Prosiding Seminar Nasional AAN 2010 Serpong, 2-3 Nopember 2010
KONFIRMASIIDENTITAS DAN LIMIT DETEKSI DALAM ANALISIS AKTIVASI NEUTRON
Yustina Tri Handayani, Siamet Wiyuniati dan Tulisna Pusat Pendidikan dan Pelatihan (Pusdiklat) - BATAN
JI. Lebak Bulus Raya, Pasar Jumat, Jakarta 12440 e-mail: [email protected]
ISSN : 2085-2797
ABSTRAK
KONFIRMASIIDENTITAS DAN LIMIT DETEKSI DALAMANALISISAKTIVASI NEUTRON. Analisis Aktivasi Neutron (AAN) berdasarkan pada reaksi penangkapan neutron oleh nuklida. Dari berbagai kemungkinan radionuklida yang terjadi, perlu ditentukan radionuklida dan pancaran radiasi gamma yang memberikan identitas dari unsur yang dianalisis dan sensitivitas yang paling baik. Konfirmasi dilakukan secara teoritis dan percobaan terhadap unsur dalam sam pel sedimen. Hasil konfirmasi adalah AI, V, Cr K, Na, Ca dan Zn dianalisis berdasarkan radionuklida AI-28, V-52, Cr-51, K-42, Na-24, Ca-48, dan Zn-65. Unsur Mg, Mn, Fe, Co dianalisis berdasarkan radionuklida Mg-27, Mn-56, Fe-59, Co-60 pada puncal< dengan gabungan probabilitas pemancaran radiasi dan efisiensi paling besar. Cu bisa dianalisis melalui iradiasi pendek menghasilkan radionuklida Cu-66 ataupun menengah melalui Cu-64, tetapi iradiasi pendek lebih sensitif. Limit deteksi pengukuran ditetapkan pada kondisi pengukuran tertentu yang dilakukan oleh suatu laboratorium. Nilai limit deteksi dalam AAN ditentukan berdasarkan area compton continue menggunakan metode Currie. Nilai limit deteksi untuk unsur AI, V, Ca, Mg, Mn, As, K, Na, Mg, Ce, Co, Cr, Fe, La, Sc, dan Zn dalam sampel sedimen sebesar 240 ppm, 27 ppm, 4750 ppm, 2600 ppm, 21 ppm, 3,3 ppm, 75ppm, 1,4 ppm, 1,8 ppm, 0,5 ppm, 2,7ppm, 29 ppm, 1 ppm, 0,05 ppm, dan 37 ppm. Pada analisis Cu dalam sedimen dengan konsentrasi 98,6 ppm, tidak terdeteksi Cu-66. Uji coba dengan larutan standar Cu murni, diperoleh limit deteksi 0,12 ~g, atau dalam sampel dengan massa 15 mg diperoleh 7,9 ppm. Secara umum nilai limit deteksi yang diperoleh lebih besar dari nilai limit detelcsi acuan, hal terse but disebabkan perbedaan matriks sam pel dan kondisi analisis.
Kata kunci : Analisis Aktivasi Neutron, Konfirmasi identitas, Limit deteksi, Metode Currie
ABSTRACT
CONFIRMATION OF IDENTITY AND DETECTION LIMIT IN NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS.
Neutron Activation Analysis (NAA) based on neutron capture by nuclides. Of the various possibilities of radionuclides that occur, radionuclides and gamma radiation which provides the identity of the element were analyzed and the best sensitivity should be determined. Confirmation for elements in sediment
samples was done theoretically and experimentally.The result of confirmation shows that AI, V, Cr K, Na, Ca and Zn were analyzed based on radionuclides of AI-28, V-52, Cr-51 , K-42, Na-24, Ca-48, Zn-65.
Elements of Mg, Mn, Fe, Co were analyzed based on radionuclides of Mg-27, Mn-56, Fe-59,Co-60 through peak which the highest value of combined probability of radiation emission and efficiency.
Cu can be analyzed through Cu-64 or Cu-66, but the second is more sensitive. Detection limit is determined at a certain measurement conditions carried out by a laboratory. Detection limit in the NAA is determined based on the Compton continue area by Currie method. The detection limit of AI, V, Ca, Mg, Mn, As, K, Na, Mg, Ce, Co, Cr, Fe, La, Sc, and Zn in sediment samples are 240,27,4750, 2600, 21, 3.3 , 7ti, 1.4, 1.8, 0.5, 2.7, 29, 1, 0.05, and 37 ppm. Analysis of Cu in sediments which concentrations of 98.6 ppm, Cu-66 is not detected. Tests using pure standard solutions of Cu obtained detection limit of 0.12 ~g, or 7.9 ppm in samples of 15 mg. In general, the detection limit obtained was higher than the detection limit of the reference, it was caused by the differences in the sample matrix and analytical conditions.
Key words: Neutron Activation Analysis, Confirmation of identity, Detection limit, Currie method
Konfirmasi Identitas dan Limit Oeteksi dalam
Analisis Aktivasi Neutron (Yustina Tri Handayani) ISSN : 2085-2797
TEORI
PENDAHULUAN
Analisis aktivasi neutron berdasarkan pada reaksi inti berupa reaksi penangkapan neutron yang dituliskan (n.y) seperti dalam Persamaan (1) :
Kemampuan suatu metode dalam analisis ditunjukkan oleh selektivitas dan sensitivitasnya. Selektivitas ditunjukkan dengan konfirmasi identitas, sensitivitas ditunjukkan oleh nilai limit deteksi. Oleh karena itu, konfirmasi identitas dan limit deteksi merupakan parameter dalam validasi metode yang harus ditentukan.
Analisis Aktivasi Neutron (AAN) berdasarkan pad a reaksi penangkapan neutron oleh nuklida. Karena di alam sebagian besar unsur tersusun lebih dari satu isotop, maka penangkapan neutron oleh beberapa jenis nuklida menghasilkan lebih dari satu radionuklida.
Radionuklida bisa meluruh dengan berbagai skema peluruhan dan menghasilkan radionuklida lain, yang menambah jenis radionuklida yang dihasilkan. Dari berbagai kemungkinan radionuklida yang terjadi, perlu ditentukan radionuklida dan pancaran radiasi gamma yang memberikan identitas dari unsur yang dianalisis dan sensitivitas yang paling baik.
Limit deteksi pengukuran ditetapkan pada kondisi pengukuran tertentu yang dilakukan oleh suatu laboratorium. AAN merupakan metode anal is is unsur yang memiliki keunggulan sensitivitas yang tinggi. Laboratorium perlu mementukan limit deteksi pengukuran untuk menunjukkan kemampuan analisis untuk jenis sam pel yang ditangani.
(3)
Analisis kualitatif dilakukan berdasarkan energi radiasi gamma dari spektum hasil pengukuran. Radiasi gamma dengan energi tertentu yang dipancarkan oleh radioisotopnya
(2)
Dimana :
A = Aktivitas radionuklida N =Jumlah nuklida m = Massa unsur
NAV= Bilangan avogadro M = Massa atom
a
=Tampang lintang mikroskopis<t> = Fluks neutron
;... =Tetapan peluruhan radionuklida yang terbentuk
t "
=Waktu iradiasiReaksi inti dengan neutron dapat dilakukan baik dalam reaktor, maupun dengan sumber neutron berupa radionuklida seperti Cf-252, 241Am-Be.Probabilitas terjadinya reaksi dinyatakan dalam nilai tam pang lintang mikroskopis yang bergantung pad a energi neutron, dan paling efektifterjadi dengan neutron termal. Aktivitas radionukida yang terbentuk bergantung padajumlah nuklida, tampang lintang mikroskopis, fluks neutron, waktu iradiasi dan waktu para radionuklida yang terbentuk yang dapat ditentukan dengan Persamaan (2) dan Persamaan (3) :
Dimana : X =Nuklida A =Nomor massa n =Neutron
... (1)
• A+1 X +Y
156
Prosiding Seminar Nasional AAN 2010 Serpong, 2-3 Nopember 2010
ISSN : 2085-2797
merupakan
identitas
unsurnya.dari beberapa unsur dalam sam pel sedimen Konfirmasi identitas secara teoritis terhadap
ditunjukkan pada Tabel1.
Tabel 1. Konfirmasi Identitas Secara Teoritis untuk Beberapa Unsur dalam Sampel Sedimen
AI
"AI 1002,25 m"'AI1779,0100230 V
~UV 0,2540
~lV
~
99,7560 3,76 m~lV1001434 l4Mq
78,990,053 '~Mg
~q
2010 lbMg
Mg lbMg "Mg0,03911,01
9,45m 843,8 71,8 1014,4
28,2
"IIO(5i3
96,9410,41 1,O.10~t41Cata
~a 4~Ca0,6470,7
Ca
4;jCa 0,1356,4 44Ca 44Ca
2,0860,84 162,7 h4~Ca12,4 x
40Ca 4,536 h4/Ca74,90,00412970,7
4"Ca 8,72m4~Ca92,10,1873084
..
1,1~~Mn
10013,3
~bMn98,9
..
846,8 Mn2,578j 1810,8
27,2 2113,1
14,3
b;jCu b4Cu12,7 j1345,869,170,484,5
Cu
35,8x 511
b~CU 5,10 m""Cu30,851039,38,02,17
'3"9j(:
93,25814uK 2,1 1,27.10~t10,71460,8 K
~ 41K0,01173,0 41K
6,37024lK1,46 12,36 j1524,618,3 Na
';jNa 100l4Na14,95j1368,610040 2754,4
99,9 As
'~As 100'bAs4,2 26,3j44,7559,1
&JCr 27,7 h~lCr9,834,35320,115,5
Cr ~r ~~Cr0,883,79
MCr
2,360,36 3,397 m0,037~~Cr1528 Co
~9CO100 bUCo 5,37 t
1137,3100 1332,5
100
~bFe ~/Fe91,752,6
~/Fe
2,122,5
~"Fe
Fe ~e ~~Fe1,3 0,28
44,51 h 1099,2 56,5 1291,6
43,2
b4Zn 243,8 hb~Zn48,650,71115,50,76
""Zn b/Zn27,90,9
b/Zn
0,0004b"Zn4,1 Zn -CSZn
0,072 18,8 13,76j0,033b~Zn574,1 56m
318,5 0,0013
/uZn 0,0081"Zn0,6
3,97 j386,33 2,4 m
511,632x
MbCe 1~/Ce1,43 h0,44824,70,191
9,Oj
447,22,24 Ce
l;.iti(;e
0,0150,25 l~~Ce 56,4 dIT 137,6 h
165,9 79,9
14UCe 141Ce32,5 h48,488,48145,4
..
0,5814lCe 1,377 h14;jCe42,811,08293,30,97
l;j"La l~~La0,09057
La
1;j9La14uLa93,919,0 12,79h
1596,2 95,49 487
45,5 Sc
'f5""Sc 10010 18,75d4bSC99,991120,5 83,81 h
889,3 99,98
Keterangan : Dt a• ===sudahdetik, jtidak memancarkan=pasti, tidak ada kemungkinanjam, h = hari, t= tahun, xradiasi gamma,=tidak bisa digunakanlain, dan •• = palinguntuk analisis,sensitif
Konfinnasi /dentitas dan Limit Oeteksi da/am Analisis Aktivasi Neutron (Yustina Tri Handayani)
Limit deteksi pengukuran ditetapkan pada kondisi pengukuran tertentu yang dilakukan oleh suatu laboratorium. AAN merupakan metode analisis unsur yang memiliki keunggulan sensitivitas yang tinggi. Nilai limit deteksi dalam AAN ditentukan berdasarkan area compton continue atau latar belakang yang berasal dari efek compton dengan perhitungan area limit deteksi menggunakan metode Cu"ie dengan Persamaan (4) dan Persamaan (5):
(4)
(5) Dimana :
Lc = Limit of critical
LD =Limit atau batas bawah pengukuran
cro =Deviasi standar dari cacah latar belakang
k = Konstanta dalam Distribusi Normal yang berkaitan dengan tingkat kepercayaan B =Cacah latar belakang, bisa dihitung
dengan metode Covel
n,m berkaitan dengan kondisi pengambilan data spektrum.
Dengan mengambil tingkat kepercayaan 95 %, maka k = 1,645 sehingga menjadi Persamaan (6) :
Dengan metode komparatif AAN, maka nilai limit deteksi dalam area dihitung menjadi nilai limit deteksi konsentrasi dengan perbandingan terhadap area dan konsentrasi standar untuk unsur yang ditentukan. Nilai limit deteksi dalam AAN bergantung pada
ISSN : 2085-2797
matriks atau jenis sampel, massa sam pel, fluks neutron, waktu iradiasi, waktu pendinginan, waktu pencacahan.
METODE
Konfirmasi secara eksperimen dilakukan dengan menyiapkan cuplikan berisi larutan atau bahan standar yang mengandung satu unsur tertentu secara terpisah dan dikeringkan.
Selanjutnya cuplikan diiradiasi dengan waktu 1 menit untuk iradiasi pendek, 10 menit untuk iradiasi menenhah dan 1 jam untuk iradiasi panjang, sesuai dengan waktu paro radionuklida yang akan dihasilkan. dan didinginkan sesuai dengan waktu pendinginan 5 menit untuk iradiasi pendek, 1 hari hingga 2 hari untuk iradiasi menengah, 2 minggu untuk iradiasi panjang.
Selanjutnya dilakukan pengukuran menggunakan spektrometer gamma.
Pada penentuan limit deteksi. cuplikan standar sedimen diiradiasi dengan waktu yang sesuai untuk menghasilkan radionuklida tertentu dan didinginkan sesuai dengan waktu pendinginan yang diperlul<an. Selanjutnya dilakukan pengukuran menggunakan spektrometer gamma. Perhitungan nilai limit deteksi dilakukan secara manual menggunakan perangkat lunak Excel.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil konfirmasi identitas secara percobaan ditunjukkan pada Tabel2
Konfirmasi Identitas hasil eksperimen unsur AI dan Cr sesuai dengan konfirmasi teori, hanya memiliki satu puncak energi.Untuk unsur Mg, Mn dan Fe juga sesuai dengan konfirmasi teori, dengan beberapa puncak energi dan pada
158
Prosiding Seminar Nasional AAN 2010 Serpong, 2-3 Nopember 2010
ISSN : 2085-2797
Tabel 2. Hasil Konfirmasi Secara Eksperimen Unsur
WaktuRadionuklidaPWaktuEnergi Konfirmasi Iradiasi
Pendinginan(%) Radiasi (menit)
(KeY)
AI
1
5menitada1001779,0 28A1 Mg
5 menit171,8ada843,8* 27Mg 1014,4
28,2ada Ca
5 menit174,9ada3084 49Ca 20
1 hari92,11297 47Ca 1
5 menit98,9ada -846,8 56Mn Mn
1810,8 27,2ada
2113,1
14,3ada Cu
1 hari200,48ada1345,864Cu 1
5 menitada-8,01039,366CU K
1 hari2018,3ada1524,6 42K Na
20
1 hariada1001368,624Na Cr
14 hari609,83ada320,1 51Cr Co
14 hari60ada1001137,26OCO 1332,5
ada100 Fe
60ada -56,51099,2 59Fe 58Fe
1291,6 43,2ada 60
14 hari50,751115,5ada 65Zn Zn
5 menit1 318,5 tidak ada69Zn 20
2 hari386,3 tidak ada70Zn
energi yang diberi tanda - memberikan sensitivitas paling baik, karena area puncak paling besar. Pada unsur Co juga muncul 2 puncak energi yang relatif sama besar, puncak 1173 KeV berada pada posisi dengan efisiensi spektrometer gamma sedikit lebih besar daripada puncak energi 1332 KeV, tetapi Compton continue relatif lebih besar. Untuk analisis bisa disesuaikan dengan spektrum yang diperoleh.
Spektrum untuk anal isis Mg dan Mn memiliki lebih dari 1 puncak, dengan area terbesar di energi 843 KeV untuk Mg dan 846 KeV untuk Mn. Apabila dalam suatu sam pel terdapat kedua unsur terse but, maka akan terjadi penumpukan puncak, karena resolusi yang ditunjukkan nilai Full Width at Half Maximum (FWHM) dari spektrometer gamma sebesar 1,9 KeV. Apabila pemisahan puncak bisa dilakukan, baik secara manual maupun dengan perangkat lunak, maka bisa dilakukan analisis
berdasarkan puncak-puncak tersebut.
Tetapi bila hal tersebut tidak bisa dilakukan, maka anal isis dilakukan berdasarkan puncak kedua, dengan konsekuensi tingkat presisi menurun, karena area puncak lebih kecil.
Sedangkan unsur Cu bisa diana lis is melalui iradiasi pendek ataupun menengah, tetapi iradiasi pendek yang menghasilkan radionuklida Cu-66 lebih sensitif.
Kondisi analisis dan nilai limit deteksi dengan tingkat kepercayaan 95%pada sam pel sedimen ditunjukkan pada Tabel 3.
Nilai limit deteksi acuan adalah nilai limit deteksi dengan kondisi pengukuran yang diberikan, yaitu massa sam pel 100 mg, sedangkan kondisi lama iradiasi, waktu pendinginan, lama pengukuran dan fluks neutron tidak diberikan. Nilai limit deteksi sangat dipengaruhi oleh kondisi pengukuran, sehingga perbedaan nilai limit deteksi yang diperoleh
Konfirmasi Identitas dan Limit Oeteksi dalam
Analisis Aktivasi Neutron (Yustina Tri Handayani) ISSN : 2085-2797
Tabel 3. Kondisi Pengukuran dan Nilai Limit Deteksi untuk Sam pel Sedimen
Hasil konfirmasi identitas menunjukkan AI, V, Cr K, Na, Ca, Zn, Cu dianalisis berdasarkan radionuklida AI-28, V-52, Cr-51, K-42, Na-24, Ca-48, Zn-65 dan Cu-66. Unsur Mg, Mn, Fe, Co dianalisis berdasarkan radionuklida Mg-27, Mn-56, Fe-59 dan Co-60 pacta puncak dengan gabungan probabilitas pemancaran radiasi dan efisiensi paling besar.
Nilai limit deteksi untuk unsur AI, V, Ca, Mg dan Mn, As, K, Na, Mg, Ce, Co, Cr, Fe, La, Sc, Zn dalam sampel sedimen sebesar 240 ppm, 27 ppm, 4750 ppm, 2600 ppm, 21 ppm , 3 3 ppm, 75 ppm, 1,4 ppm, 1,8 ppm, 0,5 ppm, 2,7 ppm, 29 ppm, 1 ppm, 0,05 ppm, dan 37 ppm. Limit deteksi Cu dalam sedimen lebih besar dari 98,6 ppm, dengan larutan standar Cu murni, diperoleh limit deteksi 0,12 \.Ig,atau dalam sam pel dengan massa 15 mg diperoleh 7,9 ppm.
Unsur Kondisi
~ Massa cuplikan = 15 mg V Lama iradiasi = 1 men it
~ Waktu pendinginan = 5 men it Ca Lama pengukuran =2 men it Cu
Mn
~ Massa cuplikan = 50 mg As Lama iradiasi = 20 menit
~ Waktu pendinginan =2 hari Lama pengukuran = 20 men it
~ Massa cuplikan =30 mg Fe Lama iradiasi = 60 menit
~ Waktu pendinginan = 14 hari Zn Lama pengukuran = 60 menit Ce
La Sc
dengan nilai acuan berbeda, karena kondisi pengukuran berbeda.
Pada analisis Cu dalam standar sedimen dengan konsentrasi 98,6 ppm, tidak terdeteksi Cu-66, sehingga limit deteksinya lebih besar daripada konsentrasi tersebut. Uji coba dengan larutan standar Cu murni, diperoleh limit deteksi 0,12 \.Ig, atau dalam sam pel 15 mg diperoleh 7,9 ppm
Secara umum sudah diperoleh nilai limit deteksi yang diperoleh lebih besar dari nilai limit deteksi acuan, hal terse but dapat disebabkan karena perbedaan matriks sam pel dan kondisi pengukuran belum optimum. Walaupun kondisi pengukuran belum optimum, nilai limit deteksi pengukuran dapat dipergunakan sebagai pertimbangan awal dari kemampuan atau kemungkinan untuk melakukan analisis sam pel.
160
Limit Deteksi Sedimen (ppm)
240 27 2600 4750 Sedimen > 98,6
mumi : 7,9 21 75 3,3 1,4
2,7 29 0,5 37 1,8
1 0,05 KESIMPULAN
Limit Deteksi Acuan (ppE2J1]
10 1 100 1000
10 0,1 10 0,01
1
10 100
1
10 10 0,1 0,1Prosiding Seminar Nasional AAN 2010 Serpong, 2-3 Nopember 2010
Secara umum nilai limit deteksi yang diperoleh lebih besar dari nilai limit deteksi acuan, hal tersebut disebabkan perbedaan matriks sampel dan kondisi analisis.
DAFTAR PUSTAKA
1. Kamioki. 2004. Neutron Activation Analysis.
Proceedings of Training on Application of Nuclear Techniques in Industry and Environment. Pusdiklat-BATAN,Jakarta.
2. GF Knoll. 1989. Radiation Detection and Measurement, 2ndedition. New York, John Wiley & Sons, Inc.
3. SLR Ellison, M Rosslein, A Williams. 2000.
Quantifying Uncertainty in Analytical Measurement 2ndEdition. Eurachenl Citac Guide, Citac, Madrid
4. Badan Standarisasi Nasional. 2001. Validasi Metode. Diktat Pelatihan Asesor Laboratorium Penguji. BSN, Jakarta.
ISSN : 2085-2797
5. J. Kantasubrata. 2003. Validasi Metode.
Handout Pelatihan Ketidakpastian Hasil Pengukuran Untuk Laboratorium Penguji (ISO 17025). P2TBDU-BATAN,Tangerang.
6. P Bode. 1996. Instrumental and Organizational Aspecs of A Neutron Activation Analysis Laboratory. Delft University of Technology, Delft.
7. International Atomic Energy Agency. 1990.
Practical Aspects of Operating A Neutron Activation Analysis Laboratory. IAEA- Tecdoc-564, IAEA, Vienna
8. Susan J.Parry. 1991. Activation Spectrometry in Chemical Analysis. New York, John Wiley & Sons, Inc. Canberra.
GENIE Algorithms. GENIE Manual.
