KETIDAKPASTIAN PENGUKURAN URANIUM TOTAL DALAM LARUTAN PEB U3Sh-AI PASCA IRRADIASI MENGGUNAKAN METODE TITROPROSESSOR

Transkripsi

1 ISSN Hasil-hasil Penelitian ESN Tahun 2009 KETIDAKPASTIAN PENGUKURAN URANIUM TOTAL DALAM LARUTAN PEB U3Sh-AI PASCA IRRADIASI MENGGUNAKAN METODE TITROPROSESSOR Aslina Br.Ginting ABSTRAK KETIDAKPASTIAN PENGUKURAN URANIUM TOTAL DALAM LARUTAN PES U3SirAI PASCA IRRADIASI MENGGUNAKAN METODE TITROPROSESSOR. Sesaran burn up atau fraksi bakar pe/at elemen bakar (PES) U3Si-AI dengan tingkat muat uranium (TMU) 2,96 g/cm3 pasca irradiasi dapat ditentukan melalui perhitungan isotop 235U, 137Cs dan U total. Kandungan U total dalam larutan PES U3Si-AI pasca iiradiasi dapat di analisis dengan menggunakan alat Titroprosessor. Tahapan proses penentuan U total dimulai dengan pemotongan, penimbangan dan pelarutan PES U3Si AI pasca iiradiasi yang dilanjutkan dengan pengenceran dalam labu 25 ml yang secara keseluruhan dikerjakan menggunakan tangan manipulator di dalam hotcell. Setelah diperoleh larutan PES U3Si-A/ dengan paparan radiasi tertentu kemudian ditransfer ke R.135 untuk dianalisis kandungan U totalnya. Karena pengerjaan ini menggunakan tangan manipulator, maka banyak memberikan sumber kesalahan terhadap pengukuran. Da/am usaha untuk mendapatkan rentang pengukuran yang benar maka terhadap langkah langkah proses pengerjaan analisis U total tersebut dilakukan eva/uasi konstribusi sumber sumber kesalahan yang memberikan besaran. ketidakpastian pengukuran. Dari hasil analisis dan perhitungan ketidakpastian diperoleh bahwa kandungan U total di dalam PES U3Si-AI sebesar 0,1716 g/l dengan ketidakpastian pengukuran sebesar ± 0,00354 g/l pad a derajat kepercayaan 95%. Kata kunci : burn up, PES U3Si-AI,pasca iiradiasi, U total, hotcell dan ketidakpastian pengukuran., PENDAHULUAN Salah satu peralatan pengujian yang ada di laboratorium Instalasi Radiometalurgi PTSN SATAN adalah Titroprosessor. Alat ini dapat digunakan untuk menganalisis kandungan uranium di delam bahan bakar baik sebelum radiasi maupun setelah di radiasi. Dalam usaha untuk mengetahui apakah suatu metode pengukuran yang digunakan telah valid maka perlu diketahui beberapa parameter validasi, salah satunya adalah simpangan baku dan ketidakpastian pengukuran[1j.pada penelitian ini dilakukan penentuan kandungan U total dalam PES U3Si2-A/ TMU 2,96 gu/cm3 pasca irradiasi. Penentuan kandungan uranium dengan metode Titroprosessor didasarkan kepada prinsip oksidasi dan reduksi. Fenomena reaksi oksidasi reduksi ini didasarkan kepada perubahan U(IV) dioksidasi menjadi U(VI) dengan kalium dikromat sebagai titran. Sebe/um proses titrasi dilakukan, terlebih dahulu semua ion uranium di reduksi menjadi U(IV) dengan menambahkan reduktor garam Ferro Sulfat. Sedangkan untuk meningkatkan kete/itian dan memperbaiki kemampuan deteksi titik ekivalen atau titik akhir titrasi perlu ditambahkan Vanadium (IV) yang berperan menaikkan kecepatan pencapaian kesetimbangan pad a titik ekivalen. Pad a kegiatan ini telah dila'~ukan proses pemotongan, pelarutan, penimbangan dan pengenceran dari PES U3SirAI TMU 2,96 gu/cm3 pasca irradiasi. Kegiatan dilakukan di hotcell HC 109 IRM (Insta/asi Radiometa/urgi), kemudian di transfer ke R.135 untuk selanjutnya dianalisis kandungan uranium totalnya menggunakan metode Titroprosessor. Semua langkah- langkah pengerjaan diatas akan memberikan sumbangan kesalahan sehingga dipandang perlu untuk melakukan estimasi perhitungan ketidakpastian pengukurannya, karena antara ketidakpastian pengukuran dengan kesalahan sangat berkaitan, dimana ketidakpastian memadukan semua kesalahan yang dilakukan menjadi suatu rentang tunggal pengukuran 181

2 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN Ketidakpastian Pengukuran adalah suatu parameter yang menetapkan rentang nilai yang didalamnya diperkirakan nilai benar suatu pengukuran berada, mengukur rentang tersebut dikenal sebagai pengukuran ketidakpastian. Kesalahan pengukuran adalah suatu perbuatan sengaja atau tidak sengaja yang dilakukan oleh operator dalam melakukan suatu pengukuran sehingga sumber sumber kesalahan tersebut harus diestimasi karena memberikan konstribusi terhadap nilai pengukuran. Sumber-sumber kesalahan pengukuran antara lain adalah[2.3]: a. Kesalahan Makro meliputi : Sampling Preparasi contoh Penimbangan Kalibrasi Alat Standard atau Reagent yg digunakan Metode yg belum valid Personil b. Kesalahan Mikro meliputi 1 sid 3. Pembacaan Data (pengamatan) yang dapat dilihat pada skema 1. Sampling Homogenkan contoh Ketidakser~gaman harus diperhatikan Preparasi contoh I Rekaveri = I C yang ditambahkan x 100% Analit terekstrasi 100% dari matrik contoh C campuran - C contoh 182

3 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun Ketidakpastian Kesalahan menimbang dalam Kesalahan dalam memipet larutan Kalibrasi timbangan Pembacaan skala dan pengulangan Kalib.vol pipet Pembacaan iniskus Faktor muai larutan Sampling Homogenkah contoh? Ketidakseragaman harus diperhatikan Preparasi Contoh C yangdari ditambahkan matrik contoh x 100% Apakah analit terekstraksi 100% Recovery harus diperhatikan C campuran - C contoh 183

4 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN Kalibrasi Peralatan Temperatur Oven 100 ± 3 C Volume Labu takar 100 ml ± 0,1 ml Kesalahan Random Penimbangan berulangkali standar massa 10 9 memberikan data (g): 10, , , , , , , , , ,0001 Kesalahan Sistematik Penimbangan bahan yang bersifat higroskopis tidak menyatakan berat bahan yang sebenarnya Personil Ketrampilan dan ketelitian seorang analisis akan memberikan pengaruh pada besar kecilnya nilai ketidakpastian pengukuran Sumber Informasi Untuk Pengukuran Ketidakpastian [3,4] 1. Spesifikasi Pabrik Spesifikasi pabrik untuk labu takar 100 ml kelas A adalah ± 0,08 ml Sfesifikasi pabrik untuk volume pipet 2 ml kalas A adalah ± 0,01 ml 2. Data Pustaka Dalam hand book dinyatakan nilai koefisien muai volume dari air<adalah < 1 x 10-3 C-1 Dari pustaka diketahui data bahwa ketidakpastian Hidrogen (H) adalah ± 0, Data Validasi Metode atau Data dari Log book Presisi (Ketepatan): Repeatability - QC Reproducibility - Uji Profisiensi berat atom Presisi atau ketepatan menunjukkan besarnya fluktuasi dari hasil penentuan yang berulang kali (repeatability) Akurasi (Ketelitian) - CRM Akurasi atau ketelitian menunjukkan seberapa jauh suatu analisis menyimpang dari harga sebenarnya (standar). Akurasi : Kesesuaian antara hasil analisis dengan nilai standard yang masih dapat diterima Secara umum menentukan Ketidakpastian Pengukuran dilakukan dengan langkah- langkah sebgai berikut [5] : I. Menyusun suatu model dari langkah pengerjaan II. Menentukan semua faktor yang dapat memberikan konstribusi kesalahan terhadap hasil pengukuran III. Buat diagram Cause and Effect atau Fish Bone IV. Kelompokkan faktor diatas kedalam kategori komponen ketidakpastian V. Estimasi masing-masing komponen ketidakpastian sehingga ekivalen dengan simpangan baku (~) VI. Gabungkan komponen ketidakpastian baku untuk menghasilkan ketidakpastian baku gabungan (~G) VII. Laporkan hasil perhitungan dalam bentuk ketidakpastian yang diperluas (k=2, pada derajat kepercayaan 95%) 184

5 ISSN HasH-hasH Penelitian EBN Tahun 2009 TATA KERJA Besarnya ketidakpastian pengukuran kandungan uranium total dari PEB U3Si2-AI pasca irradiasi dengan metode Titroprosessor dimulai dengan proses pemotongan, penimbangan, pelarutan dan pengenceran PEB U3Si2-AI dengan TMU 2,96 gu/cm3 pasca irradiasi seperti yang terlihat pad a Gambar 1. Seluruh kegiatan preparasi PEB U3Si2-AI dilakukan di hotcell sehingga besaran sumbangan kesalahan dari pemipetan (pipet), vial,iabu dan peralatan gelas lainnya disetarakan terhadap kesalahan penimbangan. PEB U3Si2-AI TMU2,96 gu/cm3 pasca irradiasi Pemotongan, dimensi 3 x 3 x1,37 mm Penimbangan = 32 mg Pelarutan dengan HCL 6M & HN03 6M Kalibrasi timbangan Penimbangan berat wadah Penimbangan berat wadah + cuplikan Presisi penimbangan Pengenceran dalam labu 25ml Kalibrasi timbangan Berat Labu ukur 25 ml Berat labu ukur 25 + pelarut Larutan Uranil Nitrat Presisi penimbangan ipet 1 ml Masukkan ke dalam 5 vial, Ditimbang Kalibrasi timbangan Penimbangan berat vial ---. Penimbangan berat vial + cuplikan Presisi Penimbangan Ditransfer ke R Vial Analisis Isotop Cs-137? - Spektrometer Pipet, pengenceran Presisi metode,titrasi. Gambar.1 Alur Pengerjaan Penentuan Uranium total dengan Titroprosesor 185

6 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN HASIL DAN PEMBAHASAN Dari langkah pengerjaan penentuan kandungan uranium total dalam PEB U3Si2-AI pasca irradiasi dengan metode Titroprosessor dibuat diagram Fish bone untuk menggkelompokkan sumber-sumber kesalahan yang ada seperti yang terlihat pad a Gambar 2. Penimbangan PEB (A) Penimbangan Labu takar (B) W kosong Labu kosong W kosong 1PEB U3S~-AI Labu kosong + pelarut S Kosentrasi alkosong Presisi metode Kalibrasi ~ial Penqulangan kosong + larutan PEB P~iSi Titrasi dah Titroprosesor (D) Penih,bangan Vial (C) Gambar 2. Diagram Fish Bone Uranium perhitungan' ketidakpastian pengukuran U total dengan Titroprosessor dimulai dari faktor kesalahan langkah penimbangan PEB U3Si2-AI, penimbangan labu takar, penimbangan vial dan kesalahan titrasi dengan metode Titroprossesor. A. Penimbangan PEB U3Si2-AI 1. Langkah -Langkah Pengerjaan Penimbangan PEB U3Si2-AI sebanyak (32 mg) Dilarutkan dalam 5 ml HCI + HN03 Diencerkan dengan air dalam labu takar 25 ml 2. Proses Penimbangan PEB U3Si2-AI Data Penimbangan : Berat wadah kosong Berat wadah + PEB U3SirAI Berat PEB U3Si2-AI = 32,0822 mg = 64,0822 mg = 32 mg 3. Kalibrasi Timbangan Pada sertifikat kalibrasi timbangan terbaca ± 0,05 mg dengan tingkat kepercayaan 95%. Ketidakpastian kalibrasi = 0,05/1,96 mg = 0,026 mg Ketidakpastian kalibrasi timbangan harus dihitung 2 kali karena penimbangan dilakukan 2 kali, yang mencakup wadah kosong dan wadah + PEB U3Si2-AI 4. Presisi Ketidakpastian ini berasal dari penimbangan yang berulang Penimbangan 3 kali memberikan simpangan baku sebesar 0,104 mg Maka ketidkpastian presisi, I.Jpresisi = s 1 vn = 0,104/v3 JJ presisi = 0,06 mg 186

7 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 Setelah dilakukan penimbangan kemudian dihitung: ~ (penimbangan) = 2 X (0,026)2 + (0,06) 2. ~ (penimbangan PEB U3SirAI = 0,070 mg B. Penimbangan Labu Takar 25 ml 1. Proses Penimbangan Labu Takar 25 ml Data Penimbangan : Berat Labu takar 25 ml Berat labu takar + Pelarut Berat Pelarut = 23251,1 mg = 49675,067 mg = 26417,46 mg + Pelarut (HCI +HN03) 2. Kalibrasi Timbangan Pada sertifikat kalibrasi timbangan terbaca ± 0,05 mg dengan tingkat kepercayaan 95 %. Ketidakpastian kalibrasi = 0,05/1,96 mg = 0,026 mg Ketidakpastian kalibrasi timbangan harus dihitung 2 kali karena penimbangan dilakukan 2 kali, yang mencakup labu takar kosong dan labu takar + pelarut 3. Presisi Ketidakpastian ini berasal dari penimbangan yang berulang Labu 25 ml Penimbangan LabuKoscing Berat 23251, ,026417, ,826417, ,126417,4 Berat 49675,067 LabuKosong 49668, , ,2Berat Pelarut + Pelarut 26417,46 (mg) 0,11547 (mg) Penimbangan 3 kali memberikan simpangan baku sebesar 0,11547 mg Maka ketidkpastian presisi, ~ presisi = s 1 vn = 0,11547/v3!.J presisi = 0,066 mg Setelah dilakukan penimbangan kemudian dihitung: ~ (penimbangan) = X (0,026)2 + (0,066) 2 ~ (penimbangan Labu Takar + Pelarut) = 0,075 mg 187

8 Hasi/-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN c. Penimbangan Vial 1. Proses Penimbangan Vial + Larutan PES U3Si2-AI 1ml Data Penimbangan : Berat Vial kosong = 6,7763 mg Berat Vial kosong + Larutan PEB U3Si2-AI 1ml = 7,8533 mg Berat Larutan PEB U3SirAI 1ml = 1,0743 mg 2. Kalibrasi Timbangan 3. Presisi Pada sertifikat kalibrasi timbangan terbaca ± 0,05 mg dengan tingkat kepercayaan 95 %. Ketidakpastian kalibrasi = 0,05/1,96 mg = 0,026 mg Ketidakpastian kalibrasi timbangan harus dihitung 2 kali karena penimbangan dilakukan 2 kali, yang mencakup vial kosong dan vial + Larutan PEB U3SirAI 1ml Ketidakpastian ini berasal dari penimbangan yang berulang Penimbangan Berat Berat PEB Kosong 6,7763, 6,7687,9201, Vial U3SirAI 7,8533 7,8751,068 7,7651,011 Vial (ma)(mq) Kosong PEB 1,0743 Berat U3Si2-AI 1ml + Lar Larutan 1ml 0,0482 Penimbangan 3 kali memberikan simpangan baku sebesar 0,0482 mg Maka ketidkpastian presisi, I-J presisi = s 1 vn = 0,0482/v3 II presisi = 0,0278 mg Setelah dilakukan penimbangan kemudian dihitung: II (penimbangan) = 2 X (0,026)2 + (0,0278)2 II (penimbangan Vial + Larutan PES U3Si2-AI) = 0,046 mg Mengubah komponen-komponen ketidakpastian agar mampunyai satuan yang sama 0, IJ (x)1 x 0,070 0,075 0, ,04281 mg 0,046 mg Pelarut,46HCI satuan32 IJ (x) 1,0743 satuan NilaiX Penimbangan Vial Larutan 188

9 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 Ketidakpastian Baku Gabungan dari Tahap Penimbangan IJ(W) = v(penimbangan PEB)2+ ( Penimbagan Labu)2 + (Penimbangan Vial)2 IJ (W) = v (0,00218)2 + (0,000003)2 + (0,04281)2 IJ (W) = 0,00401 ml D. Analisis U total dengan Titroprosessor 1. Pipet Volume 10 ml a. Kalibrasi Pipet Volume 10 ml Pabrik menyatakan bahwa pipet volume 1 ml ± 0,15 ml, pada temperatur 20 C tanpa menyebut derajat kepercayaannya. IJ (baku) pipet volume = 0,15/v 3 = 0,087 ml b. Efek Temperatur Ketidakpastian dari volume cairan dalam labu akibat efek temperatur, yang dihitung IJ (Vr) = V x? (T) x a Dari pabrik diketahui pipet volume telah dikalibrasi pada temperatur 20 C dengan koef. muai air 0,00021 C 1 dan perbedaan temperatur laboratorium ± 4 C. Muai Volume = V x?(t) x a = (10 ml) x (4 C) x (0,00021 C 1) = 0,0084 ml IJ(Efek temperatur terhadapmuai volume) = 0,0084/v3 = 0,00485 ml 2. Pengenceran dalam Labu Takar 50 ml a. Kalibrasi Volume Labu takar Pabrik menyatakan bahwa labu takar 50 ml ± 0,25 ml, pada temperatur 20 C tanpa menyebut derajat kepercayaannya. IJ (baku) volume labu takar = 0,25 Iv 3 = 0,144 ml b. Efek Temperatur Ketidakpastian dari volume cairan dalam labu akibat efek temperatur, yang dihitung IJ (Vr) = V x? (T) x a Dari pabrik diketahui labu takar telah dikalibrasi pad a temperatur 20 C dengan koef. Muai air 0,00021 C 1 dan perbedaan temperatur laboratorium ± 4 C. Muai Volume = V x?(t) x a = (50 ml) x (4 C) x (0,00021 C 1) = 0,042 ml IJ(Efek temperatur terhadap muai volume) = 0,021/v3 = 0,024 ml Ketidakpastian Baku Gabungan Faktor Pengenceran Dalam Melakukan Titrasi dengan Titroprosessor Asal 0, ,00485ml 0,024ml satuan lj(x)/x10 Nilai50 189

10 Hasil-hasil Penelitian ESN Tahun 2009 ISSN IJf/f = v (0,000485)~ + (0,00048)~ = 0, IJf = 0,000682x f = 0,000682x 50/10 IJf (pengenceran) = 0, Rerata SO Presisi Metode Ketidakpastian presisi metode berasal dari pengukuran yang berulang dengan alat Tiroprsosesor. Pengukuran 3 kali memberikan data dan simpangan baku sbb: Pengukuran ke: Kandungan 0,182 0,172 0,161 0,0105 0,1716 Uranium (g/l) Maka ketidkpastian presisi, hi presie;i = s Ivn = 0,01 05/v3 IJ presisi metode Titro = 0,00606 g/l E. Ketidakpastian Gabungan (Penimbangan Dan Titrasi) lj(kosen) I (kosen Uranium) =V IJ(W) I (W)z + lj(f) I(f)z + IJ (Presisi Metode) = v (0,00401)2 + (0,00341)2 + (0,00606)2 = 0, g/l = 0,00802 x 0,1716 g/l lj(kosen) = 0, g/l F. Ketidakpastian Diperluas Ketidakpastian diperluas pada proses penentuan kandungan U total dari PES U3Si2-AI pasca iradiasi adalah = 2 x 0, g/l = 0,00354 g/l Kosentrasi Uranium total dalam larutan PES U3Si2-AI sebesar = 0,1716 ± 0,00354 g/l Rentang Pengukuran kandungan U total di dalam PEB U3Siz-AI pasca irradiasi dengan metode Titroprosessor sebesar 0,1716 ± 0,00354 g/l 190

11 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 KESIMPULAN Telah diperoleh langkah -Iangkah dan rumusan perhitungan ketidakpastian pengukuran kandungan uranium total didalam bahan bakar U3Si2-AI tingkat muat uranium (TMU) 2,96 gu/cm3 pasca irradiasi menggunakan metode Titroprossesor dengan rentang pengukuran kandungan U total sebesar 0,1716 ± 0,00354 g/l pad a derajat kepercayaan 95%. DAFTAR PUSTAKA [1] SNI ,"Dokumentasi Sistem Mutu Laboratorium", Badan Standardisasi Nasional (BSN ), Tahun [2] ROBERT L, ANDERSON, "Practical Statistics for Analytical Chemists" Van Nostrand Reinhold Company, New York,1987. [3] JULIA KANTASUBRATA," Dasar Ketidakpastian Pengukuran" Pengantar ISO Guide Uncertainty of Measurment, Serpong Maret 2007 [4] EURACHEM/CITAC,"Quantifying Uncertainty in Analytical Measurement",Second Edition,2000. [5] Aslina Br.Ginting,"Diklat Ketidakpastian Pengukuran" Coaching UV-VIS Laboratorium Uji Bahan PTBN -PUSDIKLAT BATAN,