SERTIFIKASI BAHAN ACUAN STANDAR URANIUM DALAM URANIUM OKS IDA (UOz DAN U30S)

Transkripsi

1 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN SERTIFIKASI BAHAN ACUAN STANDAR URANIUM DALAM URANIUM OKS IDA (UOz DAN U30S) Agus Jamaludin, Sutri Indaryati ABSTRAK SERTIFIKASI BAHAN ACUAN STANDAR URANIUM DALAM URANIUM OKSIDA (U02 DAN U30a). Telah dilakukan pembuatan bahan acuan standar uranium dalam uranium oksida, hasil yang diperoleh berupa draft. Kegiatan pembuatan bahan acuan standar harus mengikuti standar ISO 34 dan 35 yang telah ditetapkan oleh Lembaga Standar Internasional. Langkah-Iangkah yang telah dilakukan adalah karakterisasi, uji homogenitas, uji profisiensi, uji stabilitas. Untuk mengesahkan hasil terse but diperlukan sertifikasi. Untuk homogenitas persentasi uranium dalam U02 adalah 88,46% sedangkan persentase uranium dalam U30a adalah 84,36%, untuk stabilitas persentase uranium dalam U02 adalah 88,63% sedangkan persentasi uranium dalam U30a adalah 88,93%. Hasil kegiatan uji stabilitas menunjukkan bahwa konsentrasi kandidat bahan standar belum stabil. Sehingga sertifikasi bahan acuan standar uranium dalam Uranium Oksida hanya dalam bentuk draft. Meskipun demikian langkah-iangkah dalam penyiapan bahan standar dapat dijadikan acuan untuk pembuatan bahan standar nuklir yang lain. Kata kunci : sertifikasi, uranium oksida, homogenitas, stabilitas PENDAHULUAN Produksi, karakterisasi dan sertifikasi dari bahan acuan merupakan aktivitas penting dalam meningkatkan dan mempertahankan sistem pengukuran yang terpadu di seluruh dunia. Sesuai dengan pedoman ISO 34 dan ISO 35, bahan acuan bersertifikat digunakan untuk kalibrasi, pengendalian mutu dan validasi metoda. Selain itu bahan acuan bersertifikat digunakan untuk mempertahankan atau mencapai ketertelusuran pengukuran[1j Kebutuhan analisis yang diperlukan oleh laboratorium bahan bakar nuklir di Indonesia khususnya BAT AN terhadap kadar Uranium dalam Uranium Oksida dan dalam bahan bakar nuklir yang akan digunakan sebagai bahan bakar reaktor nuklir merupakan suatu kegiatan rutin yang sering dilakukan oleh laboratorium uji bahan bakar nuklir. Pekerjaan tersebut harus dilakukan guna memberikan informasi kepada pengguna yang akan memakai bahan tersebut sebagai bahan bakar reaktor nuklir, dan juga diperlukan dalam kegiatan dalam daur bahan bakar nuklir untuk memantau adanya kontaminasi logam tersebut yang berada di lingkungan. Saat ini bahan bakar Uranium yang sangat strategis penggunaannya, mahal dan sulit untuk diperoleh oleh laboratorium pengguna sebagai standar uji dalam melakukan analisis bahan bakar nuklir. Bahan acuan standar (standard reference materials) Uranium dalam Uranium Oksida sangat jarang dimiliki oleh laboratorium bahan bakar nuklir yang ada di Indonesia, dan bahan ini mempunyai masa berlaku,kemurniannya tidak lama (antara 1-3 tahun). Untuk mengatasi hal tersebut, perlu dilakukan pembuatan bahan acuan standar (SRM) bahan bakar uranium di dalam negeri guna dijadikan sebagai standar dalam melakukan analisis/pengujian[2j Menurut pedoman ISO 35, langkah-iangkah yang diperlukan untuk mempersiapkan bahan acuan meliputi definisi bahan acuan, rancangan prosedur penyiapan contoh, pemilihan metoda pengukuran, rancangan karakterisasi bahan acuan, sampling, penyiapan contoh, pemilihan metoda, uji homogenitas, uji stabilitas, karakterisasi bahan acuan, ketidakpastian pengukuran dan rancangan sertifikat[1j 452

2 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN TEORI Homogenitas Homogenitas suatu bahan dipengaruhi oleh beberapa faktor, antara lain : metoda sampling, jenis bahan (serbuk, padat, cair), karakteristik bahan (ukuran partikel, higroskopis, sifat fisik, sifat kimia). Untuk menetapkan batasan homogenitas suatu bahan, maka digunakan 5 kriteria[31, kriteria tersebut diuraikan sebagai berikut : Kriteria 1 : Melalui uji beda (F- Test) F hitung < F tabel (p ; db1 ; db2) p = probabilitas db1 = jumlah data db2 = jumlah data + 1 F hitung = MSB / MSW (1) MSB (Mean Square Between) = S [(aj + bj) - x(aj + bj)]2 / 2(n-1) MSW (Mean Square Within) = S [(aj - bj) - x(aj - bj)]2 / 2n aj = masing-masing data kelompok a bj = masing-masing data kelompok b n = jumlah data Kriteria 2 : Melalui perhitungan Standard Oeviasi (SO) [5] SO sampling < 0,3 SO Horwitz SO sampling = v ( (MSB / MSW)/2 )... (2) SO Horwitz = (CV Horwitz (%) * X rata-rata) / 100 CV Horwitz (%) = 2 (1-0,510g C) C = fraksi konsentrasi Kriteria 3: Melalui perhitungan Standard Oeviasi (SO) SO sampling < 0,5 SO Horwitz Kriteria 4: Melalui perhitungan Standard Oeviasi (SO)... (3) SO sampling < (F1 * Sa2)+ (F2 * Sb2) Sa2 = (0,3 SO Horwitz)2 Sb2 = S Oj2/ 2m Oi = selisih 2 data m = jumlah data Kriteria 5 Melalui perhitungan Standard Oeviasi (SO) SO sampling < SO Horwitz... (4) 453

3 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN Stabilitas Stabilitas dibedakan antara stabilitas dalam kondisi penyimpanan tertentu (stabilitas jangka panjang) dan stabilitas dalam kondisi pengangkutan[1j Suatu bahan standar dikatakan stabil apabila dalam jangka waktu tertentu bahan tersebut tidak berubah secara fisik dan komposisi. Uji stabilitas dimaksudkan untuk menentukan tingkat ketidakstabilan kandidat bahan acuan setelah melalui tahap persia pan. Untuk mengetahui kestabilan suatu bahan maka dilakukan perhitungan melalui uji t (tstudent) t -_ (X1- X2)/ v [(Y12 / n1 ) + (Y22 / n2)] X1= konsentrasi rata-rata data pengukuran 1 X2 = konsentrasi rata-rata data pengukuran 2... (5) Y1= tingkat kepercayaan data pengukuran 1 Y2= tingkat kepercayaan data pengukuran 2 n1 = jumlah data pengukuran 1 n2 = jumlah data pengukuran 2 Data hasil pengukuran disubstitusikan ke dalam persamaan di atas sehingga diperoleh nilai hasil uji 1. Bila nilai uji t lebih kecil dibanding nilai uji t dari tabel[4j, maka bahan tersebut dinyatakan stabil. Sebaliknya bila nilai uji t lebih besar dibanding nilai uji t dari tabel, maka bahan tersebut belum stabil dan perlu dilakukan evaluasi lebih lanju1. Ketidakpastian Pengukuran [5] Beberapa faktor yang berpengaruh dalam analisis uranium menggunakan metoda Potensiometri antara lain adalah preparasi sam pel (penimbangan, pengenceran, pemipetan), pemakaian reagent, dan pengukuran berulangkali (presisi). Faktor-faktor tersebut digunakan untuk menyusun langkah-iangkah dalam perhitungan ketidakpastian. Langkah-Iangkahnya adalah dibuat model sistem pengujian berupa diagram langkah pengujian, ditetapkan rumus atau formula pengukuran secara teoritis (bila ada). Faktor-faktor yang memberikan kontribusi kesalahan akan digunakan untuk membuat gambar Cause and Effect atau Fish Bone. Bila Fish Bone sudah dibuat, maka dihitung ketidakpastian baku gabungan dari semua tahap langkah pengujian dan selanjutnya hasil perhitungan ketidakpastian dilaporkan. Ketidakpastian pengukuran (uncertainty) merupakan suatu parameter yang menetapkan rentang nilai pengukuran yang di dalamnya diperkirakan nilai benar suatu pengukuran berada. Ketidakpastian suatu pengukuran penting diketahui oleh personil yang bekerja di laboratorium. Hal ini sangat diperlukan dalam pengolahan data sehingga dapat diketahui hasil analisis berada dalam rentang pengukuran diterima atau ditolak. Nilai ketidakpastian pengukuran digunakan sebagai informasi rentang ukur dan akurasi nilai dari penerapan metoda pengujian. Nilai ini juga digunakan oleh personil laboratorium dalam melakukan suatu pengukuran dengan metoda dan prosedur yang berbeda tetapi tetap dalam rentang nilai benar. Sumber informasi pengukuran ketidakpastian pengukuran berasal dari spesifikasi pabrik, data pustaka, data validasi metoda atau data dari log book. Kategori komponen ketidakpastian terdiri dari type A dan type B. Kategori type A berdasarkan pekerjaan eksperimen (percobaan) dan dihitung dari rangkaian pengamatan berulang (presisi). Sedangkan kategori type B berdasarkan informasi yang dapat dipercaya. Perhitungan ketidakpastian terdiri dari ketidakpastian baku, ketidakpastian gabungan dan ketidakpastian diperluas. Ketidakpastian baku dihitung berdasarkan kategori type A atau type B. Ketidak pastian gabungan terdiri dari komponen-komponen ketidakpastian baku. Sedangkan ketidakpastian diperluas diperoleh dari ketidakpastian gabungan dikalikan faktor pencakupan. Faktor pencakupan (k) pada tingkat kepercayaan 95% adalah

4 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 METODOLOGI Bahan Bahan yang diperlukan adalah serbuk U02 dan serbuk U308 yang akan dijadikan bahan standar, bahan standar acuan primer U308. Sedangkan bahan untuk keperluan uji stabilitas adalah Asam Nitrat (HN03), Ferro Sulfat (FeS04), Asam Sulfamat (NH2S03H), Asam Phosphat (H3P04), Ammonium Hepta Molybdate ((NH4)Mo7024), Kalium Dikromat (K2Cr207), Vanadium Sulfat (V2S04) serta aquadest sebagai pelarut. Alat Peralatan utama yang digunakan adalah oven untuk menghilangkan kandungan air dalam bahan, heater untuk memanaskan larutan uranium dan Titroprosesor untuk analisis kestabilan kandidat bahan standar. Peralatan pendukung berupa timbangan analitik, cawan porselin, botol sam pel, gelas ukur, labu ukur, beaker glass, pipet volum, pipet eppendoprh, pipet tetes, pen gad uk magnet (stirrer), botol semprot, sarung tangan dan masker. Tata Karja Serbuk U02 dan U308 yang sudah dilakukan uji homogenitas, yaitu menentukan jumlah kadar air yang ada dalam uranium oksida (U02 dan U308) diperoleh kadar air 0,58% (Tabel 1) ditimbang 0,5 gram dan dilarutkan dalam HN03. Selanjutnya diencerkan hingga volume 25 ml. Setelah larutan uranium selesai dipreparasi maka dilakukan pengukuran kestabilan menggunakan metoda potensiometri dengan alat Titroprosesor. Analisis dilakukan secara duplo dan hasil pengukuran berupa konsentrasi uranium dalam larutan uranium oksida. HASIL DAN PEMBAHASAN Menurut standar ISO 34 dan 35 maka sebelum dilakukan sertifikasi bahan standar maka harus dilakukan langkah-iangkah sebagai berikut : 1. Karakterisasi kandidat bahan acuan serbuk uranium oksida (U02 dan U308). 2. Uji presisi, uji akurasi, uji kuantisasi, uji kesalahan sistematik, dan estimasi ketidak pastian pengukuran. 3. Analisis kandungan unsur kandidat bahan acuan serbuk uranium oksida menggunakan titroprosesor. 4. Uji homogenitas kandidat bahan acuan. 5. Uji profisiensi dan uji banding antar laboratorium. 6. Uji stabilitas kandidat bahan acuan. 7. Rancangan sertifikasi. 455

5 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN Tabel1. Karakterisasi serbuk U02 sudah dilakukan oleh Bidang Bahan Bakar Nuklir (B3N) dengan hasil sebagai berikut[6] sertifikat Karakterisasi ppm % diterima Batas (max.) yang gr/cc 0.58%0.22% ppm ttd 2,317 3,999 Hasil Lolos <5 1,319Data ppm < 1.04 Pengukuran m2/gr 0.2gr/cc dari IJm : % ±1 = 100% 95% 75% 60% % qr/cc m2/qr Karakterisasi serbuk U308 dilakukan oleh PT Bantek[7J berupa densitas sebesar 8,6 g/cm3. Alat Titroprosesor yang akan digunakan untuk pengukuran harus menggunakan metoda yang valid berdasarkan parameter-parameter unjuk kerja yang memenuhi spesifikasi. Parameterparameter tersebut antara lain presisi, akurasi, limit deteksi, limit kuantisasi, kesalahan sistematik, dan estimasi ketidak pastian pengukuran. Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh nilai presisi dan akurasi metoda adalah 0,374% dan 99,64%. Limit deteksi adalah 60ppm dan limit kuantisasinya 130ppm. Nilai ketidakpastian pengukuran standar adalah 0,409ppm[8J. Analisis kandungan uranium dalam kandidat bahan standar menggunakan Titroprosesor. Konsentrasi Uranium dalam U02 sebesar 88,46% sedangkan konsentrasi U dalam U308 adalah 84,36. Untuk pengujian homogenitas kandidat bahan standar diperoleh hasil bahwa kandungan Uranium dalam bahan homogen dengan memenuhi kriteria 1[9, J Hasil uji stabilitas diperoleh bahwa konsentrasi U02 stabil sedangkan konsentrasi U308 belum menunjukkan nilai yang stabil. Hasil pengujian homogenitas dan stabilitas Uranium dalam U02 dan U308 tercantum dalam Tabel 2 sebagai berikut. Data perhitungan konsentrasi Uranium dalam U02 dan U308 disajikan pada Lampiran 1. Tabel 2. Hasil Uji Homogenitas dan Stabilitas U dalam U02 dan U308 88,63 88,46 U dalam U308 88,93 84,36 (%) U dalam U02 (%) Perhitungan uji stabilitas sama dengan perhitungan uji homogenitas. Untuk mengetahui kestabilan kandidat bahan acuan yang dibuat, maka dilakukan perhitungan statistik melalui uji-t dengan menggunakan persamaan (5). Hasil perhitungan uji t dapat dilihat pada Tabel (5) 456

6 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 Tabel 3. Perhitungan Uji t Konsentrasi U dalam U02 dan U30S 0,8863 0,8846 0, ,8815 1,961, U0,8480 0,91 0,25 0,8893 0, ,37 dalamu02 U30S Hasil perhitungan nilai t pad a Tabel 3 menunjukkan bahwa nilai t untuk bahan U02 dan U30S lebih kecil dibandingkan dengan t tabel. Hal ini menunjukkan bahwa kedua bahan tersebut stabil. Dari data pengukuran konsentrasi U dalam U30S memberikan nilai pengulangan pengukuran yang lebih besar dari nilai teoritis. Hal ini menunjukkan bahwa terdapat kesalahan sistematis dalam pengukuran bahan tersebut. Dengan adanya hal tersebut, maka langkah selanjutnya diadakan verifikasi pengukuran bahan standar sehingga akan dipereleh faktor koreksi dari pengukuran kandidat bahan standar. Tahapan-tahapan pembuatan standar di atas, digunakan sebagai bahan untuk penyusunan sertifikasi. Oleh karena data-data yang diperoleh belum memenuhi kriteria persyaratan bahan standar, maka sertifikasi bahan standar belum bisa dibuat tetapi rancangan sertifikasi sudah dilakukan. Untuk lebih jelasnya diberikan contoh sertifikasi bahan standar pada Lampiran 2. Bila dari data-data di atas dianggap bisa mewakili penyusunan sertifikasi maka draft sertifikat dapat dibuat seperti yang tercantum pad a Lampiran 3. KESIMPULAN Untuk homogenitas persentase uranium dalam U02 adalah 88,46%, sedangkan persentasie uranium dalam U30S adalah 84,36 %. Untuk stabilitas persentase uranium dalam U02 adalah 88,63%, sedangkan persentase uranium dalam U30S adalah 88,93 %. Sertifikasi bahan acuan standar Uranium dalam Uranium Oksida (U02 dan U30S) disajikan dalam bentuk draft. DAFT AR PUST AKA [1] ISO Guide 35, "Reference Materials - General and Statistical Principles for Certification", 2002 [2] PURWADI KASINO PUTRO, "Pembuatan Bahan Acuan (SRM) U02", Presiding Kegiatan Penelitian, PTBN, 2008 [3] JULIA KANTASUBRATA, "Kontrol Sam pel : Pembuatan dan Penetapan Nilainya", Pelatihan Validasi Metoda dan Ketertelusuran Pengukuran Laboratorium Penguji dan Kalibrasi sesuai ISO/l EC , PTBN-BA TAN, 2007 [4] ROBERT L. ANDERSON, "Practical Statistics for Analytical Chemists", Van Nostrand Reinhold Company, New York, [5] ASLINA Br. GINTING, "Validasi Metoda", Coaching Spektrofotometri UV-Vis, PTBN-BATAN, 2009 [6] TRI YULIANTO, "Karakterisasi UO/, Kegiatan PTBN, 2007 [7] Sertifikat U30S, Batan Teknologi (Bantek), 2006 [8] S. FATIMAH, "Verifikasi Metoda Davis Gray untuk Penentuan Kandungan Uranium dalam U30S", Presiding Seminar Pengelolaan Perangkat Nuklir, PTBN-BATAN,

7 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN [9] ROSIKA KRISWARINI, "Uji Banding Unsur B, Be, co, Cd dan AI dalam Bahan Bakar U02 dan U30S dengan Metoda ICP-AES dan AAS", Prosiding Kegiatan Penelitian, PTBN, 2008 [10] ROSIKA KRISW ARINI, "Homogenitas Bahan Standar Uranium Oksida", Presentasi Kegiatan Penelitian, PTBN, 2007 [11]ROSIKA KRISWARINI, "Studi Homogenitas Kandidat bahan Acuan Uranium Oksida (U02) Sesuai dengan Pedoman ISO Guide 35", Pertemuan Presentasi IImiah Standarisasi (PPIS), Badan Standarisasi Nasional (BSN), Jakarta, 2009 [12] PURWADI KASINO PUTRO, "Teknologi Pembuatan Bahan Acuan Standar dan Pembahasan Hasil Uji Profisiensi Bahan Bakar Nuklir Uranium Oksida (U02 dan U30S), Workshop SRM PTBN,

8 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 Tabel1. Konsentrasi U dalan U02 (g/g U02) 1b 2a 2b 3a 3b4a 4b 5a 5b a 6b 7a 7b 8a 8b9a 9b 10a 10b ata % Tabel 2. Konsentrasi U dalan U30a (g/g U3Oa) 1b 2a 2b 3a 3b 4a 4b 5a 5b , b 7a 7b 8a 8b 9a 9b 10a 10b % 459

9 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN Lampiran 2 New Brur1swick Laboratory u.s. Depa.rtnlent of Ener,gy Uranium Oxide (U30g) Certificate of Analvsis v CRM 129-A Assay and Isotopic Standard Uranium Assay (!\-1ass Fraction) ± kg U/kg Jsotopjc Ratios Atom Ratios kti 1.1I;ps Q ± ~ui'-'sq ± U~U ± Isotonic Abundance Atom Fraction (x 100) Mass Fraction (x 100) ll1q ± ± ~Q ± ± li!!.!l ± ± k.!j!q ± ± Rclative Atomic 1\'lass of Uranium ± Reported numerical uncertainties are expn...-ssedas expanded uncertbinties (U) at the 95'% level of confidence, where U = k u", k is the coverage factor. and l~ is the combined standard uneerthinty. 'rhe last figure in the reported values and their uncertainties is provided for informntion purposes only and is not intended to convey a significant degree of reliability. This Certified Reference Material (CRM) is an assay (elemental concentration) and isotopic standard primarily for use in uranium detemlinations. Each unit ofcrm 129-A contains appmximatcly 25 grams of uranium (nominally normal) oxide (U-,O.) contained in a glass jar. Before use. follow the recommended procedure for ignition of material.!:::lqif;: The material should be handled lindei' proper radiologically-comroljed conditions at all times. RECOMMENDED PROCEDURE FOR IGNITION OF MATERIAL To ensure accurate measurement results for uranium detemlination. CRM 129-/\ must be ignited in an open dish or crucible in a muffle furnace at 800"C for one hour and cooled in a desiccator prior k) use. The ignition temperahjre. 800"C. was determined to provide the greatest weight loss stability for this specific lot of material. The source mater'ial for CRM 129-A was prepared in 1984, at NLO, Inc. Cincinnati. on, fn:h" a Snpl)ly of highly pure LO: pellets. The pellets wer'e crushed, dissolved in nitric acid. the solution precipitated with hydrogen peroxide, then filtered. dried, calcined at 900"C. milled, and screened. The final product \Va.,> blended and shipped to New Brunswick Laboratory. March I Argonne, Jllinois Page lof2 Jon Neuhoff. Director' New Bnmswic.k Laboratory (I:':ditoriaJ revision of NBL Certificate dah)d November 30, 2003) 460

10 ISSN Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 Lampiran 3 PUSA T TEKNOLOGI BAHAN BAKAR NUKLIR BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL SERTIFIKAT ANALISIS Uranium Oksida (U02) Unsur Konsentrasi (% berat) Homogenitas Stabilitas U U 88,46 88,63 Catatan : - Sebelum dianalisis, bahan dipanaskan pada suhu 110 C - Analisis dilakukan menggunakan metoda Potensiometri Tanggall tahun Terbit sertifikat Rekomendasi 461

11 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 ISSN Lampiran 4 PUSA T TEKNOLOGI BAHAN BAKAR NUKLIR BATAN BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL SERTIFIKAT ANALISIS Uranium Oksida (U30S) Unsur Konsentrasi (% berat) Homogenitas Stabilitas U U 84,36 88,93 Catatan : - Sebelum dianalisis, bahan dipanaskan pada suhu 110 C - Analisis dilakukan menggunakan metoda Potensiometri Tanggall tahun Terbit sertifikat Rekomendasi 462