SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176
KETIDAKPASTIAN PENGUKURAN KADAR URANIUM DALAM SERBUK URANIUM CARBIDA DENGAN TITROPROCESSOR Andi Haidir, Yusuf Nampira, Agoeng Kadarjono *) *) Staf PTBN – BATAN Kawasan PUSPIPTEK Serpong, Tangerang Selatan Email:
[email protected]
ABSTRAK KETIDAKPASTIAN PENGUKURAN KADAR URANIUM DALAM SERBUK URANIUM CARBIDA DENGAN TITROPROCESSOR.Telah dilakukan perhitungan ketidakpastian pengukuran kadar uranium dalam serbuk U carbida dengan titroprocessor. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui rentang nilai kadar uranium dalam uranium karbida. Ketidakpastian pengukuran adalah suatu parameter yang menetapkan rentang nilai suatu pengukuran. Penyimpangan dalam pengukuran yang terjadi akibat suatu perbuatan sengaja atau tidak sengaja yang dilakukan oleh operator dalam melakukan suatu pengukuran sehingga menyebabkan adanya kesalahan . Sumber-sumber kesalahan pengukuran ini meliputi kesalahan sampling, penimbangan, kalibrasi alat, standar atau reagent yang digunakan, metode yang belum valid, kapabilitas personil dan kesalahan dalam pembacaan data. Tahapan kegiatan analisis adalah sebagai berikut : pelarutan, penimbangan sampel dan wadah, pengenceran uranium carbida (UC), dan penentuan kadar uranium, kemudian menghitung nilai ketidakpastian pengukurannya. Dari hasil analisis dan perhitungan ketidakpastian diperoleh kadar U dalam uranium karbida sebesar 94,2987 % dengan ketidakpastian pengukuran ± 0,0040 % pada tingkat kepercayaan 95%. Kata kunci : serbuk uranium carbida, titroprocessor, ketidakpastian pengukuran.
ABSTRACT MEASUREMENT OF UNCERTAINTY LEVELS OF URANIUM IN URANIUM CARBIDA POWDER WITH TITROPROCESSOR. It has been done calculating measurement uncertainty levels of uranium in Uranium carbida powder with titroprocessor. This study aims to determine the range of values of the levels of uranium in uranium carbide. Uncertainty of measurement is a parameter that defines the range of values of a measurement. Deviations in measurement caused by an act intentionally or unintentionally by the operator to perform a measurement that caused the error. Sources of measurement error include errors of sampling, weighing, calibration tools, standards or reagents are used, the method has not been valid, the personnel capability and errors in reading the data. Stages of analysis is as follows: dissolution, the weighing sample and container, uranium dilution carbida (UC), and the determination of uranium, and then calculate the value of the measurement uncertainty. From the analysis and calculation of uncertainty derived U in uranium carbide levels of 94.2987%, with the uncertainty of measurement of ± 0.0040% at 95% confidence level. Keywords: uranium carbida powder, titroprocessor, measurement of uncertainty. Bahan bakar maju tersebut adalah bahan bakar yang dapat diaplikasikan pada reaktor daya generasi maju seperti Very High Temperature Reactor (VHTR), Super Critical Water Reactor (SCWR), Gas-Cooled Fast Reactor (GFR), Lead-Cooled Fast Reactor (LFR), Sodium-Cooled Fast Reactor (SFR), dan Molten Salt Reactor (MSR).[1]
PENDAHULUAN Penelitian dan pengembangan bahan bakar nuklir terutama di bidang bahan bakar maju terus dilakukan di Indonesia hingga saat ini, karena teknologi reaktor nuklir di dunia yang saat ini telah berkembang hingga reaktor nuklir generasi ke IV. 336
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 Walaupun opsi/pilihan bahan bakar maupun jenis reaktor belum ditentukan, namun penelitian dan pengembangan terutama penguasaan teknologi masih terus dijalankan. Bahan bakar jenis karbida banyak dijumpai di beberapa jenis rektor, namun umumnya banyak digunakan pada reaktor cepat (fast reactor). Proses pembuatan bahan bakar karbida pada umumnya menggunakan bahan dasar oksida (UO2) yang direaksikan dengan karbon (C) menggunakan metode sol-gel, casting koagulasi langsung, dan reduksi karbothermik.[2] Analisis kadar U dalam bahan bakar uranium carbida harus dilakukan sebagai salah satu upaya kendali mutu. Salah satu pengukuran uranium dalam produk adalah dengan cara analisis menggunakan metode titrasi. Metode Titrasi Potensiometrik adalah suatu cara analisis yang dilakukan dengan pengukuran potensial untuk mengetahui titik ekivalen suatu titrasi. Cara ini dapat diterapkan terhadap semua jenis reaksi yang kita pandang sesuai untuk analisis titrimetrik menggunakan alat Titroprocessor. Titroprocessor didasarkan pada prinsip oksidasi-reduksi. Fenomena reaksi oksidasi-reduksi untuk mengukur kadar uranium didasarkan pada perubahan U(IV) yang dioksidasi menjadi U(VI) menggunakan kalium bikromat sebagai titran. Sebelum proses titrasi dilakukan, terlebih dahulu semua ion uranium direduksi menjadi U(IV) dengan menambahkan reduktor garam ferro sulfat. Peningkatan ketelitian dan perbaikan kemampuan deteksi titik ekivalen atau titik akhir titrasi diperlukan penambahan vanadium(IV) yang berperan menaikkan kecepatan pencapaian kesetimbangan pada titik ekivalen.[3] Dalam kegiatan ini dilakukan proses pelarutan, penimbangan sampel, dan wadah, pengenceran uranium carbida (UC), dan penentuan kadar uranium dalam uranium carbida dengan menggunakan Titroprocessor. Semua pengerjaan langkah-langkah tersebut akan memberikan kontribusi kesalahan sehingga dipandang perlu untuk melakukan estimasi perhitungan ketidakpastian pengukurannya. Ketidakpastian pengukuran dan kesalahan sangat terkait antara satu dengan yang lainnya karena ketidakpastian pengukuran memadukan semua kesalahan yang dilakukan menjadi suatu rentang tunggal pengukuran. Ketidakpastian pengukuran adalah suatu parameter yang menetapkan rentang nilai penyimpangan dari hasil pengukuran. Penyimpangan dalam pengukuran terjadi akibat suatu perbuatan sengaja atau tidak sengaja yang dilakukan oleh operator dalam melakukan suatu pengukuran sehingga menyebabkan adanya kesalahan. Sumber-sumber kesalahan pengukuran antara lain:[4,5,6]
a.
b. c.
Kesalahan mikro, meliputi: Sampling, preparasi contoh, penimbangan, kalibrasi alat, standar atau reagent yang digunakan, metode-metode yang belum valid, dan kapabilitas personil Kesalahan makro, meliputi: pembacaan data (pengamatan) Kesalahan sistematik, misalnya penimbangan bahan yang bersifat higroskopis tidak menyatakan berat bahan yang sebenarnya
Sumber informasi untuk pengukuran ketidakpastian dapat diperoleh antara lain:[4,6,7] a. Spesifikasi pabrik, misalnya: Spesifikasi pabrik untuk labu ukur 100 Ml kelas A adalah ± 0,08 mL
b.
Spesifikasi pabrik untuk volume pipet 2 mL kelas A adalah ± 0,01 mL Data pustaka, misalnya: Dalam Hand Book dinyatakan nilai koefisien muai volume air adalah 1 x 10-3/0C Ketidakpastian berat atom hidrogen (H) adalah ± 0,00007 Data validasi metode atau data dari log book Presisi (ketepatan) Repeatability – QC Reproducibility – uji profisiensi Akurasi (ketelitian)
Secara umum untuk menentukan ketidakpastian pengukuran dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut: [8] 1. Menyusun suatu model dari langkah pengerjaan 2. Menentukan semua faktor yang dapat memberikan kontribusi kesalahan terhadap hasil pengukuran 3. Membuat diagram Cause and effect atau Fishbone 4. Estimasi masing-masing komponen ketidakpastian sehingga ekivalen dengan simpangan baku (µ) 5. Gabungkan komponen ketidakpastian baku untuk menghasilkan ketidakpastian baku gabungan (µG) 6. Laporkan hasil perhitungan dalam bentuk ketidakpastian yang diperluas (k=2, pada tingkat kepercayaan 95%)
BAHAN DAN TATAKERJA Serbuk Uranium carbida yang diperoleh dari proses reduksi karbotermik serbuk UO2) ditimbang sebesar 99,1 mg menggunakan wadah. Serbuk tersebut dilarutkan dalam larutan HNO3 6M, lalu diencerkan dengan air bebas mineral dalam labu 337
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 ukur 50 mL. Larutan uranil nitrat dicuplik menggunakan pipet 1 mL. lalu dimasukkan ke dalam gelas piala sebanyak 3 buah dan ditimbang. Selanjutnya masing-masing larutan dalam gelas piala dianalisis kadar Uraniumnya dengan menggunakan alat titroprocessor. Langkah-langkah pengerjaan ditampilkan dalam gambar 1.
HASIL DAN PEMBAHASAN Perhitungan ketidakpastian dimulai dari menyusun model dari langkah pengerjaan dan menentukan faktor yang memberikan kontribusi kesalahan. Diagram fishbone menjelaskan pengelompokan faktor-faktor tersebut, seperti ditampilkan dalam gambar 2 berikut ini :
Serbuk UC
Penimbangan serbuk UC
Kalibrasi timbangan, Berat wadah , Berat wadah + cuplikan
Pelarutan dengan HNO3 Kalib. timbangan, Pengenceran
pipet, labu ukur
dalam labu Pipet 1 mL Larutan Uranil Nitrat
Analisis kadar U dengan Titroprocessor Gambar 1. Alur pengerjaan penentuan kadar uraniuim dengan titroprocessor
338
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 Pelarutan Sampel
presisi berat wadah kosong
Kal.labu.ukur
Kalibrasi timbangan
Berat sampel
Vol. pelarutan
Presisi berat WK + isi
Efek suhu
Kons.Uranium repeatability Vol. lar.sampel
standar N K2Cr2O7 Kalib.pipet
Pem.gelas
Vol.titran Kal.buret
Pem.gelas
titrasi
Gambar 2. Diagram “cause & effect”
µ = (50x1x2,1x10-4) / √3 mL = 0,0105/1,7321 = 0,0061 mL.
Perhitungan Ketidakpastian Baku A.
Asal µ pelarutan sampel Dari sertifikat kalibrasi labu takar : 50 ± 0,001 mL
µ VL =
0,001/√3 = 0,0005774 mL.
(0,0005774)2 + (0,0061)2
= 0,0061 mL
Efek Suhu : Pelarutan dilakukan pada suhu 20 oC± 1oC Koefisien muai volume air = 2,1x10-4/oC Tabel 1. µG sample (penimbangan) Penim bang An ke
Berat wadah ko song (mg)
SD
PGW
Berat wadah + sample (mg)
SD
PGW+S
1
71627,7
0,15275
0,15275
71726,9
0,2646
0,2646
2 3
71627,5 71627.4
71726,5 71726,4
wadah kosong dan wadah kosong + Uranium carbida.
Pada sertifikat kalibrasi timbangan terbaca ± 0,05 mg dengan tingkat kepercayaan 95%. Ketidakpastian kalibrasi = 0,05/1,96 mg = 0,026 mg. Ketidakpastian kalibrasi dihitung dua kali karena penimbangan dilakukan 2 kali terhadap 339
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 Asal Volume pipet g S = =
Dari sertifikat kalibrasi pipet : 1 ± 0,001 mL
2(µneraca)2+(PGw)2+(PGw+sampel)2
µ = 0,001/√3 = 0,0005774 mL Efek Suhu : Pelarutan dilakukan pada
2(0,026)2 + (0,15275)2+(0,2646)2
suhu 20 ± 1oC Koefisien muai volume air = 2,1x10-4/oC
= 0,0366
µ = (1x1x2,1x10-4) /√3 mL = 0,0001212 µV=
B.
0,0005774)2+(0,0001212)2=0,0005899
µ Titrasi Asal N K2Cr2O7 Dari sertifikat N K2Cr2O7 = 0,0270 ± 0,0001 µ N K2Cr2O7 = 0,0001/2 = 0,00005 (Vpipet/Vpipet)2+ ( VTitran/Vtitran)2+ (Cstandar/Cstandar)2
Cu = Cu
(0,0005899 / 1)2 + (0,022964 / 0,6057)2 + (0,00005 / 0,0270)2
=1,869
=1,869 x 0,03796 = 0,0709 Asal Volume Buret VT= (0,002887)2+(3,788x10-5)2= 0,002887mL
Dari sertifikasi kalibrasi buret = 10 ± 0,005 mL = 0,005/√3 = 0,002887 mL Efek suhu : Titrasi dilakukan pada suhu 20 ± 1oC
Asal repeatability
Koefisien muai volume air = 2,1x10-4/oC
Ketidakpastian presisi metode (repeatability) berasal dari pengukuran yang berulang dengan alat titroprocessor.
= (0,3125x1x2,1x10-4)/√3= 3,788x10-5 mL
Pengukuran 3 kali memberikan data dan simpangan baku seperti pada tabel 2 Tabel 2. Kadar U hasil Titrasi paduan uranium carbida Pengukuran ke 1 2 3 Rerata SD RSD
Kadar Uranium (g/L) 1893 x 10-3 1828 x 10-3 1887 x 10-3 1869,3x10-3 0,0192 0,0192
µ repeatability = 0,0192
(Vlb/Vlb)2 + (CU/CU)2 + (rep/rep)2 + (gSampel/gsampel)2 + (VT/VT)2
U/gU = U =
gU
(0,0061/50)2 + (0,0709/1,869)2 + (0,0192)2 + (0,0366/99,1)2 + (0,00288/0,3125)2
U = 0,0020 mg
Berat U dalam labu 50 ml gU = CU x 50 mL.
1,869 g/L x 50 mL = 1,869 g/1000 mL x 50 mL 340
SEMINAR NASIONAL VIII SDM TEKNOLOGI NUKLIR YOGYAKARTA, 31OKTOBER 2012 ISSN 1978-0176 gU = 0,09345 gr.
Potensiometri” Prosiding PPI Standardisasi 2009 Jakarta, 19 November 2w009.
Kadar U dalam UC = gU (mg)/gUC(mg) = 0,09345 gr/99,1 mg x 100% = 93,45 mg/99,1 mg x 100% = 94,2987 % Ketidakpastian diperluas = 2 x µkadar U = 2 x 0,0020 = 0,0040 % Kadar U dlm serbuk UC = 94,2987 ± 0,0040 %
KESIMPULAN Dari hasil perhitungan ketidakpastian pengukuran kadar uranium dalam serbuk UC menggunakan alat Titroprocessor diperoleh rentang pengukuran kadar U sebesar 94,2987 ± 0,0040 % pada tingkat kepercayaan 95%.
DAFTAR PUSTAKA 1. http://www.nationmaster.com/encyclopedi a/Nuclear-fuel 2. www.en.wikipedia.org/wiki/uranium-carbide
3. SNI-17025-2005.,”Dokumentasi Sistem Mutu Laboratorium”, Badan Standarisasi Nasional (BSN), 2005 4. Aslina Br. Ginting.,”Ketidakpastian Pengukuran Uranium Total dalam Larutan PEB U3Si2-Al Pasca Irradiasi menggunakan Metode Titroprocessor”, Prosiding Hasil-Hasil Penelitian EBN, 2009 5. ANDERSON, R.L.,”Practical Statistics for Analytical Chemist”, Van Nostrand Reinhold Co, New York, 1987 6. Kantasubrata, Y.,”Dasar Ketidakpastian Pengukuran”, Pengantar ISO Guide Uncertainty of Measurement, Serpong, 2223 Maret 2007 7. EURACHEM/CITAC.,”Quantifying Uncertainty in Analytical Measurement”, Second Edition, 2000 8. Aslina Br. Ginting.,”Diklat Ketidakpastian Pengukuran”, Coaching UV-Vis Laboratorium Uji Bahan PTBNPUSDIKLAT, BATAN, 2009 9. Purwadi Kasino Putro., “Validasi Metoda Penentuan Kadar U dalam Bahan Bakar Uranium Oksida Menggunakan Metoda Davies Gray Termodifikasi Secara Titrasi 341
