PENGEMBANGAN ANALISIS MENGGUNAKAN XRF UNTUK PENENTUAN UNSUR Pb, Fe DAN Ti DALAM LARUTAN DENGAN METODE TETES. Rosika K.', S. Fatimah", Arif N.

Transkripsi

1 Risa/ah Seminar //miah Ap/ikasi /stp dan Radiasi, 2{)()6 PENGEMBANGAN ANALISIS MENGGUNAKAN XRF UNTUK PENENTUAN UNSUR Pb, Fe DAN Ti DALAM LARUTAN DENGAN METODE TETES Rsika K.', S. Fatimah", Arif N.' Peneliti, PTBN-BATAN,PUSPIPTEK, Serpng Pranata Nuklir PTBN-BATAN,PUSPIPTEK, Serpng ABSTRAK PENGEMBANGAN ANALISIS MENGGUNAKAN XRF UNTUK PENENTUAN UNSUR Pb, Fe dan Ti DALAM LARUTAN DENGAN METODE TETES. Analisis terhadap bahan cair dapat dilakukan melalui 2 (dual cara yaitu dengan pengujian langsung dalam bentuk cair atau dengan menambahkan suatu matrik sehingga berbentuk padat. Dalam penelitian ini pengujian bahan cair menggunakan XRF IX-Ray Flurescence! dilakukan dengan cara meneteskan larutan ke permukaan kertas saring. Larutan standar Fe, Pb dan Ti masing-masing diteteskan pada kertas saring berdiameter 3 cm dengan variasi vlume dan knsentrasi kemudian dikeringkan. Dari hasil penelitian disimpulkan bahwa untuk knsentrasi > 5000 ppm, Pb mempunyai penyimpangan < 5%, sedangkan Fe dan Ti mempunyai penyimpangan < 10%. Kata Kunci Metde Tetes, Larutan Standar Pb, Fe dan Ti, XRF ABSTRACT THE DEVELOPMENT OF ANALYSIS BY XRF (X-RAY FLUORESCENCE) FOR DETERMINATION OF Pb, Fe, Ti ELEMENT IN STANDARD SOLUTION USING DROPPED METHOD. Analysis fr liquid can be dne by t tw methd. The first methd is direct analysis in liquid state. The secnd methd is adding sme matrix in the liquid t frm a slid state. In this experiment, the analysis was dne using the secnd methd by drpping the liquid n a filter absrber. Pb, Fe and Ti standard liquid was drpped n a 3 cm diameter filter absrber with varius vlumes and cncentratins and dried. The cnclusin f the experiment is that, Pb, Fe and Ti cntent is higher than 5000 ppm with a deviatin f < 5% fr Pb and < 10% deviatin fr Fe and Ti. Keywrds: Drpping methd, Pb, Fe and Ti standard slutin, XRF PENDAHULUAN Spektrmeter XRF (X-Ray Flurescence! adalah salah satu alat di PTBN (Pusat Teknlgi Bahan Bakar Nuklir) untuk anal isis unsur dalam sampel dalam suatu bahan secara kualitatif dan kuantitatif[i.2,]. Pada penelitian sebelumnya telah dilakukan analisis bahan padat dan serbuk. Sebagai pengembangan metde analisis menggunakan XRF dilakukan penelitian untuk pengujian bahan berbentuk cair Analisis un sur untuk sam pel dalam bentuk cair dapat dilakukan melalui 2 (dua) cara yaitu dengan pengujian langsung dalam bentuk cair atau dengan menambahkan suatu matrik sehingga berbentuk padat[2.3j. Dalam penelitian ini pengujian bahan cair menggunakan XRF dilakukan melalui cara kedua. Cara kedua dilakukan melalui metde tetes. Metde tetes dipilih karena metde ini lebih memperkecil resik kntaminasi terhadap chamber XRF. Sampel disiapkan dengan cara diteteskan pada kertas saring. Setelah diteteskan akan terjadi prses penyerapan dalam kertas saring. Dalam prses penyerapan tersebut berlaku peristiwa difusi cairan dalam padatan, dengan sumber difusi terletak pada pusat tetes larutan yang selanjutnya menyebar ke tepi kertas saring. Keadaan ini tentunya akan sampai pada kndisi larutan yang diserap mencapai tepi kertas penyerap. Hal ini mung kin akan berpengaruh pad a hasil analisis. Bahan yang digunakan sebagai sampel adalah larutan standar Fe, Pb dan Ti dengan pertimbangan unsur-unsur tersebut harus mempunyai batasan tertentu bila terdapat dalam suatu bahan bersama unsur yang lain[41.misalnya unsur Fe dalam air minum, unsur Pb dalam udara, atau unsur Ti dalam ksmetik. Bila kandungannya melebihi batas knsentrasi yang diijinkan, maka unsur-unsur terse but sangat berbahaya manusia. bagi lingkungan terutama bagi Dengan melakukan percbaan ini diharapkan akan diperleh vlume dan knsentrasi larutan Fe, Pb, Ti yang dapat diana lisis menggunakan XRF dengan met de tetes. Penentuan knsentrasi ptimal dapat dilakukan melalui perhitungan statistik dengan batas kepercayaan 95%[51. 57

2 Risalah Seminar Ilmiah Aplikasi Islp dan Radiasi, 2006 BAHAN DAN METODELOGI Bahan Larutan Pb, Fe dan Ti masing-masing dengan knsentrasi ppm Kertas saring What man 40 Pipet ukur bermerk Eppendrph Dudukan sampel Nitrgen eair Akuades Peralatan Lampu infra red DX-95 EDAX Spectrmetre System DX-4 EDAX Analyzer & Cmputer System Tata Kerja : Kalibrasi energi dilakukan memakai standar AI-2024 (Energi Al 1,486KeV dan Cu 8,040KeV) pada kndisi tegangan 14kV, kuat arus 100uA dan vakum 300mTrr. Larutan standar Pb, Fe dan Ti yang mempunyai knsentrasi ppm diteteskan pada kertas saring diameter 3 em dengan variasi vlume 50 ill, 100 ill, 150 ill, 200 ill, 250 ill, 300 ill, 350 ill dan 400 ill, selanjutnya dikeringkan di bawah lampu infra red. Pengukuran dengan XRF untuk memperleh vlume ptimum. Unsur Pb diukur pada tegangan 18 kv arus 100 IlA vakum 300 mtrr selama 300 detik, sedangkan Fe dan Ti diukur pada tegangan 14 kv arus 100 IlA selama 300 detik. Pengukuran dilakukan dengan 3 (tiga) kali pengulangan. Larutan Pb, Fe, dan Ti masing-masing dieneerkan dengan akuades sehingga knsentrasinya 500 ppm, 1000 ppm, 2000 ppm, 4000 ppm, 5000 ppm, 8000 ppm, pada vlume ptimal untuk masing-masing unsur, kemudian diteteskan pada kertas saring berdiameter 3 em, selanjutnya dikeringkan di bawah lampu infra red. Pengukuran larutan dengan variasi knsentrasi di atas dilakukan pada vlume ptimum dengan kndisi tegangan, arus dan waktu yang sarna dengan kndisi pengukuran ptimasi vlume. Dilakukan perhitungan standar deviasi dan Chi Square (x,2) A. Perhitungan standar deviasi (s) S = -J [ ( ~ X - X ) 2 I ( n - 1 )] dengan S = standar deviasi ~ X = jumlah nilai eaeahan dari n pengukuran X = nilai eaeahan rata-rata dari n pengukuran n = pengulangan pengukuran B. Perhitungan Chi Square (X2! X2 = ( ~ X - X ) 2 I X2 = (n - 1 ) S2 I X2 Akurasi (ketepatan) pengukuran dengan batas kepereayaan 95% Analisis data. HASIL DAN BAHASAN Sebelum dilakukan pengukuran, maka dilakukan kalibrasi energi dengan menggunakan paduan lgam AICu (AI2024! pada tegangan 14kV arus 100uA dan vakum 300mTrr. Dari hasil pengukuran diperleh bahwa un sur Al mempunyai energi 1,486 kev dan Cu mempunyai energi 8,040 kev. Nilai tersebut sesuai dengan energi sinar-x transisi elektrn dari rbital elektrn L ke rbital elektrn K untuk unsure Al dan Cu161 Spektrum kalibrasi energi tampak pada gambar 1. I.,,~'f' ~t!<j!4!i.»:~;oo!~::>o<-t "''''IX Gambar 1. Spektrum Kalibrasi Energi Al2024 Pengukuran yang berhubungan dengan energi suatu unsur dalam bahan menggunakan XRF sangat berkaitan dengan nilai reslusi alat tersebut. Reslusi merupakan kemampuan detektr untuk memisahkan dua puneak energi yang saling berdekatan (daya pisah). Reslusi yang diperleh dari hasil kalibrasi sekitar 144 ev(7).hal ini telah memenuhi persyaratan dari pabrikan. Spektrum yang muneul pada pengukuran larutan Pb, Fe dan Ti masing-masing seperti pada gambar 2, gambar 3 dan gambar 4. dengan puneak Pb pada energi 10,55 kev, puneak Fe pada 6,4 kev dan puneak Ti pada 4,51 kev. Pada gambar 2, 3 dan 4 muneul puneak Pb pada energi 10,55 kev, puneak Fe pada 6,4 kev dan puneak Ti pada 4,51 kev. Bila dibandingkan ketiga gambar tersebut, intensitas larutan Pb lebih rendah dibandingkan dengan intensitas Fe dan Ti pad a gambar 3 dan 4. Hal ini disebabkan leh intensitas yang muneul pada spektrum larutan Pb pada energi kulit L, sedangkan intensitas yang 58

3 Risalah Seminar Ilmiah Aplikasi Istp dan &ldiasi, 2006 Gambar 2. Spektrum Larutan Standar Pb l-nhl: P..:l0000ppn' - r~1..'1)8 "~t:nl)n.., I.rvc Tinu: ::'\00 :"i-i-(;' Fr-; ,...,.- I...,,,,,.. ". 21K) 4 n,>()(i K,OO ItdH, <:,~s; 0 (;111 ; 2:54 K.,V UOfl Gambar 3. Spektrum Larutan Standar Fe "whul '11IUOOHI'1H'n -.ik:.':.1.".r,,~t : NrhJ :'5.. 1 C FS '17U_... ~ T 1.00 ~I(}O 6,()O ~U1(, 10,(10 120<.> 1-'\.00.lb.OO Iflr}() CPS : n enhi :,]84 K/JV; lo,()() 2:fI.('O Gambar 4. Spektrum Larutan Standar Ti energi kulit K. Pada analisis suatu bahan menggunakan XRF, intensitas sinar-x pada kulit L lebih rendah daripada intensitas sinar-x pada kulit K. Energi kulit L unsur Pb pada 10,55 key dan 12,61 key, sedangkan energi kulit K unsur Pb pada 74,22 key dan 84,92 key. Energi kulit Pb tidak dapat terukur karena melebihi limit deteksi alat yaitu 30 kev!7j. Larutan Pb, Fe dan Ti ppm diukur untuk vlume yang bervariasi. Dari pengukuran terse but diperleh hash seperti 59

4 RiS<llahSeminar Ilmiah Aplikasi Islp dan Radiasi, 2006 ditunjukkan pada Gambar 5, Gambar 6 dan Gambar 7. Tabell. Knsentrasidan Intensitas/CacahanRata-RataUnsur Pb, Fe dan Ti denganvariasiknsentrasi,0<> po Fe Pb Ti 42, ,824 39,342 22,790 33,235 29, , ,923 Rata 15, , , ,850 64,345 87,443 44,883 25, ,833 Unsur 41, , ,545 Cacahan 0, , , , , , ,0011 0,0004 0,0045 0,0077 0,0178 0,0173 4,881 5,351 3,016 Chi 0,661 0,902 0,066 0,014 Relative,593 0,006 0,605 0,003 3,930 0,445 0,359 9,691 0,038 0,012 3, ,488 4,434 0,010 1,515 5,973 1,987 0,248 1,831 1,481 0,379 Knsentrasi 6,581 1,251 Ippml MJ,I24 0,513 2,528 0,703 0,997 0, ,779 Nilai 0,827 Deviasi 3,262 7,313 0,058 4,162 5,045 2,634 2,127 1,920 1,595 SD Standar Square il~:>0 '0 I~~~."0.00 I 2~0 "'00,~() '0 l. _ ~. Vl...-.-:. (ul) 3"" ~''':K) a :loo 1"'''0 1M.t! an v.... _ Ti (ul) Gambar5. Pengaruh Vlume Larutan Pb, Fe, Ti Terhadap IntensitasSinar-X Pada gambar 5 dapat dilihat bahwa vlume ptimum untuk larutan Pb adalah 150 ~L. Larutan Pb mempunyai penyebaran yang lebih cepat sehingga pada 150 ~L sudah mencapai kndisi ptimum. Semakin banyak larutan yang diteteskan pada kertas saring, maka semakin banyak bahan terlarut terserap dari pusat tetesan menuju tepi kertas saring. Luas maksimum yang terkena sinar-x pada sampel adalah 5,73 cm2, sedangkan luas kertas saring 7,07 cm2 Pad a vlume 50 pl sampai dengan 150 pl, larutan Pb yang diteteskan pada kertas saring masih bisa terserap dalam luasan yang terkena sinar-x. Selanjutnya pada vlume di atas 150 pl sampai dengan 400pL, larutan terse but akan terserap hingga ke tepi kertas saring sehingga ada bagian larutan yang tidak terukur yang menyebabkan intensitas sinar-x karakteristik berkurang. Hal ini berlaku juga pad a larutan Fe (gambar 61 dan larutan Ti (gambar 7). Kndisi ptimum untuk Fe dan Ti tercapai pada vlume 250 ~L. Setelah vlume 250 ~L, kndisi peresapan masih stabil dibandingkan dengan peresapan yang terjadi pada larutan Pb. Optimasi vlume yang telah dilakukan digunakan untuk pengukuran larutan dengan knsentrasi yang bervariasi. Dari hasil perhitungan menggunakan Prgran Excell diperleh cacahan/intensitas rata-rata dan standar larutan Pb, Fe dan Ti seperti ditunjukkan pada tabel 1. Nilai Chi Square yang diperleh untuk analisis larutan Pb dari tabel di atas antara 0,002 sampai dengan 0,038. Dalam tabel appendix D halaman 28T51 untuk derajat kebebasan (DFI 4 dan tingkat kepercayaan 95% nilai Chi Square adalah 0,711. Jadi dari hasil tersebut, nilai Chi Square yang diperleh lebih kecil dibandingkan dengan nilai Chi Sqaure dalam tabel[51. Maka hasil perhitungan dapat diterima pada tingkat kepercayaan 95 %. Hasil perhitungan nilai Chi Square larutan Fe an tara 0,0001 sampai dengan 0,0178. Dengan menggunakan tabel yang sarna pada DF = 2 nilai Chi Squre pada appendix D adalah 0,103. Maka maka nilai Chi Square Fe juga jauh lebih kecil daripada nilai tabel. Oleh karena itu hasil perhitungan diterima pada tingkat kepercayaan 95 %. Demikian juga dengan larutan Ti, nilai Chi Square dapat diterima pada tingkat kepercayaan 95 %. Selanjutnya dari tabel di at as dibuat grafik kalibrasi pengukuran larutan Pb, Fe dan Ti seperti pad a gambar 6. Tampak pada gambar 6, hubungan antara knsentrasi dan intensitas sinar-x karakteristik untuk ketiga larutan Pb, Fe, dan Ti adalah linear. Hal ini dapat dijelaskan untuk knsentrasi bahan yang tinggi, aka prbabilitas prses eksitasi prduksi sinar-x juga tinggi, sehingga semakin besar knsentrasi dalam sampel maka intensitas semakin tinggi!61. 60

5 ,"isalah Seminar Ilmiah Aplikasi Istp dan Radiasi, 2006 "'I 50 g 40 I J ' Kn... i n (pp"") V" 0,00.3 he". 149'7$ R',: "' K~'r.u.1 Pb (pp"n) y : ~ R~ Ken.. i F. (ppm) Gambar6. Hubungan Antara KnsentrasiDengan Intensitas Sinar-XKarakteristikPb, FedanTi Knsentrasi hasil pengukuran dibanding knsentrasi analit (Pb, Fe dan Ti) mempunyai perbedaan. Perbedaan nilai tersebut dinyatakan sebagai % penyimpangan dan dihitung menggunakan rumus : % Penyimpangan = (knsentrasi penqukuran - knsentrasi sertifikat) x 100 % knsentrasi sertifikat Perbedaan nilai dan penyimpangannya dapat dilihat pada tabel 2 dan gambar 7. «Dari tabel 2 terdapat perbedaan antara knsentrasi hash pengukuran dengan sertifikat. Pad a gambar 7 dan tabel 2 dapat dilihat bahwa penyimpangan pengukuran larutan Pb < 5 0/0 untuk knsentrasi antara 5000 ppm sampai dengan ppm. Hal ini menunjukkan bahwa analisis XRF memberikan hash yang relatif baik mulai knsentrasi 5000 ppm, mengingat XRF adalah alat analisis unsur utama dalam bahan. Untuk knsentrasi larutan Pb < 5000 ppm memberikan hash yang mempunyai penyimpangan yang cukup besar. Sedangkan Fe dan Ti penyimpangannya < 10 % mulai knsentrasi 5000 ppm sampai ppm, tetapi pada knsentrasi 2000 ppm penyimpangan < 5 0/0. Kndisi pada knsentrasi 2000 ppm sebenarnya sudah menunjukkan kndisi yang cukup baik, tetapi pada knsentrasi 4000 ppm penyimpangan > 5 0/0. Faktr yang dapat memberikan kntribusi kesalahan adalah pada saat preparasi sam pel dan prses penyerapan unsur yang berbeda terhadap kertas saring. Penyimpangan knsentrasi unsur Pb untuk knsentrasi 500 ppm sampai dengan 4000 ppm lebih tinggi daripada penyimpangan unsur Fe dan Ti, karena intensitas sinar-x unsur Pb yang terdeteksi lebih sedikit «40 cacah / 300 detik) dibandingkan dengan intensitas unsur Fe dan Ti (> 40 cacah / 300 detikl. Sebaliknya penyimpangan knsentrasi unsur Pb untuk knsentrasi 5000 ppm sampai dengan ppm lebih rendah daripada penyimpangan unsur Fe dan Ti karena intensitas sinar-x unsur Pb yang terdeteksi leh alat 100 cacah / 300 detik) mempunyai intensitas yang lebih rendah daripada Fe dan Ti (> 100 cacah / 300 detik!. Selain itu sinar-x unsur Pb yang terdeteksi leh XRF adalah pada kulit L, sedangkan unsur Fe dan Ti pada kulit K. Tabe12. Perbandingan Knsentrasi Pengukuran dan Teritis Un sur Pb, Fe dan Ti Knsentrasi 4,494 37, ,7 2908,9 8668,8 2025,2 9796,7 5382,2 1,150 9, ,333 84,705 FeTi 7, ,0 16,904 7,644 2,033 27, ,9 8,36 Pb 29,000 73,167 9, ,1 923,5 46, ,5 7640,5 3323,8 51,542 1, ,0-501,7 8097,2 2580,0 4917,2 1, ,7 1,656 5, ,3 268,3Knsentrasi Pengukuran Penyimpangan (ppm! (%! 500 Pb 61

6 Risalan Seminar Ilmian Aplikasi Istp dan Radiasi, 20;)6 DAFI'AR PUSTAKA ie J e Kn ntr Gambar 7. Knsentrasi Pengukuran Knsentrasi Standar Larutan Fe (pprn) ~,~~"===~,,.._J Kn. ntr.$f Larutan "T1 (ppn'1;) Dibandingkan 1. BERTIN, E.P., "Principles and Practice f X-Ray Spectrmetric Analysis", 2nd ed., Plenum, New Yrk JENKINS, RON and DE VRIES, "Practical x Ray Spectrmetry", 2nd Ed., Macmillan Lndn, ROSIKA K. dkk, "Penggunaan Metde Tetes pada Pengukuran Uranium dengan Gara Fluresensi Sinar- X", Prsiding Presentasi Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir VI, Jakarta 7-8 Npember MSDS (Material Safety Data SheetL Genium Published Crpratin, New Yrk, Juli ANDERSON, ROBERT L., "Practical Statistics fr Analytical Chemists", van Nstrand Reinhld Cmpany, New Yrk, Tabel Peridik Unsur, Phillips, Manual Alat EDAX DX-95 XRF, SIMPULAN DAN SARAN Pengulangan pengukuran (ripitabilitas) memenuhi kriteria pada batas kepercayaan 95 % sedangkan kndisi yang relatif baik diperleh pada vlume 150 J.1L dengan knsentrasi ppm untuk Pb, untuk Fe dan Ti pada vlume 250 J.1L dengan knsentrasi yang sarna yaitu ppm. Dengan demikian dapat dinyatakan bahwa metde tetes bisa digunakan sebagai alternatif metde analisis menggunakan XRF untuk bahan cair yang mengandung unsur Pb, Fe atau Ti dengan syarat dilakukan ptimasi kapasitas serapan matrik bahan. Selanjutnya disarankan agar dikembangkan metde analisis bila un sur terse but bercampur dengan unsur lain dalam suatu matrik bahan yang berbeda-beda dan untuk unsur yang lain dalam bahan cair. DISKUSI HENDIG WINARNO Apakah metde pernah/belum banyak pengukuran Pb, Fe dan Ti? tetes digunakan ini belum untuk ROSIKA K. Belum pernah. Oleh karena itu diperlukan percbaan ini mungkin ada infrmasi baru 62