ISSN 0854 - 5561
Hasil-hasil Penelitian ESN Tahun 2009
KETIDAKPASTIAN PENGUKURAN URANIUM TOTAL DALAM LARUTAN PEB U3Sh-AI PASCA IRRADIASI MENGGUNAKAN METODE TITROPROSESSOR Aslina Br.Ginting ABSTRAK KETIDAKPASTIAN PENGUKURAN URANIUM TOTAL DALAM LARUTAN PES U3SirAI PASCA IRRADIASI MENGGUNAKAN METODE TITROPROSESSOR. Sesaran burn up atau fraksi bakar pe/at elemen bakar (PES) U3Si-AI dengan tingkat muat uranium (TMU) 2,96 g/cm3 pasca irradiasi dapat ditentukan melalui perhitungan isotop 235U, 137Cs dan U total. Kandungan U total dalam larutan PES U3Si-AI pasca iiradiasi dapat di analisis dengan menggunakan alat Titroprosessor. Tahapan proses penentuan U total dimulai dengan pemotongan, penimbangan dan pelarutan PES U3SiAI pasca iiradiasi yang dilanjutkan dengan pengenceran dalam labu 25 ml yang secara keseluruhan dikerjakan menggunakan tangan manipulator di dalam hotcell. Setelah diperoleh larutan PES U3Si-A/ dengan paparan radiasi tertentu kemudian ditransfer ke R.135 untuk dianalisis kandungan U totalnya. Karena pengerjaan ini menggunakan tangan manipulator, maka banyak memberikan sumber kesalahan terhadap pengukuran. Da/am usaha untuk mendapatkan rentang pengukuran yang benar maka terhadap langkah langkah proses pengerjaan analisis U total tersebut dilakukan eva/uasi konstribusi sumber sumber kesalahan yang memberikan besaran. ketidakpastian pengukuran. Dari hasil analisis dan perhitungan ketidakpastian diperoleh bahwa kandungan U total di dalam PES U3Si-AI sebesar 0,1716 g/L dengan ketidakpastian pengukuran sebesar ± 0,00354 g/L pad a derajat kepercayaan 95%. Kata kunci : burn up, PES U3Si-AI ,pasca iiradiasi, U total, hotcell dan ketidakpastian pengukuran.
, PENDAHULUAN Salah satu peralatan pengujian yang ada di laboratorium Instalasi Radiometalurgi PTSNSATAN adalah Titroprosessor. Alat ini dapat digunakan untuk menganalisis kandungan uranium di delam bahan bakar baik sebelum radiasi maupun setelah di radiasi. Dalam usaha untuk mengetahui apakah suatu metode pengukuran yang digunakan telah valid maka perlu diketahui beberapa parameter validasi, salah satunya adalah simpangan baku dan ketidakpastian pengukuran[1J.Pada penelitian ini dilakukan penentuan kandungan U total dalam PES U3Si2-A/ TMU 2,96 gU/cm3 pasca irradiasi. Penentuan kandungan uranium dengan metode Titroprosessor didasarkan kepada prinsip oksidasi dan reduksi. Fenomena reaksi oksidasi reduksi ini didasarkan kepada perubahan U(IV) dioksidasi menjadi U(VI) dengan kalium dikromat sebagai titran. Sebe/um proses titrasi dilakukan, terlebih dahulu semua ion uranium di reduksi menjadi U(IV) dengan menambahkan reduktor garam Ferro Sulfat. Sedangkan untuk meningkatkan kete/itian dan memperbaiki kemampuan deteksi titik ekivalen atau titik akhir titrasi perlu ditambahkan Vanadium (IV) yang berperan menaikkan kecepatan pencapaian kesetimbangan pad a titik ekivalen. Pad a kegiatan ini telah dila'~ukan proses pemotongan, pelarutan , penimbangan dan pengenceran dari PES U3SirAI TMU 2,96 gU/cm3 pasca irradiasi. Kegiatan dilakukan di hotcell HC 109 IRM (Insta/asi Radiometa/urgi), kemudian di transfer ke R.135 untuk selanjutnya dianalisis kandungan uranium totalnya menggunakan metode Titroprosessor. Semua langkah- langkah pengerjaan diatas akan memberikan sumbangan kesalahan sehingga dipandang perlu untuk melakukan estimasi perhitungan ketidakpastian pengukurannya, karena antara ketidakpastian pengukuran dengan kesalahan sangat berkaitan, dimana ketidakpastian memadukan semua kesalahan yang dilakukan menjadi suatu rentang tunggal pengukuran
181
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009
ISSN 0854 - 5561
Ketidakpastian Pengukuran adalah suatu parameter yang menetapkan rentang nilai yang didalamnya diperkirakan nilai benar suatu pengukuran berada, mengukur rentang tersebut dikenal sebagai pengukuran ketidakpastian. Kesalahan pengukuran adalah suatu perbuatan sengaja atau tidak sengaja yang dilakukan oleh operator dalam melakukan suatu pengukuran sehingga sumber sumber kesalahan tersebut harus diestimasi karena memberikan konstribusi terhadap nilai pengukuran. Sumber-sumber kesalahan pengukuran antara lain adalah[2.3]: a. Kesalahan Makro meliputi : • • • •
Sampling Preparasi contoh Penimbangan Kalibrasi Alat
• • •
Standard atau Reagent yg digunakan Metode yg belum valid Personil
b. Kesalahan
Mikro meliputi
Pembacaan
Data (pengamatan)
1 sId 3.
1.
Sampling
Homogenkan contoh
Ketidakser~gaman
Rekaveri
Preparasi contoh
harus diperhatikan
I
= ------------------------------x 100% I C yang ditambahkan
h Analit terekstrasi 100% dari matrik contoh C campuran - C contoh
182
yang dapat dilihat pada skema
ISSN 0854 - 5561
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009
3. Ketidakpastian
Kesalahan dalam menimbang
Kalibrasi timbangan
Kesalahan dalam memipet larutan
Pembacaan skala dan pengulangan
Kalib.vol pipet
Sampling Homogenkah contoh
Ketidakseragaman
?
harus diperhatikan
Preparasi Contoh matrik contoh x 100% C yangdari ditambahkan ------------------------------Apakah analit terekstraksi 100%
Recovery harus diperhatikan C campuran - C contoh
183
Pembacaan iniskus
Faktor muai larutan
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009
ISSN 0854 - 5561
Kalibrasi Peralatan Temperatur Oven 100 ± 3°C Volume Labu takar 100 ml ± 0,1 ml
Kesalahan Random Penimbangan berulangkali standar massa 10 9 memberikan data (g): 10,0001 10,0000 10,0002 10,0002 10,0002 10,0001 10,0000 10,0001 10,0000 10,0001
Kesalahan Sistematik Penimbangan bahan yang bersifat higroskopis tidak menyatakan berat bahan yang sebenarnya
Personil Ketrampilan dan ketelitian seorang analisis akan memberikan ketidakpastian pengukuran
Sumber Informasi Untuk Pengukuran Ketidakpastian
pengaruh pada besar kecilnya nilai
[3,4]
1. Spesifikasi Pabrik Spesifikasi pabrik untuk labu takar 100 ml kelas A adalah ± 0,08 ml Sfesifikasi pabrik untuk volume pipet 2 ml kalas A adalah ± 0,01 ml
2. Data Pustaka Dalam hand book dinyatakan nilai koefisien muai volume dari air
3. Data Validasi Metode atau Data dari Log book Presisi (Ketepatan): Repeatability - QC Reproducibility - Uji Profisiensi Presisi atau ketepatan menunjukkan (repeatability)
besarnya fluktuasi dari hasil penentuan yang berulang kali
Akurasi (Ketelitian) - CRM Akurasi atau ketelitian sebenarnya (standar). Akurasi : Kesesuaian
menunjukkan
seberapa
jauh suatu analisis
menyimpang
dari harga
antara hasil analisis dengan nilai standard yang masih dapat diterima
Secara umum menentukan berikut [5] :
Ketidakpastian
Pengukuran dilakukan dengan langkah- langkah sebgai
I. Menyusun suatu model dari langkah pengerjaan II. Menentukan semua faktor yang dapat memberikan konstribusi kesalahan terhadap pengukuran III. Buat diagram Cause and Effect atau Fish Bone IV. Kelompokkan faktor diatas kedalam kategori komponen ketidakpastian V. Estimasi masing-masing komponen ketidakpastian sehingga ekivalen dengan simpangan
hasil
baku
(~) VI. Gabungkan
komponen ketidakpastian
baku untuk menghasilkan
ketidakpastian
baku gabungan
(~G) VII. Laporkan hasil perhitungan dalam bentuk ketidakpastian kepercayaan 95%)
184
yang diperluas
(k=2,
pada derajat
ISSN 0854 - 5561
HasH-hasH Penelitian EBN Tahun 2009
TATA KERJA Besarnya ketidakpastian pengukuran kandungan uranium total dari PEB U3Si2-AI pasca irradiasi dengan metode Titroprosessor dimulai dengan proses pemotongan, penimbangan, pelarutan dan pengenceran PEB U3Si2-AI dengan TMU 2,96 gU/cm3 pasca irradiasi seperti yang terlihat pad a Gambar 1. Seluruh kegiatan preparasi PEB U3Si2-AI dilakukan di hotcell sehingga besaran sumbangan kesalahan dari pemipetan (pipet), vial ,Iabu dan peralatan gelas lainnya disetarakan terhadap kesalahan penimbangan.
PEB U3Si2-AI TMU2,96 gU/cm3 pasca irradiasi
Pemotongan, dimensi 3 x 3 x1 ,37 mm
Kalibrasi timbangan Penimbangan = 32 mg
Penimbangan berat wadah Penimbangan berat wadah + cuplikan Presisi penimbangan
Pelarutan dengan HCL 6M
&
HN03 6M Kalibrasi timbangan Berat Labu ukur 25 ml
Pengenceran dalam labu 25ml
Berat labu ukur 25 + pelarut Presisi
penimbangan
Larutan Uranil Nitrat ipet 1 ml Kalibrasi timbangan Masukkan ke dalam 5 vial, Ditimbang
---.
Penimbangan berat vial Penimbangan berat vial + cuplikan Presisi Penimbangan
Ditransfer ke R.135
2 Vial
Analisis Isotop Cs-137
?-
Spektrometer
Pipet, pengenceran ,titrasi. Presisi metode Gambar.1 Alur Pengerjaan Penentuan Uranium total dengan Titroprosesor
185
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009
ISSN 0854 - 5561
HASIL DAN PEMBAHASAN Dari langkah pengerjaan penentuan kandungan uranium total dalam PEB U3Si2-AI pasca irradiasi dengan metode Titroprosessor dibuat diagram Fish bone untuk menggkelompokkan sumber-sumber kesalahan yang ada seperti yang terlihat pad a Gambar 2.
Penimbangan PEB (A)
Penimbangan Labu takar (B)
W kosong
Labu kosong
W kosong 1PEB U3S~-AI
Labu kosong + pelarut
S ----..
Kosentrasi alkosong
----. Kalibrasi
Presisi metode
Uranium
~ial kosong + larutan PEB •• Penqulangan P~iSi
Titrasi dah Titroprosesor (D)
Penih,bangan Vial (C)
Gambar 2. Diagram Fish Bone
perhitungan' ketidakpastian pengukuran U total dengan Titroprosessor dimulai dari faktor kesalahan langkah penimbangan PEB U3Si2-AI, penimbangan labu takar, penimbangan vial dan kesalahan titrasi dengan metode Titroprossesor.
A. Penimbangan PEB U3Si2-AI 1. Langkah -Langkah Pengerjaan • •
Penimbangan PEB U3Si2-AI sebanyak (32 mg) Dilarutkan dalam 5 ml HCI + HN03 Diencerkan dengan air dalam labu takar 25 ml
2. Proses Penimbangan PEB U3Si2-AI Data Penimbangan : Berat wadah kosong Berat wadah + PEB U3SirAI Berat PEB U3Si2-AI
= 32,0822 mg = 64,0822 mg = 32 mg
3. Kalibrasi Timbangan Pada sertifikat kalibrasi timbangan terbaca ± 0,05 mg dengan tingkat kepercayaan 95%. Ketidakpastian kalibrasi = 0,05/1,96 mg = 0,026 mg Ketidakpastian kalibrasi timbangan harus dihitung 2 kali karena penimbangan dilakukan yang mencakup wadah kosong dan wadah + PEB U3Si2-AI
4. Presisi Ketidakpastian ini berasal dari penimbangan yang berulang Penimbangan 3 kali memberikan simpangan baku sebesar 0,104 mg Maka ketidkpastian presisi, I.Jpresisi = s 1 vn = 0,104/v3 JJ
presisi = 0,06 mg
186
2 kali,
ISSN 0854 - 5561
Setelah dilakukan ~ (penimbangan)
. ~ (penimbangan
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009 penimbangan =
2
X
kemudian
dihitung:
(0,026)2 + (0,06) 2
PEB U3SirAI
= 0,070 mg
B. Penimbangan Labu Takar 25 ml 1. Proses Penimbangan Labu Takar 25 ml + Pelarut Data Penimbangan : Berat Labu takar 25 ml = 23251,1 mg Berat labu takar + Pelarut = 49675,067 mg Berat Pelarut = 26417,46 mg
(HCI +HN03)
2.
Kalibrasi Timbangan Pada sertifikat kalibrasi timbangan terbaca ± 0,05 mg dengan tingkat kepercayaan 95 %. Ketidakpastian kalibrasi = 0,05/1,96 mg = 0,026 mg Ketidakpastian kalibrasi timbangan harus dihitung 2 kali karena penimbangan dilakukan 2 kali, yang mencakup labu takar kosong dan labu takar + pelarut
3.
Presisi Ketidakpastian
ini berasal dari penimbangan yang berulang
Penimbangan
Labu 25 ml
LabuKoscing Berat Berat Pelarut 23251,5 23251,0 23250,8 49668,6 49668,4 26417,6 23251,1 49675,067 49668,2 26417,4 26417,46 Berat LabuKosong (mg) + Pelarut (mg)
0,11547
Penimbangan 3 kali memberikan simpangan baku sebesar 0,11547 mg Maka ketidkpastian presisi, ~ presisi = s 1 vn = 0,11547/v3 !.J
Setelah dilakukan ~ (penimbangan) ~ (penimbangan
=
presisi = 0,066 mg
penimbangan X
kemudian
dihitung:
(0,026)2 + (0,066) 2
Labu Takar + Pelarut)
187
= 0,075 mg
Hasi/-hasil Penelitian EBN Tahun 2009
c.
Penimbangan
ISSN 0854 - 5561
Vial
1. Proses Penimbangan Vial + Larutan PES U3Si2-AI Data Penimbangan : Berat Vial kosong Berat Vial kosong + Larutan PEB U3Si2-AI 1ml Berat Larutan PEB U3SirAI 1ml 2.
Kalibrasi
1ml = 6,7763 mg = 7,8533 mg = 1,0743 mg
Timbangan
Pada sertifikat kalibrasi timbangan terbaca ± 0,05 mg dengan tingkat kepercayaan 95 %. Ketidakpastian kalibrasi = 0,05/1,96 mg = 0,026 mg Ketidakpastian kalibrasi timbangan harus dihitung 2 kali karena penimbangan dilakukan 2 kali, yang mencakup vial kosong dan vial + Larutan PEB U3SirAI 1ml 3. Presisi Ketidakpastian ini berasal dari penimbangan yang berulang Berat Vial 6.807 6.754 6,768 Larutan 7,920 1,152 6,7763, 7,8533 7,875 7,765 1,0743 1,068 1,011 U3SirAI PEB U3Si2-AI 1ml+ Lar 1ml PEB Kosong Berat Vial Kosong (ma) (mQ)Berat
Penimbangan
0,0482
Penimbangan 3 kali memberikan simpangan baku sebesar 0,0482 mg presisi = s 1 vn Maka ketidkpastian presisi, = 0,0482/v3 II presisi = 0,0278 mg I-J
Setelah dilakukan
penimbangan
II (penimbangan) II (penimbangan
=
2
X
kemudian
dihitung:
(0,026)2 + (0,0278)2
Vial + Larutan PES U3Si2-AI) = 0,046 mg
Mengubah komponen-komponen IJ (x)1 x 0,046 0,04281 0,000003 0,070 0,075 0,00218 satuan satuan 32 Pelarut 26417 ,46 HCI mg 1,0743 mg mg mg IJ (x) NilaiX Penimbangan Vial Larutan
ketidakpastian agar mampunyai
188
satuan yang sama
ISSN 0854 - 5561
Ketidakpastian
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009
Baku Gabungan dari Tahap Penimbangan
IJ(W) = v(Penimbangan
PEB)2+ ( Penimbagan Labu)2 + (Penimbangan Vial)2
IJ (W) = v (0,00218)2
+ (0,000003)2
+ (0,04281)2
IJ (W) = 0,00401 ml
D. Analisis U total dengan Titroprosessor 1. Pipet Volume 10 ml a. Kalibrasi Pipet Volume 10 ml Pabrik menyatakan bahwa pipet volume 1° ml ± 0,15 ml, pada temperatur menyebut derajat kepercayaannya. IJ (baku) pipet volume = 0,15/v 3 = 0,087 ml
20°C tanpa
b. Efek Temperatur Ketidakpastian dari volume cairan dalam labu akibat efek temperatur, yang dihitung IJ (Vr) = V x ? (T) x a Dari pabrik diketahui pipet volume telah dikalibrasi pada temperatur 20°C dengan koef. muai air 0,00021 °C·1 dan perbedaan temperatur laboratorium ± 4°C. Muai Volume = V x ?(T) x a = (10 ml) x (4°C) x (0,00021 °C·1)
= 0,0084 ml IJ(Efek temperatur terhadapmuai volume) = 0,0084/v3 = 0,00485 ml 2. Pengenceran dalam Labu Takar 50 ml a. Kalibrasi Volume Labu takar Pabrik menyatakan bahwa labu takar 50 ml ± 0,25 ml, pada temperatur menyebut derajat kepercayaannya. IJ (baku) volume labu takar = 0,25 Iv 3 = 0,144 ml
20°C tanpa
b. Efek Temperatur Ketidakpastian dari volume cairan dalam labu akibat efek temperatur, yang dihitung IJ (Vr) = V x ? (T) x a Dari pabrik diketahui labu takar telah dikalibrasi pad a temperatur 20°C dengan koef. Muai air 0,00021 °C·1 dan perbedaan temperatur laboratorium ± 4°C. Muai Volume = V x ?(T) x a = (50 ml) x (4°C) x (0,00021 °C·1) = 0,042 ml
IJ(Efek temperatur terhadap muai volume) = 0,021/v3 = 0,024 ml Ketidakpastian Titroprosessor satuan satuan Nilai ml mlml 10 50 0,000485 0,00485 0,00048 lJ(x) 0,024 lJ(x)/x Asal
Baku Gabungan
Faktor Pengenceran
189
Dalam Melakukan
Titrasi dengan
Hasil-hasil Penelitian ESN Tahun 2009
IJf/f
ISSN 0854 - 5561
= v (0,000485)~ + (0,00048)~ 0,000682
=
0,000682x
IJf =
= 0,000682x 50/10
f
=
IJf (pengenceran)
0,003416
3. Presisi Metode Ketidakpastian Tiroprsosesor.
presisi
metode
berasal
dari pengukuran
yang
berulang
dengan
alat
Pengukuran 3 kali memberikan data dan simpangan baku sbb: 0,1716 Uranium 0,182 0,172 0,161 0,0105 Kandungan
Pengukuran ke: SO 23 Rerata
(g/L)
1
Maka ketidkpastian presisi ,
hi
presiE;i = s Ivn = 0,01 05/v3
IJ presisi
E. Ketidakpastian
Gabungan
lJ(kosen) I (kosen Uranium)
metode Titro = 0,00606
(Penimbangan
g/L
Dan Titrasi)
=V IJ(W) I (W)z = v (0,00401)2
+ lJ(f) I(f)z + IJ (Presisi Metode)
+ (0,00341)2 + (0,00606)2
= 0, 00802 g/L = 0,00802
lJ(kosen)
F. Ketidakpastian
x 0,1716
g/L
= 0,001377 g/L
Diperluas
Ketidakpastian diperluas pada proses penentuan iradiasi adalah = 2 x 0,001377 g/L
kandungan
U total dari PES U3Si2-AI pasca
= 0,00354 g/L Kosentrasi
Uranium total dalam larutan PES U3Si2-AI sebesar = 0,1716 ± 0,00354 g/L
Rentang Pengukuran metode Titroprosessor
kandungan U total di dalam PEB U3Siz-AI pasca sebesar 0,1716 ± 0,00354 g/L
190
irradiasi
dengan
ISSN 0854 - 5561
Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009
KESIMPULAN Telah diperoleh langkah -Iangkah dan rumusan perhitungan ketidakpastian pengukuran kandungan uranium total didalam bahan bakar U3Si2-AI tingkat muat uranium (TMU) 2,96 gU/cm3 pasca irradiasi menggunakan metode Titroprossesor dengan rentang pengukuran kandungan U total sebesar 0,1716 ± 0,00354 g/L pad a derajat kepercayaan 95%.
DAFTAR PUSTAKA [1] SNI-17025-2005,"Dokumentasi Sistem Mutu Laboratorium", Badan Standardisasi Nasional (BSN ), Tahun 2005. [2] ROBERT L, ANDERSON, "Practical Statistics for Analytical Chemists" Van Nostrand Reinhold Company, New York,1987. [3] JULIA KANTASUBRATA," Dasar Ketidakpastian Pengukuran" Pengantar ISO Guide Uncertainty of Measurment, Serpong 22-23 Maret 2007 [4] EURACHEM/CITAC,"Quantifying Uncertainty in Analytical Measurement",Second Edition,2000. [5] Aslina Br.Ginting,"Diklat Ketidakpastian Pengukuran" Coaching UV-VIS Laboratorium Uji BahanPTBN -PUSDIKLAT BATAN,2009.
191
