PENENTUAN UNSUR Hf PADA TENAGA KARAKTERISTIK DENGAN
METODA ANALISIS AKTIVASI NEUTRON (AAN)
Iswantoro, Suhardi, Rosidi, Sutanto WW, Sukadi
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan –BATAN, Babarsari Yogyakarta 55281 E-mail :ptapb@batan.go.id
ABSTRAK
PENENTUAN UNSUR Hf PADA TENAGA KARAKTERISTIK DENGAN METODA ANALISIS AKTIVASI NEUTRON (AAN). Unsur Hf memiliki sifat-sifat
kimia yang sama, sehingga kuantifikasi kedua unsur tersebut sulit dilakukan secara kimia biasa. Salah satu metode analisis yang cocok untuk kuantifikasi Zr dan Hf adalah analisis aktivasi neutron. Unsur Hf mempunyai tenaga tenaga karakteristik 133,05 keV, 345,95 keV, 482,16 keV dan 618,90 keV. Unsur Hf yang dianalisis adalah pasir sirkon berasal dari Kalimatan, sedangkan standar yang digunakan adalah Standard Reference Material (SRM) pasir sirkon yang dibuat oleh laboratorium PTAPB. Sampel dan standar diiradiasi bersama-sama dalam satu kelongsong dalam reaktor nuklir pada daya 100 kW (fluk neutron termal sekitar 0,585 × 1011 n. m-2.det-1) selama 12 jam pada fasilitas LazySuzan. Hasil percobaan menunjukkan pada tenaga 133,05 keV menghasikan hasil rerata konsentrasi 0,7650 % dan pada tenaga 482,16 keV menghasilkan hasil konsentarsi rerata sebesar 0,7652 %, dan masing-masing mempunyai probabilitas 43,0 % dan 86,0 %.
Kata kunci : Analisis aktivasi neutron, tenaga karakteristik, unsur Hf
ABSTRACT
DETERMINATION OF Hf ELEMENT AT CHARACTERISTIC ENERGY BY NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS (NAA). Hf and Zr elements have same
chemical behavior, to the two elements are difficult to quantity separate by conventional chemical technique. The suitable technique Hf quantitative analysis is neutron activation analysis. Hf has γ energies of 133.05 keV, 345.95 keV, 482.16 keV and 618.90 keV. Hf is contained in zircon sand sample come from Kalimantan, while the standard was the reference material of zircon sand produced by PTAPB laboratory. One sample and one standard were irradiated together in one capsule for 12 hours in Lazy Suzan irradiation facility, with reactor power of 100 KW and thermal neutron flux of 0,585 × 1011 n. m-2.sec-1). The results showed that by using energy of 133,05 keV, concentration of Hf 0,7560 %, and by energy of 482,16 keV the concentration was 0,765 %. The probability ware 43,0 % for 133,05 keV and 86,0 % for 482,16 keV.
Keywords : Neutron Activation Analysis, characteristic energy, element of Hf
PENDAHULUAN
egiatan industri yang memanfaatkan bahan hasil penambangan, pada dasarnya merupakan rangkaian kegiatan pengambilan dan pengolahan bahan baku yang berasal dari dalam kerak bumi. Dalam kegiatan tersebut, unsur-unsur atau logam alam yang terkandung di dalam kerak bumi akan diproses selama pengolahan
berlangsung. Salah satu produknya adalah pasir zirkon. Pasir zirkon ini mengandung unsur Hf cukup tinggi yang sudah ada di alam.
Pasir Zirkon (ZrSiO4) yang terdapat dalam jumlah banyak di Kalimantan Selatan sampai saat ini masih belum dimanfaatkan secara optimal. Namun potensi yang cukup besar ini belum disertai dengan pemanfaatan dan pengolahan yang optimal untuk menghasilkan
produk yang mempunyai nilai tambah. Untuk menkonversi pasir zirkon (ZrSiO4) menjadi zirkon oksida (ZrO2) berderajat nuklir (murni nuklir) maka salah satu persyaratan pokok adalah memisahkan kandungan hafnium dari zirkon oksida sedemikian sehingga kandungannya maksimal 100 ppm(1).
Permasalahannya adalah proses pemurniannya agar supaya Hf yang ada bersama Zr dapat dipisahkan sedemikian sehingga Zr dapat diperoleh dalam kondisi murni nuklir tersebut. Oleh sebab itu diperlukan dukungan metode analisis yang mampu menentukan kadar kemurnian hasil pemisahan tersebut.
Hafnium adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang Hf dan nomor atom 72. Logam transisi ini memiliki sifat kimia yang mirip dengan zirkonium. Hafnium digunakan sebagai campuraN alloy wolfram pada filamen dan elektroda, dan juga berperan sebagai penyerap neutron pada pembangkit listrik tenaga nuklir. Hafnium hasil pemisahan dapat dilakukan pengambilan kembali (recovery) karena menurut beberapa ahli ternyata hafnium dalam bentuk paduan dapat dimanfaatkan untuk nozle roket pendorong, juga dapat dimanfaatkan untuk meningkatkan ketahanan korosi(1). Unsur zirconium dan hafnium mempunyai sifat-sifat kimia yang mirip bahkan hampir sama sehingga sulit untuk menentukan kandungan kedua unsur tersebut apabila dilakukan metode analisis kimia biasa.
Zirkonium dan hafnium mempunyai perbedaan sifat fisis yaitu tampang lintang serapan neutronnya, masing-masing sebesar 0,18 barn dan 108 barn, waktu paro Hf-181 = 44,6 hari, Zr-95 = 65 hari, tenaga gamma puncak Hf-181 = 133 keV; 345 keV dan 481,85 keV sedang Zr-95 = 724,20 keV dan 756,72 keV(2,3). Salah satu metode analisis yang dapat dilakukan adalah suatu metode analisis yang dapat menganalisis Hf berdasarkan beda harga tampang lintang serapan neutronnya, dan perbedaan tenaga gamma yang cukup jauh yaitu metode AAN (Analisis Aktivasi Neutron). Dengan teknik Analisis Aktivasi Neutron ini, dapat ditentukan kadar suatu unsur Hf dalam suatu cuplikan dimana dengan teknik ini secara khusus dapat digunakan untuk mengidentifikasi unsur dalam jumlah kecil dalam orde ppm bahkan ppb.
TATA KERJA Peralatan
1. Seperangkat alat spektrometer gamma dengan detektor Ge(Li) dan maestro ortec 7010. 2. Timbangan digital ohaus BT-410
3. Ayakan karl kalb 100 mesh
4. Penumbuk dan lumpang penumbuk yang terbuat dari bahan stainless steel grinder agath blander
5. Vial poly ethylene. 6. Tempat pasir zirkon halus 7. Alat homogenisasi Bahan
1. Pasir Zirkon dari kalimatan
2. SRM serbuk pasir sirkon buatan PTAPB 3. Eu-152 (untuk kalibrasi tenaga)
Cara kerja
Praparasi sampel dan standar 1. Sampel pasir zirkon ditumbuk halus
2. Sampel (1) diayak sampai lolos semuanya dengan ukuran 100 mesh
3. Dilakukan homogenisasi sampai diperkirakan campuran merata
4. Dilakukan penyimpanan sampel (3) dalam wadah bersih
5. Penempatan sampel (4) diberi tanggal dan kode sampel
6. Sampel (5) ditimbang 0,1 gram dalam vial dimasukan dalam plastik klip dan diberi kode, dan sampel ini siap dilakukan proses iradiasi dalam reaktor dilakukan 3 kali penimbangan (3 sampel)
7. Dilakukan juga penimbangan standar 0,1 g standar dimasukan dalam plastik klip diberi kode yang telah dipersiapkan
8. Semua cuplikan dalam vial, sampel, standar dan blanko dimasukkan dalam kelongsong dan diberi nomor dikirim ke Bidang Reaktor dengan pengantar surat permohon iradiasi. Iradiasi dan pencacahan
1. Sampel dalam kelongsong dimasukan dalam teras iradiasi untuk proses iradiasi pada daya 100 KW (fluk neutron termal sekitar 0,585 × 1011 n. m-2.det-1) selama selama 12 jam pada fasilitas LazySuzan.
2. Setelah selesai iradiasi didiamkan selama lebih kurang 2 hari kemuadian diambil dan dibawa ke laboratorium dengan menggunakan kontainer berlapis timbal.
3. Dilakukan penggantian plastik klip dengan yang baru
4. Didiamkan dengan waktu tunda tertentu, kemudian dilakukan pencacahan sampel dan standar pertama.
5. Dilakukan perhitungan konsentrasi atau kadar Hf yang pertama, perhitungan dilakukan dengan metoda komparatif
6. Dilakukan pencacahan kedua dengan waktu tunda yang berbeda dan dilakukan perhitungan seperti langkah (5).
Kalibrasi tenaga
Sebelum dilakukan analisis spektrum, terlebih dahulu dilakukan kalibrasi tenaga yang digunakan untuk analisis kualitatif dengan cacah pulsa-pulsa yang mempunyai tinggi sama dicatat dalam suatu salur sebanding dengan tenaga sinar gamma. Pencacahan sumber radioaktif standar dengan menggunkan standar Eu 152 yang mempunyai tenaga yang sudah tepat, kemudian dibuat plot tenaga sinar
γ
standar dengan nomor salur puncak.HASIL DAN PEMBAHASAN
Untuk menentukan Hf dalam pasir zirkon setelah dilakukan proses iradiasi diidentifikasi melalui tenaga karakterstik 133,05 keV mempunyai probabilitas 43,0 %, 345,95 keV mempunyai probabilitas 14,0 %, 482,16 keV mempunyai probabilitas 86,0 %dan 618,90 keV mempunyai probabilitas 0,25 %. Perhitungan konsentrasi Hf dalam pasir sirkon dilakukan dalam dua periode atau 2 kali waktu tunda pencacahan. Pada saat proses iradiasi dihentikan tanggal 14 Juli 2010, tepat pada jam 14.15 WIB (dengan kode sampel A34 pada log book). Pada pencacahan pertama kali tanggal 21 Juli 2010 jam 07.32, sehingga waktu tunda pertama adalah 9704 menit. Pada saat pencacahan kedua tanggal 9 Agustus 2010 jam 08.36 WIB (dengan kode sampel A190 pada log ook) sehingga waktu tunda pencacahan ke adalah 38565 menit, hasil perhitungan ini dapat dilihat pada Tabil 1 dan Tabel 4 sampai Tabel 9 di lampiran.
Pada Tabel 1 tersaji hasil pengukuran pertama (1) dari pengukuran 6 kali pengulangan, terlihat hasil cacah terbesar pada tenaga 133,05 keV probabilitas 43,0 % mempunyai nilai cacah 202877 pada waktu cacah 10 menit. Pada tenaga
karakteristik 618,9 keV probabilitas 0,25 % mempunyai nilai cacah 302 dengan waktu cacah 10 menit, hasil ini sangat mencolok bibandingkan dengan yang mempunyai probabilitas lebih besar. Pada tenaga 482,16 keV mempunyai probabilitas 86,0 % sesungguhnya mempunyai hasil cacah terbesar dibandingkan tiga tenaga lainya, akan tetapi setelah dilakukan pencacahan berulang kali tetap hasil cacah terbesar pada tenaga 133,0 keV. Hal ini bila dilihat dari hasil cacah cukup besar sehingga tidak begitu berpengaruh hasil ralatnya.
Cacah per menit pada waktu pencacahan (Cpm-T) dihasilkan dari hasil cacah dikurangi hasil cacah blanko dibadi dengan waktu cacah. Pada Tabel 1, diambil tenaga 133,05 keV, Cpm-T adalah (202877/10 – 26/10) = 20285,1. Hasil Cpm dirubah menjadi Cpm-0 yaitu pada saat proses iradiasi dihentikan. Perubahan ini dipengaruhi oleh waktu tunda (td), dan umur paroh radionuklida (T1/2) setelah unsur Hf menjadi radioaktif dengan menggunakan rumus :
2 / 1 636 , 0
.
T td t ocpm
e
cpm
=
−Bila bilangan semua dimasukan dalam rumus tersebut diatas untuk cuplikan pada tenaga 133,05 keV maka didapatkan nilai Cpm-0
64224 9704 636 , 0
.
1
,
20285
−=
e
cpm
o Cpm-0 (cuplikan) = 22524,33Untuk standar dengan tenaga yang sama didapat hasil nilai Cpm-0 standar sebesar
64224 9714 636 , 0
.
19506
−=
e
cpm
o Cpm-0 (cuplikan) = 19506Tabel 1. Data pencacahan dan hasil cacah per menit (cpm) pada waktu T cacah dan cpm-0 Standar
Blanko HasiL cacah T-Cacah Cpm-T T, tunda T1/2 Cpm-0 tenaga Probabilitas 133,05 43,00 26 202877 10 20285,1 9704 64224 22524,33 345,95 14,00 26 38498 10 3847,2 9704 64224 4271,88 482,16 86,00 26 59521 10 5949,5 9704 64224 6606,25 618,9 0,25 26 302 10 27,6 9704 64224 30,65 Sampel tenaga Probabilitas 133,05 43,00 26 195086 10 19506 9714 64224 21661,57 345,95 14,00 26 36014 10 3598.8 9714 64224 3996,49 482,16 86,00 26 57593 10 5756.7 9714 64224 6392,86 618,9 0,25 26 295 10 26.9 9714 64224 29,87
Dengan menggunakan metoda komparatif yaitu perbadingan cacah per menit pada saat nol sampel dibandingkan cacah per menit pada saat nol standar dapat diketahui atau dapat ditentukan kadar atau konsentrasi Hf dalam pasir sirkon. Dengan memasukan nilai-nilai dalam rumus komparatif akan didapat hasil hitung
Hf dalam pasir seperti yang dapat dilihat pada Tabel 2. Sebagai contoh diambil pada tenaga karakteristik 133,05 keV mendapatkan hasil konsentrasi Hf adalah 0,7345 %. Hasil ini merupakan hasil pencacahan pertama untuk tenaga karakteristik masing-masing, ada 4 tenaga.
Tabel 2. Hasil perhitungan konsentrasi Hf dalam pasir sirkon berasal dari Kalimatan No Tenaga
keV
Cacach per menit-0 (Cpm-0) Kadar (%)
Standar Sampel Standar Sampel, hitung
1 133,05 22524,33 21661,57 0,7637 0,7345 2 345,95 4271,88 3996,49 0,7637 0,7145 3 482,16 6606,25 6392,86 0,7637 0,7390 4 618,9 30,65 29,87 0,7637 0,7444 Contoh Hitung S dar dar S Sampel sampel
W
Cpm
Cpm
W
tan tan.
=
Rumus, komparatf % 7345 , 0 % 7637 , 0 . 33 , 22524 57 , 21661 = = sampel W Hasil hitungPada Tabel 3 hasil perhitungan konsentrasi (%) dengan 6 sampel pencacah menghasilkan hasil rerata mendekati sama, atau dengan kata lain tidak ada hasil beda secara mencolok. Dari hasil rerata dapat dilihat yang mendekati hasil rerata yaitu tenaga 133,05 keV menghasikan hasil rerata konsentrasi 0,7650 % dan mempunyai standar deviasi 0,019 %, pada tenaga 482,16 keV menghasikan hasil rerata sebesar 0,7652 % dan mempunyai standar deviasi 0,025 %, sehingga untuk menentukan konsentrasi Hf dengan radioaktivitas Hf-181 dapat dilakukan dengan
mengambil dua tenaga yaitu tadionuklida Hf-181 pada tenaga karakteristik 133,05 keV dan 483,16 keV dan masing-masing mempunyai probabilitas 43, % dan 86 %. Pada Tenaga 345,95 keV radionuklida Hf-181 tidak diperlukan lagi karena sudah cukup baik dan terwakili untuk tenaga karakteristik kedua tersebut diatas, begitu juga untuk tenaga karakteristik 618,9 keV yang mempunyai probabilias sangat kecil yaitu 0,25 %, pada tenaga ini bila konsentrasi dalam ppm atau mg/kg maka puncak spektrumnya tidak muncul.
Tabel 3. Hasil perhitungan konsentrasi (%) dengan 6 sampel pencacah dan hasil rerata serta standar deviasi perhitungan.
No Tenaga keV
Hasil perhitungan konsentrasi (%) Standar Deviasi 1 2 3 4 5 6 Rerata 133,05 0,7345 0,7820 0,7384 0,7761 0,7714 0,7881 0,7650 0.019 345,95 0,7145 0,7537 0,7383 0,7796 0,7728 0,7867 0,7576 0.022 482,16 0,7390 0,7746 0,7160 0,8003 0,7822 0,7793 0,7652 0.025 618,9 0,7444 0,7128 0,7329 0,7702 0,7425 0,7043 0,7345 0.018
KESIMPULAN
1. Penentuan Hf dilakukan dengan menentukan puncak spektrum radionuklida Hf-181 pada tenaga karakteristik: 133,05 keV, 345,95 keV, 482,16 keV dan 618,9 keV
2. Dari pengamatan untuk tenaga133,05 keV menghasikan hasil rerata konsentrasi 0,7650 % dan pada tenaga 482,16 keV menghasikan hasil rerata sebesar 0,7652 %. Dengan hasil yang sangat mendekati maka untuk menentukan konsentrasi Hf dengan radioaktivitas Hf-181 dapat dilakukan dengan mengambil dua tenaga yaitu tadionuklida tersebut.
DAFTAR PUSTAKA
1. WISJACHUDIN dan SUTISNA. Validasi Analisis Kandungan Zr dan Hf Dalam Fasa Air Dengan Metoda Ko AAN. Proseding Forum AANI BATAN, Serpong (2010). 2. ERDTMANN.G.and, SOYKA.W., The
Gamma rays of the Radionuclides, New York (1979)
3. ERDTMANN.G. Neutron Activation Tables. New York (1976).
LAMPIRAN
Tabel 4. Data pencacahan dan hasil cacah per menit (cpm) pada waktu T cacah dan cpm-0, sampel 2 Standar Blanko HasiL cacah T-Cacah Cpm-T T, tunda T1/2 cpm-0 kadar SRM tenaga Probabilitas 133,05 43,00 26 202877 10 20285,1 9812 64224 22550,60 0,7637 345,95 14,00 26 38498 10 3847,2 9812 64224 4276,86 0,7637 482,16 86,00 26 50327 10 5030,1 9812 64224 5591,87 0,7637 618,9 0,25 26 237 10 21,1 9812 64224 23,45 0,7637 Sampel . 2 Kadar Hitung tenaga Probabilitas 133,05 43,00 26 207822 10 20779.6 9779 64224 23092.1 0,7820 345,95 14,00 26 38010 10 3798.4 9779 64224 4221.113 0,7537 482,16 86,00 26 51061 10 5103.5 9779 64224 5671.454 0,7746 618,9 0,25 26 223 10 19.7 9779 64224 21.89236 0,7128
Tabel 5. Data pencacahan dan hasil cacah per menit (cpm) pada waktu T cacah dan cpm-0, sampel 3 Standar Blanko HasiL cacah T-Cacah Cpm-T T, tunda T1/2 cpm-0 kadar SRM tenaga Probabilitas 133,05 43,00 26 21105 10 2107.9 9812 64224 2345,34 0,7637 345,95 14,00 26 41850 10 4182.4 9812 64224 4653,52 0,7637 482,16 86,00 26 53557 10 5353.1 9812 64224 5956,09 0,7637 618,9 0,25 26 251 10 22.5 9812 64224 25,03 0,7637 Sampel 3 Kadar Hitung tenaga Probabilitas 133,05 43,00 26 20386 10 20384.1 9779 64224 2267,51 0,7384 345,95 14,00 26 40470 10 4044.4 9779 64224 4498,95 0,7383 482,16 86,00 26 50225 10 5019.9 9779 64224 5584,09 0,7160 618,9 0,25 26 242 10 21.6 9779 64224 24,03 0,7329
Tabel 6. Data pencacahan dan hasil cacah per menit (cpm) pada waktu T cacah dan cpm-0, sampel 1 Standar Blanko HasiL cacah T-Cacah Cpm-T T, tunda T1/2 cpm-0 kadar SRM tenaga Probabilitas 133,05 43,00 26 440865 15 29388.53 9812 64224 44555.46 0,7637 345,95 14,00 26 98743 15 6580.4 9812 64224 9976.434 0,7637 482,16 86,00 26 110697 15 7377.333 9812 64224 11184.65 0,7637 618,9 0,25 26 262 15 15 9812 64224 22.74125 0,7637 Sampel 3 Kadar Hitung tenaga Probabilitas 133,05 43,00 26 448206 15 29877.93 9779 64224 45281.31 0,7761 345,95 14,00 26 100833 15 6719.733 9779 64224 10184.05 0,7796 482,16 86,00 26 116052 15 7734.333 9779 64224 11721.72 0,8003 618,9 0,25 26 264 15 15.13333 9779 64224 22.93522 0,7702
Tabel 7. Data pencacahan dan hasil cacah per menit (cpm) pada waktu T cacah dan cpm-0, sampel 2 Standar Blanko HasiL cacah T-Cacah Cpm-T T, tunda T1/2 cpm-0 kadar SRM tenaga Probabilitas 133,05 43,00 26 440865 15 29388.53 9812 64224 44587.2 0,7637 345,95 14,00 26 98743 15 6580.4 9812 64224 9983.541 0,7637 482,16 86,00 26 158010 15 10531.53 9812 64224 15978.06 0,7637 618,9 0,25 26 255 15 14.53333 9812 64224 22.04944 0,7637 tenaga Probabilitas Kadar Hitung 133,05 43,00 26 445371 15 29688.93 9779 64224 45034.7 0,7714 345,95 14,00 26 99934 15 6659.8 9779 64224 10102.15 0,7728 482,16 86,00 26 161874 15 10789.13 9779 64224 16365.87 0,7822 618,9 0,25 26 249 15 14.13333 9779 64224 21.43864 0,7425
Tabel 8. Data pencacahan dan hasil cacah per menit (cpm) pada waktu T cacah dan cpm-0, sampel 3 Standar Blanko HasiL cacah T-Cacah Cpm-T T, tunda T1/2 cpm-0 kadar SRM tenaga Probabilitas 133,05 43,00 26 486372 15 32422.33 9812 64224 49307.95 0,7637 345,95 14,00 26 99807 15 6651.333 9812 64224 10115.36 0,7637 482,16 86,00 26 148254 15 9881.133 9812 64224 15027.25 0,7637 618,9 0,25 26 270 15 15.53333 9812 64224 23.62312 0,7637 tenaga Probabilitas Kadar Hitung 133,05 43,00 26 502203 15 33477.73 9779 64224 50886.09 0,7881 345,95 14,00 26 102861 15 6854.933 9779 64224 10419.49 0,7867 482,16 86,00 26 151360 15 10088.2 9779 64224 15334.04 0,7793 618,9 0,25 26 252 15 14.33333 9779 64224 21.78664 0,7043
