DAMATR
RINGKASAN Damatriyani. Analisis Pb-210 Dalam Sumber Air Panas Daerah Ciseeng Dengan Metode Pencacahan Integral Sinar Gamma. (Di bawah bimbingan Sofyan Yatim dan Yustina Tri Handayani). Analisis Pb-210 dalam sumber air panas daerah Ciseeng dengan metode pencacahan integral sinar gamma telah dilakukan. Isolasi Pb dalam sampel air dilakukan
dengan
metode
pengendapan,
meliputi metode
pengendapan
hidroksida, metode pengendapan sulfat, dan metode pengendapan bertingkat. Analisis kualitatif dilakukan dengan spektrometer gamma untuk masing-masing metode pengendapan dan analisis kuantitatif dengan metode pencacahan integral sinar gamma. Tingkat kemurnian Pb-210 yang tinggi sangat diperlukan untuk keakuratan nilai analisis kuantitatif secara pencacahan integral. Hasil analisis kualitatif berdasarkan spektrum menunjukkan bahwa isolasi Pb dengan metode pengendapan bertingkat dapat memberikan hasil pemurnian yang baik. Metode pengendapan bertingkat digunakan sebagai metode isolasi Pb dalam analisis Pb210 dalam sampel air dengan metode pengukuran pencacahan integral sinar gamma. Penentuan Recovery dilakukan dengan senyawa standar Pb(NO3)2 dianalisis secara gravimetri, diperoleh nilai recovery sebesar (13,2 ± 0,7)%. Sampel air yang dianalisis diambil dari mata air pegunungan kapur dan sumur yang berjarak sekitar 50 m dari sumber mata air tersebut di daerah Ciseeng. Sampel air dari mata air panas mengandung Pb-210 sebesar (4,04 ± 0,44) Bq/L, dan air sumur yang berjarak sekitar 50 m dari mata air panas tersebut sebesar (2,40 ± 0,26) Bq/L. Nilai batas pengukuran terendah dari metode tersebut sebesar (1,48 ± 0,16) Bq/L untuk waktu pencacahan 1 jam.
Kata kunci : analisis, Pb-210, pengendapan, pencacahan integral.
BAB I PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang Air merupakan senyawa kimia yang sangat penting bagi kehidupan umat manusia dan makhluk hidup lainnya dan fungsinya bagi kehidupan tersebut tidak dapat digantikan oleh senyawa lainnya. Hampir semua kegiatan yang dilakukan manusia membutuhkan air, antara lain membersihkan diri, menyiapkan makanan dan minuman. Sebagian besar pemenuhan keperluan air sehari-hari berasal dari sumber air tanah dan sungai. Bahan baku air yang dikelola oleh Perusahaan Air Minum juga berasal dari sungai.(Achmad, 2004). Sepanjang sejarah, kuantitas dan kualitas air yang sesuai dengan kebutuhan manusia merupakan faktor penting yang menentukan kesehatan manusia. Kualitas air yang buruk yang disebabkan adanya berbagai jenis mikroorganisme patogen dan kandungan bahan-bahan kimia berbahaya dapat mengganggu kesehatan manusia yang menggunakan air tersebut. Salah satu kandungan bahan kimia yang berbahaya adalah radionuklida, baik berasal dari alam ataupun buatan manusia. (Achmad, 2004). Aquifer dari air tanah terdiri atas batuan atau mineral yang mengandung radionuklida alam, antara lain deret Uranium-238. Karena air bersentuhan langsung dengan mineral tersebut maka mineral tersebut akan terlarut dalam air tanah. Pb-210 merupakan salah satu anak luruh dari radionuklida deret Uranium238 yang berasal dari perut bumi.(Bennet,B.G.,1997).
1
2
Dari penelitian sebelumnya, telah dipastikan sampel air sumber mata air panas dan sampel air sumur yang berjarak ±50 meter dari sumber mata air panas di daerah pegunungan kapur Ciseeng mengandung radionuklida Ra-226 yang merupakan salah satu induk dari radionuklida Pb-210. Kedua sampel air tersebut secara langsung digunakan oleh manusia dan secara langsung atau tidak langsung akan memberi dampak pada kesehatan manusia yang menggunakannya. Sumber mata air panas tersebut digunakan sebagai tempat pemandian air panas umum dan air sumur yang berjarak ±50 meter dari sumber mata air panas digunakan sebagai air minum. Oleh karena itu, perlu dilakukan analisis kandungan Pb-210 terhadap kedua sampel air tersebut. Nilai batas kandungan Pb-210 dalam air sesuai SK Ka. BAPETEN No. 02/Ka-BAPETEN/V-99 sebesar 4 Bq/L. (BAPETEN,2002). Kandungan Pb-210 tersebut setara dengan 1,45 x 10-12 g, tidak memungkinkan untuk diukur dengan menggunakan metode seperti gravimetri, volumetric, UV-Vis, AAS. Sehingga perlu dilakukan analisis Pb-210 berdasarkan radiasi yang dipancarkannya. Pb-210 merupakan radionuklida yang dapat memancarkan sinar beta dengan energi 0,064 MeV dan sinar gamma dengan energi 46,5 keV yang memiliki umur paro yang relatif lama yaitu 22,6 tahun.. Pengukuran suatu radionuklida pemancar sinar beta dengan energi pancaran yang rendah pada umumnya dengan sistem pencacahan sintilasi cair (LSC), namun metode LSC memiliki kekurangan yaitu : adanya sinyal gangguan listrik (noise), adanya quenching yang akan mengurangi efisiensi pencacahan dan adanya peristiwa chemiluminescence.
(BATAN,2003).
Karakteristik
energi
gamma
yang
3
dipancarkan oleh Pb-210 yang sangat kecil (46,5 keV), tidak memungkinkan untuk dianalisis menggunakan spektrometer gamma dengan detektor HPGe. Oleh karena itu, dalam penelitian ini dilakukan pengukuran aktivitas Pb-210 dengan teknik pecacahan integral sinar gamma, dimana sampel yang diperlukan dalam pengukuran tersebut harus dalam keadaan murni, sehingga perlu dilakukan isolasi Pb.
I.2. Perumusan Masalah 1. Pb-210 merupakan unsur radioaktif pemancar beta dan gamma, yang dapat menyebabkan berbagai kerusakan biologis apabila masuk ke dalam tubuh karena tidak ditangani dengan benar, sehingga keberadaannya harus diketahui. 2. Kandungan Pb-210 dalam sampel air panas daerah Ciseeng diukur dengan teknik pengukuran radiasi memerlukan teknik isolasi untuk memisahkan Pb dari unsur-unsur lain.
I.3. Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari pelaksanaan penelitian ini, yaitu : 1. Untuk memenuhi mata kuliah guna melengkapi jumlah SKS yang telah diterapkan oleh Fakultas Sains dan Teknologi UIN Syarif Hidayatullah Jakarta. 2. Isolasi Pb dalam sampel air sumber air panas pada pegunungan kapur daerah Ciseeng dan sumur di wilayah sekitarnya .
4
3. Menentukan kandungan Pb-210 dalam sampel air sumber air panas pada pegunungan kapur daerah Ciseeng dan sumur di wilayah sekitarnya .
I.4. Kerangka Penelitian
Isolasi Pb
Analisis kualitatif
Penentuan Recovery (perolehan kembali) Pb-210 dalam sampel air.
Pengukuran kandungan Pb-210 dalam sampel air.
Perhitungan Konsentrasi Pb-210 dalam sampel air.
I.5. Hipotesis Air di daerah pegunungan kapur Ciseeng mengndung Pb-210. Pb-210 dapat diukur dari sinar gamma yang dipancarkan menggunakan sistem pencacah integral, dengan syarat Pb-210 dalam keadaan murni. Isolasi Pb dapat dilakukan dengan pengendapan. Dengan metode pengendapan yang sesuai, diharapkan Pb210 memiliki tingkat kemurnian radionuklida yang tinggi, karena adanya radiasi dari radionuklida lain akan mengkontribusi nilai cacahan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
II.1. Radioaktivitas Pada tahun 1896 Becquerel menemukan zat yang dapat memancarkan sinar yang tidak tampak, yang dapat menembus dan mengionisasi medium yang dilewatinya serta dapat menghitamkan plat film yang terbungkus kertas hitam. Zat tersebut disebut radioaktif. Sinar yang dipancarkan disebut sinar radioaktif dan peristiwanya disebut radioaktivitas.(MIPA UI, 2000). Unsur yang memiliki inti atom tak stabil akan meluruh mencapai keadaan yang lebih stabil secara spontan dengan memancarkan radiasi. Unsur yang menunjukkan radioaktivitas atau unsur yang memancarkan radiasi secara spontan disebut
dengan
unsur
radioaktif
dan
inti
atom
tersebut
disebut
radionuklida.(Akhadi, 1997).
II.1.1. Peluruhan Radioaktif Radioaktivitas merupakan peristiwa pemancaran radiasi secara spontan karena terjadi peluruhan inti atom yang tidak stabil menuju inti atom yang lebih stabil. Inti atom yang stabil adalah atom yang memiliki perbandingan jumlah neutron dan jumlah proton tertentu, untuk atom yang ringan, nilai N/P mendekati 1. Hubungan jumlah neutron (N) dan jumlah proton (Z) suatu atom stabil dan aton tidak stabil dapat digambarkan dalam kurva kestabilan pada Gambar 2.1. Dalam
5
6
peristiwa
tersebut
inti
atom
mengalami
peluruhan
menjadi
inti
lain.(BATAN,1990). Gambar 2.1. Kurva Stabilitas Nuklida.
140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
proton (Z) N/Z = 1
Nuklida Stabil
Radiasi diartikan sebagai suatu aliran energi yang dipancarkan oleh suatu materi ke materi lain melalui ruang hampa, dapat berupa gelombang elektromagnetik atau gelombang partikel yang mengalir.(BAPETEN,2002).
7
Ada tiga jenis peluruhan, yaitu (Frederick,1986): a. Peluruhan Alpha (α) Peluruhan alpha adalah suatu pemancaran atau radiasi inti Helium ( 24 Ηe ) ,sehingga suatu inti yang mengalami peluruhan alpha akan mengalami pengurangan nomor massa 4 dan nomor atom 2. Secara umum peluruhan alpha terjadi pada nuklida yang memiliki nomor massa besar. Inti yang dihasilkan dari peluruhan alpha biasanya masih berada pada tingkat eksitasi dan meluruh lebih lanjut. Peluruhan alpha (α) dapat dituliskan sebagai berikut : A Z
Χ →
A−4 Z −2
Υ
+ α
Spektrum energi alpha adalah karakteristik. Sifat dari sinar Alpha (α) adalah sebagai berikut : a)
Partikel α berupa inti atom He dan bermuatan listrik positif sebesar dua kali muatan elektron.
b)
Daya ionisasi partikel α sangat besar sehingga jarak tempuhnya di materi pendek bergantung pada energi sinar α.
c)
Karena bermuatan listrik positif maka berkas partikel α akan dibelokkan jika melewati medan magnet atau medan listrik.
b. Peluruhan Beta (β) Pada peluruhan beta, dari inti atom dipancarkan sinar beta. Sinar ini dibedakan menjadi dua macam, sinar β- (elektron) dan sinar β+ (positron). Sinar β- bisa dilambangkan -1e0 atau e-. Sedangkan sinar β+
8
dilambangkan
+1 e
0
. Peluruhan β- terjadi bila nuklida tidak stabil berada di
atas kurva stabilitas nuklida, yang artinya jumlah neutron dalam nuklida lebih banyak dibandingkan dengan jumlah protonnya sehingga di dalam inti terjadi penambahan satu proton dan pengurangan satu neutron. Sedangkan peluruhan β+ terjadi bila nuklidanya berada di bawah kurva stabilitas nuklida, yang artinya jumlah neutron dalam nuklida lebih sedikit dibandingkan dengan jumlah protonnya, sehingga pada peluruhan β +, terjadi pengurangan satu proton dan penambahan satu neutron. Peluruhan β- dapat dituliskan sebagai berikut : A Z
Χ →
A Z+1
n
→
p
Υ +
0 −1
β e-
+
Peluruhan β+ dapat dituliskan sebagai berikut : A Z
Χ →
A Z−1
p
→
n
Υ
+ +
0 +1
β β+
Spektrum energi beta yang dihasilkan bersifat kontinu. Sifat dari sinar beta (β) adalah sebagai berikut : a)
Daya ionisasinya di materi 1/100 kali daya ionisasi partikel α.
b)
Kecepatan partikel β yang dipancarkan antara 1/100 hingga 99/100 kecepatan cahaya.
c)
Karena sangat ringan, maka partikel β mudah sekali dihamburkan jika melewati medium.
9
d)
Partikel β akan dibelokkan jika melewati medan magnet atau medan listrik dengan sudut pembelokan yang lebih besar dibandingkan sinar alpha.
c. Peluruhan Gamma (γ) Peluruhan gamma memancarkan sinar γ yang merupakan radiasi gelombang elektromagnetik. Peluruhan gamma biasanya mengikuti peluruhan alpha atau beta. Komposisi proton dan neutron sudah berada pada komposisi stabilnya, tetapi tingkat energinya masih di atas energi dasar, sehingga untuk mencapai tingkat energi dasar atau keadaan stabil dilakukan pelepasan energi melalui peluruhan γ. Peluruhan γ dituliskan sebagai berikut : *
A Z
Χ →
Υ +
A Z
γ
(X* adalah nuklida yang tereksitasi)
Spektrum energi gamma yang dihasilkan adalah karakteristik Sifat dari sinar γ adalah sebagai berikut : a)
Sinar γ adalah radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang antara 0,005 hingga 0,5 Ao.
b)
Karena tidak bermuatan, daya ionisasinya di dalam medium sangat kecil sehingga daya tembusnya sangat besar dibandingkan dengan daya tembus partikel α atau β.
10
II.1.2. Waktu Paro dan Aktivitas Peluruhan unsur radioaktif merupakan sebuah proses yang acak dan tidak dipengaruhi oleh faktor eksternal seperti perubahan temperatur. Kecepatan peluruhan radioaktif makin lama makin kecil dan hanya dipengaruhi oleh banyaknya nuklida tersebut. Peluruhan radioaktif merupakan reaksi tingkat satu (orde 1). (Chase, G.D.,et al, 1989). Peluruhan radioaktif memenuhi hukum eksponensial atau yang lebih dikenal dengan hukum peluruhan. Peluruhan bukan merupakan kejadian yang berlangsung serentak atau bersamaan, melainkan merupakan peristiwa statistik dan dirumuskan sebagai berikut : dΝ dt
= −λ Ν
................... (2.1)
λ adalah suatu konstanta yang disebut konstanta peluruhan. Apabila N adalah jumlah nuklida yang belum meluruh pada suatu saat, dN adalah jumlah nuklida yang meluruh dalam waktu dt maka dapat ditulis: dΝ = − λ dt Ν Ν (t )
∫ Νo
t dΝ − λ = ∫ dt =Ν o
ln Ν t − ln Ν 0 = − λ t
ln
Νt = −λ t Ν0
11
Jadi:
Ν t = Ν 0 e− λ t
...................(2.2)
Keterangan : No = jumlah nuklida radioaktif awal (t = 0) N(t) = jumlah nuklida radioaktif setelah selang waktu t Waktu paro yang biasa diberi lambang t½, adalah waktu yang diperlukan suatu unsur radioaktif untuk meluruh sehingga jumlah radionuklida pada unsur tersebut menjadi setengah dari jumlah radionuklida semula. Waktu paro masingmasing unsur radioaktif adalah karakteristik.(BAPETEN,2002). Waktu paro suatu nuklida dicapai pada saat Nt = ½ No, dan hubungannya didapat sebagai berikut : − λ t1
1 = e 2
− ln
2
1 = − λ t1 2 2 ln
t1 = − 2
t1 = 2
ln 2
1 2€ λ =
0,693
λ
...................(2.3)
λ
Aktivitas suatu radionuklida (A) adalah kecepatan radionuklida tersebut melakukan peluruhan, dapat dituliskan dengan persamaan sebagai berikut (Susetyo,1988):
12
Α = λ ⋅Ν
...................(2.4)
Berdasarkan persamaan (2.2) dan (2.4), maka diperoleh hubungan :
Αt = Α0 e− λ t
...................(2.5)
Keterangan: = aktivitas radiasi awal (t = 0). (Bq). Ao At = aktivitas radiasi setelah selang waktu t. (Bq). λ = konstanta peluruhan radioaktif untuk jenis radionuklida tertentu Satuan aktivitas secara internasional telah disepakati suatu satuan aktivitas yang disebut Bacquerel, disingkat Bq. Satu Bq didefinisikan sebagai satu disintegrasi per sekon (dps). Disamping satuan Bq, masih dipergunakan satuan lama yang disebut satuan Curie disingkat Ci. 1 Bq
= 1 peluruhan per detik
1 Ci
= 3,7 x 10 10 Bq
1 Bq
= 2,27027 x 10 -11 Ci
II.2. Timbal Timbal dengan simbol Pb adalah unsur golongan IVA dengan sifat umum diuraikan pada Tabel 2.1.(Cotton, 1989). Tabel 2.1. Sifat Umum Timbal Nama / Simbol Nomor atom Titik leleh Titik didih Konfigurasi elektron Klasifikasi Warna
Timbal (Pb) 82 600.61 K(327.46 °C, 621.43 °F) 2022 K(1749 °C, 3180 °F) [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2 Logam Abu-abu kebiruan (bluish white)
13
Timbal dalam susunan periodik unsur merupakan logam berat yang terdapat secara alami di dalam kerak bumi. Timbal secara alami berasal dari batuan kapur dan galena (PbS) yang merupakan sumber timbal pada perairan alami. Timbal terdiri dari beberapa isotop. Beberapa isotop dari timbal diuraikan pada Tabel 2.2, sebagian bersifat radioaktif.(Parrington, 1996). Tabel 2.2 Isotop Timbal Isotop
Waktu paro (T1/2 )
Sinar yang dipancarkan
Energi (keV)
Kelimpahan di Alam
Pb-201
9,33 Jam
Beta
550
Gamma
331,2 ; 361,3 ; 945,9
-
Pb-202
3,53 Jam
Gamma
960,7 ; 422,1
-
Pb-203
2,16 Hari
Gamma
279,2
-
Pb-204 Pb-205
Stabil 1,53 x 10
7
Epsilon
1,4% 51
-
Pb-206
Stabil
24,1%
Pb-207
Stabil
22,1%
Pb-208
Stabil
52,4%
Pb-209
3,25 Jam
Pb-210
22,3 Tahun
Pb-211
Pb-212
Pb-214
36,1 Menit
10,64 Jam
27 Menit
Beta
645
-
Beta
64
Gamma
46,5
Beta
1380
Gamma
404,9 ; 831,9
Beta
335 ; 569
Gamma
238,6 ; 300
Beta
670 ; 730
Gamma
351,9 ; 295,2
-
-
-
Pb-210 terdapat di alam sebagai produk peluruhan dari seri peluruhan radioaktif deret Uranium dengan skema peluruhan deret Uranium ditunjukkan pada Gambar 2.2. .(Parrington, 1996).
14
4,47.109 tahun
238
Gambar 2.2. Skema Peluruhan deret Uranium
U92
234
Th90
Keterangan : 1. Peluruhan Alpha
24,1 hari
234
Pa91
2.
Peluruhan Beta
3.
(…) = Nilai probabilitas
1,17 menit 2,46.105 tahun 7,54.104 tahun
226
1599 tahun
222
3,8 hari
230
234
U92
Th90
Ra88
Rn86
218
Po84
3,1 menit
214
218
Pb82
At85
27 menit
214
218
Bi83
Rn86
19,9 menit
214
Po84
163,7 s
210
Pb82
22,6 tahun
210
Eβ1 = 0,0150 keV (80%) Eβ2 = 0,0615 keV (20%) (Martin,1970)
Bi83 5,01 hari
206
210
Tl81 206
Pb82
stabil
Po84
138,38 hari
Eγ1 = 10,8 keV (9,52%) Eγ2 = 13,0 keV (10,2%) Eγ1 = 15,4 keV (2,29%) Eγ1 = 46,5 keV (4,05%) (Reus, 1983)
15
II.3. Isolasi Pb Pada analisis Pb-210 dengan metode pencacahan integral sinar gamma, dilakukan isolasi Pb dalam sampel air. Isolasi Pb dalam sampel air dilakukan dengan metode pengendapan. Pengendapan banyak digunakan dalam analisis anorganik. Endapan adalah zat yang memisahkan diri sebagai suatu fase padat keluar dari larutan. Endapan berupa kristal (kristalin) atau koloid, dan dapat dikeluarkan dari larutan dengan penyaringan atau pemusingan (centrifuge). Endapan terbentuk jika larutan menjadi terlalu jenuh dengan zat yang bersangkutan. Kelarutan (S) suatu endapan, menurut definisi adalah sama dengan konsentrasi molar dari larutan jenuhnya. Kelarutan bergantung pada berbagai kondisi seperti suhu, tekanan, konsentrasi bahan-bahan lain dalam larutan itu, dan pada komposisi pelarutnya. (Vogel, 1979). Bila tetapan hasil kali kelarutan (Ksp) suatu senyawa dilampaui dan pengendapan mulai terjadi, terbentuk sejumlah partikel kecil yang disebut inti-inti (nuclei). Pengendapan selanjutnya terjadi pada partikel yang mula-mula terbentuk ini, yang ukurannya akan meningkat sampai cukup besar sehingga relatif mudah untuk dipisahkan. (Underwood, 1986). Proses suatu zat yang biasanya dapat larut, terbawa mengendap selama pengendapan pada suatu endapan yang diinginkan, disebut pengendap-ikutan atau kopresipitasi.
16
Kopresipitasi dapat terjadi dengan berbagai mekanisme sebagai berikut : 1. Pembentukan kristal campur; 2. Adsorpsi ion-ion selama proses pengendapan; 3. Ion-ion yang teradsorpsi ditarik ke bawah bersama-sama endapan selama proses koagulasi.(Underwood, 1986). Dalam analisis Pb, kation Pb harus dipisahkan dahulu dari unsur pengotor logam alkali tanah lainnya. Pemisahan kation Pb secara umum dapat dilakukan dengan pengendapan sulfat dan pengendapan hidroksida. (Vogel, 1979). Pada proses pengendapan Pb, secara umum kation Pb mengalami reaksireaksi seperti di bawah ini : a)
Timbal mudah larut dalam asam nitrat dan terbentuk juga nitrogen oksida, sesuai dengan persamaan reaksi sebagai berikut : 3Pb + 8HNO3 → 3Pb2+ + 6NO3- + 2NO↑ + 4H2O
b)
Timbal akan bereaksi dengan larutan amonium hidroksida, membentuk endapan putih timbal hidroksida yang tidak larut dalam reagensia berlebihan, sesuai dengan persamaan reaksi sebagai berikut : Pb2+ + 2NH4OH +2H2O → Pb(OH)2↓ + 2NH4+
c)
Timbal akan bereaksi dengan natrium hidroksida, membentuk endapan putih timbal hidroksida, sesuai dengan persamaan reaksi sebagai berikut : Pb2+ + 2NaOH → Pb(OH)2 ↓ Endapan larut dalam reagensia berlebihan, dimana terbentuk ion tetrahidroksoplumbat(II), sesuai dengan persamaan reaksi sebagai berikut : Pb(OH)2 ↓ + 2NaOH → [Pb(OH)4]2-
17
d)
Timbal akan bereaksi dengan asam sulfat encer membentuk endapan putih timbal sulfat yang tidak larut dalam reagensia yang berlebihan, sesuai dengan persamaan reaksi sebagai : Pb2+ + H2SO4 → PbSO4↓
e)
Endapan timbal sulfat larut dalam larutan amonium asetat yang agak pekat, karena akan terbentuk ion-ion tetraaetoplumbat(II), sesuai dengan persamaan reaksi sebagai : PbSO4↓ + 4CH3COONH4 → [Pb(CH3COO)4]2- + (NH4)2SO4
f)
Kestabilan ion-ion ini tidak terlalu besar maka ion kromat dapat mengendapkan kompleks tersebut menjadi timbal kromat, sesuai dengan persamaan reaksi sebagai : [Pb(CH3COO)4]2- + CrO42-
PbCrO4↓ + 4KOH
[Pb(OH)4]2- + CrO42-
PbCrO4↓ + 4KOH
Reaksi tersebut bersifat reversibel; penambahan natrium hidroksida akan melarutkan timbal kromat, dan dengan penambahan asam asetat, timbal kromat mengendap lagi.
Senyawa PbSO4 dan Pb(OH)2 memiliki jenis struktur yang sama dengan CaSO4 dan RaSO4 yaitu orthorombik seperti pada Gambar 2.3. Sedangkan, Ca(OH)2 memiliki struktur trigonal rombohedral, seperti pada Gambar 2.4, dan Ra(OH)2 memiliki struktur kristal jenis oktahedral.
18
Gambar 2.3. Struktur Kristal Trigonal Gambar 2.4. Struktur Kristal Orthorombik Pada proses pengendapan PbSO4, kopresipitasi senyawa PbSO4 dalam senyawa CaSO4 dapat terjadi karena mekanisme pembentukan kristal campur. Sedangkan pada proses pengendapan Pb(OH)2, kopresipitasi terjadi bukan karena pembentukan kristal campur, karena jenis struktur Pb(OH)2 berbeda dengan Ca(OH)2. Pada setiap proses isolasi suatu unsur termasuk proses pengendapan, tidak mungkin unsur tersebut dapat terisolasi semua, karena ada kemungkinan unsur tersebut tertinggal dalam peralatan yang digunakan selama proses isolasi dan kondisi pengendapan yang tidak sempurna. Untuk mengoreksi hilangnya unsurunsur yang dianalisis dalam suatu proses isolasi digunakan nilai Recovery (perolehan kembali), yang merupakan besaran atau nilai yang menunjukkan besarnya perolehan kembali unsur yang diinginkan pada akhir proses kimia. Nilai tersebut diperoleh berdasarkan perolehan kembali unsur standar.(BATAN,1998). Pada analisis Pb-210 dengan metode pencacahan integral sinar gamma digunakan standar Pb(NO3)2 dalam penentuan Recovery, yang dilakukan secara gravimetri. Nilai Recovery dihitung dengan persamaan sebagai berikut : Re c =
M terukur
x 100%
M standar Keterangan : M = massa unsur (gram)
...................(2.6)
19
Setelah didapat hasil perhitungan dari persamaan di atas, maka aktivitas dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut : A sampel =
A terukur
...................(2.7)
Re c Keterangan : Asampel = aktivitas sampel (Bq) A terukur = aktivitas hasil pengukuran (Bq) Rec = nilai recovery (%)
II.4. Sistem Pengukuran Radiasi Sistem pencacah merupakan suatu sistem pengukur radiasi. Terdiri atas detektor dan peralatan penunjang. Pada sistem pencacah radiasi, peralatan penunjang terpisah dan terdiri atas beberapa modul yang mengikuti standar tertentu yaitu NIM (Nuclear Instrument Module), misalnya modul amplifier, modul HV (sumber tegangan tinggi), modul ’counter’ (pencacah) dan sebagainya. Modul-modul tersebut bersifat ’bongkar-pasang’, sehingga suatu modul dapat digunakan untuk berbagai macam konfigurasi sistem pencacah. (BATAN, 2005). Sistem pencacah radiasi digunakan dalam aplikasi dan penelitian yang menggunakan radiasi, yaitu untuk mengukur kuantitas dan atau energi radiasi. Kuantitas radiasi merupakan jumlah radiasi yang memasuki detektor. Nilai kuantitas ini dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu : aktivitas sumber, jenis dan energi radiasi, serta jarak dan jenis penahan diantara sumber dan detektor. (BATAN, 2005). Energi radiasi merupakan kekuatan dari setiap radiasi yang dipancarkan oleh sumber. Tingkat energi radiasi ini bergantung pada jenis nuklidanya. Jenis
20
nuklida yang berbeda akan memancarkan radiasi dengan energi yang berbeda. (BATAN, 2005). Detektor radiasi merupakan suatu bahan yang peka atau sensitif terhadap radiasi, yang bila dikenai radiasi akan menghasilkan suatu tanggapan. Setiap jenis radiasi mempunyai cara berinteraksi yang berbeda, sehingga suatu bahan yang sensitif terhadap suatu jenis radiasi belum tentu sensitif terhadap jenis radiasi yang lain. Detektor radiasi bekerja dengan cara mendeteksi perubahan yang terjadi di dalam medium penyerap, karena adanya perpindahan energi ke medium tersebut. Terdapat beberapa mekanisme yang sering digunakan untuk mendeteksi dan mengukur radiasi yaitu seperti proses ionisasi, proses sintilasi, proses termoluminisensi, reaksi kimia, dan lain-lain. (BATAN, 2005). Salah satu jenis detektor adalah detektor semikonduktor. Bahan semikonduktor yang diketemukan relatif lebih baru daripada detektor lain, terbuat dari unsur golongan IVA pada tabel periodik yaitu silikon dan germanium. Detektor ini mempunyai beberapa keunggulan yaitu lebih efisien dibandingkan dengan detektor lain, karena terbuat dari zat padat, serta mempunyai resolusi yang baik. (BATAN, 2005). Interaksi radiasi gamma dengan materi akan mengionisasikan atom-atom detektor dan menghasilkan pasangan elektron lowongan. Karena pengaruh medan listrik yang diberikan oleh tegangan maka elektron lowongan akan di arahkan menuju ke terminal yang berlawanan dan akan dideteksi sebagai pulsa. (H.T. Hendriyanto, 2003).
21
Terdapat tiga kemungkinan proses interaksi radiasi gamma dengan materi yaitu efek fotolistrik, efek compton, dan pembentukan pasangan ion. Pada efek fotolistrik, energi radiasi gamma akan diserap seluruhnya oleh atom dan akan dipancarkan sebuah elektron berenergi yang hampir sama dengan energi gamma. Bila proses tersebut berlangsung di dalam detektor maka elektron berenergi tersebut akan mengionisasi detektor sehingga akan menghasilkan sekumpulan elektron. Kumpulan elektron tersebut akan dikonversikan menjadi pulsa listrik dengan energi yang sebanding dengan jumlah elektron. Dengan demikian bila suatu radiasi gamma berinteraksi secara efek fotolistrik di dalam detektor, maka seluruh energinya ditransfer menjadi pulsa listrik dengan energi tertentu, yang sebanding dengan energi gamma dan disebut sebagai fotopeak. Di dalam efek compton, hanya sebagian energi radiasi gamma yang diserap oleh atom sedangkan sisanya masih berbentuk radiasi gamma. Perbandingan antara energi gamma yang diserap dan yang diteruskan sangat dipengaruhi oleh sudut penyimpangan antara radiasi gamma yang datang dan yang diteruskan. Oleh karena sudut ini dapat beragam, maka energi gamma yang diserap detektor juga beragam sehingga tinggi pulsanya akan berbeda-beda. Spektrum yang dihasilkan dari proses ini bersifat kontinu yang dikenal dengan daerah compton. Pada proses produksi pasangan, radiasi gamma yang berenergi lebih besar daripada 1,022 keV akan diserap seluruhnya oleh atom sehingga dipancarkan elektron dan positron. Proses ini dapat menyebabkan single escape peak dan
22
double escape peak muncul dalam spektrum radiasi gamma. (H.T. Hendriyanto, 2003). Berdasarkan kegunaannya, untuk mengukur kuantitas atau energi, sistem pencacah radiasi dapat dibedakan menjadi dua konfigurasi yaitu sebagai sistem pencacah integral dan sistem spektroskopi. (BATAN, 2005).
a.
Sistem pencacah Integral Sistem ini digunakan untuk mencacah atau menghitung jumlah radiasi
yang mengenai detektor. Sistem pencacah integral tidak memperdulikan energi radiasi sedang sistem pencacah diferensial mengukur pada selang energi tertentu saja. (BATAN, 2005). Adapun rangkaian sistem pencacah integral ditunjukkan dalam Gambar 2.5. Gambar 2.5. Skema sistem pencacah integral Preamplifier
Amplifier
Counter
Det. PIPS Timer Sumber Radiasi
b.
HV
Sistem Spektroskopi Rangkaian ini digunakan untuk mencacah atau menghitung jumlah radiasi
pada setiap rentang energi. Hasil pengukuran sistem ini akan berupa suatu spektrum distribusi radiasi terhadap energinya. Merupakan suatu fenomena alam bahwa spektrum distribusi energi radiasi setiap nuklida bersifat spesifik sehingga spektrum suatu nuklida berbeda dengan spektrum nuklida lainnya.
23
Detektor HPGe adalah salah satu jenis detektor gamma yang paling sering digunakan pada spektrometer gamma.. (BATAN, 2005). Adapun skema spektrometer gamma dengan detektor HPGe dapat dilihat pada Gambar 2.6.: Gambar 2.6. Skema alat spektrometer gamma Shielding
Printer
Sampel Ge
Pre-Amp
Amplifier
ADC
MCA Komputer
HV Sinyal yang dilepas oleh detektor akan diproses oleh preamplifier yang akan melakukan penguatan dan pembentukan pendahuluan terhadap sinyal. Setelah itu amplifier akan melakukan penguatan dan pembentukan akhir terhadap sinyal. Kemudian sinyal disalurkan ke Analog to Digital Converter ( ADC ) yang berfungsi mengubah pulsa analog menjadi pulsa digital atau alat yang mengubah sinyal amplifier analog
yang datang akan menjadi kelompok pulsa bentuk
standar.Jumlah pulsa tiap kelompok akan dicatat oleh analisator saluran ganda atau Multi Channel Analyser (MCA). MCA merupakan komputer digital kecil yang digunakan untuk menyimpan, menampilkan, dan mengolah hasil spektrum energi radiasi. (BATAN, 2005). Nilai cacahan yang ditampilkan oleh setiap pengukur radiasi sebenarnya tidak hanya berasal dari sumber radiasi yang sedang diukur saja melainkan juga
24
berasal dari radiasi lingkungan dan sinyal gangguan listrik (noise). Cacahan yang tidak berasal dari sumber yang sedang diukur disebut sebagai cacahan latar belakang. Cacahan latar belakang ini harus diukur sebelum melakukan pengukuran sumber, yaitu dengan melakukan pengukuran tanpa sumber radiasi di dekat detektor. (BATAN, 2005). Ketika melakukan pengukuran sumber radiasi, nilai laju cacah radiasi dapat dihitung dengan persaman: Rs = Rt - Rlb Keterangan :
......................(2.8)
Rs = laju cacah sumber (cps), Rt = laju cacah total (cps) Rlb = laju cacah latar belakang (cps)
Bila aktivitas sumber yang akan ditentukan sangat lemah maka pengaruh cacahan latar belakang sangat mengganggu. Oleh karena itu terdapat suatu parameter yang dapat menunjukkan batas terendah dari cacahan sumber yang masih dapat diukur dengan kondisi pengukuran tertentu. Batas itu berkaitan Minimum Detectable Activity (MDA). (BATAN, 2005). C MDA Keterangan :
CMDA Clb
= 3 C lb
................................. (2.9)
= Cacah Minimum Detectable Activity = Cacah Latar Belakang
Sumber yang menghasilkan cacahan lebih kecil dari pada nilai CMDA, dengan waktu pencacahan yang sama, tidak layak diukur dengan kondisi tersebut. Nilai batas pengukuran ini dapat diturunkan dengan cara memperpanjang waktu pengukuran atau menggunakan sistem perisai radiasi yang lebih baik. (BATAN, 2005).
25
Nilai laju cacah hasil pengukuran, meskipun sudah dikoreksi dengan laju cacah latar belakang, belum menunjukkan nilai aktivitas sumber yang sedang diukur. Parameter yang menghubungkan laju cacah dan aktivitas sumber adalah efisiensi sistem pengukur. Parameter ini dapat ditentukan dengan cara mengukur sumber radiasi standar yaitu sumber radiasi yang telah diketahui jenis nuklida serta aktivitasnya. (BATAN, 2005). Parameter tersebut dapat dihitung dengan persamaan :
η =
R
....................(2.10)
Α⋅Ρ Keterangan : η = efisiensi sistem pengukur (Bq/cps) R = laju cacah sumber standar (cps) A = aktivitas sumber standar (Bq) p = probabilitas pancaran sinar radiasi (%) Bila efisiensi sudah diketahui maka laju cacah yang dihasilkan sistem pengukur tersebut dapat dikonversikan langsung ke nilai aktivitas. Α =
R η ⋅Ρ
....................(2.11)
Keterangan : A = aktivitas sumber standar (Bq) η = efisiensi sistem pengukur (Bq/cps) R = laju cacah sumber standar (cps) p = probabilitas pancaran sinar radiasi (%)
II.5. Ketidakpastian pengukuran Ketidakpastian yang merupakan suatu parameter yang menyatakan kisaran, yang didalamnya diperkirakan terletak nilai benar dari sifat yang diukur. Sumber ketidakpastian berasal dari kesalahan semua faktor yang mempengaruhi hasil akhir pengukuran.
26
Secara umum, faktor yang berkontribusi terhadap penyimpangan adalah: 1. Ketidaksempurnaan alat ukur 2. Ketidaksempurnaan metode pengukuran 3. Pengaruh personil (ketidakterampilan yang dimiliki seseorang) Perhitungan ketidakpastian dilakukan dengan menyusun suatu model dari sistem pengukuran untuk mengetahui semua faktor yang dapat memberikan kontribusi kesalahan terhadap hasil akhir pengukuran. Faktor-faktor tersebut dievaluasi dan dikuantifikasi untuk mendapatkan ketidakpastian baku yang ekuivalen dengan deviasi standar (simpangan baku). Sesuai dengan kategori kesalahannya,
maka
dilakukan
kuantifikasi
masing-masing
komponen
ketidakpastian sebagai berikut : 1. Tipe A berdasarkan pekerjaan eksperimental dan dihitung dari rangkaian pengamatan
berulang
(berupa
data primer).
Dengan melakukan
pengukuran berulang, maka akan diperoleh nilai deviasi standar, sehingga ketidakpastian baku dapat ditentukan (u). Peluruhan radioaktif merupakan suatu proses yang bersifat random dan mengikuti model statistik distribusi Gauss. Hal ini merupakan salah satu sumber ketidakpastian yang tidak dapat dihindari dalam setiap pengukuran radiasi. 2. Tipe B berdasarkan pada sekelompok informasi yang dapat dipercaya (berupa data sekunder). Contoh : informasi pada sertifikat kalibrasi ataukatalog pemasok. nilai ketidakpastian yang diperoleh dikonversikan menjadi nilai ketidakpastian baku (u).
27
Bila C = f (x, y, z), maka persamaan umum untuk menggabungkan nilai ketidakpastian baku dari komponen-komponennya menjadi ketidakpastian baku gabungan (u c ) sebagai berikut: 2
Uc =
2
2 δC 2 δC 2 δC 2 u + u + u δx € x δy € y δz € z
Berdasarkan persamaan umum tersebut, secara umum dapat digunakan peraturan penggabungan sebagai berikut: Uc C
2
2
=
Ux X €
+
Uy Y €
2
+
Uz Z €
....................(2.12)
Agar mempunyai arti, pernyataan ketidakpastian harus mempunyai suatu tingkat kepercayaan. oleh karena itu diperlukan pernyataan probabilitas bahwa nilai benarnya berada dalam rentang tersebut. Penetapan tingkat kepercayaan berdasarkan pada asumsi bahwa distribusi hasil pengukuran merupakan distribusi normal (Gauss). Dengan penetapan tingkat kepercayaan tersebut, diperoleh ketidakpastian diperluas. (BATAN, 2003). Ketidakpastian diperluas dihitung dengan persamaan sebagai berikut : U = k . uc Keterangan : U = ketidakpastian diperluas k = faktor cakupan uc = ketidakpastian baku gabungan
.............................. (2.13)
28
Nilai faktor cakupan (k) dan hubungannya dengan tingkat kepercayaan dapat dilihat pada Tabel 2.3.(BATAN,2003). Tabel 2.3. Tingkat kepercayaan berdasarkan Distribusi Gauss k
Tingkat Kepercayaan (%)
1,00
68,3
1,64
90
1,96
95
2,00
95,5
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
III.1. Tempat dan Waktu Pelaksanaan Penelitian ini dilakukan di Pusdiklat BATAN Pasar Jumat, pada bulan Maret sampai dengan Juli 2007 di Laboratorium Radiokimia dan Laboratorium Spektroskopi, Pusat Pendidikan dan Pelatihan Badan Tenaga Nuklir Nasional (Pusdiklat BATAN), Pasar Jumat, Jakarta.
III.2. Metode Kerja Pada penelitian ini dilakukan tahap awal dari analisis sampel yaitu pemilihan metode pemurnian Pb yang sesuai. Metode pemurnian yang diuji adalah metode pengendapan, meliputi metode pengendapan hidroksida, metode pengendapan sulfat, dan metode pengendapan bertingkat yang merupakan gabungan metode pengendapan hidroksida dan sulfat. Terhadap hasil pemurnian sampel dari setiap metode dilakukan analisis kualitatif menggunakan spektrometer gamma. Berdasarkan hasil analisis kualitatif, dilakukan perbandingan dan dipilih metode pemurnian terbaik yaitu yang menghasilkan Pb-210 yang bersih dari pengotor, akan dipakai sebagai teknik isolasi sampel dalam analisis Pb-210 dalam sampel air. Analisis kuantitatif dalam analisis Pb-210 dalam sampel air meliputi penentuan recovery, pengukuran aktivitas sampel menggunakan sistem pencacah integral, serta perhitungan kandungan Pb-210 dalam sampel air.
29
30
Secara garis besar, skema metode kerja ditunjukkan pada Gambar 3.1. Pengendapan Hidroksida
Pengendapan Sulfat
Analisis Kualitatif
Pengendapan Bertingkat
Penentuan Recovery
Analisis Kualitatif
Analisis Kuantitatif
Perhitungan
Gambar 3.1. Skema Metode Kerja
III.3. Bahan dan Alat a) Bahan 1. Sampel air diambil dari sumber mata air panas dan dari sumur yang berjarak 50 meter dari sumber mata air panas yang berada di daerah pegunungan kapur Ciseeng pada tanggal 8 April 2007 dengan menggunakan botol sampling ukuran 1,5 L.
31
2. Bahan kimia yang dipakai diantaranya : HNO3 (p.a), NH4OH (teknis), NaOH (p.a), CH3COOH (p.a), H2SO4 (p.a), CH3COONH4 (p.a.), K2CrO4 (p.a), Pb(NO3)2 (p.a.). 3. Aquabidest, kertas pH, kertas saring, plastik wrap 67,5 sq ft, isolasi. 4. Planchet Pembuatan Larutan 1. Larutan HNO3 0,1 M Dipipet sebanyak 0,7 mL larutan HNO3 14,6 M ke dalam labu ukur 100 mL dan diencerkan dengan aquabidest sampai tanda batas. 2. Larutan H2SO4 0,1 M Dipipet sebanyak 0,6 mL larutan H2SO4 17,8 M ke dalam labu ukur 100 mL dan diencerkan dengan aquabidest sampai tanda batas. 3. Larutan CH3COOH 0,1 M Dipipet 0,6 mL larutan CH3COOH 17 M ke dalam labu ukur 100 mL dan diencerkan dengan aquabidest sampai tanda batas. 4. Larutan NaOH 1 M Dilarutkan 4 g NaOH (Mr = 40 g/ mol) ke dalam labu ukur 100 mL dan diencerkan dengan aquabidest sampai tanda batas.
32
5. Larutan ammonium asetat 10% Dilarutkan 10 g ammonium asetat (Mr = 77 g/mol) ke dalam labu ukur 100 mL dan diencerkan dengan aquabidest sampai tanda batas. 6. Larutan K2CrO4 0,1 M Dilarutkan 1,942 g K2CrO4 (Mr = 194,2 g/mol) ke dalam labu ukur 100 mL dan diencerkan dengan aquabidest sampai tanda batas. b) Alat 1. Spektrometer gamma CANBERRA : serial number 8973853, detector HPGe model GC3018, preamplifier model 2002CSL, cryostat model 7500SL. 2. Sistem pencacah integal counter CANBERRA : 7401 detektor PIPS Volt Bias +40 Tipe FD 3. Hot Plate. 4. Oven. 5. Alat-alat Gelas.
III.4. Langkah Kerja III.4.1. Kalibrasi Energi Spektrometer Gamma Kalibrasi energi erhadap spektrometer gamma dilakukan menggunakan sumber standar Eu-152. Pengukuran dilakukan selama 1000 detik.
33
III.4.2. Pengukuran Radiasi Latar Belakang (Backgound) Dalam analisis kualitatif, sebagai spektrum pembanding dilakukan pencacahan radiasi latar belakang sistem spektrometer gamma selama 2 jam. Sedangkan untuk faktor koreksi analisis kuantitatif sampel dilakukan pencacahan radiasi latar belakang sistem pencacah integral terhadap planset kosong selama 1 jam.
III.4.3. Isolasi Pb a.
Pengendapan Hidroksida. Sampel air 1 liter diuapkan sampai kering. Residu yang dihasilkan dilarutkan dengan 150 mL HNO3 0,1 M. Selanjutnya larutan dididihkan perlahan-lahan selama beberapa menit, didinginkan lalu disaring. Filtrat yang dihasilkan ditambah 25 mL NH4 OH pekat (teknis), lalu disaring. Residu ditambah 150 mL larutan NaOH 1 M panas untuk membentuk kompleks Pb(OH) 42- dan disaring. Filtrat diasamkan dengan asam asetat dan ditambah larutan 10 mL K2CrO4 0,1 M dan 1 g senyawa pengemban Pb(NO3)2 lalu disaring. Endapan kuning dikeringkan dalam oven. Setelah kering, endapan kuning dimasukkan ke dalam planset dan ditutup dengan plastik wrap. Lalu dilakukan pengukuran menggunakan spektrometer gamma selama 2 jam.
34
b.
Pengendapan Sulfat Sampel air 1 liter diuapkan sampai kering dan residu yang dihasilkan dilarutkan dengan 150 mL HNO3 0,1 M. Selanjutnya larutan dididihkan perlahan-lahan selama beberapa menit, didinginkan lalu disaring. Filtrat yang dihasilkan ditambah 150 mL larutan H2SO4 0,1 M untuk pengendapan PbSO4, dan dipanaskan dalam kamar asam sampai muncul uap putih. Larutan didinginkan, ditambah 10 mL aquabidest, diaduk, didiamkan 2-3 menit lalu disaring. Melalui kertas saring, dituang 2 mL larutan amonium asetat 10% untuk melarutkan Pb. Filtrat yang mengandung Pb diasamkan dengan asam asetat dan ditambah larutan 10 mL K2CrO4 0,1 M dan 1 g senyawa pengemban Pb(NO3)2 lalu disaring. Endapan kuning dikeringkan dalam oven. Setelah kering, endapan kuning dimasukkan ke dalam planset dan ditutup dengan plastik wrap. Lalu dilakukan pengukuran dengan spektrometer gamma selama 2 jam.
c.
Pengendapan Bertingkat Sampel air 1 liter diuapkan sampai kering dan residu yang dihasilkan dilarutkan dengan 150 mL HNO3 0,1 M. Selanjutnya larutan dididihkan perlahan-lahan selama beberapa menit, didinginkan lalu disaring. Filtrat yang dihasilkan ditambah 25 mL NH4OH pekat (teknis) sampai pengendapan sempurna, lalu disaring. Residu ditambah 150 mL larutan NaOH 1 M panas dan disaring. Filtrat diasamkan dengan asam asetat dan diuapkan sampai kering. Residu yang dihasilkan dilarutkan
35
dengan 50 mL HNO3 0,1 M, diaduk sampai larut. Filtrat ditambah 50 mL larutan H2SO4 0,1 M, dipanaskan dalam kamar asam sampai muncul uap putih. Larutan didinginkan, ditambah 5 mL air, diaduk, didiamkan 2-3 menit lalu disaring. Melalui kertas saring, dituang 2 mL larutan amonium asetat 10%. Filtrat diasamkan dengan asam asetat dan ditambah larutan 10 mL K2CrO4 0,1 M dan 1 g Pb(NO3)2 lalu disaring. Endapan kuning dikeringkan dalam oven. Setelah kering, endapan kuning dimasukkan ke dalam planset dan ditutup dengan plastik wrap. Lalu dilakukan pengukuran dengan spektrometer gamma selama 2 jam dan diukur dengan sistem pencacah integal untuk analisis kuantitatif dengan waktu pencacahan selama 1 jam.
III.4.4. Penentuan Recovery Sampel air ditambahkan Pb(NO3)2 sebanyak 4 g, selanjutnya dipreparasi dengan langkah kerja seperti pengendapan bertingkat. Endapan ditimbang untuk analisis kuantitatif dan dilakukan spot-test untuk analisis kualitatif. Endapan PbCrO4 hasil preparasi dilarutkan dalam larutan NaOH 1 M, lalu disaring. Filtrat ditambah CH3COOH pekat hingga terbentuk endapan. Uji positif ditandai jika endapan PbCrO4 hasil preparasi dapat larut dengan larutan NaOH dan dapat terendapkan kembali dengan penambahan CH3COOH pekat.
36
III.4.5. Perhitungan Kandungan Pb-210 dalam Sampel Air 1) Nilai Recovery. Re c
M terukur
=
x 100%
.................. (3.1)
M standar Keterangan : M terukur = massa sampel terukur (g) M standar = massa sampel standar (g) Rec = nilai recovery (%) 2) Nilai MDA (Minimum Detectable Activity). C MDA
= 3 Clb
...........................
(3.2)
...........................
(3.3)
Keterangan : CMDA = cacahan batas pengukuran terendah (cacahan) Clb = cacahan latar belakang (cacahan)
R MDA
=
C MDA t
Keterangan : CMDA = cacahan batas pengukuran terendah (cacahan) t = waktu pengukuran (sekon) RMDA = laju cacahan batas pengukuran terendah (cps)
MDA
=
R MDA P.η . Rec. V
Keterangan : MDA = Batas pengukuran terendah (Bq/L) RMDA = laju cacahan sampel (cps) P = probabilitas pemancaran sinar radiasi (%) η = effisiensi sistem alat (Bq/cps) V = volume sampel (L) Rec = nilai recovery (%)
.................. (3.4)
37
3) Nilai aktivitas Pb-210. R =
Ct t
−
C lb t
...........................
(3.5)
Keterangan : = cacahan total hasil pengukuran (cacahan) Ct Clb = cacahan latar belakang (cacahan) t = waktu pengukuran (sekon) R = laju cacahan sampel (cps)
A =
R P. η. Rec
.................. (3.6)
Keterangan : = aktivitas (Bq) A R = laju cacahan sampel (cps) P = probabilitas pemancaran sinar radiasi (%) η = effisiensi sistem alat (Bq/cps) Rec = nilai recovery (%) 4) Kandungan Pb-210. K
=
A V
.................. (3.7)
Keterangan : K = kandungan Pb-210 (Bq/L) A = aktivitas (Bq) V = volume sampel (L)
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1. Kalibrasi Energi Spektrometer Gamma Jenis kalibrasi spektrometer gamma yang dilakukan adalah kalibrasi energi. Dalam kalibrasi sistem ini, digunakan sumber standar Eu-152 karena memiliki range energi yang cukup lebar yaitu berkisar 39,5-1528,1 keV, seperti pada Tabel 4.1. Hasil pengukuran kalibrasi spektrometri gamma dengan Eu-152 didapatkan spektrum seperti pada Gambar 4.1. Gambar 4.1. Spektrum Kalibrasi Energi Spektrometer Gamma
38
39
Tabel 4.1. Energi Sinar Gamma Eu-152 Energi (keV)
Probabilitas pemancaran sinar gamma (%)
121,8
28,4
344,3
26,6
778,9
13,0
1112,1
13,6
1408,0
20,8
Kalibrasi energi dilakukan dengan membandingkan posisi dari suatu puncak energi tertentu terhadap energi radionuklida standar yang telah diketahui. Dari hasil kalibrasi energi spektrometer gamma dapat dibuat suatu kurva kalibrasi energi. Kurva kalibrasi energi merupakan kurva yang mehubungkan antara posisi puncak energi (channel) dengan energi pancaran gamma seperti terlihat pada Gambar 4.2. Dari kurva kalibrasi energi didapatkan persamaan kalibrasi yaitu, y = (2,5x10-2) x + (2,091x10-2). Gambar 4.2. Kurva Kalibrasi Energi Spektrometer Gamma
40
IV.2. Pengukuran Radiasi Latar Belakang (Background) Pencacahan radiasi latar belakang perlu dilakukan sebelum dilakukannya suatu analisis sampel. Cacahan radiasi latar belakang adalah cacahan yang tidak berasal dari sumber. Radiasi latar belakang pada spektrometer gamma berkaitan dengan adanya radiasi alam. Hasil spektrum radiasi latar belakang spektrometer gamma dapat dilihat dalam Gambar 4.3. Gambar 4.3. Spektrum radiasi latar belakang
41
Hasil pengukuran cacahan radiasi latar belakang yang telah dilakukan selama 2 jam, digunakan untuk membandingkan spektrum sampel dalam analisis kualitatif sampel. Dari hasil spektrum radiasi latar belakang, terlihat daerah spektrum tidak bersih, melainkan terdapak peak-peak pada daerah energi tertentu. Hal ini berkaitan dengan radiasi alam, seperti K-40 yang mempunyai energi pancaran gamma 1461 keV. Hasil pencacahan radiasi latar belakang sistem pencacah integral untuk analisis kuantitatif, dapat dilihat dalam Tabel 4.2. Tabel 4.2. Hasil cacah radiasi latar belakang sistem pencacah integral No.
Bulan
Waktu
Cacahan
Keterangan
484
Dipakai untuk koreksi cacahan
(sekon) 1.
Juni
3600
sampel air sumber 2.
Juli
3600
512
Dipakai untuk koreksi cacahan sampel air sumur
Nilai cacah radiasi latar belakang pada sistem pencacah integral sinar gamma digunakan untuk mengoreksi hasil cacahan sampel dalam analisis kuantitatif sampel.
IV.3. Isolasi Pb Isolasi Pb dilakukan dengan metode pengendapan. Metode pengendapan yang dilakukan adalah metode pengendapan hidroksida, pengendapan sulfat, dan pengendapan bertingkat. Hasil analisis kualitatif sampel dengan metode pengendapan hidroksida, didapat hasil spektrum seperti pada Gambar 4.4a.
42
Setelah dibandingkan dengan spektrum latar belakang, dapat terlihat adanya peak yang lebih tinggi pada daerah energi dari Ra-226 (186,0 keV). Hal tersebut menjelaskan bahwa dalam sampel masih terdapat Ra-226. Adanya Ra226 akan memberi kontribusi pada pengukuran kuantitatif radiasi gamma Pb-210 secara integral. Oleh sebab itu, metode pengendapan hidroksida tidak dapat digunakan untuk pemurnian Pb. Kation Ca2+ dan Ra2+ yang berasal dari sampel air juga ikut mengendap dengan penambahan amonium hidroksida pekat. Nilai Ksp Ca(OH)2 yaitu 7,9 x 10 -6 jauh lebih besar dibandingkan dengan nilai Ksp Pb(OH)2 (3x10 -16) dan Ksp Ra(OH)2 (10 -14), sehingga ketika ditambahkan amonium hidroksida pekat, Ca2+ akan mengendap terlebih dahulu menjadi Ca(OH)2. Keberadaan Ra, karena ikut terbawa dalam matriks Ca. Karena metode pengendapan hidroksida tidak dapat digunakan untuk isolasi Pb dalam analisis Pb-210 dengan metode pencacahan integral, maka dilakukan isolasi Pb dengan metode pengendapan sulfat. Hasil analisis kualitatif sampel
dengan metode pengendapan sulfat, didapat hasil spektrum seperti
Gambar 4.4b. Setelah dibandingkan dengan spektrum latar belakang, peak energi Ra-226 (186,0 keV) tidak bertambah tinggi. Hal tersebut menjelaskan bahwa dengan metode asam sulfat ini Ra sudah tidak terbawa. Namun dalam spektrum tersebut terlihat adanya peak energi Cs-137 (661,6 keV). Hal tersebut menjelaskan bahwa dalam sampel masih terdapat Cs-137. Metode pemurnian Pb yang diinginkan adalah yang hasil akhirnya tidak terdapat radionuklida pengotor. Adanya Cs-137
43
yang merupakan radionuklida pengotor akan memberi kontribusi pada pengukuran Pb-210 secara integral. Oleh sebab itu, metode pengendapan sulfat tidak dapat digunakan untuk pemurnian Pb. Kation Ca2+ dan Ra2+ serta Cs+ yang berasal dari sampel air ikut mengendap dengan penambahan asam sulfat. Nilai Ksp CaSO4 yaitu 2.4 x 10-5 jauh lebih besar dibandingkan dengan nilai Ksp PbSO4 (1.8 x 10 -8) dan Ksp RaSO4 (4,25 x 10 -11) serta Ksp Cs2SO4, sehingga ketika ditambahkan sulfat, Ca2+ akan mengendap terlebih dahulu menjadi CaSO4. Karena nilai Ksp Cs2SO4 terlalu kecil, membuat Cs2SO4 yang mengendap bersama matriks Pb dapat terelusi oleh amonium asetat. Berbeda dengan RaSO4, Ra memiliki sifat spesifikasi yang tidak dapat larut oleh amonium asetat, dan cenderung mengendap bersama matriks CaSO4. Metode pengendapan hidroksida dan metode pengendapan sulfat, masingmasing memiliki karakteristik pemurnian yang berbeda dan saling melengkapi, sehingga perlu dilakukan penggabungan kedua metode pengendapan menjadi metode pengendapan bertingkat dengan harapan tidak terdapat pengotor Ra-226 dan Cs-137. Hasil analisis kualitatif sampel Pb dengan metode pengendapan bertingkat, didapat hasil spektrum seperti Gambar 4.4c. Setelah dibandingkan dengan spektrum latar belakang, peak energi Ra-226 (186,0 keV) tidak bertambah tinggi dan peak energi Cs-137 (661,6 keV) tidak ada. Hal tersebut menjelaskan bahwa dengan metode pengendapan bertingkat yang menggabungkan metode pengendapan hidroksida dan metode pengendapan sulfat, sudah cukup memberikan hasil pemurnian yang baik secara kualitatif..
44
Gambar 4.7. Spektrum radiasi gamma hasil pengujian metode pengendapan : a) Pengendapan Hidroksida b) Pengendapan Sulfat c) Pengendapan Bertingkat
a
b
c
45
IV.4. Penentuan Recovery Pada Penentuan Recovery, terhadap endapan PbCrO4 hasil preparasi dilakukan uji kuantitatif secara gravimetri dengan penimbangan endapan. Adapun nilai hasil penentuan Recovery dapat dilihat pada Tabel 4.3. Tabel 4.3. Nilai Recovery No.
Sampel
Recovery (%)*
1.
Sampel air sumber
10,4 ± 0,5
2.
Aquabidest
13,2 ± 0,7
* Tingkat kepercayaan 68%. Nilai Recovery yang didapat, baik untuk sampel air sumber ataupun aquabidest, merupakan suatu persentase nilai yang kecil. Hal tersebut menunjukkan masih banyak isotop Pb yang tidak terbawa atau hilang selama proses preparasi sampel. Hal ini karena, nilai Ksp senyawa Pb lebih kecil dari nilai Ksp senyawa Ca, yang merupakan senyawa makro dari sampel, sehingga Pb lebih banyak terkopresipitasi dengan senyawa-senyawa Ca serta terperangkap dalam matriks Ca, sehingga pada proses pelarutan hanya sebagian kecil Pb yang tidak terperangkap yang bisa larut.
IV.5. Kandungan Pb-210 dalam Sampel Air Hasil pengukuran kandungan Pb-210 dalam sampel air ciseeng, dapat dilihat dalam Tabel 4.4, dengan metode perhitungan pada lampiran 1.
46
Tabel 4.4. Hasil pengukuran kandungan Pb-210. No.
Sampel Air
Jumlah cacahan
Cacahan Background
Aktivitas Pb-210 (Bq/L) *
1.
Mata Air
595
484
4,04 ± 0,44
2.
Sumur
618
512
2,40 ± 0,26
*Tingkat kepercayaan 68%. Batas pengukuran terendah (MDA) dihitung berdasarkan nilai 3 deviasi standar dari cacah belakang, diperoleh nilai sebesar (1,48 ± 0,16)Bq/L, dengan tingkat kepercayaan 68%. Nilai tersebut untuk kondisi analisis volume sampel 1 liter dan waktu pencacahan 1 jam. Nilai batas kandungan Pb-210 dalam air untuk keperluan sehari-hari sesuai SK Ka. BAPETEN No. 02/Ka-BAPETEN/V-99 sebesar 4 Bq/L. Berdasarkan ketentuan tersebut, didapatkan bahwa sampel air sumber Ciseeng telah melampaui nilai batas tersebut dan sampel air sumur berjarak ± 50 meter dari mata air sumber Ciseeng memiliki nilai kandungan Pb-210 dibawah nilai batas tersebut. Air sumur tersebut masih aman digunakan untuk kebutuhan sehari-hari. Secara umum nilai konsentrasi sampel air sumber Ciseeng dan sampel air sumur berjarak ± 50 meter dari mata air sumber Ciseeng tidak memiliki perbedaan yang signifikan. Hal ini dikarenakan sifat akumulasi Pb yang tinggi. Timbal memiliki derajat titik didih dan titik lebur yang tinggi, sehingga pada siklusnya di alam, timbal tidak ikut menguap pada proses penguapan di daerah perairan (aerasi). Selain itu timbal merupakan jenis logam yang sulit terdegradasi oleh lingkungan.
47
Jika dibandingkan dengan kandungan Pb-210 dalam perairan di negaranegara lain, seperti di Nova Scotia, Canada (0,24 Bq/L), di perairan Sabah, Malaysia (2,767 dpm/g), air sumur di kawasan Amerika (4,14 pCi/L), kandungan Pb-210 sampel air sumber ciseeng dan sampel air sumur jarak ± 50 meter dari mata air sumber ciseeng cukup tinggi jika dibandingkan dengan sampel air yang lain. Oleh sebab itu, pembatasan penggunaan sampel air tersebut dalam kehidupan sehari-hari perlu diantisipasi.
BAB V PENUTU P V.1.
KESIMPULAN 1.
Metode
gabungan metode pengendapan Sulfat
dan
metode pengendapan Hidroksida dapat digunakan untuk isolasi Pb dalam sampel air lingkungan untuk analisis Pb-210 secara pencacahan integral sinar gamma. 2.
Nilai batas terendah pengukuran sebesar (1,48 ± 0,16)Bq/L dengan waktu pencacahan 1 jam.
3.
Kandungan Pb-210 dalam sampel sumber mata air panas kapur Ciseeng sebesar (4,04 ± 0,44) Bq/L dan dalam sampel air sumur yang berjarak kurang lebih 50 meter dari sumber mata air panas kapur Ciseeng sebesar (2,40 ± 0, 26) Bq/L.
V.2.
SARAN 1.
Metode analisis yang lebih peka untuk penentuan Pb-210 dalam sampel air, perlu dikembangkan.
2.
Pemetaan zat-zat radioaktif alam dalam sumber air panas di Indonesia diperlukan untuk kesehatan masyarakat.
4 8
Lampiran 1. Contoh Perhitungan a) Recovery Pb2+ Sampel Air Sumber 0,26 gram
Re c =
x 100%
2,5 gram = 10,4 % b) Recovery Pb2+ Sampel Air Sumur 0,33 gram
Re c =
x 100%
2,5 gram =
13,2%
c) Nilai Batas Pengukuran Terendah (MDA) CMDA
= 3 498
RMDA
=
MDA =
cacahan
3 498 3600 sekon
= 0,0186 cps
0,0186 cps
= 1,48 Bq / L
0,365 . 0,2606 . 0,132 . 1L
d) Laju cacahan Pb-210 pada sampel air sumber
C = 595 cacahan, Clb = 484 cacahan, t = 3600 sekon.
Rt
=
595 cacahan 3600 sekon
= 0,17 cps
484 cacahan
Rlb =
= 0,13 cps
3600 sekon
maka, Rs
= 0,17 cps – 0,13 cps = 0,04 cps
e) Aktivitas Pb-210 pada sampel air sumber
A =
0,04 cps 0,365 . 0,2606 . 0,104 . 1L
= 4,04 Bq / L
f) Laju cacahan Pb-210 pada sampel air sumur C = 618 cacahan, Clb = 512 cacahan, dan t = 3600 sekon.
Rt
=
618 cacahan
= 0,17 cps
3600 sekon
512 cacahan
Rlb =
= 0,14 cps
3600 sekon
maka, Rs
= 0,17 cps – 0,14 cps = 0,03 cps
g) Aktivitas Pb-210 pada sampel air sumber
A =
0,03 cps 0,365 . 0,2606 . 0,132 . 1L
= 2,40 Bq / L
h) Perhitungan Ketidakpastian (uncertainty)
uc
uc
2
uVs
2
uVc
=
c
c €
+
Vs €
+
u Re c
ueff
Vc €
+
eff € +
Re c €
Keterangan : uc c
= ketidakpastian cacahan
uVs = Vs
ketidakpastian relatif volume sampel
uVc Vc
=
ketidakpastian relatif volume cuplikan
ueff eff
= ketidakpastian relatif effisiensi alat
u Re c Re c
=
ketidakpastian re cov ery
uc c
=
uc c
= 0,109
(0,04)2 + (0,01)2 + (0,001)2 + (0,088)2 + (0,05)2
Nilai uncertainty aktivitas Pb-210 pada sampel air sumber : 0,109 x 4,04 Bq/L = 0,44
Nilai uncertainty aktivitas Pb-210 pada sampel air sumur : 0,109 x 2,40 Bq/L = 0,26
Nilai uncertainty Batas Pengukuran Terendah : 0,109 x 1,48 Bq/L = 0,16
2
2
2
i) Perhitungan Cara Pembuatan Larutan 1)
Larutan HNO3 0,1 M Larutan HNO3 65% dengan massa jenis 1,41 kg/L memiliki konsentrasi yang didapat dari persamaan : Konsentrasi (M)
=
% . ρ . 10 ↓↓↓↓ Mr
sehingga perhitungannya : Konsentrasi (M)
2)
=
65% . 1,41 kg/L . 10 ↓↓↓↓↓↓↓↓↓ 63
=
14,5 M
Larutan H2SO 4 0,1 M Larutan H2SO4 95% dengan massa jenis 1,84 kg/L memiliki konsentrasi yang didapat dari persamaan : Konsentrasi (M)
=
% . ρ . 10 ↓↓↓↓ Mr
sehingga perhitungannya : Konsentrasi (M)
3)
=
95% . 1,84 kg/L . 10 ↓↓↓↓↓↓↓↓↓ 98,08
=
17,8 M
Larutan CH3COOH 0,1 M Larutan CH 3COOH 96% dengan massa jenis 1,06 kg/L memiliki konsentrasi yang didapat dari persamaan : % . ρ . 10
Konsentrasi (M)
=
sehingga perhitungannya : Konsentrasi (M)
=
↓↓↓↓ Mr 96% . 1,06 kg/L . 10 ↓↓↓↓↓↓↓↓↓
60,05
=
17 M
