Timbangan (balance) di dalam mikrobiologi umumnya digunakan untuk menimbang sampel sebesar porsi ujinya untuk dianalisis. Selain itu, dapat juga digunakan menimbang media, reagen atau mengukur perbandingan pengenceran. Alat pengukur perbandingan pengenceran berdasarkan berat cairan ini disebut gravimetric diluters.

Terdapat berbagai macam jenis timbangan berdasarkan ketelitiannya. Pembagian timbangan tersebut dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel. Klasifikasi timbangan berdasarkan ketelitiannya. Diadaptasi dari (EDQM Annex 8, 2013:2)

Tipe	Nama umum	Resolusi	Digit desimal	Kelas akurasi
1	Timbangan ultra-mikro	0,1 µg	0,0000001	I
2	Timbangan mikro	1 µg	0,000001	I
3	Timbangan semi-mikro	0,01 mg	0,00001	I
4	Timbangan analitik	0,1 mg	0,0001	I
5	Timbangan presisi	0,1 g –1 mg	0,1 – 0,001	II
6	Timbangan teknis	1 g – 0,1 g	0 – 0,1	III

Di dalam laboratorium mikrobiologi umumnya dipakai timbangan analitik atau presisi untuk mendukung kegiatan sehari-hari. Namun pemilihan ini juga tergantung tujuan dan kebutuhan suatu laboratoium.

1. Persyaratan timbangan

1.1. Spesifikasi Alat

Terdapat beberapa persyaratan timbangan yang umum digunakan di laboratorium mikrobiologi untuk menjamin ketelitian data yang dihasilkan. APHA SM 9030B (2000) menyarankan memakai timbangan dengan sensitivitas minimal 0,1 g pada beban 150 g dan sensitivitas minimal 1 mg pada beban 10 g (hal. 9.16). FDA-BAM Ch. 1 (2001) dan AOAC OM 966.23 (2005) memberikan saran bahwa dalam penimbangan sampel mikrobiologi digunakan timbangan dengan kapasitas 2000 g dan sensitivitas 0,1 g. Dari syarat diatas dapat disimpulkan bahwa untuk penimbangan sampel cukup dipilih timbangan presisi dengan sensitivitas 0,1 g atau 1 mg. Sensitivitas timbangan yang dimaksud diatas adalah nilai skala interval terkecil atau disebut juga resolusi timbangan (d).

Gambar 1. Salah satu contoh timbangan dengan kapasitas 220 g dan resolusi (skala interval) 0,01 g. Diambil dari dokumentasi pribadi.

Sedangkan ISO 7218 (2007) memberikan syarat bahwa timbangan dalam laboratorium mikrobiologi sebaiknya memiliki MPE (Maximum Permisible Error) sebesar 1% (hal. 9). OIML R 76-1 (2006) menjelaskan MPE adalah selisih pengukuran terbesar timbangan baik bernilai + atau – yang diizinkan oleh suatu aturan antara pembacaan alat dengan nilai benar yang diukur berdasarkan standar massa referensi (anak timbangan) (hal. 19).

1.2. Spesifikasi Lingkungan

Timbangan harus ditempatkan pada ruangan yang memiliki suhu konstan karena suhu dapat berpengaruh terhadap penimbangan. Deviasi suhu sebaiknya tidak lebih dari 5 °C per jam. RH yang sesuai untuk penimbangan adalah sekitar 40 – 60% untuk timbangan kelas I dan II. Timbangan harus terhindar dari cahaya matahari langsung dan dijauhkan dari alat pengubah suhu misalnya oven atau freezer (EDQM Annex 8, 2013: 4). Syarat lainnya yaitu timbangan harus diletakkan di tempat yang minim pengaruh aliran udara, misalnya AC, fan, pintu atau pergerakan operator. Perlu dipertimbangkan untuk meletakkan timbangan pada meja semen atau batu yang tertanam pada lantai untuk memperkecil getaran. Meja ini sebaiknya tidak mempunyai komponen besi atau plastik untuk mencegah kemungkinan adanya efek magnet atau listrik statis. Listrik statis akan semakin meningkat jika RH semakin menurun, Selain itu timbangan juga memiliki sumber tegangan listrik yang konstan. Sekeliling timbangan dijaga supaya rapi dan bersih. Jika perlu disediakan kuas untuk pembersihan debris sampel setelah menimbang.

2. Penanganan Timbangan

Berikut beberapa saran penggunaan timbangan secara umum yang patut diperhatikan.

• Jika sampel yang akan ditimbang berada dalam refrigerator, maka harus dilakukan penyesuaian pada suhu ruangan sebelum ditimbang untuk mencegah kondensasi.
• Jika timbangan memiliki cover maka selalu tutup pintu saat pembacaan berlangsung.
• Jika timbangan dipindahkan ke tempat baru maka harus dilakukan pengecekan antara terlebih dahulu sebelum digunakan.
• Selalu memposisikan level bubble dengan benar sebelum penggunaan timbangan.
• Mengecek self–adjusting alat setelah menghidupkan alat. Self–adjusting ini umumnya dinamai kalibrasi internal yang sistemnya terintegrasi pada alat dan prosedurnya dapat mengikuti manual pabrikan.
• Jika timbangan berada dalam posisi mati (bukan standby) maka akan membutuhkan beberapa waktu (satu jam sampai satu hari tergantung tipe alat) untuk aklimatisasi setelah dihidupkan.

2.1. Penimbangan Bahan

Berikut metode umum penimbangan dengan perhitungan selisih (weighing by difference).

Metode 1

• Tempatkan wadah pada tengah pan timbangan.
• Tombol tara ditekan sehingga display menunjukkan 0 dan wadah tidak terhitung.
• Bahan atau sampel ditambahkan.
• Pembacaan bahan dicatat jika telah stabil (W_m)
• Bahan dipindahkan ke penampung terakhir.

Metode 2

• Bahan atau sampel ditambahkan pada wadah.
• Bahan dan wadah ditimbang lalu pembacaannya dicatat jika telah stabil (W_tot).
• Bahan dipindahkan ke penampung terakhir
• Wadah ditimbang lalu pembacaanya dicatat jika telah stabil (W_r)
• Berat bahan yang ditimbang (W_m) dihitung dari W_tot-W_r

Setiap timbangan memiliki batas (kapasitas) yang harus tidak dilampaui. Sebaiknya dipilih timbangan yang memiliki kisaran berat bahan yang akan ditimbang sehingga tercapai akurasi penimbangan yang diinginkan. Total berat wadah atau kontainer (disebut juga receivers/weighing vessel) dan material harus tidak melebihi batas tersebut. Wadah yang digunakan sebaiknya kering, bersih dan memiliki berat sekecil mungkin. Wadah yang umumnya digunakan adalah botol, piring kaca, corong, labu, atau kertas. Pemilihan wadah tergantung dengan tipe bahan (liquid, solid atau powder) dan jumlah bahan yang akan ditimbang.

Umumnya jika akan menimbang media maka dapat menggunakan wadah berupa botol atau erlenmeyer lalu langsung ditambah air destilasi sesuai resep sehingga tidak ada sisa media. Selain itu spatula yang digunakan harus dibersihkan atau diganti jika menimbang media yang berbeda. Substansi yang dapat menghambat pertumbuhan bisa saja mengkontaminasi media lainnya.

Gambar 2. Contoh wadah berupa piring gelas untuk menimbang. Diambil dari dokumentasi pribadi.

2.2. Penanganan Anak Timbangan

Suatu standar massa dengan beragam berat dan ukuran yang digunakan untuk mengkalibrasi alat disebut sebagai anak timbangan atau test weight atau disebut juga check weight. Anak timbangan yang digunakan untuk pengecekan antara ini seharusnya tidak boleh disentuh dengan tangan. Sisa minyak dari tangan yang menempel dapat menambah nilai anak timbangan tersebut. Anak timbangan dengan berat kecil dapat ditangani dengan pinset dan anak timbangan yang besar dapat diangkat dengan sarung tangan (yang terbuat dari chamois, katun atau plastik). Anak timbangan juga harus disimpan pada suhu ruang yang konstan dan dihindarkan dari alat pemanas seperti oven atau inkubator. Lebih baik anak timbangan didimpan dalam container tertutup dan diletakkan di dekat alat. Pembersihan anak timbangan dapat dilakukan dengan kain pembersih khusus yang disebut lint–free cloth yang dibasahi dengan sedikit pelarut seperti dietil eter.

Gambar 3. Anak timbangan dengan berbagai massa. Diadaptasi dari “Calibration Masses, ASTM/ANIS and OIML Standards, Individual Weights”, dari http://unisciencelab.com/product/calibration-masses-astm-class-4-weights/

3. Pengecekan Antara Timbangan

Terdapat beberapa parameter penting untuk mengetahui bahwa timbangan tersebut memiliki kesalahan, diantaranya adalah pengecekan drift, precision, accuracy dan eccentricity yang dapat digambarkan pada grafik berikut.

Grafik 1. Grafik yang menggambarkan berbagai parameter pengecekan antara timbangan. Grafik lonceng menggambarkan sebaran data pengecekan precision dan drift, garis putus-putus adalah grafik selisih dengan nilai benar (pengecekan accuracy) dan titik-titik pada pan timbangan adalah bagan pengecekan eccentricity. Diadaptasi dari “Good Weighing Practice^® – The Standard, Science Based Weighing”, oleh Mettler Toledo (2013:6)

Lebih baik pengecekan antara ini diuji pada titik penimbangan yang sering digunakan, terutama yang tertera pada metode yang dianut, misalnya 50 g sampel. Berikut cara pengecekan antara timbangan dengan anak timbangan terkalibrasi yang dirangkum berdasarkan beberapa referensi.

3.1. Pengecekan Drift Timbangan

Drift (hanyutan) adalah perubahan yang terjadi pada layar timbangan digital yang mengindikasikan bahwa pembacaan tidak stabil yang sangat dipengaruhi oleh faktor lingkungan, misalnya suhu, listrik statis, medan magnet, aliran udara atau getaran. Terdapat dua versi cara dalam menentukan nilai ini dan dengan keberterimaan dan referensi yang berbeda.

Metode	Syarat	Interval
Penentuan batas keberterimaan.	Diterima jika Pembacaan masuk dalam kisaran μ ± 0,0002 g	Setiap penggunaan
1. Anak timbangan (test weight) diletakkan pada tengah pan timbangan lalu catat hasil penimbangannya
2. Penimbangan diulangi beberapa kali.
3. Rata-rata pengulangan (μ) tersebut dapat dihitung.
4. Batas keberterimaan ditentukan dari rata-rata (μ) ± 0,2 mg atau 0,0002 g (untuk timbangan analitik (0,0001)).
5. Penentuan ini dilakukan setelah timbangan dikalibrasi eksternal secara keseluruhan.
Pengecekan setiap penggunaan
1. Sebelum pemakaian, timbangan dicek menggunakan anak timbangan yang sama.
(USP 40 <1251>, 2011)
1. Anak timbangan (test weight) diletakkan di tengah pan timbangan lalu catat hasil penimbangannya.	Diterima jika RSD < 0,05%	Setiap 6 bulan sekali
2. Penimbangan diulangi setiap 5 menit dalam jangka waktu 30 menit pada pagi dan siang hari.
3. SD dan RSD dapat dihitung dari data tersebut
(EDQM Annex 8, 2013:8)
Catatan : Pengecekan drift ini hanya dilakukan pada timbangan dengan digit desimal 5, 6 atau 7.

Contoh perhitungan (USP):

d (skala interval) = 0,0001 g

w (anak timbangan) = 20 g

Penentuan batas keberterimaan

w =	20,0000	g
x1 =	19,9983	g
x2 =	19,9986	g
x3 =	19,9984	g
x4 =	19,9983	g
x5 =	19,9986	g
μ =	19,9984	g
μ + 0,0002 =	19,9986	g
μ – 0,0002 =	19,9982	g

Sehingga didapatkan kisaran toleransi: 19,9982 – 19,9986 g

Pengecekan setiap penggunaan :

Tanggal	Pembacaan	Kesimpulan
12/03/18	19,9983 g	diterima
13/03/18	19,9982 g	diterima
15/03/18	19,9975 g	ditolak perlu dikaji faktor lingkungan yang berpengaruh

3.2. Pengecekan Precision Timbangan

Precision adalah ukuran atau nilai keberulangan hasil penimbangan. Precision disebut juga repeatability. Uji ini digunakan untuk mengevaluasi kesalahan acak timbangan. Perhitungan ini hampir sama dengan drift timbangan namun dengan pengulangan yang dilakukan saat itu juga dengan kondisi seragam dan operator yang sama, sedangkan perhitungan drift lebih mengarah kepada reproducibility penimbangan karena mempertimbangkan waktu, faktor lingkungan dan mungkin oleh operator yang berbeda. Berikut dua cara pengecekan precision dengan referensi yang berbeda.

Metode	Syarat	Interval
1. Anak timbangan (test weight) diletakkan pada tengah pan timbangan lalu catat hasil penimbangannya.	Diterima jika 2SD/N ≤0,1% atau 2×0,41d/N ≤0,1%. (USP 40 <41>, 2011)	Setahun sekali
2. Anak timbangan yang digunakan harus memiliki berat 5-100% dari C (kapasitas timbangan).
3. Penimbangan diulangi sebanyak 10 kali. SD dihitung dari 10 pengulangan tersebut.
4. Jika SD > 0,41d maka memakai rumus 2SD/N.
5. Jika SD < 0,41d maka nilai SD diganti dengan 2×0,41d dan memakai rumus 2×0,41d/N.
(USP 40 <41>, 2011)
1. Anak timbangan (test weight) diletakkan pada tengah pan timbangan lalu catat hasil penimbangannya.	Diterima jika SD ≤ 5d (EDQM, 2013:7)	Setahun sekali
2. Anak timbangan yang digunakan harus memiliki berat 50% dari C (kapasitas timbangan).
3. Penimbangan diulangi minimal sebanyak lima kali.
4. SD dihitung dari pengulangan tersebut.
(EDQM, Anex 8, 2013:7)
Keterangan : SD : standar deviasi. d : interval skala timbangan. N : berat terkecil yang diinginkan (yang direncanakan ditimbang). Nilai N ini ditentukan oleh pengguna sesuai keperluan, semakin kecil maka membutuhkan keberulangan data yang semakin seragam supaya diterima. C : kapasitas timbangan.
Catatan : Anak timbangan dalam pengecekan ini tidak perlu dikalibrasi karena faktor utamanya bertumpu pada keberulangan data bukan pada nilai benarnya.

Terdapat dua pilihan syarat perbandingan SD dengan 0,41d pada prosedur diatas. Hal ini karena timbangan selalu memiliki ketidakpastian dan 0,41d adalah pembulatan batasan kesalahan tersebut.

Nilai berat terkecil (N) pada notasi diatas bukan berat minimum yang didefinisikan secara umum. Nilai N lebih merupakan batas penggunaan yang dipilih dan sangat berpengaruh kepada keberterimaan precision. Sedangkan definisi berat minimum (minimum weight atau minimum operating range) dengan notasi M_min adalah jumlah material terkecil yang dapat ditimbang secara akurat dengan memperhitungkan eror penimbangan. Jika berat sampel berada dibawah berat minimum, maka nilai eror penimbangan akan lebih besar daripada nilai yang terukur yang membuat pembacaan tidak dapat dipercaya (lihat grafik).

Dari nilai SD presisi ini dapat ditentukan nilai berat minimum. Berat minimum (M_min) dapat diturunkan dari berat terkecil (N) diatas:

Jika SD > 0,41d

2 SD/N ≤ 0,1%

M_min = 2SD × 1000

Jika SD < 0,41d

2 × 0,41d/N ≤ 0,1%.

M_min = 2 × 0,41d × 1000

M_min = 820d

Grafik 2. Grafik yang menggambarkan batas berat minimum (OR_min = x mg). Tidak diperbolehkan untuk menimbang pada area abu-abu karena kesalahan sangat tinggi (melebihi batas akurasi 0,1%). Batas terkecil penimbangan (N) dapat diambil di sembarang titik diatas berat minimal sampai kapasitas maksimum sesuai penggunaan. Diadaptasi dari “USP General Chapter <41>: Determining of the Operating Range of a Balance”, oleh Sartorius (2017).

Contoh perhitungan precision :

Diketahui :

d (skala interval) = 0,01 g

C (kapasitas timbangan) = 220 g

w (anak timbangan) = 20 g

N (berat minimal yang dipakai) = 0,1 g

Penentuan kisaran anak timbangan

Persyaratan = 5-100 % . C

r (kisaran) = 5 % × 220 g – 100 % × 220 g

= 11-220 g

w = 20 g (dalam kisaran 11-220 g)

Kesimpulan = anak timbangan yang digunakan memenuhi syarat.

Data:

xi		(xi-μ)2
20,05	g	0,000361
20,00	g	0,000961
20,02	g	0,000121
20,00	g	0,000961
19,99	g	0,001681
19,98	g	0,002601
20,07	g	0,001521
20,06	g	0,000841
20,08	g	0,002401
20,06	g	0,000841
μ =		20,031
Σ(xi-μ)2 =		0,01229
SD =		0,01229 / 9
=		0,03695 g

nilai 0,41d =	0,41 . 0,01
=	0,0041 g
karena =	SD > 0,41d
maka syarat =	2 SD/N ≤ 0,1%.
2 SD/N =	(2 × 0,03695)/0,1 ≤ 0,1%.
kesimpulan =	0,739 > 0,1% precision ditolak

Catatan : dapat dilihat bahwa nilai N sangat berpengaruh. Semakin besar nilai N yang dipilih maka semakin longgar keberterimaanya. Jika misalnya N diubah menjadi 1g maka nilai precision akan diterima.

Jika memakai cara kedua :

syarat =	SD < 5d
5d =	0,05
kesimpulan =	0,03695 < 0,05 precision diterima

Selain itu dapat dihitung berat minimum timbangan yaitu :

M_min = 2SD × 1000

M_min = 2 × 0,03695 × 1000

M_min = 73,7 g

Artinya timbangan dengan skala interval 0,01 g memiliki titik minimum untuk menimbang sebesar 73,7 g. Angka ini cukup besar karena keberulangan data yang didapatkan tidak baik.

Jika misalnya SD yang didapatkan kurang dari 0,41d maka :

M_min = 820d

M_min = 8,2 g

3.3. Pengecekan Accuracy Timbangan

Accuracy adalah derajat kedekatan suatu pengukuran kepada nilai benar dari massa yang sedang diukur (accuracy disebut juga trueness). Uji ini dilakukan untuk mengevaluasi kesalahan sistematik timbangan.

Metode	Syarat	Interval
1. Anak timbangan diletakkan pada tengah pan timbangan lalu catat hasil penimbangannya.	Diterima jika μ dalam kisaran ± 0,1% dari berat anak timbangan	Setahun sekali
2. Anak timbangan yang digunakan harus memiliki berat 5-100% dari kapasitas timbangan.
3. Penimbangan diulangi sebanyak 10 kali. 4. Nilai rata-rata (μ) dapat dihitung dari pengulangan tersebut.
(USP 40 <41>, 2011)
EDQM (2013:7) memberikan persyaratan lain yaitu perulangan minimal 5 kali dengan tiga anak timbangan 5%, 50% dan 100% dari kapasitas timbangan
Catatan : Nilai benar massa anak timbangan yang telah dikalibrasi pada parameter ini sagat penting. Oleh karena itu nilai ini harus dibatasi. Pembatasan tersebut bertumpu pada ketidakpastian kalibrasi eksternal anak timbangan. Ketidakpastian kalibrasi anak timbangan harus tidak lebih besar dari 1/3 nilai keberterimaan accuracy yang digunakan.

Contoh perhitungan :

Diketahui :

d (skala interval) = 0,01 g

C (kapasitas timbangan) = 220 g

w (anak timbangan) = 20 g (ketidakpastiannya memenuhi syarat)

N (berat minimal) = 0,1 g

Perhitungan accuracy

xi		(xi-μ)2
20,05	g	0,000361
20,00	g	0,000961
20,02	g	0,000121
20,00	g	0,000961
19,99	g	0,001681
19,98	g	0,002601
20,07	g	0,001521
20,06	g	0,000841
20,08	g	0,002401
20,06	g	0,000841

μ =	20,031 g
kisaran =	μ ± (0,1 % × w)
=	μ ± (0,1 % × 20 g)
=	μ ± 0,02 g
=	19,98 – 20,02 g
kesimpulan =	20,031g diluar kisaran accuracy tidak diterima

Grafik 3. Grafik perhitungan accuracy pada timbangan.

3.4. Pengecekan Eccentricity Timbangan

Eccentricity adalah kesalahan yang berhubungan dengan variasi posisi penimbangan pada pan timbangan.

Metode	Syarat	Interval
1. Anak timbangan disiapkan dengan berat minimal 1/3 dari kapasitas timbangan yang diuji. Jika tidak ada dapat diganti dengan benda solid lain, misal botol.	Diterima jika RSD <0,05 %	Setahun sekali
2. Anak timbangan diletakkan pada tengah dan keempat sudut pan (sesuai gambar) lalu hasil penimbangannya dicatat. (peletakan pada sudut berada ½ sampai ¾ jarak dari pusat ke tepi).
3. RSD dari data yang diperoleh dapat dihitung.
EDQM (2013:8)

Contoh perhitungan :

hasil			(xi-μ)2
1	20,07	g	0,001024
2	20,07	g	0,001024
3	20,01	g	0,000784
4	20,00	g	0,001444
5	20,04	g	0,000004

μ =	20,038
Σ(xi-μ)2 =	0,00428
SD =	0,000856
RSD =	4,27× 10-05
persyaratan =	≤ 0,05 %
kesimpulan =	4,27 × 10-05 ≤ 0,05 eccentricity diterima

Persyaratan keberterimaan berbagai indikator pengecekan antara yang didasarkan kepada referensi USP (farmasi) diatas kemungkinan akan sangat ketat jika diaplikasikan untuk bidang mikrobiologi pangan, pakan dan lingkungan. Persyaratan ini dapat diubah sesuai kebijakan laboratorium (dapat dipilih angka keberterimaan lain) sehingga lebih mendekati keadaan sebenarnya di lapangan.

Indra Pradhika, 2019

4. Referensi

AOAC OM 17.2.01. 966.23 Microbiological methods, AOAC Official Method of Analysis Microbiological Methods (2005).

APHA, AWWA & WEF Standard method for examination of water and wastewater 9030: Laboratory apparatus. (2004).

EA-4/10 G:2002 Accreditation in Microbiological Laboratories, European Co-operation for Accreditation. (2002).

EDQM Annex 8 Qualification of Equipment Annex 8: Qualification of Balances. OMCL Network Guideline “Qualification of Equipment”; PA/PH/OMCL (12) 77 7R. European Directorate for the Quality of Medicines & Healthcare. (2013).

FDA-BAM Chapter 1, Food Sampling and Preparation of Sample Homogenate. (2001). Diperoleh dari: www.fda.gov/Food/FoodScienceResearch/ LaboratoryMethods/ucm063335.htm

IANZ AS LAB C1 Spesific Criteria for Accreditation, Biological testing. (2008). International Accreditation New Zealand. Diperoleh dari: http://www.ianz.govt.nz/wpcontent/uploads/2012/05/AS_LAB_C11_Reference _Materials_Producers.pdf

ISO 7218:2007 Microbiology of Food and Animal Feeding Stuffs – General Requirements and Guidance For Microbiological Examinations. (2007).

Mettler Toledo (2013). Good Weighing Practice^® – The Standard, Science Based Weighing. Mettler Toledo

NATA General Accreditation Guidance User Checks and Maintenance of Laboratory Balances (2018).

NATA Spesific Accreditation Criteria Calibration ISO IEC 17025 Annex Mass and Related Quantities (2018)

OIML R 76-1 Non-automatic Weighing Instruments Part 1: Metrological and Technical Requirements – Tests. Organisation Internationale de Métrologie Légale (2006).

Sartorius (2017). USP General Chapter <41>: Determining of the Operating Range of a Balance. Diakses dari: http://balances.com/sartorius/minimum-sampleweight.html

UKAS LAB 15 In-house Calibration and Use of Weighing Machines. United Kingdom Accreditation Sevices (2015).

Unisciencelab (2019). Calibration Masses, ASTM/ANIS and OIML Standards, Individual Weights. Diakses dari: http://unisciencelab.com/product/ calibration-masses-astm-class-4-weights/

USP 40 Chapter <1251>, Weighing on Analytical Balance. United States Pharmacopoeia (2011).

USP 40 Chapter <41>, Balances. United States Pharmacopoeia (2011).