PENENTUAN KADAR N, P, K DALAM KOMPOS KACANG- KACANGAN DENGAN METODE AKTIV ASI NEUTRON CEPAT 14 MeV

Transkripsi

1 PENENTUAN KADAR N, P, K DALAM KOMPOS KACANG- KACANGAN DENGAN METODE AKTIV ASI NEUTRON CEPAT 14 MeV -, Sunardi, Ngasifudin, Elin Nuraini dad Sayono Puslitbang Teknologi Maju BATAN, Yogyakarta. ABSTRAK PENENTUAN KADAR N, P, K DALAM KOMPOS KACANG-KACANGAN DENGAN AKTIVASI NEUTRON CEPAT 14 MeV. Telah dilakukan penentllan kadar N, P, K dalam kompos kacang-kacangan dengan metode aktivasi neutron cepat /4 MeV dari generator neutron P3TM BATAN. Kompos dikeringkan pada suhu kamar kemudian digerus dengan mortar porselin, dan dip res membentuk peter dengan diameter 2 cm, tebal / cm. /radiasi dilakukan dengan neutron cepat /4 MeV pencacahan denga" alar spektrometer gamma. Berat masing-masing cuplikan yaitu: kacang kedelai 5,0/227 gram, kacang panjang 5,5/203 gram, kacang tanah 6,4305/ gram dan kacang hijau 5,/423/ gram. Hasil percobaan secara kuantitatif dengan metoda relatif menunjukkan bahwa kacang kedelai mengandung unsur N = (0.88 :1:0,07) %, unsur P =(/,88 :1:0,02) %, unsur K=(0,42 :1:0,08)%. Kacang panjang mengandung unsur N =(2,37 :1:0,03) %, unsur P =(9,50 :1:0,04) %, unsur K =(/,/ :1:0,0/) %. Kacang tanah mengandung unsur N = (2,03 :1:0,04) %, unsur P =(1/,5 :1:0,02) %, unsur K =(0,62 :1:0,05) %. Kacang hijau dengan unsur N =(/,04 :1:0,08) %, unsur P =(2,7 :1:0,05) %, unsur K =(0,5 :1:0,06)% ABSTRACT THE DETERMINATION OF N, P, K PERCENTAGE IN THE LEGUMES COMPOST USING 14 MeV FAST NEUTRON ACTIVATION. Determination of N, P, K concentration on the legumes compost using 14 MeV fast neutron activation methods from P3TM BATAN neutron generator have been done. Compost was taken from farm land and dried at the room temperature, then it was grinded using porceline mortar and pressed became pellet 2 cm diameter and I cm thickness, it was then irradiated using 14 MeV fast neutron. The sample was counted using gamma spectrometre (AccuSpec). The weight of each samples are grams of soybean, grams of cowpea, grams of peanut and grams ofmung bean. The quantitative result shown that the soybean countains (0.88 :to,07) % ofn, (1,88:to,02)% of P, and (0,42 :to,ob)% of K; the cowpea countains (2,37 :to,03) % ofn, (9,5:to,4)% of P, and (1,1 :to,oi)% ofk:thepeanutcountains (2,03:tO,O4)% ofn, (1I,5:tO,2)%ofP, and (O,62:tO,05)%ofK:themung bean countains (1,04 :to,ob)% ofn, (2,7 :to,05) %of P, and (0,5 :to,06) % of K. PENDAHULUAN T elah diketahui bersama bahwa negara Indonesia adalah negara agraris. sehingga sebagian besar penduduk Indonesia adalah petani. Untuk mencukupi kebutuhan pangan khususnya bahan yang mengandung protein maka ban yak petani menanam berbagai jenis kacang-kacangan. Protein yang dibutuhkan oleh tubuh manusia banyak terdapat pada kacang-kacangan. maka tidak sedikit para petani yang menanam jenis kacangkacangan yaitu kacang panjang. kacang tanah. kacang kedelai. kacang hijau dan lain-lain.. Salah satu usaha untuk meningkatkan hasil pertanian terse but adalah dilakukan proses penyuburan tanah dengan berbagai cara yaitu dengan diberi pupuk dari pabrik (urea), pupuk kandang (kotoran hewan) maupun pupuk yang berasal dari daun-daunan (kompos). Kompos kacang-kacangan banyak dimanfaatkan sebagai pupuk untuk menyuburkan tanaman, karena harga relatif murah dan mudah didapat. Kompos kacang-kacangan memiliki nilai komersial yang tinggi dalam bidang agronomi, karena memiliki unsur-unsur hara yang essensial untuk pertumbuhan tanaman yang terdiri dari unsur unsur makro dan mikro. Unsur hara makro relatif lebih banyak diperlukan oleh tanaman, yaitu meliputi C. H. 0, N, P, K. Sedangkan unsur hara mikro hanya dibutuhkan dalam jumlah relatif lebih sedikit, diantaranya Fe, Mn, B, Mg, S, Mo, Cu, Zn dan Cl (I). Jadi dimungkinkan kompos kacangkacangan dapat digunakan sebagai pupuk anorganik untuk penyubur tanaman. Unsur N, P, K adalah unsur makro yang mutlak diperlukan oleh tanaman. Unsur Nitrogen sangat renting dalam. pembentukan protein, merangsang pertumbuhan vegetatif dan meningkatkan hasil buah. Unsur Posfor dapat rnerangsang pembungaan, jumlah buah, bobot buah dan meningkatkan ketahanan terhadap gangguan hama dan penyakit tanaman. Disamping itu posfor berguna untuk memperkuat dinding sel dan Prosidlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan den Teknologl Nukllr

2 pembentukan DNA/RNA,(2) Unsur Potassium membentuk protein dan karbohidrat sekaligus memperkokoh tubuh tanaman agar bunga dan buah tidak berguguran (1) Dalam makalah ini akan dilakukan penentuan kadar N, P, K dalam kompos kacangkacangan dengan metode Aktivasi Pengaktifan Neutron Cepat (APNC). Pacta dasarnya teknik yang digunakan sangat sederhana yaitu cuplikan diiradiasi dengan neutron cepat 14 MeV dati generator neutron dan akan menjadi radioaktif. Dengan mengukur intensitas sinar gamma yang dipancarkan oleh radionuklida tersebut, maka unsur-unsur dalam cuplikan beserta kandungannya dapat ditentukan. Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan kadar N, P, K dalam kompos kacangkacangan dengan aktivasi neutron cepat 14 MeV, dan metode yang dipakai adalah metode relatif. Kompos kacang-kacangan yang digunakan yaitu kompos kacang kedelai, kacang hijau, kacang panjang, kacang tanah. TEORI AKTIV ASI Prinsip Dasar Analisis Aktivasi Neutron Cepat Teknik analisis APNC didasarkan pacta reaksi neutron cepat dengan inti dimana cuplikan yang akan dianalisis diirradiasi dengan menggunakan generator neutron. Inti atom unsur yang berada dalam cuplikan akan menangkap neutron dan berubah menjadi radioaktif dengan memancarkan sinar y. Sinar y yang dipancarkan umumnya memiliki energi yang sangat karakteristik untuk setiap unsur/radionuklida, sehingga dapat diidentifikasi dengan menggunakan teknik spektroskopi gamma. lumlah cacah kejadian peluruhan selama waktu untuk pencacahan (t.,) isotop adalaho): = f~,-0 ka.. e-a'dt = k --e ifjd"n (l -Aroo ) e "M(l-e-"~) A. Dengan k = E Y. dimana : E = efisiensi pencacahan Y = prosenlasi peluruhan gamma (gamma yield) Jumlah nuklida sasaran dapal dihilung dengan keselaraan mol: (1) mna N=-a BA dengan: m = massa cuplikan NA = bilangan Avogadro BA = berat atom unsur cuplikan a = kelimpahan relatif radionuklida cuplikan Dengan demikian persamaan (1) menjadi : C = ~a~(1-e-ata)e-atd(1-e-llc) (2) BA A Persamaan (2) tersebut dapat dipandang sebagai dasar dan persamaan akhir analisis aktivasi. Tujuan analisis adalah menentukan nilai m (kadar) unsur dalam suatu cuplikan. Metode Relatif Dalarn penelitian ini, untuk rnenghitung kadar cuplikan digunakan rnetode relatif. Untuk itu diperlukan cuplikan standar yang rnengandung unsur yang akan ditentukan, yang jurnlahnya telah diketahui dengan pasti. Cuplikan standar tersebut dipersiapkan tepat seperti cuplikan yang diselidiki dan diiradiasi bersarna-sarna, sehingga rnengalarni paparan neutron yang sarna besamya. Untuk rnenghitung kadar cuplikan yang diselidiki dapat dihitung dengan rurnus (4): Dengan : W = kadar unsur yang diselidiki W standar = kadar unsur standar TAT A KERJA DAN PERCOBAAN Tala Kerja Skema penelitian I P.,.J1iIilon LJ P"pOIUi cupbkan L-Ilndiasi Cupbkan L I cupbkan Il---r II -I (3) -- Prosldlng Pertemuan dan Presentasillmiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr

3 -'L~ 230 ISSN Sunardi, dkk. Penyiapan cuplikan 1. Cuplikan yang berupa kompos kacang-kacangan diambil dari petani, kompos dikeringkan dad ditumbuk/digerus halus dengan mortir porselin. 2. Cuplikan dipres dengan allat pengepres dad dimasukkan dalam wadah plastik, diberi label, kemudian ditimbang 3. Sampel standar dibuat dari Standart Reference Material (SRM) Apple leave:s dengan berat 0,5 gram Teknik Analisis N, P, K padtl Cuplikan Cuplikan kompos diaktivasi dengan neutron 14 MeV dari generator neutron selama 30 menit dan dilakukan pencacahan deng1ln alat spektrometer gamma. Diperoleh beberapa puncak spektrum dengan energi yang dapat dik,~tahui. Mengacu pada NAA (Neutron Activation Analysis) dan Neutron Activation Tables dan dengan mempertimbangkan tampang lintang reaksi, waktu para, kelimpahan isotop, mslka pada tiap-tiap puncak energi dapat ditentukan unsurnya. Jika pada energi tertentu ditempati oleh beberapa un sur, maka untuk menentukan unsu:r tersebut cuplikan perlu dicacah berulang kali sampai aktivitas cuplikan hampir habis. Kemudian dari beberapa data pencacahan, dibuat grafil~ peluruhan (decay curves) dengan menggunakan f,rogram Exel, akan diperoleh nilai persamaan gllris, sehingga T 112 (waktu para) dapat diketahui. Dengan diketahuinya waktu para isotop dan enerj~inya. maka dapat ditentukan unsurnya. Pada analisis N, neutron cepat berinteraksi dengan nitro!~en terjadi reaksi N- 14(n,2n)N-13, radionuklida yang terbentuk akan memancarkan sinar y pada energi gamma 511 ke V. sehingga pada energi ini yang akan dianalisis dengan alasan waktu para 9,96 menit, kelimpahannya 99,635 %. S~:dang untuk analisis pospor berinteraksi dengan nelltron cepat 14 MeV akan terjadi reaksi P-31 (n,<x)ai-28. Radionuklida yang terbentuk meluruh m(:mancarkan gamma dengan energi 1778 kev, pada energi ini yang akan dianalisis dengan alasan mempunyai waktu para 2,246 menit, kelimpahan 100%. Untuk menganalisis K langkahnya sarna seperti diatas lradiasi dan Pencacahan Cuplikan Cuplikan kompos kal::ang-kacangan clan sampel standar diiradiasi dengan neutron cepat 14 MeV dari generator neutron. Proses iradiasi dilakukan selama 30 menit den,gan arus deutron 600 JlA. tegangan operasi generator neutron sebesar 110 kv. Setelah iradiasi selesai kemudian dilakukan pencacahan dengan alat spektroskopi gamma (AccuSpec) menggunakan detektor HPGe dengan skema diagram seperti terlihat pada Gambar I yang terdiri dari detektor HPGe, tegangan tinggi, penguat awal, penguat, accuspec dad komputer sebagai MCA. I detektor ~eamp b- ~I AccuSpec ~ Komputer ~~ I Gambar 1. Diagram spektroskopi gamma yang digunakan BASIL DAN PEMBAHASAN Kalibrasi Energi Sebelum dilakukan pencacahan, terlebih dahulu dilakukan kalibrasi energi. Kalibrasi energi dilakukan dengan tujuan agar dalam pencacahan cuplikan diperoleh hubungan antara nomor salur yang bersesuain dengan energi cuplikan. Dalam kalibrasi energi digunakan sumber satandar Co-60 dad Cs-137 dad dengan mengikuti program (software) grecal yang ada pada AccuSpec, maka dapat ditentukan kalibrasi energi pada alat spektroskopi gamma (AccuSpec) Perhitungan kadar N, P, K pada cuplikan Berat cuplikan masing-masing yaitu : kacang kedelai 5,01227 gram, kacang panjang 5,51203 gram, kacang tanah 6,4305 I gram, kacang hijau 5,14231 gram. Berat cuplikan standar SRM = 0,5000 gram Data yang diperoleh setelah dilakukan aktivasi dan pencacahan tercantum dalam Tabel I Sedang Gambar 2 adalah salah satu contoh gambar spektrum kacang panjang setelah diaktivasi dengan neutroncepat 14 MeV. Berdasarkan hasil percobaan aktivasi seperti yang tercantum dalam Tabel I dan Gambar I, dapat dilihat bahwa spektrum energi yang dipancarkan oleh cuplikan mempunyai energi 5 like V, 1293 key dan 1778 key. Energi 511 key bisa berasal dari radionuklida N, P, K. Berdasar Neutron Activation Tables(5) dan NAA (Neutron Activation Anal)'sis) dengan mempertimbangkan waktu para, tampang lintang reaksi, kelimpahan radionuklida maka energi 511 key tersebut berasal dari radionuklida N-13 hasil reaksi N-14 (n,2n) N-13. sehingga dapal diduga bahwa encrgi 511 key - Prosldlng Pertemuan d~ln Presentasl IImlah Penelltlan Oasar IImu Pengetahuan den Teknologl Nukllr

4 Sunardi, dkk, ISSN berasal dari unsur N-14. lntensitas spektrum pada energi 511 key merupakan sumbangan dari radionuklida P, dan radionuklida K, karena radionuklida P dan K juga mempunyai energi 511 key. Energi 1293 key adalah energi gamma yang dipancarkan oleh radionuklida Ar-41 hasil dari reaksi inti K-41(n,p)Ar-41, sehingga pada cuplikan terdapat unsur K-41. Sedang energi 1778 key berasal dari radionuklida Al-28 hasil reaksi inti P- 31(n,a)Al-28. Berdasar reaksi inti tersebut dapat diduga bahwa cuplikan kompos kacang-kacangan mengandung P-31. Tabel }, Data hasil aktivasi dan pencacahan dengan generator neutron SAMES J-25 No I Cuplikan Kacang kedelai Kacang tanah Kacang panjang Kacang hijau StanrlM SRM Jumlah cacah pada energi (cps) I SIl~~ 1293keVI~keV I ~_. "'2~- 1m. T kadar N-14 pacta energi 511 key harus dikoreksi dengan cacah hasil sumbangan dari P-31 dan cacah dati K-39 pacta energi 511 kev.<6) Dengan menggunakan unsur standar yang diaktivasi dengan neutron cepat 14 MeV maka sumbangan P dan K pacta energi 511 key dapat ditentukan, sehingga kadar N-14 pacta kompos dengan energi 511 key dapat pula ditentukan. Hasil perhitungan ditampilkan dalam Tabel 2 Menentukan kadar P pada cuplikan kompos Neutron cepat 14 MeV berinteraksi dengan P-31 akan menghasilkan reaksi inti P-31 (n,a)ai-28. Radionuklida yang terbentuk akan meluruh dengan waktu paroh 2,246 menit dan memancarkan sinar y dengan energi 1778 kev.. Dengan data yang diperoleh dalam percobaan (Tabel 1) maka kadar P-31 dapat ditentukan dengan persamaan (3) yang hasilnya ditampilkan dalam Tabel 2. Menentukan Kadar K Dengan data yang diperoleh, maka kadar K dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (3) Hasil penghitungan kadar N, P, K ditampilkan dalam Tabel 2 di bawah. Tabel2. Hasil perhitungan kadar N, P, K pada komposkacang-kacangan Gambar -~ Spektrum kacang panjang hasil aktivasi neutron cepat 14 MeV Menentukan N, P, K pada cuplikan Untuk menentukan kadar unsur N, P, K dadalam cuplikan baik kompos kacang panjang, kompos kacang tanah, kompos kacang hijau, kompos kacang kedelai dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (3) Menentukan kadar N pada cuplikan kompos Neutron cepat 14.5 MeV yang dihasi1kan generator neutron berinteraksi dengan N-14 yang terkandung da1am cup1ikan kompos menghasilkan reaksi inti N-14(n,2n)N-13. Radionuk1ida N-13 yang terbentuk akan me1uruh dengan umur paroh 9,96 menit dan memancarkan sinar y dengan energi 511 kev. Jumlah cacah pada energi 511 kev ini merupakan jumlah cacah dari N, ditambah cacah dari P, dan cacah K, sehingga untuk menentukan Dengan hasil perhitungan seperti di alas memperlihatkan bahwa hasil dari keempat cuplikan sangat bervariasi yaitu: Kadar N bervariasi dari 0,63 % berat cuplikan sampai dengan 2,37 % berat cuplikan, sedang kadar P bervariasi dari 1,88 % berat cuplikan sampai dengan II,S % berat cuplikan. Kadar K bervariasi dari 0,42 % berat cuplikan sampai dengan 1,1 % berat cuplikan. Dalam perhitungan diketahuai bahwa ketiga unsur N, P, clan K dengan kadar terbesar terdapat pada kompos kacang panjang clan kacang tanah, sehingga kompos tersebut sangat efektif untuk pemupukan tanaman, karena kandungan N sang at renting dalam pembentukan protein clan meningkatkan hasil buah. Sedang unsur P dapat merangsang pembungaan clan meningkatkan ketahanan terhadap gangguan hama clan penyakit tanaman, serta unsur P berguna untuk memperkuat dinding gel clan pembentukan DNNRNA. Unsur K -- Prosldlng Pertemuan dan Presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nuklir P3TM-BATAN Vogyakarta, 27 Junl 2002

5 232 ISSN Sunardi, dkk. efektif membentuk protein dan karbohidrat dad sekaligus memperkokoh tubuh ltanaman. Analisis kuantitatif dengan metode relatif akan lebih murah, karena bahan standar yang digunakan sangat sedikit yaitu 0,5 gram, disamping itu tidak merusak bahan standar ataupun cuplikan yang diteliti. KESIMPULAN Setelah dilakukan aktivasi dan pencacahan dan dengan rnelihat spektrurn yang dihasilkan, rnaka ke 4 cuplikan rnernpunyai energi yang sarna yaitu 511 key, 1293 key dan 1778 key. Dengan NAA (Nutron Activation Analysis) dan data pada Neutron Activation Table:t dan dengan rnernpertirnbangkan tarnpang lintang aktivasi, waktu para, kelirnpahan isotop, maka energi tersebut adalah unsur N, P, K. Selain dari ketiga unsur tersebut, kemungkinan I1rlasih acta unsur yang lain tetapi dalam penelitian ini tidak teramati. Hal ini dapat terjadi karena kandungan unsurnya terlalu kecil atau waktu para terlau pendek, sehingga waktu dilakukan pencacahan intensitasnya kecil dan bahkan sudah habis. Berdasarkan basil percobaan dan perhitungan dapat disimpuilkan bahwa pacta cuplikan kompos kacang-kacangan mempunyai kandungan N, P, K yang!;angat berguna bagi tanaman. Besar kecilnya kadar N, P, K pada kompos kacang-kacangan bervariasi yaitu kadar N antara 0,63 % berat cuplikan sampai dengan 2,37 % berat cuplikan, sedang kadat, P bervariasi antara 1,88 % berat cuplikan sampai dengan 11,5 % berat cuplikan, kadar K bervariasi antara 0,42 % berat cuplikan sampai 1,1 % ber,it cuplikan. Dalam perhitungan diketahuai bahwa ketiga unsur N, P, dan K dengan kadar terbesar adalah terdapat pada kompos kacang panjang dan kacang tanah, sehingga kompos tersebut sangat efektif untuk pemupukan tanaman, karena kandungan N sangat renting dalam pembentukan protein dan meningkatkan basil buah. Sedang unsur P dapat merangsang pernbungaan dan meningkatkan ketahanan terhadap gangguajrl hama dan penyakit tanaman, serta unsur P berguna untuk memperkuat dinding sel dan pembentukan DNA/RNA.(2) Unsur K efektif membentuk protein dan karbohidrat dan sekaligus memperkokoh tubuh tanaman. Analisis kuantitatif untuk menghitung kandungan unsur dalam bahan dengan cara membandingkan dengan unsur standar, hanya memerlukan bahan standar yang kecil dan sedikit. Dengan demikian beaya y~mg diperlukan relatif sedikit sehingga cukup murah. UCAPAN TERIMA KASIH Dalarn kesempatan ini penulis mengucapkan banyak terima kasih kepada Bapak Ir H. Muryono yang telah memberikan saran dan kritik demi lancarnya penelitian ini. Terima kasih juga kepada Bapak Suraji yang telah membantu dalam aktivasi cuplikan dan pencacahan. Harapan penulis, semoga bantuan tersebut menjadikan amal yang baik dan mendapat imbalan dari Allah SWT DAFTARPUSTAKA 1. SETYAAMIDJAJA, D., Pupuk dan Pemupukan, CV. Simplex, Jakarta, SUDJA TMOKO DKK,..Analisis kandungan Fosfor Dalam Pupuk Kompos dengan Metoda Aktivasi Neutron Cepat dari Generator Neutron", Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah, PPNY-BATAN, Yogyakarta, April NARGOLWALLA, SAM..S. et.al,"activation Analysis with Neutron Generators", John Wiley and Sons, New york, SUSETY A, W., "Spektrometri Gamma dan Penerapannya dalam anal is is Pengaktifan Netron, Gadjah Mada University Press, Yogyakarta, GERHARD ERDTMANN, "Neutron Activation Tables," Kernchemie in Einzeldarstellungen Vol.6, Weinheim Verlag Chemie, New York, IAEA TRAINING COURSE ON UTILIZATION OF NEUTRON GENERATORS, Laboratory Manual, p , Debrecen, MURYONO,H. Dkk, "Phosphor and Nitrogen Elements Analysis in Tapioca Waste PrOducts by Neutron Beam Activation", Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Teknologi Akseleralor dan Aplikasinya, P3TM BATAN, Yogyakarta, TANYAJAWAB Duyeh Setiawan Nop ~ Dalam analisa kualitatif unsur 14N dengan MCA pada energi 511 KeY. Apakah pengukuran radioaktivitasnya sudah dikorcksi. Mengingat energi tersebut umumnya berasal dari poses anihilasi! bremhstalung. Prosldlng Pertemuan I:lan Presentasl IImlah Penelltlan Oasar Ilmu Pengetahuan den Teknologl Nukllr

6 Sunardi, dkk. ISSN Selain energi 14N 511 Ke V. apakah ada yang lain yang 1ebih spesifik. Sunardi.Sudah, karena waktu pencacahan dengan waktu tunda.:t 6 menit, sehingga anihilasi sudah habis..ada, tetapi mungkin intensitasnya kecil atau mempunyai t1l2 yang pendek, sehingga waktu dilakukan pencacahan intensitasnya sudah habis dan tak teramati. Sunardi.Cacah total pada energi (511) merupakan sumbangan dari cacah N ditambah cacah P ditambah cacah K. Caranya.- Aktivasi unsur standar P dan standar K pada P diperoleh ratio/perbandingan cacah 511/1778, maka ratio ini merupakan sumbangan cacah P pada energi 511 sehingga.- Kadar N = cacah total 511- Sumbangan P -Sumbangan K. Muhayatun...Bagaimana cara mengkoreksi kadar N dari analisis E 511 Key.