoo~*%\
L"J
3 .Kecermatan rendah dan ketepatan tinggi, jika diperoleh data berfluktuasi besar namun
nilai rata-ratanya mendekati sasaran (Gambar c) .
Gambar c
4 . Kecermatan tinggi dan ketepatan tinggi, jika diperoleh data hasil analisis tidak
berfluktuasi dan rata-ratanya mendekati sasaran (Gambar d) . Metode inilah yang
diharapkan oleh seorang analis kimia di dalam laboratorium . Seringkali diperlukan
1 13
Lokakarya Fungsional Non Peneliti 1999
perbaikan-perbaikan-metode sehingga diperoleh metode yang menghasilkan data yang
tepat/benar .
Gambar d
Galat yang muncul dalam pengukuran
Tidak ada hasil kuantitatf yang mempunyai nilai jika hasilnya tidak disertai
dengan taksiran galat yang memang tidak terpisahkan dari hasil tersebut . Ada 2 (dua)
galat yang muncul dalam analisis kimia (Miller dkk, 1991) yaitu
Galat acak atau galat statistika, galat ini akan mempengaruhi kecermatan
(kedapat ulangan) suatu percobaan metode analisis yang dapat diukur simpangan
bakunya . Kedapat ulangannya rendah berarti akan mempunyai galat acak/statistik yang
besar dan sebaliknya .
Galat sistem . Berapa besar selisih harga rata-rata yang diperoleh dari harga
yang sebenarnya . Metode analisis yang mempunyai ketepatan yang tinggi berarti
mempunyai galat sistem yang rendah .
Galat acak/statistik tidak pemah dapat dihilangkan namun dapat diperkecil
dengan cara melakukan pengukuran berulang dan dapat dinilai keberartiannya (menguji
apakah selisih antara kedua hasil itn berarti ataukah dapat disebabkan hanya oleh karena
keragaman acak) . Sedangkan galat sistem dapat dihilangkan dengan berhati-hati atas
tehnik percobaan dan peralatan yang dipergunakan .
Kalau dihubungkan dengan Gambar di atas (Arjuna sedang memanah), maka
dapat dikatakan Gambar a menunjukkan percobaan/metode analisis dengan galat statistik
maupun galat sistemnya tinggi, Gambar b menunjukkan percobaan/metode analisis
dengan galat statistika rendah dan galat sistemnya tinggi, sebaliknya Gambar c
Gambar d
menunjukkan galat statistika tinggi tetapi galat sistemnya rendah .
.
Oleh
karena
itu
seorang
analis
menunjukkan galat statistika dan galat sistemnya rendah
harus terus berupaya memperbaiki/memodifikasi metodenya untuk memperoleh hasil
analisisnya yang mempunyai kecermatan maupun ketepatan yang tinggi .
Beberapa cara memperkecil Galat
1.
2.
3.
Kalibrasi alat-alat yang dipergunakan secara berkala misalnya timbangan, labu
ukur, buret pipet dan lain-lainnya .
Penetapan blanko, setiap pergantian pereaksi/larutan yang digunakan untuk analisis
dilakukan pengukuran blanko ( pengukuran tanpa contoh) .
Menyertakan bahan baku acuan (standard reference materials) setiap kali
melakukan analisis kimia .
1 14
Lokakarya Fungsional Non Peneliti 1999
4. Recovery (perolehan kembali) . Menambahkan sejumlah bahan baku/zat kimia
tertentu kemudian dianalisis ulang . Tidak ada ketentuan berapa besarnya zat yang
ditambahkan dan besarnya recovery, 95 - 105 % cukup memberikan jaminan
kepuasan .
KESIMPULAN
Kimiawan ataupun analis kimia yang sehari-harinya bergelut dengan salah satu
ilmu yang paling banyak menggunakan unsur kuantitatif dan menggunakan metode
analitik, melakukan percobaan, kadang perlu memodifikasi metode, untuk dapat
menarik sebanyak mungkin informasi dari hasil percobaannya secara tepat, akan
memperoleh manfaat banyak dari ilmu statistika . Oleh karena itu seorang analis perlu
memahami ilmu statistika walaupun yang sederhana .
DAFTAR BACAAN
Imamkhasani, S . 1987 . Memahami Reproducibilty dan Accuracy dalam Analisa
Kimia . Warta Kimia Analitik . edisi tahun ke II . Puslitbang Kimia TerapanLIPI 3 : 18-19
.Imamkhasani, S . 1987 . Teknik Sederhana : Uji Keandalan Analisa Kimia . Warta
Kimia Analitik . Edisi Tahun ke II . Puslitbang Kimia Terapan-LIPI 4 : 23-25 .
Miller, J .C dan J .N . Miller . 1991 . Statistika untuk Kimia Analitik . Edisi kedua.
Penerbit ITB Bandung . p . 4 ; 14 ; 37-40 .
Vogel, Al . 1968 . A Text book of Quantitatif Inorganic Analysis . Third Edition . The
English Language Book Society and Longmans . London . p . 1121-1127 .
1 15