KUALIFIKASI ALAT SPEKTROMETER UV-Vis UNTUK PENENTUAN URANIUM DAN BESI DALAM -U30S --

Transkripsi

1 Hasil Hasil Penelitian EBN Tahun 2005 ISSN KUALIFIKASI ALAT SPEKTROMETER UV-Vis UNTUK PENENTUAN URANIUM DAN BESI DALAM -U30S -- Syamsul Fatimah, Yanlinastuti, Yoskasih ABSTRAK KUALlFIKASI ALAT SPEKTROMETER UV-VIS UNTUK PENENTUAN KONSENTRASI URANIUM DAN BESI DALAM U3 Os. Telah dilakukan kualifikasi alat spektrometer UV-Vis untuk penentuan konsentrasi uranium dan besi dalam U30a menggunakan pengomplek ammonium tiosianat. Menurut sistem mutu pengujian SNI setiap alat uji sebelum digunakan harus dikalibrasi dan dikualifikasi agar diketahui rentang kemampuan pengukurannya. Kalibrasi alat dilakukan dengan bahan standar Holmium Filter sedangkan kualifikasi dilakukan dengan penentuan variasi konsentrasi senyawa amonium tiosianat, penentuan kestabilan dari amonium tiosianat dan penentuan daerah kerja serta linieritas. Dari hasil kalibrasi diperoleh panjang gelombang yang memberikan absorbans maksimum pada 360,53 nm. Pada sertifikat manual operasi alat dipersyaratkan panjang gelombangnya 360,8:!: 0,3, sehingga alat dapat berf1lngsi dengan baik. Dari hasil kualifikasi ternyata konsentrasi amonium yang optimum pada 0,1 M, kestabilan amonium tiosianat dengan bertambahnya waktu akan menurunkan absorbansi, sehingga pengukuran absorbansi harus langsung dilakukan setelah terbentuk senyawa kompleks. Daerah kerja untuk uranium adalah antara 0,82 pp sampai kurang dari 30 ppm, sedangkan daerah kerja untuk besi adalah antara 0,16 ppm sampai dengan 10 ppm. Simpangan untuk uranium adalah 0,109 % dan simpangan untuk besi adalah 0,284 % serta akurasi dari uranium adalah 94,6 % dan besi adalah 94,99 %. Dengan hasil analisa diatas maka alat spektrometer UV-VIS dinyatakan telc:h terkualifikasi. PENDAHULUAN Didalam bahan bakar nuklir selain mengandung uranium juga mengandung beberapa impuritas. Salah satunya imfuritas adalah unsur besi yang tidak boleh melebihi batas ambang didalam bahan bakar nuklir yang diizinkan, karena memungkinkan unsur besi tersebut mudah mengalami korosi terhadap bahan bakar. Korosi dalam bahan bakar akan menurunkan unjuk kerja bahan bakar karena dapat merusak meat (daging) bahan bakar keluar dari kelongsongnya, sehingga menyebabkan air pendingin dalam reaktor terkontaminasi. Dalam usaha untuk mengetahui besarnya kandungan uranium dan impuritas Fe diladalam bahan bakar maka perlu dilakukan analisis terhadap unsur tersebut. Salah satu alat spektrofotometer yang dapat digunakan untuk menganalisa kandungan unsur uranium dan Fe didalam bahan bakar adaiah alat UV-VIS. Dalam usaha untuk memperoleh hasil analisis kandungan unsur uranium dan Fe dalam bahan bakar yang akurat menggunakan UV-VIS, harus menggunakan metode yang valid sehingga dapat memberikan data hasil analisis yang akurat. Karena penggunaan metoda yang valid dapat meningkatkan kepercayaan terhadap hasil pengukuran. Metoda yang digunakan untuk analisis uranium dan impuritas besi dalam U30a adalah metoda uji dari NBL (New Brunswick Laboratory ).11] Untuk mendapatkan hasil analisis uranium dan Fe yang akurat ada beberapa faktor teknis yang dapat berpengaruh, antara lain adalah unjuk kerja, daerah linieritas kerja,metoda yang digunakan, personil dan peralatan yang harus terkalibrasi serta terkualifikasi. Kalibrasi dilakukan dengan menggunakan standar holmium filter dengan tujuan untuk mengetahui kondisi alat apakah berfungsi dengan baik[21. Setelah diketahui kondisi alat baik, kemudian dilakukan kalibrasi lanjutan menggunakan metode yang valid terhadap standar uranium dan standar besi. Dari hasil kalibrasi diperoleh hubungan antara kosentrasi dengan absorbansi. Besaran absorbansi dan 182

2 ISSN Hasil Hasil Penelitian EBN Tahun 2005 kosentrasi kemudian dievaluasi sehingga diperoleh batas daerah linearitas kerja, persamaan regresi, dan koefisien regresi. Setelah diperoleh batas daerah linearitas kerja, persamaan regresi, dan koefisien regresi kemudian dilakukan kualifikasi alat. Tujuan dari kualifikasi ini adalah untuk mengetahui batas kemampuan alat spektrometri UV-Vis untuk digunakan sebagai alat analisa terhadap unsur uranium dan besi (III) dengan pengompleks amonium tiosianat. Dari data hasil kualifikasi alat kemudian dievaluasi untuk menghitung besaran akurasi, presisi dan besar penyimpangan dari pengukuran. PRINSIP ALA T UV-Vis Spektrometri UV-Vis adalah salah satu metoda analisis yang berdasarkan pada penurunan intensitas cahaya yang diserap oleh suatu media. Berdasarkan penurunan intensitas cahaya yang diserap oleh suatu media tergantung pad a tebal tipisnya media dan konsentrasi warna spesies yang ada pada media tersebut. Spektrometri visible umumnya disebut kalori, olel1 karena itu pembentukan warna pad a metoda ini sangat menentukan ketelitian hasil yang diperoleh. Pembentukan warna dilakukan dengan cara penambahan pengompleks yang selektif terhadap unsur yang ditentukan13] Pada penelitian Inl dipilih pengomplek ammonium tiosianat karena pengomplek ini bereaksi cepat dengan uranium dan besi, membentuk senyawa kompleks dari uraniumsianat (kuning muda) dan besisianat yang bewarna merah terang" Sehingga dapat diketahui konsentrasi dari uranium dan besi (III) tersebut. Beberapa parameter yang berpengaruh dalam penentuan unsur uranium dan besi dengan metoda spektrometri UV - Vis diantaranya ph larutan, waktu (akan mempengaruhi kestabilan warna), dan konsentrasi pengompleks Analisis dilakukan dengan 7 kali pengulangan. Kemudian dilakukan evaluasi untuk mengetahui penyimpangan pengukuran serta ketidakpastian pengukuran. Dari hasil ini akan diperoleh metoda dan alat septrometer UV-Vis yang terkualifikasi. METODELOGI PENELITIAN Alat : Spektrometer UV - Vis Lamda 15, Bahan Holmium filter untuk mengkalibrasi alat, Standard uranium dan standar Besi dengan konsentrasi ppm, Standar U30e sebagai sampel, TBP/OK 70 % Ammonium tiosianat, Asam klorida dan Asam tatrat. Tata Kerja A. Kalibrasi dengan holmium filter untuk mengetahui kondisi alat. Holmium filter dimasukkan kedalam sam pel cell holder, di scan panjang gelombang pada MiniMax 320,0 I 400,0 setelah didapatkan panjang gelombang optimum maka set panjang gelombang pada alat MiniMax 355/365, cek grafik apakah panjang gelombangnya 360,8 ± 0,3 nm[3]. B. Kalibrasi dengan uranium standard an Fe standar untuk mengetahui hubungan antara kosentrasi dengan absorbansi kemudian dievalusi untuk memperoleh batas daerah linearitas kerja, persamaan regresi, dan koefisien regresi C. Preparasi sampel Sampel U30a ditimbang seberat 0, kemudian dilarutkan dalam HN03 dan air dengan perbandingan 1: 1. Setelah larut diekstraksi dengan TBP 10K 70 % sampai tiga kali pengulangan. Uranium yang terikat dalam TBP/OK diencerkan hingga volume 100 ml dan fasa air yang mengandung imfuritas Fe dimasukan kedalam labu 25 ml.untuk siap dianalisis kosentrasinya. D. Kualifikasi Alat 1. Penentuan konsentrasi uranium dalam U30a Buat deret standar uranium dengan konsentrasi : 0 ppm, 2 ppm, 6 ppm, 10 ppm, 14 ppm, 20 ppm, 6 ppm, 30 ppm kedalam labu ukur 25 ml. Terhadap masing-masing standar uranium tambahkan asam tatrat 0,5 ml dan larutan kromogenik 1 C ml (campuran asam askorbat, larutan glycol dan amonium tiosianat) lalu diencerkan dengan air demin hingga tanda batas. Tentukan panjang gelombang optimum dengan mengambil salah satu dari deret standar, setelah didapatkan panjang gelombang maksimum maka dapat ditentukan absorbansi dan kosentrasi 183

3 Hasil Hasil PeneHtian EBN Tahun 2005 ISSN dari masing-masing standar dan absorbansi dari larutan sampel. 2. Penentuan konsentrasi besi dalam U30S Buat deret standar besi pada konsentrasi: 0 ppm, 2 ppm, 4 ppm, 6 ppm, 8 ppm, 10 ppm kedalam labu ukur 25 ml. Pad a mas:ng-masing standar besi ditambahkan 1 ml asam klorida 1:1 lalu ditambahkan larutan amonium tioianat 2 ml. Tentukan panjang gelombang yang optimum pada salah satu deret satandar besi. Setelah didapatkan panjang gelombang optimum maka ditentukan absorbansi dari masing-masing standar besi dan juga tentukan absorbansi dari larutan sam pel. HASIL DAN PEMBAHASAN A. KALIBRASI DENGAN HOLMIUM FIL TER Dari hasil percobaan yang dilakukan sebanyak 5 kali pengulangan didapatkan hasil sera pan maksimum dari holmium filter pada panjang gelombang 360,53 nm, seperti yang dituangkan pada tabel-1 dan Gambar-1. Sedangkan menurut pustaka13] panjang gelombang maksimum holmium filter adalah 360,8 nm ± 0,3 nm. Dengan demikian hasil kalibrasi ini menunjukan bahwa panjang gelombang maksimum holmium filter telah memenuhi alat dapat dinyatakan kriteria manual operasi alat sehingga dalam kondisi baik untuk digunakan. Dari table-1, terlihat bahwa kondisi alat setiap minggu stabil dan alat dalam keadaan berfungsi dengan baik. B. ANALISIS TERHADAP URANIUM Penentuan daerah kerja untuk uranium. Dalam penentucm daerah linearitas kerja terhadap uranium dilakukan anal isis terhadap blanko dan uranium standar dengan berbagai kosentrasi menggunakan pengompleks larutan amonium tiosianat. Dari hasil analisis diperoleh hubungan antara variasi kosentrasi standar uranium dengan absorbansi, kemudian dievaluasi untuk menentukan daerah linearitas kerja dari uranium seperti yang dituangkan pada Tabel-2 dan Gambar-2. Dari tabel 2 terlihat bahwa daerah linearitas kerja untuk uranium dengan senyawa kompleks 8 M terdapat pada daerah konsentrasi 0,82 ppm sampai dibawah konsentrasi 30 ppm dengan persamaan regresi y= 0,037 x , R2 = 0,9941 pada panjang gelombang 314,0 nm. Besar konsentrasi uranium dalam U3 Os dengan absorban 0,491 adalah 15 ppm, dengan efesiensi striping uranium dengan HN03 0,5 N dipanaskan pada suhu 65 C sampai 70 C. Pada literratur NUKEM "Document Contract Nukem BATAN" West Jerman GmBH, Hanau ( 1982) kemampuan striping adalah 83 % maka konsentrasi uranium didalam U3Os adalah 94,6 %. C. ANALISIS TERHADAP BESI 1. Penentuan Konsentrasi Senyawa Kompleks ( NH4SCN ) untuk besi Pada penentuan konsentrasi optimum senyawa komplek amonium tiosianat dilakukan untuk mengetahui kosentrasi amonium tiosianat yang memberikan hasil absorbansi yang optmal. Optimasi kosentrasi ini dilakukan pada dua titik konsentrasi terhadap larutan besi (III) yaitu pada konsentrasi 5 ppm dan 10 ppm pada panjang gelombang 468,9 nm. Hasil optimasi penggunaan pengomplek amonium tiosianat dituangkan pada Tabel-2 dan Gambar-2 Dari tabel 2. dan Gambar-2, terlihat bahwa konsentrasi amonium tiosianat yang mempunyai puncak absorbansi tertinggi adalah amonium tiosianat yang berkonsentrasi 0,1 M dengan panjang gelombang 468,9 nm, karena ion besi dapat membentuk senyawa komplek besitiosianat dengan sempurna. Sedangkan konsentrasi NH4SCN dibawah maupun diatas 0,1 M absorbansinya mengalami penurunan karena pembentukan senyawa kompleknya tidak sempurna ( maksimum ) dapat dilihat pada Gambar Penentuan Panjang Gelombang Optimum Untuk Ion Besi. Gambar 3 adalah scaning panjang gelombang dari senyawa kompleks besi pada konsentrasi 2 ppm; 4 ppm; 6 ppm; 8 ppm dan 10 ppm, sehingga dapat diketahui panjang gelombang optimumnya adalah 468,9 nm. 3. Penentuan Batas Konsentrasi daerah kerja besi 184

4 ISSN Hasil Hasil Penelitian EBN Tahun 2005 Dari tabel 3 terlihat bahwa daerah.kerja untuk penentuan besi dengan senyawa pengompleks amonium tiosianat, limit deteksi berada pada konsentrasi Fe = 0,16 ppm sampai 10 ppm, jika konsentrasi 12 ppm maka mempunyai absorbansi melebihi dari 1, sehingga puncak absorbansi akan mendatar. Konsentrasi Besi dalam U30a pada absorbansi 0,387 maka konsentrasi besi adalah 101,63 ppm, persen simpangannya adalah 0,284 % serta persen akurasi adalah 94,99 % KESIMPULAN Dari analisa kualifikasi pengukuran unsur uranium dan besi menggunakan pengomplek amonium tiosianat dengan Spektrometer UV - Vis dapat disimpulkan bahwa alat spektrometer UV - Vis dalam keadaan berfungsi baik, kondisi optimum amonium tiosianat untuk unsur besi adalah pad a konsentrasi 0,1 M pada panjang gelombang 468,9 nm, setelah terbentuknya senyawa komplek besisianat dan uraniumsianat maka pada hari yang sama juga harus diukur absorbansinya. Daerah kerja untuk penentuan unsur besi adalah antara 0,16 sampai 10 ppm dan daerah kerja untuk unsur uranium adalah antara 0,82 ppm sampai kurang dari 30 ppm. Simpangan untuk uranium adalah 0,10.9.% dan untuk unsur besi 0,284 % serta akurasi untuk uranium adalah % dan untuk besi adalah 94,99 %. Dengan hasil analisa diatas maka alat spektrometer UV-Vis dinyatakan telah terkualifikasi. DAFTAR PUSTAKA. [1]. CLEMENT J RODDEN,.. Analysis of Esential Nuclear Reaktor Material ", New Brunswick Laboratory U.S Atomic Energy Commissien, [2]. PERKIN ELMER & Co Gmbh, " Manual Operation UV-VIS Spentrometer", Lamda 15, April [3]. A.1. VOGEL AND G.H. JEFFRY,''Vogel's Textbook of Quantitative Chemical Analysis", London, Longman Science and Technology, [4]. NUKEM, " Document Contract Nukem BATAN " West Jerman GmBH, Hanau (1982) i85

5 Hasil Hasil Penelitian EBN Tahun 2005 ISSN Tabel-1: Data Panjang gelombang Holmium Filter Minggu 360,5360,5 360,6360,6 360,4360,5 ( ,58 360,52 360,51 360,57 /.. ) panjang Gelombang ( /..=nm Rata-Rata ) panjang gelombang P~) Gambar-I: Kurva Kalibrasi Oari Holmium Filter Tabel-2: Daerah Linearitas Kerja untuk Uranium U Std SO% RSO Uranium U30S 1 Absorbansi Rerata 186

6 ISSN Hasil Hasil Penelitian EBN Tahun 2005 Kurva Kalibrasi Uraniu y = x R = II) t: co.c IōII).c c::( o ~ntras (ppm) Gambar-2: Kurva Linierita Kerja dari uranium Tabel-2: Variasi konsentrasi amonium tiosianat terhadap absorbansi Konsentrasi 0,281 0,322 0,369 Absorbansi 0,055 0,035 0,6255 0,7655 0,9255 0,062 0,233 0,140 0,10 Konsentrasi Fe NH4SCN ( ppm ) Konsentrasi (Molar )- I J:J ~ :;; J:J 0.3 '" Fe 10 ppm Fe 5 ppm 0.\ O.~ 0.3 Konsentrasi (Molar) 0.4 Gambar-2: Hubungan konsentrasi NH4 SCN dengan absorbansi 187

7 Hasil Hasil Penelitian EBN Tahun 2005 ISSN O'ERnN-ELMER LAMBDA 15 UII/1I15SPECTROF'HOTOMETER "'ERKIN-ELMER LAMBDA 15 UII/IIISSPECTROPHUTOMETER DATE 04-1) :24 METHOD SCAN/MANUAL SAMF'LE CYCLE ]0:23 j(j:37 ABSCISSA + 46A.l NM NH ORDINATE O.93::"{, A (1.715 A Gambar-3: Scanning Panjallg Gelombang Optimun Untuk Besi Tabel-3: Oaerah linearitas kerja untuk besi pada panjang gelombang 468,9 nm, - Konsentrasi 0,076 0,033 0,158 0,518 0,682 0,340 0,870 1,04812,005 0,002 Absorbansi Konsentrasi 10,085 4,006 0,537 6,0'17 7,870 1,950 1,023 % 0,28 0,15 2,5 2,3 0,85 0,04 7,4 1,6 - Kesalahan Fe terukur 188 3

8 ISSN Hasil Hasil Penelitian EBN Tahun 2005 Tabel-4: Hasil Pengukuran standar besi spek dan sample besi dalam U30a Konsen 0,929 0,737 0,553 0,386 0,377 0,161 RSD 0,388 0,930 0,740 0,739 0,555 0,387 0,378 0,162 0,738 0,556 0,554 0, ,379 0,002 0,001 0,284 0,057 0,131 0,175 0,238 0,309 0,000 0,002 0,388 1 (%) ABSORBANSI Rereta I I. I 1. I I 0.8. I ~ 0.6. 'co I 1: 0.4 o II) 02.c. « Konsentrasi (ppm) y = x ] R2 = , Gambar-4: kurva linieritas ion besi (III) 189