272
PENGGUNAAN PERUNUT 59FePADA KOMPLEKSASI BESI(III) DENGAN ASAM HUMUS DAN ASAM POLIAKRILIK
Budi Setiawan Pusat Pengembangan Pengelolaan Umbah Radioaktif -BAT AN
ABSTRAK PENGGUNAAN PERUNUT 59FePADA KOMPLEKSASI BESI(III) DENGAN ASAM HUMUS DAN ASAM POLIAKRILIK. Asam humus dipertimbangkan akan mempengaruhi migrasi logam berat dengan pembentukan komplek koloid-logam berat. Pada interaksi ini beberapa ion logam yang berasal dari air tanah diperkirakan akan memberikan pengaruh kuat terhadap interaksi logam berat dengan asam humus. Besi(ill) yang diperkirakan membentuk komplek stabil dengan asam humus sehingga pembentukan komplek besi (ill) dengan asam humus perlu untuk diteliti. Pembentukan komplek besi dengan asam humus diteliti dengan menggunakan cara penukar ion clan aplikasi teknik nukJir (dengan menggunakan perunut aktif 59Fe)digunakan pula pada penelitian ini. Apparent complexfonnation didefinisikan sebagaifJa = [ML]j[M][R], dimana [M] clan [ML] adalah konsentrasi ion Fe3+bebas clan terikat, clan [R] = CRa(CRadalah konsentrasi total site pertukaran proton clan a adalah derajat disosiasi asam humus). Nilai pembentukan komplek diperoleh pada kondisi pcH 1.5 -2.4, 1= 0.1 clan 1.0 M NaCI, CFe= 10-8-10-4 M. Untuk m(!ngetahui pengaruh polielektrolit clan ketak homogenan asam humus, asam poliakrilik digunakan sebagai pembanding pada penelitian ini. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa logOo dari asam humus clan poliakrilik meningkat dengan bertambahnya logO 0 Oberkurang dengan meningkamya I clan CFeuntuk asam humus.
ABSTRACT USING OF 59FeTRACER ON THE COMPLEXATION OF IRON(III) WITH HUMIC ACID AND POLIACRYLIC ACID. Humic acids (HA) are considered to affect the migration behavior of heavy metal (HM) by forming soluble HM-colloid complexes. In this interaction, some metal ions (MI) originally present in groundwater are expected to give a strong effect to the interaction o!:;ffM-HA. Considering that Fe(lII) may form more stable complex with humic acid, the investigation of complex formation of Fe(lII) needs to be done by using ion exchange method and the application of nuclear technique was done (by using 59Feactive tracer) in the experiment. By defining the apparent complex formation constant as Pa = [ML]j([M][R]), where [M] and [ML] are the concentration of free and bound Fe3+ions and [R] = CRa (CRis the total concentration of proton exchangesites and a is the degree of dissociation of humic acid). The values of logPa were obtained at pcH 1.5 to 2.4 in 0.1 and 1.0 M NaCl at the concentrations of Fe(lII) from 10-8to 10-4M. To estimate the effect of heterogeneous composition and polyelectrolyte nature of humic acid, polyacrylic acid (MW=90 000 daltons) were applied as comparing material. For both humate and polyacrylate complexes, logPa increased with loga and decreased with ionic strength, and CFefor humic acid.
I. PENDAHULUAN
akan memberikan dampak yang mem-
Pengkajian keselamatan pada fasilitas
bahayakan lingkungan, manusia mau-pun
penyimpanan limbah radioaktif memer-
mahluk hidup lainnya
lukan evaluasi lengkap, karena kebera-
dipelajari sifat migrasi radionu-klida daTi
daan radionuklida
fasilitas penyimpanan
(RN) di lingkungan
Puslitbang Keselamatatl Radiasi dan Biomedika Nuklir~:Badan Tenaga NuklirNasional
Untuk itu perlu
ke lingkungan.
~
Prosiding
Presentasi
Ilmiah
Keselamatan
lfoteJ
Kaltika
Radiasi
OJandra,
dan
Lingkungan
.14 Vesember
X
~O04
Salah satu hal yang perlu dipelajari adalah
apparent complexformation
tentang pembentukan komplek ion logam
HA meningkat oleh pH, menurun oleh I
(MI, termasuk radio-nuklida clan logam
clan konsentrasi MI
komplek MI-
karena pengaruh
berat) dengan material organik yang ada di air tanah seperti asam humus (HA). Keberadaan asam humus di air tanah
akan
dipertimbang-kan
berinteraksi
berkecenderungan untuk
ber-kompetisi
dengan RN clan ini akan mempengaruhi
dengan RN untuk
migrasi RN ke lingkungan.
Asam humus
dengan HA, clan ini dapat mempengaruhi
mempunyai sifat ikat ion yang kuat
sifat migrasi RN. Besi (III) terbentuk pada
membuat komplek
kondisi aerobik, dapat berasal daTi hasil eksploitasi penambangan pasir clan hasil diperkirakan
akan
meningkatkan
interaksinya dapat membentuk komplek
perpindahan RN ke lingkungan bersama
stabil dengan HAl selain itu dapat pula
aliran air tanah. Asam humus di air tanah
dipelajari kecenderungan pembentukan
berkonsenuasi sekitar 1 ppm lebih [1-3],
komplek antara MI bervalensi 3 dengan HA
sehingga
pembentukan
Fe(III) perlu dipelajari.
komplek
Penelitian ini
perlu di pelajari lebih terinci lagi untuk
diharapkan dapat membuka penge-tahuan
mengetahui sifat migrasi RN.
tentang pengaruh sifat polielektrolit clan
Kesulitan untuk dapat mengklari-
ketak homogenan komposisi HA pada
berasal dari
kompleksasi MI, terutama ion-ion logam
interaksi
fikasi
MI-HA
keragaman komposisi, struktur clan berat molekul
HA.
Hal
ini
membuat
karakteristik pembentukan komplek MIHA
masih
sulit
kuantitatif [4,5] ketak
dijelaskan secara
Sifat polielektrolit clan
homogenan HA
di lingkungan
menyebabkan
Besi di air tanah rnernyunyai kon-
ketergantungan interaksi MI-HA pada pH,
sentrasi yang rendah (-10-7 -1D-4M) [1],
konsentrasi MI daD kekuatan ion (1) belum
tetapi hat ini masih sebanding dengan
jelas.
Pada percobaan lain, inter-aksi
Np(V)[6], Eu(III)[7], Ca(II) [8] dan Fe(II)[9] dengan Aldrich HA menunjuk-kan bahwa -~
Puslitbang Keselamatan Radiasi dan Biomedika Nuklir-Badan
Tenaga Nuklir
Nasi{}nal
273
Prosiding
Presentasi
Ilmiah
~
Keselamatan I.fotel
Kartika
Radiasi Chandra,
dan Lingkungan :14 Vesember
X
:JiO04
komposisi HA, hasil interaksi Fe(III)-HA
polietilen sebagai stok. Aldric HA yang
akan dibandingkan dengan hasil pem-
digunakan terlebih dahulu dimurnikan
bentukan komplek Fe(III)-asam poli-
seperti
akrilik
(PAA).
Interaksi Fe-HA dan Fe-
PAA diperlakukansarna. Pada penelitian ini, apparentcomplex
pada
poliakrilik
pustaka
[10,11]. Asam
dengan berat molekul 90.000
dalton, 25%larutan berasal dari Polyscience serta resin penukar ion Amberlite 200CT,
formation constant Facia kondisi CR»[ML]
jenis Na, CEC= 4,3 meq/ g juga digunakan
didefinisikan sebagai,
pada penelitian ini. Bahan kimia lainnya diperoleh daTi Dojindo Labs atau WakoPure
Puslitbang
Keselamilt_an Radia~i71an BiomealKa Nuklir-Badan
Tenaga Nl{klir
Nasional
274
Prosiding
Presentasi
llmiah
larutan yang mengandung HA atau PAA
dengan konsentrasi yang
Keselamatan
Radiasi
IioteJ Kartika
Chandra.
=
Fe3+ + 3RSO3Na
dan Lingkungan .14 Vesember
X
~O04
(RSO3)3Fe + 3Na+
bervariasi.
(4)
Untuk mengonb'ol pcH diberikan larutan Ha,
CFe(III)adalah -10-8 -10-4 M yang
dimana F&+ dan Na+ adalah ion bebas
dilabel dengan Fe59, I = 0.1 clan 1.0 M
dalam larutan, RSO3Na clan {RSO3)3Fe
NaCI. Tabung yang berisi larutan seperti
adalah ion Na+ dan Fe3+yang terikat pada
diatas kemudian
resin.
dikocok dengan alat
pengocok resiprok selama 150 min. pada
Koefisien distribusi (Kd) besi
menjadi,
suhu 25 .:!:1 DC. Pemisahan fasa padat daD call dilakukan dengan alat pemusing (2000
K~ =
diukur
aktivitas
O-nya dengan
detector NaI(TI) jenis sumuran. Koefisien distribusi
(5)
[Fe3+]
rpm, 10 min.), 1 ml beningannya dipipet untuk
r!:~
(Kd) besi dihitung
dimana
tanda
kurung
bernotasi
R
menunjukkan adanya Fe(lII) yang terikat
dengan
menggunakanpersamaan,
diresin, sedangkan yang tanpa notasi menunjukkan Fe(III) di larutan. Bila HA atau PAA juga ada di larutan, maka Kd
(3)
dimanaAi dan A adalah aktivitas awal dan akhir daTi 1 mllarutan,
besi menjadi,
Kd~
[Fe3:JR {Fe3+][FeL]
V dan W masing(6)
masing adalah volum (ml) larutan dan massa(g)resin. Sisa larutan digunakan
yang diperoleh dan adanya perbedaan antara Kd clan KdD.sebagai fungsi CR pada rendah
(trace concentranon).
III. HASIL DAN PEMBAHASAN Reaksi pertukaran ion daTi Fe(lII}
kemudian pers.(6) dimodifikasi
menjadi
suatu persamaan garis lurus [15],
pada saat tidak adanya bahan organik dalarn larutan dapat ditulis sebagai, Puslitbang Keselamata~Radiasi
dan Biomedika Nuklir-Badan
Tenaga_Nuklir
Nas-ional
275
(7) 1.6 daTi plotting
garis miring
/ Kd vs [R] dapat diperoleh 00/ Kdo dan garis potong
,,~ 1.2
~ 0.8
~ ~ "
ljKdo.
""-
0.4
Tipikal basil percobaan pemben0.0 0
a
4
12
16
20
[R)/(lO-4molJl)
dengan pcH).
Gambar 1 menunjukkan
Gambar 1. Distribusi Fe(lII) sebagai fungsi konsentrasi HA pada kondisi 1= 0.1 M NaCI.
pembentukan komplek pada kondisi pcH yang berubah-ubah dengan nilai I tetap
mengindikasikan kalau
meningkat
Meningkatnya meningkatnya muatan
dengan pcH (atau
menyebabkan negatif pada molekul
HA yang akan
menyebabkan elektrostatika antara HA clan ion logam seperti Fe(llI) semakin
Plot logpa vs
log
menunjukkan bahwa
pada Gb.2
perubahan logfJa
terhadap logO hampir berupa garis hIrus. Pada Gb. 2 juga terlihat adanya pengaruh yang kuat dari kekuatan ion larutan terhadap logpa. Hal ini dapat diterangkan sebagai
berikut,
anionic
daTi
grup
fungsional yang terdapat pada makroatraktif. Hal inilah yang menyebabkan
molekul HA atau PAA memberikan suatu kerapatan muatan yang tinggI pada
Ion-ion yang mempunyai muatan berlawanan seperti
permukaan koloid
ini.
Na+ daD Fe3+akan berkumpul disekitar banyaknya grup fungsional yang dapat
HA atau PAA membentuk suatu kuasi
berkoordinasi dengan setiap Fe(lII) electrical
double layer disekitar
makro-
pada daerah doublelayer ini.
276-
Prosiding
Presentasi
Ilmiah
Keselamatan
Radiasi
IIOteJ Kaltika
Chandra,
dan Lingkungan 14 Vesember
X
~O04
molekul organik dengan komposisi yang berbeda, sehingga HA mempunyai site ikatan kuat clan lemah.
Pada kondisi CFe
yang kecil, Fe(III) akan terikat pada site ikatan yang kuat.
Akan tetapi dengan
meningkatnya CFeseluruh site ikatan yang kuat akan terisi penuh clan pada kondisi CFebesar, Fe(III) akan bereaksi dengan site
ikatan Gambar 2. ApparentformaHon constant
yang lebih lemah membentukkomplek MI-HA.
untuk
Fe(III)-HA sebagai fungsi logfJa IV. SIMPULAN DAN SARAN Dengan
menggunakan
aplikasi
teknik nuklir Faciapenelitian komplek-sasi Fe(III)-HA, telah diperoleh hasil sebagai berikut.
Penentuan appparent formation
constants(Pa)dilakukan Facia pcHl,5-2,4 padar= 0.1 danl.0 MNaCI, CFe=10-8-104 M dengan menggunakan cara penukar ion. Hasilnya menunjukkan bahwa log/Ja untuk Gambar 3. Pengaruh CFeterhadap logPa Fe(III)-HA danFe(III)-PAA.
PAA
pengkomplekan
Fe(III)-HA
clan
meningkat dengan meningkatnya
derajat disosiasi
clan
menurun
terhadap I, terutama disebabkan kondisi Gambar 3 menunjukkan
adanya
pengaruh CFe terhadap logfJw terutama pada pembentukan komplek Fe(III)-HA. Pada komplek Fe(III)-PAA tidak terlihat adanya pengaruh dari CFe. Pengaruh yang teramati
pada
Fe(III)~HA
dipertim-
bangkan berasal dari adanya komposisi yang beragam HA.
Diketahui bahwa
struktur HA terdiri dari variasi makro-
polielektrolit HA clan PAA. Perubahan CFe tidak menunjukkan pengaruh Facia logPa
untuk Fe(III)-PAA, tetapi memberikan pengaruh yang cukup signifikan pada logfJa untuk Fe(III)-HA.
Hal ini disebab-
kan oleh adanya perbedaan kekuatan ikat site pengomplek pada HA.
A., K. Y., Aquatic Acta TOCHIY
Prosiding
Presentasi
~
Kaltika
Chandra,
System:
An
Analytical
(1990).
.14 l)esember
X
flOO4
TOCHIYAMA,
Complex formation humic
dan Lingkungan
TANAKA,
NIIBORr, Reactions in
Approach, Ellis Horwood, New York
acid
and
of Ca(II) polyacrylic
acid
Radiochim. Acta 90, 555 (2000).
9. SETIAWAN, B., TOCHIYAMA, 0.,
2. CHaFFIN,
G.R., The role of natural
organics in radionuclide migration in natural aquifer system. Radiochim.Acta 58/59,113 (1992).
TANAKA, K., NIffiORI, Y., Complex formation of Fe(II) with humic acid and polyacrylic acid. T.Nucl. Fuel Cycle and Env.Vol. 9 No.1, 21 (2002).
3. KIM, J.I., Actinide colloid generation in groundwater. Radiochim.Acta 52/53, 71 (1991).
10. BERTHA, E.L., CHOPPIN, G.R., Interaction of humic and fulvic acids with Eu(III) and Am(III),
4. HUMMEL, W., Binding models for humic substances. In: Modelling in
(Grenthe,
Chemistry
1"
Puigdomenech, I., eds.). p153, DECO Publ., Paris (1997).
LOON, L.R., Complexation of radio-
nuclide with humic substance:The metal concentration effect. Radiochim. 84, 111(1999). AMA,
0.,
YOSHINO, H., K.,
NIIBO RI, Yo, MISTUGASHIRA,
acid
and
TANAKA,
T",
11.KIM, J.I., BUCKAU, G., ZHUANG, W., Humic colloid
polyacrylic
uranic elements in groundwater and
Symp, Proc, 84, p. 747 (1987).
12.KUBOTA,
T"
Y.
TOCHIY AMA, .
YOSHINO, H., TANAKA, K£~NIIBORI, Y", A study of the interaction of with polyacrylic
by solvent extraction. Radiochim.Acta 83,15 (1998).
acid
Humus Dengan Menggunakan Metode Titrasi: Penentuan Ko~ntrasi
Total
Grup Fungsional (CR) clan Derajat
TOCHIY AMA,
K. NIIBORI,
0.,
Complex
Disosiasi
(f_J),
Pengelolaan
Limbah, sedan?; dicetak
formation of Eu(III) with humic acid (2004). and polyacrylic acid. Radiochim. Acta 90, 569 (2000)
generation of trans-
13. SETIAWAN, B., Karakteri5asi Asam
of Np(V) with
Radiochim.Acta 88, 547 (2000).
7. KUBOTA,
Chern.40, 655 (1978).
Neptunium(V)
KUBOTA, T., SATO, Mol TANAKA,
Complex formation
Inorg. Nucl.
their migration behavior. Mat.
5. HUMMEL, W., GLAUS, M.A., Van
humic
Radiasi
8. KIRISHIMA,
1 BUFFLE, JO,Complexation
6.
Keselamatan Hotel
DAFTAR PUSTAKA
Aquatic
llmiah
Jurnal
Teknologi
Prosiding
Presentasi
Ilmiah -
14. MARTELL, MOTEKAITIS,
A.E.,
SMITH,
Keselamatan
Radiasi
UoteJ Kartika
Chandra,
dan Lingkungan .14 Vesember
X
2004
R.M.,
R.J., NIST Critically
Selected Stability Constants of Metal Complexes Database Ver. 6.0, Texas A & M University (2001).
15.SCHUBERT, '., Complexes of alkaline earth cations including Radium with amino acids and related compounds, J. Am. Chern.Soc.,76, 3442(1954).
DISKUSI Makhsun (P3KRBiN-BATAN) 1
Apa usaha kita untuk mengurangi
pengaruh asam humus terhadap 2.
radionuklida ? Kenapa dipilih Fe-59 pada penelitian ..? mI.
Jawab:
1
2.
Memilih lokasi yang mempunyai batuan aslifbedrock yang cukup luas clan padat sehingga asam humus tidak atau kurang "exist" di air tanah. Untuk "labeling" larutan besi(III) yang diteliti, terutama pada analisis larutan yang berkonsentrasi sangat rendah.
279
