STUDI PERBANDINGAN METODE AKTIVASI NEUTRON DAN ELEKTRODEPOSISI PADA PENENTUAN URANIUM DAN THORIUM DALAM CONTOH URIN Ruminta Ginting Pusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif ABSTRAK STUDI PERBANDINGAN METODE AKTIVASI NEUTRON DAN ELEKTRODEPOSISI PADA PENENTUAN URANIUM DAN THORIUM DALAM CONTOH URIN. Telah dilakukan studi perbandingan metode aktivasi neutron dan elektrodeposisi pada penentuan uranium dan thorium dalam contoh urin. Tujuan studi perbandingan ini adalah untuk menentukan metode yang terbaik untuk analisis uranium dan thorium dalam contoh urin. Dengan metode aktivasi neutron, uranium dan thorium yang ada dalam contoh urin dipisahkan terlebih dahulu melalui kolom kromatografi dan hasil pemisahan ini diaktivasi dengan neutron thermal dan kemudian dicacah dengan γ -spektrometer. Rata-rata recovery yang diperoleh adalah 97 % untuk uranium dan 98,05 % untuk thorium. Sedangkan pada metode elektrodeposisi uranium dan thorium dipisahkan melalui kolom penukar ion dan radionuklida yang telah dipisahkan ini dielektrodeposisi pada disk stainless steel dan kemudian dicacah dengan α-spektrometer. Recovery yang diperoleh dengan metode elektrodeposisi ini adalah 77,4 % untuk uranium dan 66,4 % untuk thorium. Data recovery yang diperoleh dari kedua metode ini menunjukkan bahwa metode aktivasi neutron memberikan hasil yang lebih sensitif dan akurat. ABSTRACT THE COMPARISON STUDY NEUTRON ACTIVATION AND ELECTRODEPOSITION METHOD ON DETERMINATION URANIUM AND THORIUM IN URINE. The comparison study neutron activation and electrodeposition method on determination uranium and thorium in urine sample has been carried out. The aim this comparison study was to find the best method for uranium and thorium analysis in urine sample. By the method of neutron activation, uranium and thorium in the urine sample is separate by chromatografi column and result of the separation is activation by neutron thermal and then counting with gamma spectrometer. The average recovery was obtained 97 % for uranium and 98, 05 % for thorium. By the method of electrodeposition, uranium and thorium in the urine sample is separate by ion exchange column and result of the separation is electrodeposition in to disc stainlessteel and then counting with alpha spectrometer. The average recovery was obtained 77,42 % for uranium and 66,4 % for thorium. Recovery data was obtained, show that the neutron activation methode more sensitive and accurate than electrodeposition method. PENDAHULUAN Dalam melakukan pemantauan dosis radiasi internal terhadap para pekerja radiasi di suatu instalasi nuklir, diperlukan prosedur bioassay yang sensitif, akurat dan reproducible. Ada beberapa metode yang dapat digunakan untuk penentuan dosis radiasi internal terhadap para pekerja radiasi melalui analisis urin diantaranya metode ekstraksi, metode elektrodeposisi dan metode aktivasi neutron. Metode ekstraksi biasanya digunakan untuk analisis uranium total dalam contoh urin, metode elektrodeposisi digunakan untuk analisis unsurunsur pemancar alfa sedangkan metode aktivasi neutron banyak digunakan dalam analisis unsur-unsur dari golongan aktinida.
Para pekerja radiasi di suatu instalasi nuklir dapat menerima sejumlah dosis radiasi internal akibat masuknya sejumlah radionuklida kedalam tubuh. Untuk menjamin kesehatan para pekerja radiasi di suatu instalasi nuklir, perlu dilakukan pemantauan dosis radiasi internal terhadap para pekerja radiasi. Pemantauan dosis radiasi internal ini dilakukan dengan menerapkan program bioassay yaitu penentuan jenis dan jumlah kandungan radionuklida dalam organ tubuh melalui pengukuran radioaktivitas dalam hasil metabolisme tubuh (in-vitro) ataupun melalui pengukuran secara langsung dengan menggunakan alat pencacah tubuh (in-vivo). Dalam pelaksanaan pemantauan secara in-vitro hasil metabolisme tubuh yang diambil sebagai bahan contoh untuk dianalisis adalah urin, karena urin dapat menggambarkan distribusi dan akumulasi radionuklida di dalam tubuh dan juga relatif mudah diperoleh. Dalam penelitian ini akan dilakukan studi perbandingan antara metode aktivasi neutron dan metode elektrodeposisi pada penentuan uranium dan thorium dalam contoh urin. Dalam metode aktivasi neutron uranium dan thorium yang ada dalam contoh urin terlebih dahulu dipisahkan melalui kolom kromatografi. Hasil pemisahan ini kemudian dikeringkan dalam kertas saring dan selanjutnya diaktivasi dengan neutron termal Sedangkan dengan metode elektrodeposisi pemisahan uranium dan thorium dilakukan melalui kolom penukar ion dan selanjutnya di elektrodeposisi pada disk stainless steel dan dicacah dengan α-spektrometer. Untuk mendapatkan metode yang terbaik pada penentuan uranium dan thorium dalam contoh urin maka pada penelitian ini dilakukan studi perbandingan antara metode aktivasi neutron dan metode elektrodeposisi. TINJAUAN METODE Elektrodeposisi Elektrodeposisi adalah suatu teknik yang sangat baik untuk preparasi unsur-unsur pemancar alfa. Dengan cara ini sumber dapat dibuat secara merata dan tipis pada permukaan disk stainlessteel yang akan dijadikan sebagai sumber cacahan. Beberapa sistem elektrodeposisi untuk unsur-unsur aktinida berdasarkan karakteristik elektrolitnya dapat dikelompokkan dalam 3 jenis yaitu medium asam lemah, medium basa lemah dan sistem kompleks. Pada metode ini uranium dan thorium dielektrodeposisi dalam sistem larutan ammonium sulfat pada ph 2,5. Metode penentuan uranium dan thorium dalam contoh urin dengan elektrodeposisi adalah merupakan gabungan dari teknik pemisahan radionuklida secara resin penukar ion, elektrodeposisi dan pengukuran aktivitas dengan α - spektrometer. Sebelum dilakukan pemisahan melalui kolom resin penukar ion aktinida yang ada dalam contoh urin yaitu uranium dan thorium diendapkan dengan kalsium phosphat dalam suasana NH 4 OH 7 M. Lalu endapan ini diabukan dalam furnace pada suhu 525 0 C. Residu hasil pengabuan ini dilarutkan dalam HCl 9M dan selanjutnya dilakukan pemisahan melalui kolom kromatografi penukar ion. 232
Analisis Aktivasi Neutron Analisis aktivasi neutron adalah suatu teknik analisis yang bertujuan untuk mengubah suatu bahan yang semula tidak aktif menjadi bahan radioaktif. Aktivasi ini dilakukan dengan cara menyinari suatu bahan dengan neutron didalam teras reaktor nuklir. Dari proses aktivasi ini akan diperoleh suatu bahan radioaktif yang mampu memancarkan radiasi. Analisis bahan dengan dengan metode aktivasi neutron dilakukan dengan cara menganalisis radiasi gamma yang dipancarkan oleh bahan radioaktif hasil aktivasi tersebut. Dari proses analisis ini akan diperoleh spektrum energi radiasi gamma yang dipancarkan bahan. Dalam hal ini setiap jenis unsur akan memancarkan radiasi gamma dengan energi tertentu. Dari identifikasi energi radiasi yang dipancarkan oleh bahan tersebut dapat dilakukan identifikasi terhadap unsur-unsur penyusun bahan baik secara kualitatif maupun secara kuantitatif. Resin Penukar Ion Pemisahan ion-ion dalam larutan dengan menggunakna resin penukar ion adalah berdasarkan pada prinsip reaksi pertukaran ion, antara ion yang terlarut dengan ion yang terikat pada gugus fungsi matriks resin. Reaksi terjadi karena masing-masing ion mempunyai affinitas yang berbeda terhadap resin yang sama atau disebut juga selektifitas resin penukar ion. Selektifitas ini bergantung pada tipe ion, kualitas pelarut dan jenis resin penukar ion. Pemisahan unsur-unsur pemancar alfa saperti amersium, uranium dan thorium dapat dilakukan secara penyerapan pada resin penukar anion dalam HCl 9M. Pada keadaan ini uranium akan membentuk kompleks (UO 2 Cl 4 2- ) stabil yang dapat terserap kuat pada resin sehingga terpisah dari thorium dan amersium, karena dalam hal ini Th dan Am tidak terserap pada resin. Untuk pemisahan Th dan Am dilakukan secara penyerapan pada resin penukar anion dalam HNO 3 8M. Pada keadaan ini Th akan membentuk kompleks yang stabil dan dapat terserap kuat pada resin, sedangkan Am tidak terserap pada resin. BAHAN DAN TATA KERJA Bahan Bahan yang digunakan adalah : larutan standard uranium dan thorium, kalsium phosphat p.a, asam nitrat p.a 65 %, ammonium p.a 25 %, asam khlorida p.a 32%, hidrogen peroksida 30%, asam sulfat p.a(95-97)%, methanol zur analyse, ethanol absulot p.a, ammoniumnitrat p.a, thymol blue p.a, resin penukar anion dowex 1-X8, glass wool, silika gel 100-200 mesh, kapsul polyetilen densitas tinggi, larutan standard uranil nitrat, larutan standard thorium nitrat, sampel urin dan sumber neutron thermal dari reaktor G.A Siwabessy. 233
Tata Kerja Untuk Metode Aktivasi Neutron a. Preparasi sampel Ke dalam 300 ml sampel urin ditambahkan 50 ml HNO 3 pekat, kemudian aktinidanya di endapkan dengan NH 4 OH 7N, lalu didiamkan selama 2 jam kemudian supernatannya dibuang. Endapan dikeringkan dibawah lampu pemanas kemudian diabukan dalam furnace pada suhu 500 0 C selama 10 menit untuk menghilangkan bahan-bahan organik. Hasil pengabuan ini dilarutkan dalam 100 ml HNO 3 1N, lalu di didihkan selama 25 menit untuk hidrolisa phosphat. Larutan di dinginkan lalu diatur phnya = 5 dengan menggunakan NH 4 OH 7N. Larutan ini siap untuk dilewatkan melalui kolom khromatografi. b. Pemisahan Uranium Dan Thorium Di siapkan kolom khromatografi dengan diameter 2 cm dan panjang 25 cm, lalu di isi dengan glasswool, kemudian dimasukkan 6 gram silica gel 100-200 mesh. Kolom di cuci dengan HNO 3 5N, lalu di cuci lagi dengan aquades 2 kali kemudian larutan aktinida yang telah di pisahkan (sampel yang telah di preparasi) di alirkan melalui kolom dan kolom di cuci dengan aquades dengan volume 2 kali volume kolom. Uranium dan thorium di elusi dengan 45 ml HNO 3 5N dan hasil elusi ini di evaporasi perlahan-lahan hingga hampir kering lalu di larutkan kembali dalam 0,5 ml HNO 3 5N. c. Pengukuran dengan aktivasi neutron Hasil pemisahan uranium dan thorium melalui kolom di keringkan dalam kertas saring lalu dibungkus dalam aluminium foil dan selanjutnya di aktivasi dengan netron thermal. Aktivasi dilakukan di reaktor G.A Siwabessi selama 5 menit. Hasil aktivasi ini kemudian di cacah dengan γ-spektrometer yang dilengkapi dengan detektor HPGe. Pencacahan dilakukan selama 10 menit. Tata Kerja Metode Elektrodeposisi a. Preparasi Sampel Kedalam 300 ml sampel urin ditambahkan larutan standard U-total 0,313 Bq dan Th 228 0,559 Bq masing-masing 0,1 ml. Untuk mengendapkan uranium dan thorium ditambahkan 1 ml larutan standard kalsium phosphat 0,9M. Kemudian ditambah 50 ml HNO 3 pekat, lalu dipanaskan selama 2 jam pada tempratur 80 90 0 C. Kedalam larutan ditambahkan 5 ml NH 4 OH 7M lalu dipanaskan lagi selama 30 menit pada temperatur 80-90 0 C. Larutan didinginkan, kemudian didekanter, endapan dipindahkan kedalam tabung sentrifuse dan disentrifuse selama 5 menit. Endapan ini dipindahkan kedalam cawan porselin lalu dikeringkan dibawah lampu pemanas dan selanjutnya residu dibakar dalam furnace pada temperatur 525 0 C selama 5 menit sehingga diperoleh abu berwarna putih. Residu hasil pengabuan ini dilarutkan dalam 100 ml HCl 9M dan ditambah 10 tetes H 2 O 2 30%. Larutan 234
ini dipanaskan pada temperatur 80-90 0 C selama 1 jam, lalu didinginkan pada temperatur kamar dan siap untuk dipisahkan melalui kolom resin penukar ion. b. Pemisahan Melalui Kolom Kolom resin penukar anion di isi dengan glasswool lalu dimasukkan resin dowex AG 1-X8 50 100 mesh sebanyak 20 ml. Kolom dicuci dengan 100 ml HCl 9M yang mengandung 1 tetes H 2 O 2 30%. Sampel yang telah dipreparasi dimasukkan kedalam kolom, kemudian kolom dielusi dengan 50 ml HCl 9M, eluat yang keluar mengandung Th dan Am sedangkan uranium akan terikat dengan resin. Uranium yang terikat dalam resin dielusi dengan HNO 3 7,2M dan hasil elusi ini dievaporasi hingga hampir kering dan siap untuk diproses dengan elektrodeposisi. Selanjutnya eluat yang mengandung Th dan Am dievaporasi hingga hampir kering, lalu ditambahkan 100 ml HNO 3 8M. Kolom dicuci dengan 100 ml HNO 3 8M, lalu eluat yang mengandung Th dan Am dimasukkan kedalam kolom. Kolom dielusi dengan 100 ml HNO 3 8M, eluate yang keluar mengandung Am, sedangkan Th akan terikat dalam resin. Kemudian Th ini dielusi dengan HCl 9 M lalu hasil elusi ini dievaporasi hingga hampir kering dan siap untuk diproses dengan elektrodeposisi. c. Prosedur Elektrodeposisi Hasil pemisahan uranium dan thorium melalui kolom, selanjutnya di elektrodeposisi sebagai berikut : Masing-masing hasil pemisahan ini dievaporasi hingga hampir kering, lalu dipindahkan secara kuantitatif dengan HNO 3 5M kedalam beaker 50 ml. Kemudian kedalam larutan ditambahkan H 2 SO 4 sebanyak 15 lalu dievaporasi lagi hingga volumenya kira-kira 5 ml. Larutan didinginkan dan ditambah 3 ml aquades dan 2 tetes indikator thymol blue 0,05 %, lalu diatur ph larutan menjadi 2,5 dengan menambahkan larutan NH 4 OH.. Larutan dituangkan kedalam sel elektroda dan dielektrodeposisi selama 1 jam pada arus 1 ampere dan 7 volt. Setelah 1 jam tambahkan larutan NH 4 OH sebanyak 10 ml kedalam sel dan elektrodeposisi dilanjutkan 1 menit lagi. Selanjutnya sel dibilas dengan campuran larutan NH 4 NO 3 1 % / NH 4 OH 0,1M. Disk (planset) dipindahkan dari sel dan dibilas dengan ethanol lalu keringkan dibawah lampu pemanas dan dicacah dengan α-spektrometer. HASIL DAN PEMBAHASAN Dalam penentuan uranium dan thorium dalam contoh urin baik dengan metode aktivasi neutron maupun dengan metode elektrodeposisi tahap awal yang harus dilakukan adalah pemisahan uranium dan thorium itu sendiri melalui kolom khromatografi. Hal ini harus dilakukan karena urin mengandung banyak sekali unsur-unsur pengganggu terutama dalam prose aktivasi neutron dan pencacahan dengan gamma spektrometri dan juga dalam proses 235
elektrodeposisi. Oleh karena itu unsur-unsur pengganggu ini harus dihilangkan terlebih dahulu agar diperoleh hasil yang optimum. Dalam penentuan uranium dan thorium dengan metode aktivasi neutron, aktinida yang ada dalam sampel urin diendapkan dengan NH 4 OH 7 N, kemudian endapan ini diabukan pada suhu 500 0 C untuk menghilangkan bahan-bahan organik. Hasil pengabuan ini dilarutkan kembali dengan HNO 3 1N dan dididihkan untuk hidrolisa phosphatnya. Dalam pemisahan melalui kolomkhromatografi uranium dan thorium dielusi dengan HNO 3 5 N. Uranium dan thorium yang telah dipisahkan ini di aktivasi dengan neutron thermal sehingga diperoleh reaksi : 238 U(n,γ) 239 U dan 232 Th(n,γ) 233 Th. U-239 dan Th-233 memancarkan sinar gamma pada 74,7 kev dan 86,9 kev dan dapat diukur dengan gamma spektrometer menggunakan detektor HpGe. Hasil perhitungan aktivitas γ dari 239 U dan 233 Th dapat dilihat dalam tabel 1 dan 2. Recovery diukur melalui sampel urin yang dispike dengan larutan standard uranium dan thorium masing-masing 2 µg. Persen recovery yang diperoleh rata-rata 97% untuk uranium dan 98,05 % untuk thorium. Untuk metode elektrodeposisi hasil perhitungan aktivitas uranium dan thorium dapat dilihat dalam tabel 3 dan 4. Dalam metode ini diperoleh harga recovery pada kondisi optimum adalah 77,4% untuk uranium dan 66,4% untuk thorium. Kalau kita perhatikan dari harga recovery yang diperoleh pada kedua metode ini maka metode aktivasi neutron memberikan harga recovery yang lebih tinggi dari pada metode elektrodeposisi. Hal ini mungkin disebabkan oleh karena : dalam metode aktivasi neutron faktor kesalahannya relatif lebih kecil karena setelah pemisahan uranium dan thorium melalui kolom khromatografi dan pada pengukuran dengan gamma spektrometer terlihat bahwa puncak energi gamma dari U-239 dan Th-233 terpisah secara sempurna dan daerah 70 s/d 90 kev relatif bebas dari gamma pengganggu. Dalam pengukuran dengan gamma spektrometer ini, energi yang diperhatikan hanya energi gamma pada 74,7 kev untuk U-239 dan 86,9 kev untuk Th-233. Dalam metode elektrodeposisi ada beberapa hal yang dapat menyebabkan faktor kesalahan lebih besar yaitu arus listrik yang tidak stabil pada saat elektrodeposisi dan juga mengatur ph larutan yang kurang tepat dalam sel elektrodeposisi, sehingga pada saat proses elektrodeposisi hasil yang diperoleh tidak maksimum. KESIMPULAN Dengan metode aktivasi neutron diperoleh recovery rata-rata 97% untuk uranium dan 98,05% untuk thorium. Sedangkan dengan metode elektrodeposisi harga recovery yang diperoleh pada kondisi optimum adalah 77,4% untuk uranium dan 66,4% untuk thorium. Data recovry yang diperoleh ini menunjukkan bahwa metode aktivasi neutron memberikan hasil yang lebih sensitif dan akurat dari pada metode elektrodeposisi. 236
DAFTAR PUSTAKA. 1. S.PLESKACH and PETKAU, Manual of Bioassay Procedures for Radionuclides, Whiteshell Nuclear Research Establisment Pinawa, Manitoba, 1986 June. 2. S. PLESKACH, Health Physics, Vol.48 No.3 Pergamon Press Ltd,USA,1985. 3. NATIONAL COUNCIL ON RADIATION PROTECTION AND MEASUREMENT, Use of Bioassay For Assessment of Internal Radionuclide Deposition, NCRP No.80 Woodmont Avenue/Bethesda 1987 4. PROCEEDINGS, Atom 1994, Tokyo Institute of Technology, Indonesian Atomic Energy Student in Japan, Tokyo, March 1994. 237