1 PENENTUAN KONSENTRASI URANIUM DALAM AIR MINUM KEMASAN DENGAN METODE JEJAK FISI Oleh: OPI VITA MAYANG SARI G74102002 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2007
2 PENENTUAN KONSENTRASI URANIUM DALAM AIR MINUM KEMASAN DENGAN METODE JEJAK FISI Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor Oleh : OPI VITA MAYANG SARI G74102002 DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR 2007
3 ABSTRAK OPI VITA MAYANG SARI. Penentuan Konsentrasi Uranium dalam Air Minum Kemasan dengan Metode Jejak Fisi. Dibimbing oleh KIAGUS DAHLAN dan A. BUNAWAS Telah dilakukan pengembangan metode analisis uranium yang terkandung di dalam air dengan metode jejak fisi menggunakan detektor Iupilon. Optimasi dari metode ini diperoleh kondisi optimum untuk waktu iradiasi adalah 200 detik, dan waktu etsa adalah 60 menit pada suhu 50 o C. Hasil dari penelitian menunjukkan bahwa konsentrasi uranium dalam air minum dalam kemasan berkisar antara 0.48-20.61 μg/l (12.01-519.37 mbq/l), terendah untuk sampel dari Medan dan tertinggi untuk sampel dari Kepulauan Karimun. Hasil ini menunjukkan bahwa hampir semua sampel air minum dalam kemasan yang diteliti, kecuali sampel G, masih berada pada level aman berdasarkan baku mutu untuk uranium dalam air minum di beberapa negara, yaitu untuk Kanada-20 μg/l, USA-30 μg/l, Rusia-1700 μg/l, Australia-20 μg/l, Jepang 2 μg/l dan WHO-15 μg/l. Sedangkan berdasarkan baku mutu untuk uranium dalam air minum yang berlaku di Indonesia, yaitu 40000 μg/l, semua sampel air minum dalam kemasan pada penelitian ini masih aman untuk dikonsumsi. Dosis interna akibat mengkonsumsi air minum dalam kemasan yang mengandung uranium berkisar antara 0,19-22,64 μsv/tahun. Penentuan dosis ini bergantung pada usia.
4 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Serang pada tanggal 13 Agustus 1984 sebagai anak tunggal dari pasangan Mahmud dan Elis Suheryati. Penulis menyelesaikan pendidikan Taman Kanak-kanak Bina Sejahtera pada tahun 1990 kemudian melanjutkan pendidikan di SD Negeri Taman Sari II Kota Cilegon sampai tahun 1996. Pada tahun yang sama penulis melanjutkan pendidikan di SLTP Negeri 6 Kota Cilegon sampai tahun 1999, kemudian penulis melanjutkan pendidikan di SMU Negeri 1 Kota Cilegon sampai tahun 2002. Pada tahun 2002, penulis berhasil diterima di Institut Pertanian Bogor melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) sebagai mahasiswa di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama menjalani perkuliahan penulis pernah menjadi Asisten Praktikum mata kuliah Fisika Dasar dan Fisika Umum pada tahun 2003-2006. Penulis juga aktif mengikuti seminar baik yang intra maupun ekstra jurusan. Selain itu penulis juga aktif sebagai pengajar bimbingan belajar secara independen di Bogor pada tahun 2003-2004.
5 Judul Nama Mahasiswa Nomor Pokok : Penentuan Konsentrasi Uranium dalam Air Minum Kemasan dengan Metode Jejak Fisi : OPI VITA MAYANG SARI : G74102002 Menyetujui : Pembimbing I Pembimbing II Dr. Kiagus Dahlan Drs. A.Bunawas, APU NIP. 131 663 021 NIP. 330 003 249 Mengetahui : Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor Prof. Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, M.S NIP. 131 473 999 Tanggal Lulus :
6 PRAKATA Alhamdulillahirobbil alamin, segala puji dan syukur kehadiran Allah SWT atas segala kemurahan dan anugerahnya. Sholawat serta salam semoga tetap tercurah kepada junjungan kita Rasulullah Muhammad SAW. Dengan rahmat-nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul Penentuan Konsentrasi Uranium dalam Air Minum Kemasan dengan Metode Jejak Fisi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) pada Departemen Fisika. Suatu kebahagiaan yang sangat besar, karya ini akhirnya dapat diselesaikan dengan penuh perjuangan dan kesabaran untuk melaluinya. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang banyak membantu penulis dalam penyelesaian skripsi ini, diantaranya: 1. Dr. Kiagus Dahlan selaku pembimbing I yang telah membimbing penulis dengan penuh motivasi, petunjuk, dan kesabaran. 2. Drs. A. Bunawas APU selaku pembimbing II yang telah membimbing penulis dengan penuh kesabaran, keramahan, dan motivasi ditengah-tengah kesibukan beliau. 3. Drs. M. Nur Indro M.Sc dan Dr. Akhiruddin Maddu sebagai dosen penguji atas segala masukan dan motivasinya yang telah diberikan. 4. Para pegawai PTKMR-BATAN di Pasar Jumat atas segala bantuan dan bimbingannya. Pak Asep Setiawan, ibu Leli, ibu Yurfida, pak Muji, dan lain-lain di laboratorium analisis lingkungan PTKMR-BATAN. 5. Para pegawai PRSG Siwabessy-BATAN di Serpong atas segala bantuannya. Pak Saleh, pak Rohidi, dan lain-lain di bagian iradiasi. 6. Seluruh Dosen Fisika atas ilmu yang telah diberikan dan karyawan Departemen Fisika khususnya Bapak Firman atas bantuannya selama ini. 7. Mama dan Bapak yang senantiasa mendo akanku, mendidikku dan memberikan kasih sayang yang tidak pernah berhenti mengalir untukku. Semoga Allah SWT membalasnya dengan balasan yang lebih baik. 8. Keluarga Besarku di Cilegon dan di Bogor atas segala dukungan semangat dan bantuannya selama ini. 9. A Mpi dan putri kecilku Nabilah Khairunnisa, terimakasih dukungan dan doanya. 10. Teman-teman terbaikku di Cilegon, Rita, Dian, dlan lain-lain, atas semangat dan motivasinya. 11. My BRAVO ( Idonk, DewieS, t Enda, Melly, Eti, t Ade, Ima), terimakasih dah jadi keluarga keduaku. 12. Teman-teman fisika 39 (Reni, Wahyu, Fera, Leta, Laina, Rahma, Eka, Sonny, Nono, Anam, Niko, Kofir, Ekojambi, Arif, Luthfan, Erus, Marwan, Tedi, Rian, Budi, Teguh, Didit, Ananto, Ihsan, Tyo, Tika, Siro dan Anto), terima kasih kebersamaannya 13. Rekan-rekan FISIKA 37, FISIKA 38, FISIKA 40 dan FISIKA 41 atas kerjasamanya. Serta semua pihak yang telah membantu penelitian ini, yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu. Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu penulis mengharapkan masukan baik kritikan, saran maupun koreksi yang sifatnya membangun. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat. Bogor, April 2007 Opi Vita Mayang Sari
7 DAFTAR ISI Halaman PRAKATA... i DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR LAMPIRAN... ii iii iii iii PENDAHULUAN Latar Belakang... 1 Tujuan Penelitian... 1 Hipotesis... 1 TINJAUAN PUSTAKA Uranium... 1 Uranium dalam Air Minum... 2 Dosis Efektif Uranium per Tahun... 3 Metode Jejak Fisi... 4 BAHAN DAN METODE Tempat dan Waktu Penelitian... 4 Bahan dan Alat...... 4 Metode Penelitian Prinsip Kerja... 4 Persiapan Sampel... 4 Proses Iradiasi Neutron Termal... 5 Proses Etsa Kimia... 5 Analisis Jejak Fisi... 5 Analisis Data... 6 Dosis Efektif Uranium per Tahun dari Air Minum untuk Usia Tertentu... 6 Diagram Alir Penelitian... 6 HASIL DAN PEMBAHASAN Optimasi Waktu Iradiasi dan Waktu Etsa... 7 Penentuan Konsentrasi Uranium... 7 Dosis Efektif Uranium per Tahun dari Air Minum untuk Usia tertentu... 8 SIMPULAN DAN SARAN... 9 DAFTAR PUSTAKA... 9 LAMPIRAN... 11
8 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 1 Peluruhan 238 U... 2 Gambar 2 Skema jalan masuk uranium ke tubuh... 2 Gambar 3 Ilustrasi model pola etsa kimia sederhana... 4 Gambar 4 Skema yang menunjukkan metode jejak fisi yang digunakan untuk penentuan uranium dalam air mineral... 5 Gambar 5 Rencana percobaan dari pengemasan sampel, standar, dan background untuk iradiasi dalam reaktor... 5 Gambar 6 Ilustrasi penempatan sampel dalam tabung aktivasi... 6 Gambar 7 Diagram alir penelitian... 7 Gambar 8 Konsentrasi uranium dalam sampel air minum dalam kemasan dari beberapa lokasi... 8 Gambar 9 Hubungan antara dosis efektif uranium rata-rata per tahun dari air minum terhadap usia tertentu... 8 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 1. Baku mutu uranium dalam air minum di beberapa negara... 2 Tabel 2. Konsentrasi uranium dalam air minum dalam kemasan dibeberapa negara... 2 Tabel 3. Pemasukan air per hari tergantung usia... 3 Tabel 4. Optimasi iradiasi... 7 Tabel 5. Optimasi etsa... 7 DAFTAR LAMPIRAN Halaman Konsentrasi uranium dalam air minum dalam kemasan... 12 Dosis efektif uranium per tahun (µsv) untuk usia tertentu... 12 Gambar jejak fisi hasil optimasi waktu iradiasi dan waktu etsa... 13 Gambar jejak fisi sampel air minum dalam kemasan dan standar... 14 Gambar alat... 16 Hubungan antara dosis efektif uranium per tahun dari...... 17 air minum terhadap usia tertentu
9 PENDAHULUAN Latar Belakang Bisnis Air Minum Dalam Kemasan (AMDK) semakin menggiurkan, karena kebutuhan akan air minum terus meningkat seiring dengan pertumbuhan penduduk. Perusahaan yang menggarap bisnis AMDK pun semakin banyak dan terus melakukan ekspansi untuk memperluas jaringan pasar produk-produknya. Kebutuhan masyarakat akan air minum sangat tinggi padahal ketersediaan air yang layak minum dalam arti berkualitas dan terjamin dari segi kesehatan semakin sulit diperoleh. Saat ini masyarakat, terutama di kota-kota besar tidak bisa lagi lepas dari AMDK. Dari segi penjualan industri ini mengalami pertumbuhan dari tahun ke tahun. Pada 2002, terjadi kenaikan 30 persen dibandingkan tahun 2001 dari 5, 4 miliar liter menjadi 7,1 miliar liter. Tahun 2003, ditargetkan peningkatan hingga 20 persen menjadi 8,5 miliar liter (Anonim 2003b). Sejak banyaknya perusahaan maupun distributor yang menyatakan bahwa produk air minum mereka berasal dari sumber air alami, maka terdapat kemungkinan bahwa beberapa dari air minum tersebut dapat mengandung uranium dalam jumlah yang dapat dihitung. Uranium adalah suatu unsur radioaktif alami yang penting dan banyak terdapat pada lapisan kulit bumi dan hampir semua sumber air, khususnya air tanah dan air mineral. Pengukuran radioaktivitas dalam air sangatlah penting untuk berbagai tujuan, terutama untuk menjamin bahwa tingkat radioaktivitas tersebut masih berada di bawah batas yang sudah ditentukan, karena air minum mungkin adalah suatu faktor yang signifikan dalam meningkatkan paparan radiasi pada populasi. Kadar uranium dapat diukur dengan menggunakan beberapa metode, yaitu metode analisis aktivasi, spektrometri massa, fluorometri, dan pencacah alpha (Fleischer et al. 1975). Penelitian ini menggunakan metode jejak fisi, karena metode ini lebih mudah, tidak terlalu mahal dan memberikan keakuratan yang sama bila dibandingkan dengan metode-metode yang lain. Tujuan Penelitian Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan konsentrasi uranium dalam beberapa jenis air minum dalam kemasan dengan menggunakan metode jejak fisi. Hipotesis Hampir semua air sumber, khususnya air tanah dan air minum dalam kemasan mengandung unsur radionuklida uranium. TINJAUAN PUSTAKA Uranium Uranium adalah suatu unsur radioaktif dengan nomor atom 92. Secara umum, uranium banyak ditemukan dalam jumlah yang sangat sedikit dalam batubatuan, tanah, air, tumbuh-tumbuhan, dan binatang serta manusia. Uranium merupakan radioaktif yang lemah dan memberikan kontribusi yang sangat sedikit terhadap paparan radiasi alami dalam lingkungan. Dalam bentuk murninya, uranium adalah logam berat berwarna perak dengan kerapatan hampir dua kali dari kerapatan timah hitam. Dalam alam, uranium terdapat dalam beberapa isotop, yaitu 238 U, 235 U, dan 234 U dengan berat proporsi masing-masing adalah 99,274%, 0,72% dan 0,006%. 1 μg uranium alami memiliki aktivitas 25,2 mbq (Anonim 2001a). Uranium dapat berada dalam 4 keadaan valensi, yaitu : U 3+ (III), U 4+ + 2+ (IV), UO 2 (V), dan UO 2 (VI). Keadaan valensi yang paling dominan dalam lingkungan adalah U (IV) dan U (VI) (Fellow 1998). Jumlah valensi yang berbeda ini merupakan salah satu penjelasan untuk potensial beracun dari uranium dalam perbandingan dengan logam berat lainnya. Semua isotop uranium bersifat radioaktif. Tiga isotop alami yang ditemukan di lingkungan, 234 U, 235 U, dan 238 U, mengalami peluruhan radioaktif dengan memancarkan partikel alpha yang disertai dengan radiasi gamma yang lemah. Waktu paruh 238 U adalah 4,5 milyar tahun, yang berarti uranium ini tidak terlalu bersifat radioaktif. Waktu paruh uranium yang sangat panjang inilah yang menyebabkan uranium masih tetap ada di bumi ini. Tiga isotop tambahan, yaitu 232 U, 233 U, dan 236 U tidak terdapat secara alami di bumi ini melainkan dapat dihasilkan melalui transformasi nuklir. Ketiga isotop ini juga meluruh dengan memancarkan partikel alpha.
Gambar 1 Peluruhan 238 U (Anonim 2001b) 238 U, Isotop yang dominan, membentuk rantai peluruhan yang panjang dan hasil peluruhannya mengandung radionuklida kunci radium-226 dan radon- 222. Proses peluruhan akan terus berlangsung sampai mencapai kestabilan, yaitu sampai hasil peluruhan yang tidak radioaktif terbentuk (lihat gambar 1, seri peluruhan uranium). Salah satu hasil peluruhan 238 U adalah 226 Ra yang diketahui sebagai salah satu radionuklida yang paling beracun. Hal ini disebabkan radium mirip dengan kalsium, karena berada pada grup yang sama pada sistem periodik, keberadaannya dalam tulang akan bertahan lama dan itu dapat menyebabkan paparan radiasi yang berbahaya bagi jaringan. Massa air adalah vektor yang paling penting dalam proses pengangkutan uranium, baik dalam larutan maupun oleh erosi dalam lingkungan. Proses pengangkutan uranium ke air alami dapat terjadi melalui difusi atau aliran massa. Dalam lingkungan yang akuatik, uranium terdapat dalam konsentrasi 0,1-10 μg/l (Brits dan Smith 1997), terutama sebagai uranil karbonat kompleks. Uranium dalam Air Minum Adalah sangat penting untuk menyadari bahwa semua unsur kimia yang terdapat secara alami akan ditemukan dalam air tanah melalui interaksi air tanah dengan batu-batuan dan bahan sedimen. Air tanah yang telah melalui proses penyulingan dengan tujuan untuk air minum dapat memiliki konsentrasi unsur-unsur yang tidak diinginkan berasal dari kontaminasi akibat interaksi manusia. Efek utama yang ditimbulkan secara kimia dari uranium pada manusia adalah peradangan ginjal. Sedangkan untuk kasus karsinogenetik dari uranium datanya masih jarang ditemukan. Nilai pedoman sementara yang ditentukan oleh WHO didasarkan pada perhitungan dari tes dengan menggunakan binatang sampai manusia. Walaupun efek kesehatan dari pengambilan uranium sudah diketahui selama beberapa waktu, sekarang ini belum ada baku mutu yang berlaku secara universal untuk uranium dalam air minum. Berikut ini adalah baku mutu untuk uranium dalam air minum dibeberapa negara yang telah diketahui : Kanada-20 μg/l (Health Canada 2002), USA-30 μg/l (EPA 2002), Rusia-1700 μg/l (NGU 2005), dan pada tahun 2004 WHO menentukan nilai pedoman sementara 15 μg/l (WHO 2004) dan berdasarkan SK. Kepala BAPETEN No. 02/ka-BAPETEN/V- 99 tentang Baku Tingkat Radioaktivitas di Lingkungan di Indonesia baku mutu untuk uranium dalam air minum adalah 4 x 10 4 µg/l. Tabel 1. Baku mutu uranium dalam air minum di beberapa negara Negara Baku mutu uranium (µg/l) Baku mutu uranium (mbq/l) Kanada 20 504 USA 30 756 Rusia 1700 42840 Jepang 2 50.4 Australia 20 504 WHO 15 378 Indonesia 40000 10 6 Tabel 2. Konsentrasi uranium dalam air minum dalam kemasan dibeberapa negara Konsentrasi uranium (µg/l) No. Negara Ratarata Min. Maks. 1 Jerman 0.10 187.78 14.63 2 Jepang 1.07 x (domestik) 10-3 0.34 0.0.7 3 Jepang (impor) 0 7.48 1.53 4 Cina - - 9.20