STUDI KOMPARASI METODE ANALISIS URANIUM MENGGUNAKAN SPEKTROFOTOMETER DAN VOLTAMETER

PROSIDING SEMINAR PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 11 September 2013

STUDI KOMPARASI METODE ANALISIS URANIUM MENGGUNAKAN SPEKTROFOTOMETER DAN VOLTAMETER Sugeng Purnomo Pusat Teknologi Limbah Radioaktif - BATAN [email protected]

ABSTRAK STUDI KOMPARASI METODE ANALISIS URANIUM MENGGUNAKAN SPEKTROFOTOMETER DAN VOLTAMETER. Telah dilakukan studi komparasi metode analisis uranium menggunakan spektrofotometer dan voltammeter. Penelitian dimaksudkan untuk mengkaji keandalan metoda analisis dan performa instrumen dengan memperhatikan parameter linieritas, akurasi, presisi, dan limit deteksi. Uranil nitrat heksahidrat (UNH) digunakan sebagai standar, sedangkan sampel berupa sludge campuran solven tetrabutil fosfat dan kerosen yang mengandung uranium (dari unit pemurnian asam fosfat Petrokimia Gresik). Stripping uranium (U) dalam sampel menggunakan HNO3 0,5 N yang selanjutnya dianalisis menggunakan kedua instrumen. Analisis terhadap standar menunjukkan bahwa kedua metode menunjukkan linieritas yang baik dengan koefisien korelasi > 0,999. Spektrofotometri memberikan akurasi 99,34 – 101,05 % dengan rasio standar deviasi (RSD) 1,03 %; limit deteksi (LD) 0,051 ppm. Voltammetri memberikan akurasi 95,63 -101,49 % dengan RSD 3,91%; LD 0,509 ppm. Pada analisis sampel diperoleh hasil yang berbeda nyata; spektrofotometri memberikan konsentrasi U 4,445 ppm dengan RSD 6,74 % sedangkan voltammetri memberikan konsentrasi U 7,693 ppm dengan RSD 19,53 %. Kata kunci: Komparasi, metode analisis, spektrofotometer, voltameter.

ABSTRACT COMPARATION STUDIES OF URANIUM ANALYSIS METHOD USING SPECTROPHOTOMETER AND VOLTAMMETER. Comparation studies of uranium analysis method by spectrophotometer and voltammeter had been done. The objective of experiment is to examine the reliability of analysis method and instrument performance by evaluate parameters; linierity, accuracy, precision and detection limit. Uranyl nitrate hexahydrate is used as standard, and the sample is solvent mixture of tributyl phosphate and kerosene containing uranium (from phosphoric acid purification unit Petrokimia Gresik). Uranium (U) stripping in the sample use HNO 3 0,5 N and then was analyzed by using of both instrument. Analysis of standard show that both methods give a good linierity by correlation coefficient > 0,999. Spectrophotometry give accuration 99,34 – 101,05 % with ratio standard deviation (RSD) 1,03 %; detection limit (DL) 0,05 ppm. Voltammetry give accuration 95,63 -101,49 % with RSD 3,91 %; detection limit (DL) 0,509 ppm. On the analysis of sludge samples were given the significantly different in result; spectrophotometry give U concentration 4,445 ppm by RSD 6,74 % and voltammetry give U concentration 7,693 by RSD 19,53%. Keywords: Comparation, analysis method, spectrophotometry, voltammetry

PENDAHULUAN

M

etode analisis mempunyai peran penting dalam banyak kegiatan penelitian, karena

Sugeng Purnomo

kesimpulan yang dapat dirumuskan, tingkat kebenarannya ditentukan oleh akurasi metode analisis yang diterapkan. Kondisi sampel, konsentrasi analit, preparasi yang dibutuhkan,

ISSN 1410 – 8178

Buku I hal. 21


ketersediaan bahan dan peralatan, serta tingkat ketelitian yang dikehendaki menjadi bahan pertimbangan dalam memilih metoda analisis. Kegiatan dekontaminiasi dan dekomisioning Unit Pemurnian Asam Fosfat di PT. Petrokimia Gresik (P A F – P K G) menimbulkan beberapa macam limbah radioaktif termasuk satu diantaranya berupa sludge yang mengandung uranium dalam solven TBP-Kerosen[1]. Kegiatan penelitian untuk merumuskan metode pengolahan jenis limbah tersebut membutuhkan metoda analisis uranium. Instrumen analisis di Laboratorium Bidang Pengolahan Limbah yang dapat digunakan untuk keperluan tersebut adalah Spektrofotometer dan Voltameter, seberapa besar keandalan masingmasing instrumen ini perlu diuji komparatif. TEORI DAN TATA KERJA Keandalan metode analisis dapat dilihat dari beberapa parameter yaitu akurasi, presisi, limit deteksi atau sensitivitas. Parameter tersebut dapat dievaluasi dari satu set data analisis yang telah dilakukan. Nilai akurasi menyatakan ketepatan suatu hasil analisis dibandingkan dengan konsentrasi sesungguhnya, nilai prisisi menunjukkan seberapa besar penyebaran nilai dari satu set data analisis dan limit deteksi menyatakan konsentrasi terendah analit yang dapat terukur[2,3]. Pada visible spectrophotometry, ke dalam sampel ditambahkan bahan pengomplek yang dengan analit dapat membentuk senyawa kompleks berwarna dengan sifat absorpsi spesifik terhadap sinar monokromatik. Dari spektrum absorpsi dapat diketahui nilai absorban senyawa kompleks pada rentang panjang gelombang yang diamati. Panjang gelombang yang mengalami penyerapan maksimum ditandai sebagai max yang selanjutnya digunakan dalam pengukuran fotometri. Konsentrasi analit sebanding dengan nilai absorban. Ion uranil dengan arsenazo III membentuk kompleks stabil pada pH 2,5 dan berwarna biru, mempunyai max pada kisaran 650 nm[2,4]. Pada Voltametri diamati arus listrik yang dihantarkan kation dalam larutan sampel ketika diberikan beda potensial di antara elektrodaelektroda. Dari voltamogram dapat diketahui jenis dan konsentrasi kation berdasarkan besarnya potensial serta arus listrik puncak (peak). Untuk meningkatkan kualitas pengukuran digunakan elektrolit yang sesuai dalam larutan sampel[2,5]. Voltametri pada dasarnya menggunakan kaidah polarografi dimana pengukuran arus-voltase menggunakan elektroda tetes merkuri, skema peralatan dapat dilihat pada gambar berikut[2,5]:

Buku I hal. 22

Gambar 1. Komponen polarografi Pulsa diferensial merupakan teknik voltametri / polarografi yang banyak dipilih saat ini karena lebih sensitif dan memberikan respon berupa peak yang mudah dievaluasi. Sebagai elektroda kerja, elektroda tetes merkuri mempunyai beberapa keunggulan; mempunyai sifat mendekati logam mulia, mempunyai potensial melebihi hidrogen dan mudah dibersihkan. Permukaan aktifnya selalu diperbaharui sehingga sifat-sifat permukaan sangat terjaga[2,5]. A. Stripping Ion Uranil Dari Sludge ◊ Dipipet 25,0 mL sampel sludge, dimasukkan kedalam corong pisah. ◊ Ditambah 25,0 mL HNO3 0,5 N. ◊ Dilakukan penggojogan secukupnya. ◊ Dibiarkan fasa air dan organik memisah. ◊ Ditampung fasa air untuk analisis. B. Analisis Spektrofotometri ◊ Dibuat larutan uranil nitrat heksahidrat 100 ppm. ◊ Dipipet 0,15; 0,30; 0,45; 0,60; dan 0,75 mL ke dalam labu takar 25,0 mL. ◊ Ditambahkan 2,0 mL arsenazo III 0,05% ◊ Ditambahkan akuades sampai volume  23 mL. ◊ Dituang ke dalam beakerglass 100 mL. ◊ set pH 2,5 dengan HNO3 atau NaOH (pengukuran dengan pH-meter). ◊ Dituang kembali ke labu takar semula 25 mL. ◊ Ditambah akuades sampai tanda tera. ◊ Dilakukan preparasi sampel seperti standar dengan 5,0 mL fasa air hasil stripping. C. Analisis Voltametri i) Kalibrasi Pengukuran UNH 1. Dipipet 40 L larutan standar UNH 1000 ppm kedalam Voltameter cell. 2. ditambah 1,0 mL HNO3 1 N. 3. ditambah 9,0 mL akuades. 4. dilakukan pengukuran voltametri (setting parameter sesuai manual).

ISSN 1410 – 8178

Sugeng Purnomo


5. dilakukan adisi 40 L larutan standar UNH 1000 ppm kemudian dilanjutkan pengukuran voltametri. 6. diulangi adisi hingga seluruhnya selesai 7 kali adisi. 7. disimpan data kalibrasi untuk analisis sampel. ii) Analisis Sampel 1. dipipet 5,0 mL fasa air hasil stripping. 2. Ditambah 5,0 mL akuades 3. dilakukan analisis voltametri menggunakan kurva kalibrasi dan parameter operasi yang sesuai. 4. disimpan data analisis sampel. Gambar 4. Kurva kalibrasi voltametri standar UNH

HASIL DAN PEMBAHASAN Contoh display analisis spektrofotometri standar UNH dan sampel hasil stripping sludge PAF–PKG dapat dilihat pada Gambar berikut:

Gambar 2. Scanning spektra absorpsi kompleks Uarsenazo III

Gambar 5. Plotting konsentrasi U dalam sampel pada kurva kalibrasi voltametri UNH 1. LINIERITAS Untuk uji linieritas dilakukan pengukuran satu seri larutan standar UNH dengan hasil berikut: Tabel 1. Data analisis standar UNH untuk evaluasi linieritas

Gambar 3. Plotting konsentrasi U dalam sampel pada kurva kalibrasi spektrofotometri UNH Contoh display analisis voltametri standar UNH dan sampel hasil stripping sludge PAF-PKG dapat dilihat pada Gambar berikut:

Sugeng Purnomo

Konsentrasi 0,6 1,2 1,8 2,4 3,0

Spektrofotometri Absorban 0,117 0,250 Koefisien korelasi 0,371 0,506 Intercept 0,630 Slope

L adisi UNH 1 g/L 40 80 120 160 200 240 280

Voltametri Arus puncak (nA) 29,0 53,0 74,9 96,7 Koefisien korelasi 119,9 140,3 Intercept 162,3 Slope

ISSN 1410 – 8178

0,9999 -0,00978 0,21348

0,99983 8,1714 0,5523 Buku I hal. 23


Koefisien korelasi data di atas > 0,99 menunjukkan bahwa nilai absorban maupun arus puncak terukur sebanding dengan konsentrasi UNH dalam larutan standar. 2. AKURASI dan PRESISI Nilai akurasi dapat diketahui dengan mengevaluasi data analisis larutan standar dan sampel. Hasil yang diperoleh sebagai berikut:

Tabel 3. Data analisis sampel hasil stripping sludge untuk evaluasi akurasi dan presisi. Spektrofotometri No.

Sampel 4,050 4,745 4,162 4,349 4,667 4,697

Tabel 2. Data analisis standar UNH, untuk evaluasi akurasi dan presisi. Spektrofotometri ppm Standar Terukur 0,6 0,594 1,2 1,217 1,8 1,784 2,4 2,416 3,0 2,997 Rerata + Rerata %RSD Voltametri ppm Standar Terukur 1023,198 988,906 1000,00 937,184 942,898 1006,465 Rerata + Rerata %RSD

Recovery 99,00 101,42 99,11 100,67 99,90 101,05 99,34 1,03

Pengujian akurasi menggunakan standar UNH menunjukkan hasil yang baik dengan recovery antara 99,34 s/d 101,05 untuk spektrofotometri dan 95,63 s/d 101,49 untuk voltametri. Presisi cukup baik ditunjukkan oleh nilai ratio standar deviasi yang rendah sebesar 1,03 % untuk spektrofotometer dan 3,91 % untuk voltameter. Pengujian akurasi berdasarkan data analisis sampel hasil stripping menunjukkan hasil yang relatif cukup baik untuk spektrofotometri dengan recovery spike antara 90,50 s/d 107,60 % dengan RSD 6,91 % sedangkan untuk voltametri nilai recovery spike antara 72,30 s/d 138,70 % dengan RSD 26,81 %. Rerata konsentrasi U dalam sampel sludge 4,445 ppm dengan RSD 6,74 (metoda spektrofotometri) dan 7,693 ppm dengan RSD 19,53 (metoda voltammetri). Nilai ini sangat berbeda dengan hasil pengujian menggunakan larutan standar UNH. Hal ini menunjukkan secara nyata besarnya pengaruh matriks larutan sampel hasil stripping terhadap ketelitian pengukuran, khususnya pada metode voltammetri. Buku I hal. 24

Rerata + Rerata Rerata SD % RSD

1,000

Sampel + spike 5,077 5,650 5,070 5,425 5,679 5,698

Recove ry spike 102,7 90,5 90,8 107,6 101,2 100,1 102,90 90,65 98,82 6,83 6,91

4,445 0,299 6,74 Voltametri

No.

Sampel

Spike

6.725 10.593 6.704 6.734 7.848 7.553

Recovery 102,32 98,89 93,72 94,29 100,65 101,49 95,63 3,91

Spike

Rerata + Rerata Rerata SD % RSD

1,000

Sampel + spike 8,097 11,885 8,091 7,457 9,122 8,326

Recovery \ spike 137,2 129,2 138,7 72,3 127,4 77,3 133,13 74,8 113,68 30,48 26,81

7,693 1,503 19,53

3. LIMIT DETEKSI (LD) LD dapat dievaluasi dari data berikut: Tabel 4. Data analisis standar UNH untuk evaluasi limit deteksi. Konsentrasi [X] 0,6 1,2 1,8 2,4 3,0 r a b  LD

ISSN 1410 – 8178

Spektrofotometri Absorban Ŷ [Yi] 0,117 0,118 0,250 0,246 0,371 0,374 0,506 0,503 0,630 0,631

[Ŷ-Yi]2 0,00000171 0,00001299 0,00001214 0,00001175 0,00000041

0,9999 -0,00978 0,21348 0,000039 0,051 ppm

Sugeng Purnomo


Untuk Volum cell ≈10 mL

1

S YX

2    2   Y  Yi           n2     

KESIMPULAN Serangkaian analisis spektrofotometri dan voltammetri terhadap standar UNH maupun sampel hasil stripping sludge PAF-PKG dapat disimpulkan besaran-besaran kuantitatif sebagai berikut:

1

 0,00003899872  2 =   52  

Spektrofotometri

= 0,0036054921 YLD = a + 3 SYX

Akurasi Presisi (RSD) Limit deteksi

= -0,00978 + 3 (0,0036) = 0,00102

X

0,00102  0,00978 0,21348

L adisi UNH 1 g/L 40 80 120 160 200 240 280 r a b  LD

S YX

Akurasi Presisi (RSD) Limit deteksi

     Y  Yi        n2  

2

1 2

     

1

 4,2682  2 =    72  = 0,9239 YLD = a + 3 SYX = 8,1747 + 3 (0,9239) = 10,9464 10,49464  8,1747 X 0,5523 = 5,09 L UNH 1 g/L = 0,00509 mg ≈ 0,509 ppm Sugeng Purnomo

99,34 - 101,05 % 1,03 % 0,051 ppm

6,74 %

Standar UNH

Sampel stripping

95,63 - 101,49 % 3,91 % 0,509 ppm

19,53 %

Ŷ

[Ŷ-Yi]2

30,26 52,36 74,45 96,54 118,64 140,73 162,82

1,5876 0,4096 0,2025 0,0256 1,5876 0,1849 0,2704

Metode spektrofotometri U-arsenazo memberikan nilai akurasi, RSD, dan LD yang lebih baik dibandingkan metode voltametri (simpangan akurasi maupun RSD mendekati 4 kali lebih kecil sedangkan LD mencapai 10 kali lebih kecil. Sehingga dapat disimpulkan bahwa unjuk kerja spektrofotometer dalam analisis uranium dengan kondisi percobaan yang telah dilakukan lebih unggul dibandingkan voltameter, namun demikian untuk kondisi sampel asli yang berwarna maka metode voltametri dapat dipertimbangkan sebagai metode alternatif.

4,2682

DAFTAR PUSTAKA

0,99983 8,1714 0,5523 0,509 ppm

Sampel stripping

Voltametri

= 0,051 ppm Voltametri Arus puncak (nA) [Yi] 29,0 53,0 74,9 96,7 119,9 140,3 162,3

Standar UNH

1. SALIMIN, Z., dkk, ”Dekomisioning Fasilitas Pemurnian Asam Fosfat Petrokimia Gresik”, Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengolahan Limbah VI, Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN, Tangerang. 2. DAY, R.A., UNDERWOOD, A.L., “Analisa Kimia Kuantitatif”, edisi keenam, 1998, Jakarta. 3. MURSYIDI, A., ECKSCHLAGER, K., “Kesalahan Pengukuran dan Hasil Dalam Analisis Kimia”, Ghalia Indonesia, 1984. 4. LABOMED INC., “Spectro UVD 2950 / 2960 Instruction Manual”, Culver city, USA. 5. BURMICZ, J., RACH, P., GRETHER,C., “Polarography and Voltammetry, Monograph”, Metrohm AG. 9101 Herisau, Switzerland.

ISSN 1410 – 8178

Buku I hal. 25


TANYA JAWAB Prayitno  Mengapa sampel/ konstruksi berbeda kalau itu ingin dibandingkan ?  Apa yang sangat berpengaruh pada seperti tersebut yang paling dominan apa saja ? Sugeng Purnomo  Sampel hasil stripping mempeagruhi pengukuran mA pada voltametry, tampak voltanogram atandar berbeda dengan sampel  Solven yang menjadi impuritas sampel hasil striping mempenagruh pengukuran voltametry karena bersifat nonpolar.

Buku I hal. 26

Sri Sukmajaya  Apakah model hitungan bisa diaplikasikan sama diantara cuplikan di addisi dan tidak ?  Asumsi pengaruh pada voltametry ? Sugeng Purnomo  Metoda adisi standar untuk sampel hasil stripping memberikan voltamogram yang tidak konsisten sehingga lebih baik menggunakan metode kurva kalibrasi standar dan mengukur secara terpisah.  Impuritas hasil stripping oleh solven mengganggu pengukuran mA pada voltametry kurva sifat non polar.

ISSN 1410 – 8178

Sugeng Purnomo

STUDI KOMPARASI METODE ANALISIS URANIUM MENGGUNAKAN SPEKTROFOTOMETER DAN VOLTAMETER

Recommend Documents