ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian ESN Tahun 2009

KETIDAKPASTIAN PENGUKURAN URANIUM TOTAL DALAMLARUTAN PEB U3Sh-AI PASCA IRRADIASI MENGGUNAKAN

METODE TITROPROSESSOR

Aslina Br.Ginting

ABSTRAK

KETIDAKPASTIAN PENGUKURAN URANIUM TOTAL DALAM LARUTAN PESU3SirAI PASCA IRRADIASI MENGGUNAKAN METODE TITROPROSESSOR.

Sesaran burn up atau fraksi bakar pe/at elemen bakar (PES) U3Si-AI dengan tingkatmuat uranium (TMU) 2,96 g/cm3 pasca irradiasi dapat ditentukan melalui perhitunganisotop 235U, 137Cs dan U total. Kandungan U total dalam larutan PES U3Si-AI pascaiiradiasi dapat di analisis dengan menggunakan alat Titroprosessor. Tahapan prosespenentuan U total dimulai dengan pemotongan, penimbangan dan pelarutan PES U3Si­

AI pasca iiradiasi yang dilanjutkan dengan pengenceran dalam labu 25 ml yang secarakeseluruhan dikerjakan menggunakan tangan manipulator di dalam hotcell. Setelahdiperoleh larutan PES U3Si-A/ dengan paparan radiasi tertentu kemudian ditransfer keR.135 untuk dianalisis kandungan U totalnya. Karena pengerjaan ini menggunakantangan manipulator, maka banyak memberikan sumber kesalahan terhadappengukuran. Da/am usaha untuk mendapatkan rentang pengukuran yang benar makaterhadap langkah langkah proses pengerjaan analisis U total tersebut dilakukan eva/uasikonstribusi sumber sumber kesalahan yang memberikan besaran. ketidakpastianpengukuran. Dari hasil analisis dan perhitungan ketidakpastian diperoleh bahwakandungan U total di dalam PES U3Si-AI sebesar 0,1716 g/L dengan ketidakpastianpengukuran sebesar ± 0,00354 g/L pad a derajat kepercayaan 95%.

Kata kunci : burn up, PES U3Si-AI ,pasca iiradiasi, U total, hotcell danketidakpastian pengukuran.

,PENDAHULUAN

Salah satu peralatan pengujian yang ada di laboratorium Instalasi Radiometalurgi PTSN­SATAN adalah Titroprosessor. Alat ini dapat digunakan untuk menganalisis kandungan uranium didelam bahan bakar baik sebelum radiasi maupun setelah di radiasi. Dalam usaha untuk mengetahuiapakah suatu metode pengukuran yang digunakan telah valid maka perlu diketahui beberapaparameter validasi, salah satunya adalah simpangan baku dan ketidakpastian pengukuran[1J.Padapenelitian ini dilakukan penentuan kandungan U total dalam PES U3Si2-A/ TMU 2,96 gU/cm3 pascairradiasi. Penentuan kandungan uranium dengan metode Titroprosessor didasarkan kepada prinsipoksidasi 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 garamFerro Sulfat. Sedangkan untuk meningkatkan kete/itian dan memperbaiki kemampuan deteksi titikekivalen atau titik akhir titrasi perlu ditambahkan Vanadium (IV) yang berperan menaikkankecepatan pencapaian kesetimbangan pad a titik ekivalen.

Pad a kegiatan ini telah dila'~ukan proses pemotongan, pelarutan , penimbangan danpengenceran dari PES U3SirAI TMU 2,96 gU/cm3 pasca irradiasi. Kegiatan dilakukan di hotcell HC109 IRM (Insta/asi Radiometa/urgi), kemudian di transfer ke R.135 untuk selanjutnya dianalisiskandungan uranium totalnya menggunakan metode Titroprosessor. Semua langkah- langkahpengerjaan diatas akan memberikan sumbangan kesalahan sehingga dipandang perlu untukmelakukan estimasi perhitungan ketidakpastian pengukurannya, karena antara ketidakpastianpengukuran dengan kesalahan sangat berkaitan, dimana ketidakpastian memadukan semuakesalahan 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 yangdidalamnya diperkirakan nilai benar suatu pengukuran berada, mengukur rentang tersebut dikenalsebagai pengukuran ketidakpastian. Kesalahan pengukuran adalah suatu perbuatan sengaja atautidak sengaja yang dilakukan oleh operator dalam melakukan suatu pengukuran sehingga sumbersumber kesalahan tersebut harus diestimasi karena memberikan konstribusi terhadap nilaipengukuran. 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 meliputi1 sId 3.

Pembacaan Data (pengamatan) yang dapat dilihat pada skema

1. Sampling

Homogenkan contoh

Ketidakser~gaman harus diperhatikan

IPreparasi contoh I

Apakah Analit terekstrasi 100% dari matrik contohC campuran - C contoh

Rekaveri = ------------------------------- x 100%C yang ditambahkan

182

ISSN 0854 - 5561

3.

Ketidakpastian

Kesalahan dalam

menimbang

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

Kesalahan dalam

memipet larutan

Kalibrasi

timbangan

Sampling

Pembacaan skala

dan pengulangan

Kalib.vol

pipet

Pembacaaniniskus

Faktor muailarutan

Homogenkah contoh ?

Ketidakseragaman harus diperhatikan

Preparasi Contoh

Apakah analit terekstraksi 100%dari matrik contoh

Recovery harus diperhatikanC campuran - C contoh

------------------------------- x 100%C yang ditambahkan

183

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

Kalibrasi PeralatanTemperatur Oven 100 ± 3°CVolume Labu takar 100 ml ± 0,1 ml

Kesalahan RandomPenimbangan berulangkali standar massa 10 9 memberikan data (g):10,0001 10,0000 10,0002 10,0002 10,000210,0001 10,0000 10,0001 10,0000 10,0001

ISSN 0854 - 5561

Kesalahan Sistematik

Penimbangan bahan yang bersifat higroskopis tidak menyatakan berat bahan yang sebenarnya

PersonilKetrampilan dan ketelitian seorang analisis akan memberikan pengaruh pada besar kecilnya nilaiketidakpastian pengukuran

Sumber Informasi Untuk Pengukuran Ketidakpastian [3,4]

1. Spesifikasi PabrikSpesifikasi pabrik untuk labu takar 100 ml kelas A adalah ± 0,08 mlSfesifikasi pabrik untuk volume pipet 2 ml kalas A adalah ± 0,01 ml

2. Data PustakaDalam hand book dinyatakan nilai koefisien muai volume dari air<adalah <

1 x 10-3 °C-1

Dari pustaka diketahui data bahwa ketidakpastian berat atomHidrogen (H) adalah ± 0,00007

3. Data Validasi Metode atau Data dari Log bookPresisi (Ketepatan):

Repeatability - QCReproducibility - Uji Profisiensi

Presisi atau ketepatan menunjukkan besarnya fluktuasi dari hasil penentuan yang berulang kali(repeatability)Akurasi (Ketelitian) - CRMAkurasi atau ketelitian menunjukkan seberapa jauh suatu analisis menyimpang dari hargasebenarnya (standar).

Akurasi : Kesesuaian antara hasil analisis dengan nilai standard yang masih dapat diterima

Secara umum menentukan Ketidakpastian Pengukuran dilakukan dengan langkah- langkah sebgaiberikut [5] :

I. Menyusun suatu model dari langkah pengerjaanII. Menentukan semua faktor yang dapat memberikan konstribusi kesalahan terhadap hasil

pengukuranIII. Buat diagram Cause and Effect atau Fish BoneIV. Kelompokkan faktor diatas kedalam kategori komponen ketidakpastianV. Estimasi masing-masing komponen ketidakpastian sehingga ekivalen dengan simpangan baku(~)

VI. Gabungkan komponen ketidakpastian baku untuk menghasilkan ketidakpastian baku gabungan(~G)

VII. Laporkan hasil perhitungan dalam bentuk ketidakpastian yang diperluas (k=2, pada derajatkepercayaan 95%)

184

ISSN 0854 - 5561

TATA KERJA

HasH-hasH Penelitian EBN Tahun 2009

Besarnya ketidakpastian pengukuran kandungan uranium total dari PEB U3Si2-AI pascairradiasi dengan metode Titroprosessor dimulai dengan proses pemotongan, penimbangan,pelarutan dan pengenceran PEB U3Si2-AI dengan TMU 2,96 gU/cm3 pasca irradiasi seperti yangterlihat pad a Gambar 1. Seluruh kegiatan preparasi PEB U3Si2-AI dilakukan di hotcell sehinggabesaran sumbangan kesalahan dari pemipetan (pipet), vial ,Iabu dan peralatan gelas lainnyadisetarakan terhadap kesalahan penimbangan.

PEB U3Si2-AI TMU2,96 gU/cm3 pasca irradiasi

Pemotongan, dimensi 3 x 3 x1 ,37 mm

Penimbangan = 32 mg

Pelarutan dengan HCL 6M & HN03 6M

Pengenceran dalam labu 25ml

Larutan Uranil Nitrat

ipet 1 ml

Kalibrasi timbangan

Penimbangan berat wadah

Penimbangan berat wadah + cuplikan

Presisi penimbangan

Kalibrasi timbangan

Berat Labu ukur 25 ml

Berat labu ukur 25 + pelarut

Presisi penimbangan

Masukkan ke dalam 5 vial,Ditimbang

Ditransfer ke R.135

Kalibrasi timbangan

Penimbangan berat vial---. Penimbangan berat vial + cuplikan

Presisi Penimbangan

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

HASIL DAN PEMBAHASAN

ISSN 0854 - 5561

= 32,0822 mg= 64,0822 mg= 32 mg

Dari langkah pengerjaan penentuan kandungan uranium total dalam PEB U3Si2-AI

pasca irradiasi dengan metode Titroprosessor dibuat diagram Fish bone untuk menggkelompokkansumber-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 + pelarutS ----..

Kosentrasi Uranium

alkosong

Kalibrasi ~ial kosong + larutan PEB----.

Presisi metode •• 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 faktorkesalahan langkah penimbangan PEB U3Si2-AI, penimbangan labu takar, penimbangan vial dankesalahan 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 kosongBerat wadah + PEB U3SirAIBerat PEB U3Si2-AI

3. Kalibrasi TimbanganPada sertifikat kalibrasi timbangan terbaca ± 0,05 mg dengan tingkat kepercayaan 95%.Ketidakpastian kalibrasi = 0,05/1,96 mg = 0,026 mgKetidakpastian kalibrasi timbangan harus dihitung 2 kali karena penimbangan dilakukan 2 kali,yang mencakup wadah kosong dan wadah + PEB U3Si2-AI

4. Presisi

Ketidakpastian ini berasal dari penimbangan yang berulangPenimbangan 3 kali memberikan simpangan baku sebesar 0,104 mgMaka ketidkpastian presisi, I.Jpresisi = s 1 vn

= 0,104/v3

JJ presisi = 0,06 mg

186

ISSN 0854 - 5561

Setelah dilakukan penimbangan kemudian dihitung:

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

~ (penimbangan) = 2 X (0,026)2 + (0,06) 2

. ~ (penimbangan PEB U3SirAI = 0,070 mg

= 23251,1 mg= 49675,067 mg= 26417,46 mg

B. Penimbangan Labu Takar 25 ml1. Proses Penimbangan Labu Takar 25 ml

Data Penimbangan :Berat Labu takar 25 mlBerat labu takar + PelarutBerat Pelarut

+ Pelarut (HCI +HN03)

2. Kalibrasi TimbanganPada sertifikat kalibrasi timbangan terbaca ± 0,05 mg dengan tingkat kepercayaan 95 %.Ketidakpastian kalibrasi = 0,05/1,96 mg = 0,026 mgKetidakpastian 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 Labu 25 ml

Penimbangan BeratBerat LabuKosongBerat Pelarut

ke:

LabuKoscing+ Pelarut(mg)

(mg) (mg)1

23251,549668,626417,6

2

23251,049668,426417,4

3

23250,849668,226417,4

Rerata

23251,149675,06726417,46

SD

0,11547

Penimbangan 3 kali memberikan simpangan baku sebesar 0,11547 mgMaka ketidkpastian presisi, ~ presisi = s 1 vn

= 0,11547/v3

!.J presisi = 0,066 mg

Setelah dilakukan penimbangan kemudian dihitung:

~ (penimbangan) = X (0,026)2 + (0,066) 2

~ (penimbangan Labu Takar + Pelarut) = 0,075 mg

187

= 6,7763 mg= 7,8533 mg= 1,0743 mg

Hasi/-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

c. Penimbangan Vial

1. Proses Penimbangan Vial + Larutan PES U3Si2-AI 1mlData Penimbangan :Berat Vial kosongBerat Vial kosong + Larutan PEB U3Si2-AI 1mlBerat Larutan PEB U3SirAI 1ml

ISSN 0854 - 5561

2. Kalibrasi Timbangan

Pada sertifikat kalibrasi timbangan terbaca ± 0,05 mg dengan tingkat kepercayaan 95 %.Ketidakpastian kalibrasi = 0,05/1,96 mg = 0,026 mgKetidakpastian kalibrasi timbangan harus dihitung 2 kali karena penimbangan dilakukan 2kali, yang mencakup vial kosong dan vial + Larutan PEB U3SirAI 1ml

3. Presisi

Ketidakpastian ini berasal dari penimbangan yang berulang

Penimbangan Berat VialBerat Vial Kosong + LarBerat Larutanke:

KosongPEB U3SirAI 1mlPEB U3Si2-AI 1ml(ma)

(ma)(mQ)1

6,7687,9201,1522

6.7547,7651,0113

6.8077,8751,068Rerata

6,7763,7,85331,0743'SO

0,0482

Penimbangan 3 kali memberikan simpangan baku sebesar 0,0482 mgMaka ketidkpastian presisi, I-J presisi = s 1 vn

= 0,0482/v3

II presisi = 0,0278 mg

Setelah dilakukan penimbangan kemudian dihitung:

II (penimbangan) = 2 X (0,026)2 + (0,0278)2

II (penimbangan Vial + Larutan PES U3Si2-AI) = 0,046 mg

Mengubah komponen-komponen ketidakpastian agar mampunyai satuan yang sama

NilaiXIJ (x)

IJ (x)1 x

Asalsatuansatuan

Penimbangan PEB U3Sir

32mg0,070mg0,00218AI

Penimbangan

Pelarut HCI26417 ,46mg0,075mg0,000003+ HN03

Penimbangan Vial Larutan

1,0743mg0,046mg0,04281PEB U3Si2-AI

188

ISSN 0854 - 5561 Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

Ketidakpastian 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 mla. Kalibrasi Pipet Volume 10 ml

Pabrik menyatakan bahwa pipet volume 1° ml ± 0,15 ml, pada temperatur 20°C tanpamenyebut derajat kepercayaannya.IJ (baku) pipet volume = 0,15/v 3 = 0,087 ml

b. Efek TemperaturKetidakpastian dari volume cairan dalam labu akibat efek temperatur, yang dihitung IJ(Vr) = V x ? (T) x aDari 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 ml2. Pengenceran dalam Labu Takar 50 ml

a. Kalibrasi Volume Labu takarPabrik menyatakan bahwa labu takar 50 ml ± 0,25 ml, pada temperatur 20°C tanpamenyebut derajat kepercayaannya.IJ (baku) volume labu takar = 0,25 Iv 3 = 0,144 ml

b. Efek TemperaturKetidakpastian dari volume cairan dalam labu akibat efek temperatur, yang dihitung IJ(Vr) = V x ? (T) x aDari pabrik diketahui labu takar telah dikalibrasi pad a temperatur 20°C dengan koef. Muaiair 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 Baku Gabungan Faktor Pengenceran Dalam Melakukan Titrasi denganTitroprosessor

Asal NilaisatuanlJ(x)satuanlJ(x)/x

Pipet

10ml0,00485ml0,000485

Labu Takar

50ml0,024ml0,00048

189

Hasil-hasil Penelitian ESN Tahun 2009

IJf/f = v (0,000485)~ + (0,00048)~

= 0,000682

IJf = 0,000682x f = 0,000682x 50/10

IJf (pengenceran) = 0,003416

ISSN 0854 - 5561

3. Presisi Metode

Ketidakpastian presisi metode berasal dari pengukuran yang berulang dengan alatTiroprsosesor.

Pengukuran 3 kali memberikan data dan simpangan baku sbb:

Pengukuran ke: Kandungan Uranium (g/L)

1

0,182

2

0,161

3

0,172

Rerata

0,1716

SO

0,0105

Maka ketidkpastian presisi , hi presiE;i = s Ivn

= 0,01 05/v3

IJ presisi metode Titro = 0,00606 g/L

E. Ketidakpastian Gabungan (Penimbangan Dan Titrasi)

lJ(kosen) I (kosen Uranium) =V IJ(W) I (W)z + lJ(f) I(f)z + IJ (Presisi Metode)

lJ(kosen)

= v (0,00401)2 + (0,00341)2 + (0,00606)2

= 0, 00802 g/L

= 0,00802 x 0,1716 g/L

= 0,001377 g/L

F. Ketidakpastian Diperluas

Ketidakpastian diperluas pada proses penentuan kandungan U total dari PES U3Si2-AI pascairadiasi adalah = 2 x 0,001377 g/L

= 0,00354 g/L

Kosentrasi Uranium total dalam larutan PES U3Si2-AI sebesar = 0,1716 ± 0,00354 g/L

Rentang Pengukuran kandungan U total di dalam PEB U3Siz-AI pasca irradiasi denganmetode Titroprosessor sebesar 0,1716 ± 0,00354 g/L

190

ISSN 0854 - 5561

KESIMPULAN

Hasil-hasil Penelitian EBN Tahun 2009

Telah diperoleh langkah -Iangkah dan rumusan perhitungan ketidakpastian pengukurankandungan uranium total didalam bahan bakar U3Si2-AI tingkat muat uranium (TMU) 2,96 gU/cm3pasca irradiasi menggunakan metode Titroprossesor dengan rentang pengukuran kandungan Utotal 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 ReinholdCompany, New York,1987.

[3] JULIA KANTASUBRATA," Dasar Ketidakpastian Pengukuran" Pengantar ISO Guide Uncertainty ofMeasurment, 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 Bahan­

PTBN -PUSDIKLAT BATAN,2009.

191