bab i pendahuluan

88
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Kimia analitik memegang peranan penting dalam perkembangan ilmu
pengetahuan dan teknologi. Sebagian besar negara memiliki laboratorium kimia
analitik yang mapan dan digunakan oleh berbagai institusi, baik laboratorium
penelitian, industri, instansi maupun perguruan tinggi. Namun metode Analisis
Aktivasi Neutron (AAN) merupakan suatu pengecualian. Tidak setiap negara
mempunyai kemampuan untuk membangun laboratorium AAN. Penggunaan dan
pengembangan metode AAN berkaitan erat dengan adanya fasilitas reaktor nuklir
penelitian yang pembangunannya memerlukan dana yang besar dan pengetahuan
dalam bidang ilmu pengetahuan dan teknologi nuklir.
Indonesia memiliki dua reaktor nuklir yang masih aktif beroperasi yaitu
reaktor G.A.Siwabessy di Serpong dan reaktor Kartini di Yogyakarta. Reaktor
Kartini merupakan salah satu reaktor nuklir riset jenis TRIGA-Mark II yang
dioperasikan pada daya 100 kW dengan fluks neutron termal di centre timble
adalah 5,97×1012 n.cm-2det-1 dan fluks neutron cepat di centre timble adalah
5,59×1012 n.cm-2det-1. Bahan bakar yang digunakan adalah paduan UZrH yang
mempunyai kandungan uranium 8,5% b/b dan telah diperkaya dengan isotop
235
U
sebesar 20% b/b. Bahan bakar berada dalam kelongsong SS304 membentuk
batang bahan bakar standar reaktor TRIGA – Mark II (Anonima, 2012).
Reaktor Kartini dilengkapi fasilitas Lazy Susan, central timble, pneumatic
transfer system dan column termal yang dapat dimanfaatkan untuk AAN, analisis
menggunakan neutron epitermal, eksperimen neutron radiography, eksperimen
gamma radiography dan penanganan pasca panen hasil pertanian maupun
sterilisasi bahan (Anonima, 2012). Sejak komisioning tahun 1979 sampai
sekarang, penggunaan reaktor Kartini dititikberatkan untuk kebutuhan AAN
sebagai metode analisis non-destruktif yang banyak berkontribusi dalam analisis
sampel dari berbagai disiplin ilmu.
89
AAN adalah metode penentuan unsur kimia secara kualitatif dan kuantitatif
melalui reaksi inti atom stabil
yang menangkap neutron dari sumber neutron
sehingga menjadi inti atom tidak stabil
pembentukkan inti atom
. Saat berinteraksi dengan neutron,
didahului terbentuknya inti atom
waktu paruh dalam orde 10
-14
dengan
detik yang diikuti pemancaran sinar gamma
karakteristik dan hanya terjadi pada saat iradiasi neutron, dikenal dengan Prompt
Gamma Neutron Activation Analysis (PGNAA). Inti atom tidak stabil
akan mencapai kestabilan menjadi
dengan melepaskan β+ atau β−
dikuti pemancaran sinar gamma karakteristik dengan waktu paruh dalam orde
detik sampai tahun yang lebih dikenal Delay Gamma Neutron Activation Analysis
(DGNAA) (Kubešova, 2012). AAN mempunyai banyak kelebihan dan beberapa
kekurangan. Kelebihan AAN dibandingkan metode analisis lain di antaranya:
(Kubešová, 2012; Kučera dan Řanda, 2001)
a.
Memungkinkan untuk analisis berbagai jenis matrik sampel.
b.
Limit deteksi AAN lebih rendah dari 10 -6 μg g-1 untuk beberapa unsur,
menjadikannya
lebih
unggul
dibandingkan
metode
XRF
yang
mempunyai limit deteksi rata-rata 10 μg g-1 (Rousseau, 2001), FAAS
yang mempunyai limit deteksi 1 - 10-3 μg g-1 (García dan Báez, 2012)
dan UV-Vis yang mempunyai limit deteksi 10 - 10-3 μg g-1 (Upstone,
2012).
c.
Merupakan analisis non destruktif.
d. Mampu mengukur kadar total unsur dalam suatu material tanpa
tergantung pada bentuk kimia maupun fisikanya.
e.
Sampel tidak rusak secara permanen sehingga dalam kasus analisis
forensik ataupun analisis pada sampel yang langka seperti meteorit atau
arkeologi, sampel dapat digunakan untuk analisis lebih lanjut.
f.
Merupakan teknik analisis multi unsur dimana banyak unsur dapat
dianalisis secara bersamaan dari spektrum sinar gamma tanpa perlu
mengubah peralatan.
g. Sangat sensitif dengan tingkat presisi yang tinggi untuk analisis unsur
perunut atau trace element.
90
Beberapa kekurangan AAN antara lain:
a.
Membutuhkan sumber neutron, biasanya digunakan reaktor nuklir.
b.
Membutuhkan fasilitas pendukung seperti tempat penampungan dan
pengolahan limbah radioaktif serta fasilitas dan peraturan proteksi radiasi
bagi pekerja.
c.
Analisis kuantitatif sangat tergantung pada standar sekunder campuran
yang pembuatannya sangat rumit.
d. AAN tidak menyediakan peralatan sederhana dengan software yang
mudah dioperasikan dalam analisis laboratorium.
Penggunaan standar sekunder campuran untuk analisis kuantitatif selain
menambah biaya operasional, penanganan yang rumit, keterbatasan waktu
kestabilan dan tidak sesuai dengan konsep green chemistry yang belakang ini
terus digalakkan dalam rangka meminimalisasi pencemaran lingkungan. Oleh
karena itu, mulai dikembangkan suatu metode semi absolut yang lebih efisien,
tanpa penggunaan standar sekunder dan tetap memberikan hasil yang akurat
dengan sensitifitas tinggi yang dikenal sebagai metode Kayzero (k0).
Sejak mulai diperkenalkan konsep standardisasi k0 pada 1975 diikuti
publikasi pertama pengukuran secara eksperimental faktor-k0 pada tahun 1980,
metode Kayzero terus mengalami pengembangan agar menjadi alat analisis yang
mampu beroperasi penuh sehingga pada tahun 1992 diperkenalkan software
Kayzero-Solcoi versi 3.01 untuk pertama kali dengan IBM-PC (De Corte dan
Simonits, 1994). Software Kayzero-Solcoi terus mengalami perbaikan sehingga
pada tahun 2002 mulai dikeluarkan software Kayzero-Solcoi berbasis Windows
yang dijual secara komersial. Pada saat workshop International k0 Users ke-4 yang
diselenggarakan di Portugal tahun 2005, International Atomic Energy Agency
(IAEA) mendukung pengembangan metode k0 agar menjadi metode standar AAN
dengan mengeluarkan software k0-IAEA berbasis Windows untuk pertama kali.
Sampai saat ini metode k0 secara luas mulai banyak diterapkan di berbagai
laboratorium AAN di dunia.
91
Di Indonesia, hanya ada satu dari tujuh laboratorium AAN yang telah
menggunakan metode k0 untuk analisis sampel yaitu laboratorium AAN PTBIN –
BATAN Serpong dimana penerapannya dimulai pada tahun 2005 dan sampai saat
ini masih dalam upaya penyempurnaan untuk analisis unsur umur pendek. Metode
k0 sangat bergantung pada parameter reaktor dan detektor yang digunakan, dimana
parameter-parameter tersebut karakteristik untuk setiap reaktor dan detektor serta
tidak bisa dibandingkan satu dengan lainnya.
Tabel 1.1 Kandungan SRM yang akan dianalisis menggunakan metode k0
Unsur
Cl
Ba
Mn
Al
Mg
Ti
V
K
Sb
Co
Hg
Rb
Se
Na
Sr
Th
Zn
Fe
As
Ce
Cr
Cs
Cu
Eu
Hf
Sm
Sc
U
NIST 1632c
(Trace Elements in Coal)
0,1139 ± 0,0041 %
41, 1 ± 1,6 μg/g
13,04 ± 0,53 μg/g
0,915 ± 0,0137 %
0,0384 ± 0,0032 %
517 ± 32 μg/g
23,72 ± 0,51 μg/g
0,11 ± 0,0033 %
0,461 ± 0,029 μg/g
3,48 ± 0,2 μg/g
0,0938 ± 0,0037 μg/g
7,52 ± 0,33 μg/g
1,326 ± 0,071 μg/g
298,8 ± 4,8 μg/g
63,8 ± 1,4 μg/g
1,4 ± 0,03 μg/g
12,1 ± 1,3 μg/g
0,735 ± 0,011 %
6,18 ± 0,27 μg/g
0,072 ± 0,007 μg/g
11,9 ± 0,2 μg/g
13,73 ± 0,2 μg/g
6,01 ± 0,25 μg/g
0,1238 ± 0,0033 μg/g
0,585 ± 0,01 μg/g
1,078 ± 0,028 μg/g
2,905 ± 0,036 μg/g
0,513 ± 0,012 μg/g
NIST 1648a
(Urban Particulate Matter)
4543 ± 47 μg/g
—
790 ± 44 μg/g
3,43 ± 0,13 μg/g
0,813 ± 0,012 %
4021 ± 86 μg/g
127 ± 11 μg/g
1,056 ± 0,049 %
—
17,93 ± 0,68 μg/g
—
51 ± 1,5 μg/g
28,4 ± 1,1 μg/g
4240 ± 60 μg/g
215 ± 17 μg/g
—
4800 ± 270 μg/g
3,92 ± 0,21 %
115,5 ± 3,9 μg/g
54,6 ± 2,2 μg/g
402 ± 13 μg/g
3,4 ± 0,2 μg/g
610 ± 70 μg/g
—
—
4,3 ± 0,3 μg/g
—
NIST 8702
(Buffalo River Sediment)
—
—
544 ± 21 μg/g
6,1 ± 0,18 %
1,2 ± 0,018 %
0,457 ± 0,02 %
94,6 ± 4 μg/g
2,001 ± 0,041 %
—
13,57 ± 0,43 μg/g
—
—
—
0,553 ± 0,015 μg/g
—
9,07 ± 0,16 μg/g
408 ± 15 μg/g
3,97 ± 0,1 %
—
66,5 ± 2 μg/g
121,9 ± 3,8 μg/g
5,83 ± 0,12 μg/g
—
1,31 ± 0,038 μg/g
8,4 ± 1,5 μg/g
—
—
3,09 ± 0,13 μg/g
Laboratorium AAN di Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan
(PTAPB) – BATAN Yogyakarta merupakan salah satu laboratorium uji yang
banyak melayani jasa analisis baik untuk instansi pemerintah, lembaga penelitian,
industri maupun universitas. Selama ini laboratorium AAN PTAPB – BATAN
masih menggunakan metode relatif untuk analisis sampel, sehingga perlu
92
dilakukan peningkatan kinerja laboratorium dengan menerapkan metode
standardisasi k0 sebagai solusi agar penanganan sampel lebih simpel dengan biaya
operasional yang relatif murah serta lebih ramah lingkungan.
Pada prakteknya, penggunaan metode k0 di suatu laboratorium dapat
berjalan sempurna apabila semua parameter yang berpengaruh pada analisis
kualitatif dan kuantitatif dapat diukur dengan benar dan dijadikan database pada
software k0. Kesalahan pengukuran salah satu komponen dapat berpengaruh pada
hasil akhir analisis pada software k0.
Pada penelitian ini akan dibahas penggunaan metode k0 di laboratorium
AAN PTAPB – BATAN dengan cara melakukan pengukuran dan optimasi
parameter utama yang berpengaruh serta melakukan uji validasi metode k0
menggunakan Standard Reference Material (SRM). SRM yang digunakan pada
penelitian ini adalah SRM buatan National Institute of Standards and Technology
(NIST). Tabel 1.1 mencantumkan kandungan unsur-unsur dalam tiga SRM yang
akan digunakan untuk validasi metode k0.
1.2
Tujuan dan Manfaat Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk menggunakan dan menvalidasi metode
standardisasi Kayzero di laboratorium AAN PTAPB – BATAN dengan
menentukan beberapa parameter yang diperlukan sehingga dapat diaplikasikan
untuk analisis kualitatif dan kuantitatif, di antaranya:
1. Penentuan kalibrasi efisiensi detektor dengan variasi jarak pengukuran.
2. Penentuan parameter reaktor Kartini (ƒ dan α).
3. Validasi
metode
standardisasi
Kayzero
yang
dilakukan
dengan
membandingkan hasil analisis unsur-unsur dalam SRM menggunakan
metode k0 dengan nilai sertifikat SRM sehingga diperoleh nilai akurasi dan
presisi.
Manfaat dari penelitian ini diharapkan metode standardisasi Kayzero dapat
digunakan di laboratorium AAN - PTAPB untuk mendukung pengembangan
metode AAN untuk analisis berbagai sampel, mengefisiensikan peranan AAN
dalam bidang analisis kimia dan mendukung salah satu program green chemistry.