LAB TEKNIK AANC(Analisis Aktivasi Neutron Cepat) Darsono Bachrun Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Pendahuluan Kebutuhan peralatan analisis unsur dalam suatu sampel yang dapat memberikan hasil secara cepat, akurat, analisis multi unsur, tak merusak, dan murah belakangan ini animonya sangat besar, baik untuk menunjang keperluan penelitian maupun untuk kontrol mutu suatu produk industri serta untuk monitor polusi lingkungan. Akselerator generator neutron merupakan salah satu peralatan iptek nuklir modern yang digunakan untuk analisis unsur dalam suatu sampel dengan menggunakan teknik analisis aktivasi neutron cepat (AANC). Teknik AANC ini pada prinsipnya mampu menganalisis unsur ringan sampai unsur berat namun batas deteksinya hanya dalam orde puluhan ppm untuk unsur berat. Teknik AANC merupakan teknik analisis unsur yang telah baku dan handal khususnya untuk analisis unsur ringan dan medium. Keunggulan lain adalah merupakan teknik analisis multi unsur, akurat dan tak merusak, serta waktu yang diperlukan untuk analisis dalam orde menit sampai puluhan menit. Dibandingkan dengan teknik nuklir sejenis yaitu AAN(Analisis aktivasi neutron) yang menggunakan neutron termal maka teknik AANC lebih unggul dalam menganalisis unsur Pb, Na, Si. Untuk unsur ringan seperti O, N, P, K, Na, Si, Al maka teknik ANNC jauh lebih unggul dibanding teknik nuklir sejenis. PTAPB–BATAN mempunyai alat akselerator Generator neutron yang merupakan satu-satunya alat yang ada di Indonesia telah banyak digunakan dalam analisis unsur dengan teknik AANC dan aplikasi lainnya. Akselerator Generator neutron ini mampu memproduksi sumber neutron cepat 14,5 MeV berdasarkan reaksi fusi D+T atau reaksi 2H + 3H → 4He + n. Besarnya fluks neutron maksimum yang dihasilkan dalam orde 109 n/cm2.s. Analisis aktivasi neutron cepat (AANC) merupakan metode analisis unsur yang didasarkan pada reaksi inti antara neutron cepat dengan unsur dalam suatu sampel. Pada AANC sampel yang akan dianalisis diiradiasi dengan neutron cepat yang dihasilkan oleh Generator neutron. Akibat iradiasi neutron maka inti-inti atom dalam sampel mengalami reaksi inti dengan neutron dan terbentuk radioisotop. Radioisotop yang dihasilkan, bersesuaian dengan keberadaan unsur yang dianalisis, akan memancarkan radiasi gamma karakteristik. Energi radiasi gamma karakteristik inilah yang digunakan untuk menciri keberadaan suatu unsur (analisis kuantitatip) sedangkan dari intensitas radiasi gamma yang terbentuk akan menentukan kadar unsur dalam suatu sampel (analisis kuantitatip). Untuk melakukan analisis kualitatip dan kuantitatip diperlukan spektrometer gamma. Pemilihan reaksi inti yang tepat akan meningkatkan sensitivitas analisis unsurunsur yamg dikehendaki dan menekan reaksi pengaktifan unsur-unsur lain yang bisa mengganggu analisis. Reaksi inti yang sering dipergunakan pada AANC adalah reaksi-reaksi inti (n,p), (n,α) dan (n,2n). Karena batas deteksinya yang rendah dibandingkan dengan AAN maka
AANC maka teknik ini hanya tepat untuk analisis polutan dari sampel sediman. Dalam bidang lingkungan generator neutron dipergunakan sebagai pelengkap teknik AAN untuk menentukan kandungan unsur-unsur N,P,K, Na,Al,Si,Cd,Cu, Pb. Fasilitas teknik AANC PTAPB-BATAN mempunyai fasilitas teknik AANC yang teridiri satu mesin Generator neutron, dua unit spektrometer gamma menggunakan detektor HPGe dan NaTl(I). Spektrometer gamma ini dilengkapi dengan software PC-MCA Accuspec dan Maestro. Pada Gambar 1a dan 1b diperlihatkan foto Generator neutron dan pada Gambar 2a dan 2b diperlihatkan spektrometer gamma.menggunakan PC-MCA Accuspec. Laboratorium teknik AANC dilengkapi berbagai standar reference material (SRM) dan alat sampling yang merupakan bantuan IAEA untuk keperluan analisis lingkungan seperti ditunjukkan pada Tabel 1 dan 2.
Gambar 1a: Akselerator Generator neutron
Gambar 1a: Panel kontrol akselerator Generator neutron
Gambar 2: Spektrometer gamma
Gambar 3: PC-MCA Accuspec Spektrometer gamma
Tabel 1. Unsur standar SRM/CRM No 1 2 3 4 5 6 7
NOMOR CRM BCR No62 CRM 609 BCR 667 BCR 713 BCR 714 BCR 715 RM 8704
NAMA BARANG TRACE ELEMENTS IN OLIVE LEAVES TRACE ELEMENTS IN OLIVE GROUNDWATER ESTUARINE SEDIMENT WASTERWATER (EFFLUENT) WASTERWATER (INFLUENT) WASTEWATER (INDUSTRIAL EFFLUENT) BUFFALO RIVER SEDIMENT
JML 2 2 2 2 2 2 2
Tabel 2. Peralatan sampling NO 1 2 3 4
NOMOR SERI E-05470-00 E-05488-10 E-05499-10 E-05499-35
NAMA BARANG EKMAN DREDGE W/CASE ( SEDIMENT SAMPLER) WATER SAMPLER, ACRYLIC.2,2 L MESSENGER.SPLIT-BARREL,11 OZ POLYSTER LINE,100’
JML 1 1 1 2
Akreditasi Lab Teknik AANC Hasil uji AANC dapat diakui kebenarannya jika metode AANC tersebut telah memiliki sertifikat penilaian hasil uji atau telah terakreditasi. Ketelitian hasil uji pada dasarnya didukung oleh sarana dan prasarana laboratorium yang terkalibrasi dan metode penelitian yuang digunakan. Sertifikat sistem mutu laboratorium mempunyai tujuan untuk memberikan jaminan kepada pemakai jasa laboratorium bahwa hasil uji yang dihasilkan mempunyai nilai ketepatan dan ketelitian yang baik. Suatu laboratorium perlu memiliki sertifikat penilaian hasil uji yang dikeluarkan oleh Badan Standarisasi Nasional (BSN), yang telah menyusun pedoman tentang persyaratan pokok yang harus dipenuhi oleh laboratorium terakreditasi dengan mengacu ISO/IFG Guide 25-1990. Persyaratan ini tertuang dalam pedoman BSN 01-1991 dinyatakan juga telah memenuhi persyaratan ISO-9002. Suatu laboratorium analisis perlu melakukan penelitian dan pengujian terhadap suatu bahan untuk memperoleh data-data yang memenuhi persyaratan BSN 01-1991 atau ISO-9002, agar dapat menunjang pengakuan keberadaan laboratorium analisis dalam rangka memberikan pelayanan kepada masyarakat yang memerlukan jasa pengujian menggunakan alat tersebut. Untuk merealisasi akreditasi laboratorium generator neutron, maka telah dilakukan uji validasi metode AANC terhadap beberapa unsur menggunakan metode komparasi dengan sampel standar Standart Reference Materials (SRM) telah dilakukan di laboratorium Akselerator generator neutron. Hasil analisis standar pembanding dengan BRS (Buffalo river sediment) dapat dilihat pada Tabel 3. Dari tabel terlihat bahwa kadar unsur hasil analisis dengan metode AANC
tidak berbeda jauh dengan yang ada dalam standar sertifikat BRS. Hal ini memberikan informasi bahwa metode AANC yang digunakan dalam penelitian ini cukup baik dan akurat Tabel 3. Data hasil validasi metode uji AANC No
1
2
3
4
5
6
7
8
Unsur
Cu
Cd
Al
Fe
Si
N
P
K
Data sertifikat (gram) 0,03919
Hasil uji (gram)
Akurasi (%)
0,04147 ± 0,00322
94,51
0,04585
0,04654 ± 0,00347
98,53
0,04098
0,04239 ± 0,00325
96,67
2,05567
2,07315 ± 0,05724
99,16
2,06407
2,10562 ± 0,06113
98,03
2,03342
1,98324 ± 0,05829
97,04
0,02996
0,03058 ± 0,00273
97,97
0.01810
0,01640 ± 0,00157
90,61
0,02119
0,02098 ± 0,00183
99,10
0,05678
0,05437 ± 0,00113
95,75
0,05129
0,04997 ± 0,00157
97,42
0,05365
0,05495 ± 0,00183
97,63
0,06126
0,06087 ± 0,00210
99,36
0,06530
0,06595 ± 0,00221
99,01
0,06919
0,07083 ± 0,00234
97,68
0,02455
0,02323 ± 0,00101
94,62
0,02061
0,02171 ± 0,00111
96,87
0,03558
0,03388 ± 0,00132
95,44
0,01376
0,01426 ± 0,00087
96,49
0,04024
0,04257 ± 0,00134
94,53
0,01564
0,01678 ± 0,00110
94,62
0,03469
0,03303 ± 0,00213
95,21
0,04266
0,04011 ± 0,00221
94,02
0,03812
0,03751 ± 0,00218
98,40
Akurasi rerata (%)
Presisi rerata (%)
96,57
1,17
98,08
2,34
95,89
1,05
96,93
2,29
98,68
1,57
95,64
1,67
95,21
2,78
95,88
1,13
Setelah mengetahui metode AANC yang digunakan cukup baik dan akurat dengan validasi rata-rata 94,23 %, selanjutnya dapat dilakukan untuk penentuan unsur
secara kuantitatif. Dari hasil validasi tersebut akhirnya lab teknik AANC mendapat pengakuan akreditasi dari KNAPP dan KAN dengan nomor akreditasi LP.119.IDN
Penelitian awal monitoring unsur polutan sungai Code Sungai Code merupakan salah satu sungai yang membelah kota Yogyakarta menjadi dua bagian dan melewati pusat kota dengan pemukiman penduduk yang sangat padat. Sebelum memasuki kota Yogyakrta, sungai Code melewati areal pertanian subur yang sangat luas dan kemungkinan besar limbah kimia pertanian akan masuk dan mencemari air sungai Code dari hulu. Setelah memasuki kota Yogyakarta, diprediksi akan terjadi peningkatan jumlah sumber pencemar, antara lain limbah dari rumah sakit, hotel, pabrik penyamakan kulit, pabrik karoseri mobil dan sampai limbah domestik yang secara kumulatif dapat berdampak terhadap kualitas lingkungan. Perjalanan pencemar, biasanya polutan terbawa melewati aliran sungai dari hulu yang terbawa arus menuju muara dan terkonsentrasi pada muara sungai Pencemaran yang diakibatkan oleh dampak perkembangan industri dan peningkatan limbah rumah tangga tentu saja dapat dikendalikan dan perlu dikaji secara mendalam, karena apabila tidak dilakukan secara dini akan menimbulkan permasalahan yang serius bagi kelangsungan hidup manusia maupun alam sekitarnya. Salah satu hal yang perlu dikerjakan dalam pengendalian dan pemantauan dampak lingkungan adalah melakukan monitoring unsur dalam sampel lingkungan yang kemungkinan tercemar oleh limbah industri tersebut terutama kandungan logam. Untuk menganalisis kandungan logam pencemar ini maka sampel sedimen sungai Code diambil pada musim penghujan dan musim kemarau pada rentang tahun 2005 -2007. Cuplikan sedimen diambil dari beberapa lokasi sepanjang sungai Code seperti pada lampiran I. Pencuplikan dilakukan bulan Februari dan bulan Juli disepanjang aliran sungai Code, Yogyakarta dari Desa Turgo, Sleman sampai Jembatan Pacar Wonokromo, Bantul. Sedimen dibersihkan dari kotoran kemudian dikeringkan dalam oven dryer, kemudian ditumbuk dalam lumpang porcelin dan pengayakan dengan 100 mesh lolos kemudian dihomogenasi dan dimasukan dalam wadah penyimpanan berlabel. Sampel sedimen dimasukan dalam kapsul polietilene dengan berat 0,5 - 1 gr. Untuk siap diiradiasi dengan neutron cepat. Kapsul polietilen berisi sampel dan standar bersama-sama diradiasi selama 30 menit pada fluks netron.109 n.cm-2 .s-1. Setelah selasai iradiasi langsung dilakukan pencacahan masing-masing selama 10 menit. menggunakan PC-MCA Accusspec spektrometer gamma Ortec dengan detektor HPGe. Besarnya konsentrasi unsur dalam sample dapat ditentukan menggunakan persamaan (1). CC WC = xWS (1) CS WC & WS = Konsentrasi unsur yang diperhatikan dan unsur dalam standar (mg/kg) CC & CS = Laju cacah untuk sampel dan standar (cps) Hasil monitoring sampel sedimen sungan code selama rentang 2005 s/d 2007 diperlihatkan pada Tabel 4 s/d 10.
Tabel 4. Hasil analisis kuantitatif kadar unsur Cu, dalam sampel sedimen Sungai Code tahun 2006 dan 2007 Kadar unsur tahun 2006 (ppm) Kadar unsur tahun 2007 (ppm) No Lokasi Tahap I Tahap II Tahap I Tahap II 1 I 27,90 ± 1,76 35,41 ± 1,97 32,84 ± 2,75 45,40 ± 1,083 2 II 37,78 ± 1,05 49,31 ± 2,24 46,67 ± 2,56 50,78 ± 1,13 3 III 53,59 ± 2,95 56,36 ± 2,63 45,73 ± 2,05 46,59 ± 1,27 4 IV 70,54 ± 2,91 53,26 ± 2,89 37,29 ± 1,45 35,44 ± 2,14 5 V 72,02 ± 2,94 69,04 ± 2,11 52,69 ± 1,97 51,02 ± 2,15 6 VI 66,98 ± 2,19 73,03 ± 1,76 40,53 ± 2,37 43,03 ± 2,17 7 VII 68,29 ± 1,19 69,22 ± 2,24 43,45 ± 1,27 46,29 ± 2,73 8 VIII 53,92 ± 1,87 57,28 ± 1,99 38,16 ± 1,17 43,92 ± 1,37 9 IX 60,59 ± 1,59 60,81 ± 2,82 30,23 ± 2,56 35,59 ± 2,29 10 X 32,89 ± 1,98 31,41 ± 1,48 46,18 ± 2,23 47,89 ± 2,67 11 XI 26,75 ± 1,83 29,55 ± 1,16 48,23 ± 2,27 49,75 ± 2,98 Tabel 5. Hasil analisis kuantitatif kadar unsur Cr, dalam sampel sedimen Sungai Code tahun 2006 dan 2007 No Lokasi Kadar unsur tahun 2006 (ppm) Kadar unsur tahun 2007 (ppm) Tahap I Tahap II Tahap I Tahap II 1 I 45,61 ± 1,34 55,81 ± 1,22 25,08 ± 1,61 28,29 ± 1,39 2 II 43,73 ± 2,07 49,31 ± 2,06 42,61 ± 2,34 55,81 ± 1,22 3 III 44, 91± 1,63 56,36 ± 1,77 36,19 ± 1.28 38,76 ± 2.06 4 IV 49,32 ± 1,76 53,26 ± 1,81 43,33 ± 2,07 49,31 ± 2,06 5 V 48,43 ± 2,83 59,04 ± 1,79 44, 11± 2,63 56,36 ± 2,77 6 VI 49,67 ± 1,85 70,95 ± 2,34 49,32 ± 2,76 73,26 ± 2,81 7 VII 51,23 ± 2,01 76,50 ± 1,62 48,43 ± 2,83 69,04 ± 2,79 8 VIII 63,34 ± 2,87 87,28 ± 2,17 67,74 ± 2,87 90,95 ± 2,34 9 IX 49,78 ± 1,87 85,71 ± 2,30 51,23 ± 2,51 76,50 ± 2,62 10 X 53,54 ± 2,29 69,43 ± 2,21 49,67 ± 2,85 87,28 ± 2,17 11 XI 61,59 ± 2,43 72,90 ± 2,61 49,88 ± 2,17 85,71 ± 2,30 Tabel 6. Hasil analisis kuantitatif kadar unsur Al, dalam sampel sedimen Sungai Code tahun 2006 dan 2007 Kadar unsur tahun 2006 Kadar unsur tahun 2007 No Lokasi (mg/g) (mg/g) Tahap I Tahap II Tahap I Tahap II 1 I 14,72 ± 1,61 27,12 ± 1,88 10,97 ± 0,87 19,88 ±1,78 2
II
16,36 ± 1,72
27,39 ± 1,79
14,87 ± 0,86
22,87 ± 1,93
3
III
19,97 ± 1,84
30,13 ± 2,16
19,08 ± 1,39
21,19 ± 1,94
4
IV
17,70 ± 1,76
27,19 ± 2,07
22,80 ± 1,87
29,17 ± 2,05
5
V
29,09 ± 1,89
23,83 ± 1,96
26,58 ± 1,93
27,73 ± 2,40
6
VI
23,17 ± 1,88
32,26 ± 2,56
27,62 ± 1,82
29,61 ± 2,45
7
VII
11,79 ± 1,36
23,3 ± 1,59
13,83 ± 0,88
33,15 ± 2,57
8
VIII
28,38 ± 1,74
26,60 ± 1,95
16,60 ± 1,29
25,74 ± 1,95
9
IX
24,91 ± 1,98
23,25 ± 1,97
25,29 ± 1,73
22,96 ± 1,83
10
X
21,96 ± 1,95
27,55 ± 2,08
24,55 ± 1,92
35,14 ± 2,27
11
XI
21,77 ± 1,99
25,12 ± 1,91
24,24 ± 1,96
26,97 ± 2,06
Tabel 7. Hasil analisis kuantitatif kadar unsur Fe, dalam sampel sedimen Sungai Code tahun 2006 dan 2007 No Lokasi Kadar unsur tahun 2006 (mg/g) Kadar unsur tahun 2007 (mg/g) Tahap I Tahap II Tahap I Tahap II 1 I 8 ,08 ± 0,73 13,28 ±0,98 15,66 ±1,18 18,10 ±1,44 2
II
10,97 ± 0,95
12,81 ± 0,99
17,79 ± 1,04
17,13 ± 1,31
3
III
12,23 ± 0,99
19,08 ± 1,56
15,63 ± 1,43
17,07 ± 1,31
4
IV
12,65 ± 0,99
16,17 ± 1,32
23,46 ± 1,98
25,12 ± 2,17
5
V
18,27 ± 1,34
17,56 ± 1,34
22,58 ± 1,83
21,64 ± 1,87
6
VI
19,92 ± 1,46
20,98 ± 1,78
27,06 ± 2,19
26,91 ± 2,22
7
VII
23,10 ± 1,87
22,81 ± 1,89
29,39 ± 2,38
31,10 ± 2,74
8
VIII
26,04 ± 1,90
27,41 ± 2,11
33,78 ± 2,85
31,30 ± 2, 93
9
IX
25,96 ± 2,03
25,20 ± 2,04
33,07 ± 2,80
34,09 ± 2,87
10
X
18,66 ± 1,40
19,87 ± 1,62
28,46 ± 2,36
26,37 ± 2,29
11
XI
19,48 ± 1,42
16,78 ± 1,23
24,88 ± 2,68
22,89 ± 1,98
Tabel 8. . Hasil analisis kuantitatif kadar unsur Mg, dalam sampel sedimen Sungai Code tahun 2006 dan 2007 No Lokas Kadar unsur tahun 2006 (mg/ Kadar unsur tahun 2007 (mg/ i g) g) Tahap I Tahap II Tahap I Tahap II 1 I 2,54 ± 0,44 3,10 ± 0,28 3,39 ± 0,27 5,30 ± 0,36 2
II
3,98 ± 0,52
4,70 ± 0,35
3,02 ± 0,21
4,76 ± 0,27
3
III
4,52 ± 0,66
4,98 ± 0,39
5,51 ± 0,36
6,48 ± 0,51
4
IV
5,05 ± 0,72
4,20 ± 0,31
3,89 ± 0,31
6,78 ± 0,49
5
V
5,82 ± 0,76
6,42 ± 0,48
4,11 ± 0,28
6,66 ± 0,49
6
VI
5,99 ± 0,78
6,89 ± 0,49
6,76 ± 0,48
7,05 ± 0,97
7
VII
4,91 ± 0,68
5,81 ± 0,39
5,59 ± 0,39
7,51 ± 0,87
8
VIII
5,97 ± 0,79
6,77 ± 0,48
5,02 ± 0,33
5,95 ± 0,66
9
IX
6,98 ± 0,88
7,31 ± 0,54
6.66 ± 0,39
6,70 ± 0,72
1 0
X
6,18 ± 0,82
5,43 ± 0,37
3,21 ± 0,27
3,86 ± 0,43
11
XI
5,84 ± 0,75
4,36 ± 0,35
3,83 ± 0,27
3,32 ± 0,32
Tabel 9.. Hasil analisis kuantitatif kadar unsur Si, dalam sampel sedimen Sungai Code tahun 2006 dan 2007 No Lokas Kadar unsur tahun 2006 (mg/ Kadar unsur tahun 2007 (mg/ i g) g) Tahap I Tahap II Tahap I Tahap II 1 I 30,91 ± 2,60 90,88 ± 4,22 31,85 ± 2, 56 96,18 ± 4,33 2 II 43,35 ± 3,07 92,45 ± 4,58 37,55 ± 2,72 82,19 ± 3,81 3 III 37,10 ± 2,65 73,22 ± 3,83 27,87 ± 2,21 83,44 ± 3,79 4 IV 46,92 ± 3,11 95,77 ± 4,25 26,83 ± 2,19 89,37 ± 3,84 5 V 49,11 ± 3,23 91,81 ± 3,85 25,37 ± 1,88 79,99 ± 3,24 6 VI 56,37 ± 3,87 92, 65 ± 3,88 28,41 ± 2,10 102,10 ± 4,21 7 VII 47,21 ± 3,66 88,60 ± 3,49 27,62 ± 1,76 87,29 ± 3,75 8 VIII 46,23 ± 3,16 85,21 ± 3,38 20,12 ± 1,58 77,89 ± 3,08 9 IX 50,93 ± 3,26 69,33 ± 2,54 28,71 ± 2,22 96,94 ± 3,99 1 X 48,89 ± 3,33 93, 96 ± 4,21 31,66 ± 2,60 100, 67 ± 4,10 0 11 XI 39,75 ± 2,78 78,17 ± 3,63 38,51 ± 2,84 98,71 ± 4,01 Tabel 10 . Hasil analisis kuantitatif kadar unsur Pb, dalam sampel sedimen Sungai Code tahun 2006 dan 2007 Pb (ppm) ppm) Lokasi No Tahap I Taha p II Tahap I Tahap II pensa 1 2 3 4 5 6
mpel I II III IV V VI
53,22 ± 2.09 60,87 ± 2,07 58,55 ± 2,73 63,29 ± 1,86 75,32 ± 1,57 79,35 ± 2,57
58,60 ± 2,33 76,96 ±1,58 66,41 ± 2,98 61,37 ±1,26 81,77 ± 2,82 58,51 ± 1,45
39,82 ± 1,68 45,61 ± 1,34 47,49 ± 1,95 43,73 ± 2,07 44, 91± 1,63 49,32 ± 1,76
57,38 ± 2,60 55,81 ± 1,22 54,38 ± 2,12 49,31 ± 2,06 56,36 ± 0,77 73,26 ± 0,81
7 8 9 10 11
VII VIII IX X XI
77,45 ± 3,07 79,34 ± 1,98 81,23 ± 2,39 79,45 ± 2,56 73,25 ± 2,79
74,86 ± 3,48 79,43 ± 4,35 81,60 ± 1,66 96,94 ± 2,84 98,59 ± 2,46
48,43 ± 2,83 49,67 ± 2,85 51,23 ± 3,01 63,34 ± 2,87 49,78 ± 1,87
69,04 ± 0,79 90,95 ± 2,34 76,50 ± 1,62 87,28 ± 1,17 85,71 ± 1,30
