Mau Tahu Cara Ilmuwan Mengukur Kadar Oksigen dalam Air?

Apa Itu Oksigen?

Hampir semua orang, termasuk anak kecil sekalipun, mengenal nama oksigen. Oksigen adalah unsur yang sangat fundamental dalam menyokong kehidupan. Oksigen termasuk unsur organik, yang berarti oksigen berada di hampir semua substansi-substansi organik (termasuk komponen pembentuk makhluk hidup), bersamaan dengan carbon, sulfur, hidrogen, dan nitrogen.

Dalam bentuk gas diatomik, oksigen juga sangat penting karena kita membutuhkannya dalam proses pernapasan sebagai elemen penting dalam transportasi darah dalam tubuh. Apabila oksigen terputus hanya selama beberapa menit saja, seorang manusia atau binatang bisa mengalami cacat permanen atau kematian. Menarik, rekor dunia tahan napas untuk kategori pria dicapai oleh Aleix Segura Vendrell dengan waktu 24 menit 3.45 detik. Kalau Anda percaya diri untuk melampaui waktu tersebut, Anda bisa mendaftar ke rekor dunia.

Oksigen juga merupakan salah satu unsur paling melimpah di planet ini. Di atmosfer, oksigen (baik dalam bentuk O2 dan O3) berkontribusi mencapai sekitar 21% dari total unsur. Oksigen terdapat pada substansi organik. Di air laut, kandungan oksigen menjadi penyusun utama (baik dalam bentuk gas O2 atau air (H3O) mencapai 85.7%.

Kelarutan Oksigen dan Senyawa Oksigen dalam Air

Oksigen dalam bentuk gas TIDAK bereaksi dengan air. Namun, oksigen (gas) DAPAT LARUT dalam air dan berfungsi sebagai oksidator
O2 + 2 H2O + 4 e- -> 4 OH-
Oksigen dapat mengoksidasi substansi organik, yang secara prinsip merupakan proses biologis. Setiap individu senyawa memiliki mekanisme reaksi yang dapat dideskripsikan sebagai keseimbangan elektron. Beberapa contoh:
Fe2+ + 0,25 O2 -> Fe(OH)3 + 2,5 H+Mn2+ + O2 -> MnO2 + 2 H+NH4+ + 2 O2 -> NO3- + 6 H+CH4 + 2 O2 -> CO2 + 4 H+
Mekanisme ini memungkinkan amonium dan metana menyumbang oksigen dalam jumlah besar, yang menghasilkan bentuk reaksi oksidasi yang lebih besar dibandingkan asam. Atom oksigen sangat reaktif dan membentuk oksidasi praktis dengan seluruh elemen terkecuali helium, neon, argon, dan kripton.

Kelarutan udara dalam air pada 25oC dan tekanan = 1 bar adalah 40 mg/L. Di udara, komposisi normal dari tekanan parsial oksigen adalah 0.2 atm. Hasilnya dalam larutan berarti 40 . 0.2 = 8 mg O2/L dalam air yang datang dari kontak dengan udara.

Kelarutan oksigen sangat tergantung pada temperatur dan berkurang pada temperatur yang lebih tinggi. Kelarutan oksigen berbanding negatif dengan jumlah padatan terlarut. Konsekuensinya, kelarutan oksigen dalam air segar melebihi dari air larut sekitar 1-3 mg/L tergantung temperatur.

Kenapa Oksigen Terlarut dalam Air?

Seperti disebutkan sebelumnya, oksigen larut secara alami saat air kontak dengan udara. Oksigen juga diaplikasikan secara komersil. Untuk kebutuhan industri, unsur oksigen diekstrak dari udara sebanyak 100 juta ton per tahunnya. 55% diaplikasikan pada produksi besi, 25% diaplikasikan pada industri kimia, dan sisanya diaplikasikan di rumah sakit, tenaga pendorong misil, dan memotong logam. Oksigen pada senyawa ozon diaplikasikan untuk dinsinfeksi air minum. Berikut adalah video menarik dari Massachusetts Institute of Technology bagaimana air terlarut di dalam air (DO)

Apa Arti Konsentrasi Oksigen dalam Air atau Dissolved Oxygen?

Oksigen mengoksidasi substansi lain. Ini terjadi, misalnya pada fenomena luminasi api, tetapi terjadi juga dalam organisme, saat pembusukan bakterial dan konservi logam. Setiap tumbuhan dan binatang membutuhkan oksigen untuk bernapas. Oksigen juga merupakan bagian dari DNA dan seluruh senyawa yang penting secara biologis. Oksigen larut dalam darah dengan total 200 cm3 melalui mekanisme ini.

Oksigen terlarut (Dissolved Oxygen / DO) adalah parameter penting untuk menentukan stabilitas air dan kemampuan bertahan hidup habitat air. Micro organisms dapat menguraikan substansi organik dalam air dengan bantuan oksigen. Aplikasi oksigen per satuan waktu diindikasikan oleh parameter by BOD (Biochemical Oxygen Demand). Polutan organik dapat memberikan pengaruh buruk pada habitat air karena akan mengurangi BOD. Polusi temperatur juga menimbulkan masalah yang sama, karena kelarutan oksigen dalam air hangat akan menurun. Sebagai contoh, konsentrasi kritis oksigen untuk ikan pada umumnya adalah 4 mg O2/L air. Sangat penting bagi bidang yang berkaitan dengan pembudidayaan ikan dan pemeliharaan habitat di pusat-pusat penelitian untuk senantiasa memonitoring konsentrasi oksigen terlarut (DO) agar tidak kurang dari batas.

Pemasukan sejumlah kadar oksigen dalam air minum akan membuat konsumsi air menjadi lebih sehat. Karena, kadar oksigen yang terlarut akan dipakai di dalam tubuh kita yang merupakan konponen utama untuk mengikat hemogoblin dan disimpan di otot di myogoblin. Konsentrasi oksigen yang dalam batas aman dan baik untuk diminum adalah 6-8 mg/L. Di sinilah perannya pengukuran dissolved oxygen, yang aplikasinya tentu masih banyak sekali.

Cara Mengukur Dissolved Oxygen

DO adalah konsentrasi gas oksigen (O2) yang terlarut dalam air. Oksigen terlarut dapat berasal dari hasil fotosintesis oleh fitoplankton dan tanaman air lain serta difusi dari udara. Suhu, salinitas, turbulensi air, dan tekanan atmosfir dapat mempengaruhi kadar oksigen terlarut di perairan. Proses dekomposisi secara aerob memerlukan oksigen secara terus menerus, sedangkan dekomposisi anaerob tidak memerlukan oksigen. Kadar oksigen terlarut dapat berkurang menjadi nol (anaerob) akibat proses dekomposisi bahan organik dan oksidasi bahan anorganik.

Metode

Kadar oksigen terlarut dalam air dapat ditentukan dengan dua cara yaitu dengan cara titrasi atau dikenal dengan metode Winkler dan dengan menggunakan alat ukur elektronik yang disebut DO-meter.

Prinsip analisis

Prinsip analisis metode Winkler adalah pengikatan oksigen oleh pereduksi MnO4 menjadi Mn(OH)2 dan membebaskan I2. Jumlah I2 yang dibebaskan sama dengan O2 yang ada di perairan. Adapun metode DO meter prinsipnya adalah pembacaan secara digital dengan penghantaran menggunakan elektroda yang dicelupkan ke dalam air sampel.

Prosedur kerja

  1. Air sampel dimasukkan ke dalam botol BOD sebanyak 125 ml lalu diberi MnSO4 1 ml dan NaOH + KI 1 ml.
  2. Botol BOD ditutup dan aduk kemudian didiamkan sehingga terbentuk endapan cokelat.
  3. H2SO4 pekat sebanyak 1 ml ditambahkan ke dalam larutan hingga endapan cokelat berubah warna dari kuning tua menja larut menjadi warna kuning tua.
  4. Sebanyak 25 ml air dituangkan ke dalam erlenmeyer kemudian dititrasi dengan Na-Thiosulfat sampai berwarna kuning muda.
  5. Setelah itu ditambahkan 2-3 tetes indikator amilum hingga berubah warna menjadi biru.
  6. Lalu dititrasi lagi dengan Na-Thiosulfat hingga berubah warna menjadi bening tidak berwarna.
Video pengukuran menggunakan metode Winkler adalah di bawah ini:

Prosedur Kerja Metode DO Meter

Menggunakan metode DO meter sangatlah mudah, karena praktis, prosedur pekerjaan yang dilakukan adalah dengan mencelupkan elektroda ke dalam air sampel, dan DO meter akan mendeteksi secara otomatis. Di bawah ini adalah video cara menggunakan DO meter

DO Meter yang dijual di Pasaran