ANALISA PENGAKTIPAN NETRON UNTUK SELENIUM DAN TELURIUM
DALAM CUPLIKAN BELERANG *) Oleh:
D. HARJOTO dan A. AMIRUDDIN Laboratorium
radiokimia Institut Teknologi Bandung dan
Pusat Reaktor Atom Bandung
1. PENGANTAR Analisa unsur_unsur segolongan dalam berbagai fasa yang terbentuk dalam perpindah_ annya baik dikulit bumi, moupun perpindahan dori dalam bumi menuju kepermukaan, sering_sering sangat berguna bagi ahli geokimia. Data_data yang diperoleh seringkali dapat memberikan petunjuk bagaimana terjadinya konsentrasi suatu unsure Demikian pula data_dato ini dapat pula digunakan untuk meneliti lebih lanjut sifat_sifat fisis dari masing_masing unsur dengan bantuan pengetahuan mengenai mekanisme dari proses yang terjadi dalam bumi. Seperti diketahui belerang, telurium dan selenium terdapat dalam satu golongan da_ lam sistem berkala. Dengan menganolisa perobahan kadar ketiga unsur ini dalam batuan yang ada sekitar gunung berapi dan pado gas_gas yang terbentuk, serta perobahan kon_ sentrasi di sebelah bawah permukaan sekitar tempat gas keluar, dapat diperoleh data_data yang mungkin dapat digunakan untuk melihat bagaimana pengaruh perbedaan potensial oksidasi unsur_unsur tersebut terhadap pengendapannya. Cara analisa unsur telurium dan selenium pada umumnya agar rumit. Yang sering digunakan adalah pemisahan secara penyulingan dan kemudian digabung dengan pengen_ dapan. Dalam percobaan ini digunakan cara alanisa pengaktipan dan pemisahon di_ lakukan dengan penukar anion Dowex 1 x 8 7,21 2. ZAT -ZAT YANG DIGUNAKAN Se02, CH3COOH
Dowex grade),
logam Se, Na_teluri (semuanya buatan May & Baker). HCI, NH40H, (dari E. Merck dengan tingkat kemurnian "reagent grade"), penukar anion pekat (technical 1 x 8 (dari J.T.Baker Chem. Co.), logam Cu dan H2S04 ("guaranteed reagent" E. Merck), larutan SnCI2• metanal dan HN03
*) Penelitian ini dilakukan atas kerjasama Pusat Reaktar Atom Bondung dan laboratorium Institut Teknologi Bondung, dan dibiayai aleh Departemen Urusan Research Nasional.
4
Radiakimia
3.
3.1
CARA MELAKUKAN
PERCOBAAN
Menyiapkan larutan standar
Dalam membuat larutan standar diusahakan untuk menghindari penentuan kadar larutan yang akan. digunakan sebagai standar. Disamping itu karena tingkat kemurnian zat -zat yang akan digunakan sebagai standar tidak diketahui, maka dipandang perl u memurnikannya terlebih dahulu. Pandangan ini kemudian dibenarkan oleh kenyataan yang menunjukkan bahwa selenium yang telah dimurnikan mempunyai bentuk spektrum si nar ~yang agak berl ai nan dengan sel enium yang bel um di murnikan. Puncak-puncaknya menunjukkan enersi yang sama, tetapi perbandingan tinggi puncak_puncak ini berlainan. 3.1.1. Pemurnian dan pembuatan 1arutan standar Se Mengingat akan sifat_sifat selenium yang sangat mirip dengan telurium, proses pemurnian ini terutama dimaksudkan untuk mengurangi kontaminasi telurium sekecil mungkin. Pemurnian ini didasarkan atas kenyataan bahwa selenium dalam HCI 12N akan diendapkan secara kwantitatip oleh S02 dari larutan selenit. Telurium dalam kondisi ini tetap tinggal dalam larutan. Kopresipitasi Te pada suasana ini dapat di_ abaikan. Prosedur ini mula_mula diusulkan 01 eh Lenher dan Kao 3), yang pada per_ cobaan i ni mengal ami perobahan sediki t, untuk disesuaikan dengan pekerjaan ini. 5 -10 gram Se02 dilarutkan dalam HCI 12N dengan volum sekecil mungkin. Bagian-bagian yang tidak larut dipisahkan dengan sentrifugal. Larutan yang didapat di_ encerkan 10 kali dengan HCI 12N, didinginkan dalam air es. Teteskan kedalam larutan selenit ini, larutan S02 dalam HCI 12N yang telah didinginkan dalam air es. Larutan kedalam HCI S02 ini dibuat dengan jalan mengalirkan gas S02 (dari CU + H2S04) pekat dingin. Aduk campuran reaksi ini baik_baik. Suhu campuran reaksi dijaga jangan sampai lebih dari 200C. Endapan logam Se yang berwarna merah ini dipisahkan dengan sentrifugal, dicuci dengan HCI 12N dua kali, kemudian dengan air hingga bebas chlorida. Akhirnya dibilas dengan metanol dua kali, dikeringkan mula_mula pada suhu_ suhu 400C hingga metanol pembilas ini habis menguap, kemudian suhunya dinaikkan hingga 1000 _llOoC. Logam Se ini dibiarkan pada suhu ini hingga beratnya konstan. (biasanya ditinggal semalam). Untuk pengemban digunakan serbuk selenium yang telah dimurnikan ini. Larutan pekat, standar dibuat dengan jalan melarutkan 100 mg logam Se dalam 1_2 ml HN03 diencerkan dengan air hingga 100 mi. Bergantung pada keperluan, larutan ini dapat diencerkan hingga konsentrasi yang dikehendaki. 3.1.2. Pemurnjan dan pembuatan larutan standar Te Pemurnian Te dilakukan dalam 2 tingkat. Tingkat pertama dimaksudkan untuk memurnikan dari unsur_unsur lain kecuali selenium dan emas. Prosedur pemurnian ini didasarkan atas adanya kondisi yang khas, dimana unsur lain dalam larutan tidak akan mengendap kecuali selenium dan emas 4.5) • Jika seandainya ada emas, proses pelarutan dengan H N03 dapat menghilangkan logam ini. Tingkat kedua dimaksudkan untuk menghilangkan kontaminasi selenium. Selain dari itu dimaksudkan juga untuk mendapatkan suatu senyawa Te yang memenuhi syarat untuk digunakan sebagai standar primer. 20 gram Na2 Te03 dilarutkan dalam 100 ml air. Asamkan larutan ini dengan HCI pekat hingga bereaksi asam kuat (HCI 0.5N _ 1N). Sebelum diasamkan bila perlu disentri_ fugal, lebih dahul u untuk memisahkan bagian-bagian yang tidak larut. Kemudian tam_ bahkan kepada larutan telurit ini, larutan jenuh S02 dalam air sedikit demi sedikit sambil diaduk. Penambahan S02 ini dihentikan setelah campuran reaksi berbau S02' Endapan yang terbentuk dipisahkan dengan dekantasi atau sentrifugal. Endapan Te ini dicuci dengan air hingga bebas chlorida, kemudian direaksikan dengan HN03 pekat. Pasta putih yang terbentuk dilarutkan dalam 1-2N HCI dengan volume yang sekecil mungkin. Bila perlu disentrifugal. Tambahan NH40H pekat kedalam larutan ini hingga endapan yang terbentuk larut kembali. Kemudian tambahkan CH3COOH kedalamnya
5
hingga campuran reaksi ini [,erbau cuka yang keras atau bereaksi asam. Biarkan bebe_ rapa saat agar endapan yang terbentuk turun kedasar bejana. Cairan sebelah atas di_ buang secara dekantasi. Endapan putih Te02 dicuci dengan air hingga bebas chlaride, kemudian dibilas dengan metanol dikeringkan, mula_mula pada suhu 400C kemudian 1000 _llOoC. Larutan standar Te dibuat dengan jalan melarutkan 150 mg Te02 dalam HCI 6N sebanyak 10 ml, encerkan hingga 100 mi. Te02 yang telah dimurnikan ini digunakan juga sebagai pengemban Te dalam analisa yang dilakukan. 3.2
Proses-proses penyinaran Pada percobaan ini, pencacahan dil akukan reaksi inti. 74 Se( n, a) 75 Se 130
Te(n, a)
131
terhadap
radionukl ida sebagai
hasil
mTe
Waktu paruh 75 Se ialah 120 hari, sedang kelimpahan atau sasaran ialah 0.87%. Secara kasar dari pemeriksaan spektrografi omisi jumlah Se dalam cuplikan paling sedikit ada 10 bagian tiap juta atau 10 tJ9 Se/gram cuplikan. Berdasar data ini waktu penyinaran yang diperlukan kira_kira 11 jam. Penyinaran dilakukan dalam "Lazy Susan", reaktor Triga Mark II. Sebel um disinari cupl ikan padat yang hendak diperiksa digerus dengqn 1 : 1, air dan mortir terbuat dari "agate" yang sebelumnya telah di-bilas dengan HN03 metanol. Demikian pula untuk mencegah kontaminasi wadah polietilena yang disinari itu sebel um dipakai dibilasi dahul u dengan ketiga zat cair tersebut. Penyiapan penyi_ naran cuplikan ini dilakukan dalam ruang yang berbeda dengan ruang dimana proses_ proses kimia dilangsungkan. 3.3
Proses-proses Kimia setelah penyinaran selesai
3.3.1. IvIelarutkan cuplikan Telah dicoba melarutkan
cuplikan padat dengan cara : I. pemanasan dengan campuran KCI03 + HN03pekat II. pel eburan dengan NaOH III. pel eburan dengan Na202• Dari ketiga cara ini, peleburan dengan Na202 merupakan cara yang terbaik dan selan_ jutnya digunakan untuk melarutkan cuplikan pada percobaan ini. Setelah penyinaran selesai cuplikan yang telah disinari diangkat ke laboratorium kimia I. T.B. dengan wadah terbuat dari ti mbal • Wcdah polietilena yang berisi cuplikan yang telah disinari dibuka dalam "gloves box". Isinya dipindahkan kedalam krus nikel yang telah diisi dengan Na202 dan pengemban terdiri dari masing_masing 50_100 mg Se dan Te02' Didalam krus nikel ini cuplikan tersebut ditimbun lagi dengan Na202 hingga jumlahnya mencapai 4_5 kali vol um cup Iikan. Campuran ini dipanaskan dalam tungku Iistrik pada suhu 6000 _8000C. Sistim ini dibiarkan meleleh selama 10-15 menit, kemudian didinginkan cepat_cepat dengan jalan memasukkan krus yang pijar merah ini kedalam air dingin. Kedalam cam_ puran reaksi yang telah dilebur ini ditambahkan air sedikit demi sedikit, isi krus nikel dipindahkan kedalam gel as piala (berbentuk seperti bubur yang berwarna hitam), Selanjutnya mesa hitam ini diasamkan dengan HCI 6N yang berlebih jumlahnya. Dari sini akan diperoleh larutan jernih berwarna hijau. 3.3.2. Proses pemisahan Untuk memurnikan selenium don telurium digunakan cora pengendapan dalam suasana asam dengan SnCI2, diikuti pemisahan dengan penukar anion Dowex 1 x 8. Prosedur yang dilakukan disini didasarkan atas hasil penelitian oleh Krauss dan Nelson mengenai pemisahan berbagai logam dengan penukar anion Dawex 1 dalam suasana HCI. Schindewolf telah memisahkan kedua unsur ini dengan Dawex 1 dalam suasana HCI ini
6
pada analisa pengaktipan netron untuk selenium dan telurium dalam meteorit batu. Pemisahan yang dilakukan pada percobaan ini mengikuti prosedur yang disusun oleh Schindewolf dengan sedikit perobahan. Penukaran anion Dowex 1 x 8 sebelum digunakan direndam dolam air selama 5_10 menit, kemudian dicuci secara dekantasi. Bagian yang tidak turun kedasar bejana dalam waktu 1/2 _ 1 menit dibuang. Penukar ion yang telah direndam ini kemudian dimasukkan kedalam kolom penukar ion, hingga diperol eh panjang 7_10 cm (diameter 1 cm). Kepada larutan hasil peleburan yang telah diasamkan ditambahkan larutan SnCI2 yang berlebih jumlahnya. Endapan yang terdiri dari campuran logam Se dan Te dipisah_ kan dari cairannya dengan sentrifuga, kemudian dicuci hingga bebas chlorida. Akhir_ nya dilarutkan dalam HN03 pekat sebanyak 1_2 mi. Campuran ini dikisatkan hingga kering. Campuran Se02 dan Te02 dilarutkan dalam HCI 6N, kemudian dialirkan mela_ Iui kolom penukar anion Dowex 1 x 8 yang telah diberi kondisi dengan HCI 6N. Pem_ berian kondisi HCI 6N ini dicapai dengan jalan mengalirkan HCI 6N melalui kolom ini sebanyak 4_5 kali voluma penukar ion. Setelah selesai mengalirkan Jarutan yang berisi Se dan Te ini, sekali lagi kolom penukar ion dialiri HCI 6N sebanyak 4_5 kali voluma penukar ion Selenium dielusi dengan HCI 3N. Sesudah semua terelusi (membutuhkan 50_60 ml HCI 3N), ganti dialirkan HCI 0.3N untuk mengelusi Te. Kepada larutan yang mengandung Se ditambahkan larutan jenuh 502 dalam air. Endapan yang terbentuk dipisahkan, dicuci dengan air hingga bebas chlorida dibilas dengan metanol. 5edang larutan yang mengandung telurium dituangi NH40H hingga endapan putih yang terbentuk Iarut kembal i, kemudian diasamkan dengan asam cuka. Endapan yang terbentuk dipisahkan dicuci dengan air, dibilas dengan metanol. Kedua endapan ini dikeringkan, mula_mula 400C, kemudian 1000_1l00C.Endapan dipindahkan kedalam tabung reaksi, beratnya ditimbang secara sel isih. 5e dilarutkan dengan H NO 3' Te02 dalam HCI. Voluma larutan disamakan dengan standar, keaktipannya dicacah. 3.4
Cara melakukan pencacahan Pada anal isa pengaktipan netron biasanya selal u diusahakan unhik melakukan pencacahan secara diferensial. 5ebelum digunakan, alat ini dikalibrasi dahulu dengan beberapa pemancar 3 yang enersi nya telah diketahui dengan tel iti. Pencacah yang di_ gunakan ialah "Recording Analyser" model 1832 buatan Nuclear Chicago Corporation. Pada percobaan ini kalibrasi enersi dilakukan pada "gain 2, tegangan tinggi 745 volt dan lebar saluran 1 volt. Hasil kalibrasi terlihat pada gambar 1.
;-
2.0 1.5
~ ~ :E
20
40 BASE LINE
GamlBr 1
KALIBRASI
tJJ
80
100
(VOlT)
SPEKTROMETE~
7
Dari larutan standar Se dan Te yang telah disinari bersama_sama dengan cuplikan, diambil 25 A (mengandung 25 p. gram Se dan Te) dimasukkan kedalam tabung reaksi. Volum larutan ini disamakan dengan volum larutan yang berasaf dari standar kemudian dicacah. Hasil pencacahan ini terlihat pada gambar 2.
0.12 0.27
0.402
Energi (Mev)
Gambar 2.
8
SPEKTRUM
SI NAR
4. HASll-HASll
PERCOBAAN
DAN PENElAAHAN
Dengan prosedur yang telah disebutkan tadi nyatalah disini bahwa adanya selenium didalam cuplikan belerang sebanyak kurong lebih 15 bagian tiap juta dapat dideteksi secara anal isa pengaktipan netron. Jika dilihat spektrum si nar dari cupl ikan dan standar, akan terlihat bahwa tingkat kemurnian radiokimia yang didapat pada percoba_ an ini cukup tinggi. Pernyataan ini diperkuat lagi jika dibandingkan spektrum sinar yang didapat dari percobaan ini dengan spektrum ~ Se yang dilaporkan oleh Heath. Hasil penentuan selenium ini baru mencapai taraf semikwantitatip. Adanya telurium dalam cuplikan belum dapat dideteksi. Hal ini tidak berarti bahwa tel urium tidak ada dalam cupl ikan yang diperiksa. Hasil pencacahan ~ dari 251'1g Te yang dicacah 20 jam sesudah penyinaran selesai tidak memberikan keaktipan yang cukup untuk dibuat gambar spektrum dari radionukl ida yang aktip. Jika dil ihat penampang lintang pengaktipan untuk reaksi 130 Te (n,~ ) 131 mTe besarnya <8mb dapat dipastikan bahwa hasil reaksi (n,1\ ) untuk reaksi ini kecil sekali. Oleh karena itu reaksi inti tersebut kurang menguntungkan jika digunakan dalam analisa pengaktipan netron. Anal isa pengaktipan net~on dengan kepekaan yang cukup tinggi dapat diharapkan jika penca_ cahan dilakukan' terhadap hasil reaksi 126 Te(n, ~) 127 Te. Waktu paruhannya 9.4 jam. Suatu hal yang sangat disayangkan disini ialah 127 Te ini merupakan pemancar ~ murni. Oleh karena itu sangat diperlukan adanya hasil pemisahan dengan tingkat kemurnian tinggi. Pencacahan ini baru dilakukan dengan hati-hati dan tel iti, karena banyaknya gangguan yang akan dialami, misal nya efek peresapan sendiri 7}, geometri, pengham_ buran dan lain efek harus dikoreksi. Suatu analisa dengan kadar sangat rendah memerlukan suatu penyinaran yang agak lama (waktu penyinaran 1 x t 1/2). Suatu kesulitan disini ialah bahwa penyinaran selama 10 jam ini tidak pernah dapat dilakukan secara kontinu berhubung dengan kesulitan-kesulitan pada reaktor Triga Mark II. Paling lama hanya dapat dilakukan 3 jam untuk satu kali penyinaran. Selain dari itu sangat disayangkan pula bahwa laboratorium kimia dikomplex reaktor Triga Mark II hingga kini tidak pernah diselesaikan sehingga semua proses kimia harus dilakukan dilaboratorium kimia I. T .B., hal mana akan menimbulkan kesulitan dalam soal transport. DAFTAR PUSTAKA 1. KRAUSS, K.A. dan NELSON, F. Spec. Tech. Publ. No. 195, Am. Sec. for Testing Materials (1958). 2. SCHINDEWOLF, U. GOCHIN, et Chosmochim., Acta, 19, 134 (1960). 3. LENHER, V. dan KAO, J. Am. Chem. Sec., 47, 769 (1925). 4. LEDDICOTTE, G.W., The Radiochemistry of Selenium NAS_NS. 3030 USAEC (1961). 5. LEDDICOTTE, G. W., The Radiochemistry of Tellurium, NAS_NS. 3038 USAEC (1961). 6. HEATH, R.L., Scintillation Spectrometry Gamma Ray Spectrum Catalogue Phillips Petroleum Co., Atomic Energy Division, I.D.O. 16408. 7. AMIRUDDIN, A., Tungsten Abundances in Terrestrial and Extra. Terrestrial Materials by Neutron Activation. Analysis ,Ph.D.Dissertation, University of Kentucky, Lexington, Kentucky, 1961.
9
