VALIDASI METODE ANALISIS AKTIVASI NEUTRON UNTUK ANALISIS UNSUR Zn DAN Se PADA CUPLIKAN BAHAN MAKANAN

(1)

Prosiding Pertemuan dan Presentasi Ilmiah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir 2011 Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN

Yogyakarta, 19 Juli 2011

VALIDASI METODE ANALISIS AKTIVASI NEUTRON UNTUK

ANALISIS UNSUR Zn DAN Se PADA CUPLIKAN BAHAN MAKANAN

Sri Murniasih, Sukirno dan Saefurrochman

Pusat Teknolgi Akselerator dan Proses Bahan Jl. Babarsari PO BOX 6101 ykbb Yogyakarta 55281 Email : unie_rhmt@yahoo.co.id

ABSTRAK

VALIDASI METODE ANALISIS AKTIVASI NEUTRON UNTUK ANALISIS UNSUR Zn DAN Se PADA CUPLIKAN BAHAN MAKANAN. Telah dilakukan validasi metode AAN dengan parameter presisi, akurasi dan evaluasi statistik. Sampel yang digunakan adalah SRM NIST 1573a, NIST 1515, NIST 1567a dan NIST 1568a untuk dua unsur nutrisi yaitu Se dan Zn. Analisis dilakukan dengan menggunakan spektometer gamma yang dilengkapi detector HpGe, MCA dan software Genie 2000. Pada metode AAN Se dan Zn ditentukan berdasarkan reaksi Se74(n,γ)Se75 dan Zn64(n,γ)Zn65. Unsur Se75 teridentifikasi pada energi 264,66 keV dengan intensitas 59,1%, sedangkan Zn65 pada energi 1115,52 keV dengan intensitas 50,8 %. Dengan perhitungan menggunakan statistik berdasarkan nilai bias relative, U-score dan Z-score diketahui bahwa hasil analisis secara umum dapat dikatakan memuaskan, nilainya tidak berbeda nyata dari nilai sertifikat dan dapat diterima. Berdasarkan uji presisi dan akurasi, unsur Zn65 dapat lolos dan hasil analisisnya dinyatakan diterima sedangkan unsur Se75 lolos uji akurasi tetapi tidak lolos uji presisi sehingga status akhir tidak diterima. Dengan hasil analisis ini maka dapat disimpulkan perlu penelitian validasi ulang untuk radionuklida Se75 pada bahan makanan untuk meningkatkan performance laboratorium AAN PTAPB sebagai laboratorium uji yang telah terakreditasi.

Kata Kunci : validasi, unsur nutrisi, bahan makanan, AAN

ABSTRACT

VALIDATION OF NEUTRON ACTIVATION ANALYSIS METHOD FOR THE ANALYSIS OF Zn AND Se ELEMENTS IN FOOD SAMPLES. The validation of NAA methods with the parameters of accuracy, precision and statistic evaluation has been done. The samples used were NIST SRM 1573a, NIST 1515, NIST 1567a and NIST 1568a for two nutrition elements are Se and Zn. The performed analysis using a gamma spectrometer equipped with HPGe detector, MCA and Genie 2000 software. At the NAA method, Se and Zn are determined based on the reaction Se74 (n, γ) Se75 and Zn64 (n, γ) Zn65. Se75 element identification at 264.66 keV energy with intensity of 59.1%, while Zn65 at 1115.52 keV energy with intensity of 50.8%. Statistical calculation based on the value of relative bias, U-score and Z-score are known that the analysis results to be generally satisfactory, the value are not significantly different from the value of certificate and acceptable. Based on precision and accuracy test, Zn65 element can qualify and accepted while the analysis results Se75 element qualify precision test but didn’t qualify the accuracy test so that the last status not accepted. With the analysis results, we can conclude the re-validation study needs to Se75 radionuclide in food samples to enhance performance PTAPB NAA laboratory as an accredited testing laboratory.

Key Words : validation, nutrition element, food sample, NAA

PENDAHULUAN

Selenium (Se) adalah mineral penting yang sangat dibutuhkan oleh tubuh sebagai antioksidan untuk meredam aktivitas radikal bebas. Selenium tidak diproduksi oleh tubuh, tetapi diperoleh dari konsumsi makanan sehari-hari. Orang dewasa dianjurkan untuk mengonsumsi 55 mikrogram (µg) selenium setiap hari. Di dalam tubuh, selenium bekerja sama dengan

vitamin E sebagai zat antioksidan dan

mempertahankan elastisitas jaringan. Selenium

diketahui memperbaiki sistem imunitas (kekebalan tubuh) dan fungsi kelenjar tiroid. Hasil penelitian belakangan ini yang memastikan bahwa selenium dapat mencegah kanker (termasuk kanker kulit akibat

paparan matahari) menambah perannya sebagai mineral yang bermanfaat besar untuk meningkatkan fungsi kekebalan tubuh manusia[1].

Zinc (Zn) adalah mineral esensial yang

ditemukan pada hampir semua sel. Zinc dapat

menstimulasi aktivitas 100 macam enzim dan terlibat sebagai kofaktor pada 200 jenis enzim lainnya. Zinc

dinyatakan sebagai mineral yang berperan untuk

meningkatkan reaksi biokimia di dalam

tubuh. Mineral ini mendukung kinerja sistem imun

yang diperlukan dalam penyembuhan luka,

membantu memelihara fungsi indra penciuman dan pengecap, serta dibutuhkan dalam sintesis DNA.

(2)

Yogyakarta, 19 Juli 2011 normal selama kehamilan, masa kanak-kanak dan

dewasa[2].

Unsur Zn dan Se merupakan unsur kelumit dan bagian dari unsur nutrisi, memiliki konsentrasi dalam orde yang rendah (berkisar μg/g - ng/g) dari suatu cuplikan sehingga diperlukan metode yang sensitif, selektif, serta instrumental yang cocok untuk mengumpulkan data yang akurat dan presisi. Beberapa metode analisis dilakukan untuk penentuan Se dan Zn dalam bahan makanan. Instrumental AAN yang banyak digunakan dari berbagai metode analisis karena relatif sederhana dalam preparasi, sensitif, dan selektif dalam menganalisis berbagai jenis materi biologi [3].

Mengingat pentingnya peran Se dan Zn dalam tubuh manusia terutama dalam hal nutrisi yang masuk ke tubuh (bahan makanan) dan salah satu identifikasi suatu penyakit serta keberadaannya yang sangat kecil pada berbagai cuplikan biologi maka metode AAN yang digunakan harus tervalidasi terlebih dahulu agar memberikan hasil analisis yang valid untuk analisis Se dan Zn pada bahan makanan. Melalui kegiatan validasi ini akan diuji kemampuan personil dan fasilitas yang digunakan. Pengujian presisi perlu dilakukan untuk mendapatkan gambaran

besar kesalahan acak dalam suatu analisis.

Sedangkan pengujian akurasi perlu dilakukan untuk mendapat gambaran ketepatan penyimpangan data hasil analisis terhadap harga sesungguhnya.

Pada validasi metode AAN beberapa hal yang diperhatikan adalah limit deteksi, akurasi, presisi, daerah kerja dan linieritas, repitibilitasi dan

reprodusibilitas. Limit deteksi adalah jumlah

terendah suatu zat yang dapat dibedakan dari

background / kondisi pengujian terendah yang

disepakati[4]. Limit deteksi pengukuran ditetapkan pada kondisi pengukuran tertentu yang dilakukan oleh suatu laboratorium. Presisi adalah kedekatan dari kesesuaian antar hasil pengukuran bebas yang

dilakukan dalam kondisi tertentu. Presisi

berhubungan dengan distribusi kesalahan acak, tidak berhubungan dengan kedekatan terhadap nilai benar dan dikatakan baik (lolos) apabila memenuhi persamaan (1)[5,6]

(1)

Akurasi didefinisikan sebagai derajat

kedekatan suatu hasil pengukuran dengan nilai sebenarnya. Akurasi hasil pengujian dianggap baik apabila memenuhi persamaan berikut :

(2) Perbedaan antara nilai target (nilai dalam sertifikat) dengan nilai hasil analisis dinyatakan dengan empat parameter yaitu : bias relatif, nilai

z-score, simpangan baku z dan nilai u-test[5].

Penyimpangan hasil analisis terhadap nilai

sebenarnya merupakan parameter penilaian suatu metode terhadap metode lain, semakin kecil nilai bias relatif hasil analisis suatu metode dapat diartikan penyimpangannya semakin kecil. Bias relatif (BR) antara nilai hasil analisis dengan nilai target dinyatakan dalam persentase [5,6,7]:

(3) Sedangkan nilai z-score dihitung menggunakan persamaan (4)

(4)

Suatu hasil analisis memiliki range

kepercayaan tertentu jika dibandingkan nilai

sebenarnya dengan menggunakan uji z. Nilai σ merupakan nilai tetapan standar deviasi fungsi

Horwitz dengan nilai (σ = 0.02 x C0.8492) dengan C

adalah konsentrasi sertifikat. Untuk menyatakan bahwa suatu pengukuran bisa diterima, maka Z biasanya diambil untuk jangkauan ± 2. Simpangan baku z ditentukan Persamaan (5)[5-7]:

(5) Nilai u-test dihitung berdasarkan rumus [5,6,7]:

(6) Nilai u-test terhitung dibandingkan dengan nilai kritikal dalam Tabel 1, untuk menentukan apakah hasil yang dilaporkan berbeda secara signifikan dengan nilai target dengan tingkat probabilitas sebagai berikut [5]:

Tabel 1. Tabel T-Statistik

METODOLOGI

Bahan

Pada kegiatan ini digunakan beberapa bahan

(3)

1515 Apple Leaves, SRM 1567a Wheat Flour dan

SRM 1568a Rice Flour serta standar sekunder

.

Preparasi

Sampel ditimbang dalam vial poliethylen bersih dengan berat 100 mg, sebanyak tujuh kali replikat. Dibuat satu larutan standar sekunder yang beris unsur Zn dan Se dengan konsentrasi 20 µg/g dan 0.5 µg/g. Larutan standar sekunder sebanyak 100 μl diteteskan ke dalam vial yang telah dicuci

kemudian dibiarkan mengering dengan cara

menyimpannya dalam desikator selama 3-4 hari. Kemudian dimasukkan ke dalam kapsul iradiasi

polyethylene C-20 dengan susunan sampel, standar

sekunder dan blanko.

Pada penelitian ini SRM dianggap sebagai

sampel yang akan ditentukan konsentrasinya

menggunakan standar sekunder. Setelah dilakukan analisis kualitatif dan kuantitatif, hasil yang dipereloh dibandingkan dengan nilai yang tertera dalam sertifikat SRM untuk menentukan akurasi dan presisinya.

Iradiasi

Kelongsong yang telah diisi sampel, standar sekunder dan blanko diberi nomor urut di kirim ke Bidang Reaktor PTAPB untuk diiradiasi. Iradiasi dilakukan dalam fasilitas sistem rabbit Lazy Susan reaktor nuklir Kartini Jogjakarta selama 2 x 6 jam dengan fluks neutron bekisar 2 x 1011 n.cm-1.s-1. Iradiasi neutron yang terjadi terhadap atom Se dan Zn dalam cuplikan maupun dalam standar akan teraktivasi menjadi radionuklida baru sesuai dengan reaksi nuklir dalam persamaan berikut :

(7)

(8)

Pencacahan

Pencacahan sampel pasca iradiasi yang telah didinginkan selama 2 bulan dilakukan dengan spektometer gamma yang dilengkapi detector HpGe, MCA dan software Genie 2000 selama 3000 detik. Jarak antara sampel dan unsur standar terhadap detektor adalah sama. Penentuan Se dan Zn secara kualitatif dilakukan dengan menentukan tenaga dari puncak-puncak spektrum dan dilakukan dengan 3 kali pengulangan setiap sampel.

Analisis Data

Dari hasil pencacahan dilakukan analisis kualitatif dan kuantitatif. Nilai hasil analisis kemudian dibandingkan terhadap nilai sertifikat dari masing-masing bahan, untuk diuji nilai akurasi dan presisinya. Selanjutnya dilakukan uji bias relatif, nilai Z-score, simpangan baku z dan nilai u-test

HASIL DAN PEMBAHASAN

Radionuklida Se75 dan Zn65 adalah nuklida radioaktif yang dalam usahanya mencapai kestabilan memancarkan partikel γ. Energi γ Se75

adalah 264,66 keV dengan intensitas 59,1%, sedangkan energi γ untuk Zn65 adalah 1115,52 keV dengan intensitas 50,8 %. Dengan menggunakan software Genie 2000 dapat dilihat spectrum Se75 dan Zn65 yang terdeteksi dalam cuplikan (Gambar 1 dan 2)

Hasil evaluasi statistik analisis sampel NIST

1573a Tomato Leaves, NIST 1515 Apple Leaves,

SRM 1567a Wheat Flour dan SRM 1568a Rice Flour

disajikan pada Tabel 2. Diketahui bahwa terdapat selisih nilai dari hasil analsis yang diperoleh dengan

nilai yang tercantum dalam sertifikat

(4)

Gambar 2. Spektrum radionuklida Zn65 hasil pengukuran dalam sampel

Tabel 2. Konsentrasi radionuklida Se75 dan Zn65 yang terdapat pada sampel bahan makanan

SRM Radionuklida Nilai sertifikat

Kons ± U (µg/g)

Hasil Analisis Lab. Menggunakan metode AAN (mg/g) Kons ±U (µg/g)

(n=7) Bias Relatif (%) Z-score U-score

1573a Se 75 0.054 ± 0.003 0.05 ± 0.007 -7.407 -2.385 0.525 Zn65 30.9 ± 0.7 29.2 ± 1.04 -5.502 -4.615 1.356 1515 Se 75 0.05 ± 0.009 0.054 ± 0.01 8 2.546 0.297 Zn65 12.5 ± 0.3 11.8 ± 0.4 -5.6 -4.098 1.4 1567a Se 75 1.1 ± 0.2 0.97 ± 0.3 -11.82 -5.995 0.361 Zn65 11.6 ± 0.4 12.2 ± 0.3 5.172 3.743 1.2 1568a Se 75 0.38 ± 0.04 0.40± 0.04 5.263 2.274 0.354 Zn65 19.4 ± 0.5 18.5 ± 0.6 -4.639 -3.627 1.152

Bias relatif dalam analisis sebanding dengan penyimpangan hasil analisis suatu metode. Selisih hasil analisis dengan nilai sebenarnya dapat diketahui dengan nilai bias relatif dan dianggap valid apabila nilai bias relatifnya dibawah 10%[7]. Dari data Tabel 2 maka hasil analisis yang dilakukan dilihat dari nilai bias relatifnya dapat diterima. Nilai bias relatif dari pengujian empat sampel diperoleh nilai -11.82 % sampai 8%, nilai tersebut masih dibawah 10%. Hasil

U-score pada radionuklida Se75 dan Zn65 di semua

sampel memiliki nilai u<1.64 maka nilai

probabilitasnya lebih besar dari 0.1 (dengan derajat kepercayaan 95% atau ± 2σ) artinya hasil yang dilaporkan tidak berbeda nyata dari nilai sertifikat

.

Hasil analisis Z-score dapat menentukan

apakah hasil analisis berbeda nyata dengan nilai yang sebenarnya dalam interval kepercayaan tertentu. Pada Tabel 2 terlihat nilai Z-score untuk radionuklida Se75 dan Zn65 hasil ujinya lebih kecil daripada 2, kecuali untuk radionuklida Se75 pada SRM 1515 dan 1568a

nilainya 2 < Z-score < 3 dan radionuklida Zn65 pada SRM 1567a nilai Z-score > 3. Nilai Z-score semakin kecil maka semakin tinggi nilai kepercayaannya, hal ini menunjukkan kualitas data akan semakin baik. Dengan derajat kepercayaan 95%, hasil analisis

dikatakan memuaskan apabila Z-score ≤ 2,

dipertanyakan bila 2< Z-score < 3 dan tidak memuaskan bila Z-score < 3[7]. Dengan demikian hasil analisis yang dilakukan secara umum dapat dikatakan memuaskan.

Hasil analisis setelah dilakukan uji presisi menggunakan persamaan (1) dapat dilihat pada Tabel 3 dimana hampir semua radionuklida Se75 tidak memenuhi persyaratan dan dinyatakan ditolak sedangkan radionuklida Zn65 memenuhi persyaratan.

Apabila uji presisi dilakukan menggunakan

persamaan (9) berikut :

(9) diperoleh nilai presisi Se75 dan Zn65 pada sampel

(5)

Yogyakarta, 19 Juli 2011 masing-masing : (86%, 81.48%, 69.07%, 90%) dan (

96.44%, 96.61%, 97.54%, 96.76%). Dengan

demikian hasil analisis Se75 yang terima hanya pada analisis sampel 1568a sedangkan hasil analisis Zn65 di semua sampel dapat diterima. Dengan hasil analisis ini maka dapat disimpulkan perlu penelitian validasi ulang untuk radionuklida Se75 pada bahan

makanan untuk meningkatkan performance

laboratorium AAN PTAPB sebagai laboratorium uji yang telah terakreditasi.

Untuk uji akurasi pada hasil analisis sampel dilakukan berdasarkan persamaan (4) dan hasilnya dapat dilihat pada Tabel 4, dimana dapat diketahui bahwa hasil analisis Se75 dan Zn65 pada semua sampel diterima dan dianggap baik.

Tabel 3 Data uji presisi pada hasil analisis sampel berdasarkan persamaan (1)

SRM Radionuklida Presisi Status 1573a Se 75 15.0620 5.5581 ditolak Zn65 4.2210 36.9082 diterima 1515 Se 75 25.8251 18.0007 ditolak Zn65 4.1534 17.2493 diterima 1567a Se75 35.8763 18.3107 ditolak Zn65 4.2353 16.3979 diterima 1568a Se75 14.5191 10.5630 ditolak Zn65 4.1426 24.9438 diterima

Tabel 4 Data uji akurasi pada hasil analisis sampel berdasarkan persamaan (2)

SRM Radionuklida Akurasi Status 1573a Se 75 0.004 0.014851 diterima Zn65 1.7 2.444588 diterima 1515 Se 75 0.004 0.026235 diterima Zn65 0.7 0.975 diterima 1567a Zn65 0.13 0.703082 diterima Se75 0.6 0.975 diterima 1568a Zn65 0.02 0.110309 diterima Se75 0.9 1.522999 diterima

Dari hasil analisis radionuklida Se75 pada semua sampel yang lolos uji akurasi tetapi tidak lolos pada uji presisi sehingga status ahir tidak diterima, sedangkan radionuklida Zn65 lolos pada uji akurasi dan presisi sehingga status akhir dinyatakan diterima. Kesulitan dalam analisis Se75 pada penelitian ini karena konsentrasinya yang sangat kecil (dibawah 1 µg/g) sehingga perlu dilakukan percobaan ulang untuk analisis Se75 pada bahan makanan dengan konsentrasi lebih tinggi. Ketidaklolosan dalam uji presisi disebabkan karena nilai ketidakpastian pengukuran yang diperoleh terlalu besar sehingga presisi hasil analisis tidak bagus, untuk itu telah dilakukan analisis faktor-faktor yang berpeluang

membuat nilai ketidakpastian menjadi besar

diantaranya sumbangan dari statistic error

pencacahan, error penimbangan, ketidakpastian nilai

konsentrasi SRM. Besarnya nilai ketidakpastian

pengukuran disebabkan pada kesalahan dalam

melakukan perhitungan konsentrasi dan

ketidakpastian rerata dari 7 kali pengujian yang telah

dilakukan, yaitu perhitungan rerata tidak

menggunakan perhitungan rerataan berbobot

(weighted mean) dengan mempertimbangkan

ketidakpastian pengukuran.

Evaluasi tingkat kritis (LC), Limit deteksi

(LD) dan Limit determinasi (LQ) dimana diperoleh

hasil perhitungan untuk unsur Zn65 dan Se75 berturut-turut adalah 0.071 µg/g, 0.0142 µg/g, 0.0433 µg/g dan 0.003 µg/g, 0.006 µg/g, 0.0181 µg/g. Dari hasil perhitungan nilai ketiga tingkat batasan dapat diketahui bahwa Zn65 < Se75, sehingga Zn65 lebih peka terdeteksi oleh spectrometer γ dibandingkan Se75.

Sensitivitas aktivasi neutron dapat

dinyatakan sebagai rasio aktivitas nuklida dengan berat nuklida dalam cuplikan dengan menggunakan rumus[8] :

(6)

Yogyakarta, 19 Juli 2011 Diperoleh hasil perhitungan sensitivitas

unsur Zn65 dan Se75 adalah 0.348 dan 0.215 sehingga sensitivitas aktivasi neutron Zn65 > Se75.

KESIMPULAN

Pada penelitian ini telah dilakukan validasi

metode AAN di laboratorium AAN-PTAPB

menggunakan empat sampel bahan makanan yaitu SRM NIST 1573a, NIST 1515, NIST 1567a dan NIST 1568a untuk dua unsur nutrisi : Se dan Zn.

Analisis dilakukan dengan menggunakan

spektometer gamma yang dilengkapi detektor HpGe,

MCA dan software Genie 2000. Dengan perhitungan

menggunakan statistik berdasarkan nilai bias relatif,

U-score dan Z-score diketahui bahwa hasil analisis

secara umum dapat dikatakan memuaskan, nilainya tidak berbeda nyata dari nilai sertifikat dan dapat diterima. Berdasarkan uji presisi dan akurasi, unsur Zn dapat lolos dan hasil analisisnya dinyatakan diterima sedangkan unsur Se lolos uji akurasi tetapi tidak lolos uji presisi sehingga status akhir tidak diterima. Kepekaan spectrometer gamma dalam mendeteksi Zn65 lebih bagus dibandingkan Se75. Sensitivitas unsur Zn65 lebih besar dibandingkan

Se75. Dengan hasil analisis ini maka dapat

disimpulkan perlu penelitian validasi ulang untuk

radionuklida Se75 pada bahan makanan untuk

meningkatkan performance laboratorium AAN

PTAPB sebagai laboratorium uji yang telah terakreditasi.

DAFTAR PUSTAKA

1. http://www.conectique.com/tips_solution/diet_nu

trition/ di unduh tanggal 11 Mei 2011

2. http://nasional.kompas.com/read/2008/09/23/112

12338/zinc.mineral.peningkat.kekebalan.tubuh diunduh tanggal 12 Mei 2011

3. GRK NAIDU, et.al. 1999. Determination of

Macro Micro Nutrient and Trace Element Concentration in Indian Medicinal and Vegetable Leaves Using Instrumental Neutron Activation

Analysis. Applied Radiation and Isotopes.

50:947-953.

4. http://en.wikipedia.org/wiki/limit_detection di

unduh tanggal 10 Mei 2011

5. IAEA, 2003, “Summary Report of the

Proficiency Test for the IAEA Project

RAS/2/010: Quality Assurance and Quality Control of Nuclear Analytical Techniques”, Seiberdorf.

6. SUKIRNO, SRI MURNIASIH, 2010, “Validasi

Metode Analisis Aktivasi Neutron Untuk Pengujian Uranium dan Thorium dalam Pasir Zirkon” Prosiding SemNas AAN 2010 hal 102-110.

7. MENEZES, M.A.B.C, 2008, “Validation of the

k0-IAEA software using SMELS Material at CDTN/CNEB Brazil”, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Vol. 278, No.3 p.607– 611

8.

SUKIRNO, 2004, “Penilaian Tingkat Kandungan

Logam Berat Dalam Cuplikan Kelautan di Calon Tapak PLTN Lemahabang Dengan Metode AAN”, Presentasi ilmiah Peneliti Madya,

BATAN-Yogyakarta

.

TANYA JAWAB

Aryadi - PTAPB

 Data uji presisi ada yang diterima dan ditolak, Berapa data batasan yang ditolak(%)?

 Demikian pula dalam uji akurasi?

Sri Murniasih

 Pada pendahuluan sudah diterangkan bahwa

data dinyatakan lolos presisi apabila: