SEMINAR NASIONALSDM TEKNOLOGI NUKLIR VIIYOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011ISSN 1978-0176

PENENTUAN KADAR ZIRKONIUM DALAM PADUAN U-ZRMENGGUNAKAN SPEKTROFOTOMETER UV-VIS

DENGAN PENGOMPLEKS ARSENAZO IIIYanlinastuti, Dian Anggraini, S. Fatimah, Yusuf Nampira

Pusat Teknologi Bahan Bakar (PTBN) - BATAN Serpong, 15314Kawasan Puspiptek Tangerang Selatan

Emai : ellyyanli@yahoo.com

ABSTRAK

PENENTUAN KADAR ZIRKONIUM DALAM PADUAN U-Zr MENGG UNA KANSPEKTROFOTOMETER UV-VIS DENGAN PENGOMPLEKS ARSENAZO III. Telah dilakukan

penelitian penentuan kadar zirkonium dalam paduan U-Zr menggunakan spektrofotometer UV- Vis denganpengompleks arsenazo III. Tujuan dari analisis ini adalah untuk menentukan kadar zirkonium dalam paduanU-Zr menggunakan pengompleks arsenazo III dan mencari parameter yang optimum standar zirkoniummenggunakan spektrofotometer UV- Vis. Sebeluln dilakukan analisis zirkonium dalam paduan U-Zr terlebihdahulu paduan tersebut dilarutkan menggunakan asam florida 1M dan asam nitrat 1M Dari hasilpercobaan diperoleh bahwa pengompleks arsenazo III dapat digunakan untuk penentuan zirkonium padakonsentrasi 80 ppm dengan serapan maksimum pada panjang gelombang 666,3 nm pada media asam klorida9N, arsenazo membentuk komplek dengan zirkonium dalam waktu 75 menit setelah reaksi dan stabil selama120 menit. Sedangkan kurva kalibrasi standar zirkoniwn merupakan garis lurus dengan pesamaan y =I, 742x - 0,012 dengan koefisien regresi I' = 0,998. Pada penentuan zirkoniwn dalam sampel di dapat kadarzirkonium rata-rata sebesar 5,47% dengan tingkat akurasi rata-rata sebesar 91, 12%.

Kata kunci : Arsenazo III, zirkonium, paduan U-Zr dan spektrofotometer UV- Vis

ABSTRACT

DETERMINATION OF ZIRCONIUM CONTENT IN U-Zr ALLOY USING A

SPECTROPHOTOMETER UV-VIS WITH COMPLEXING ARSENAZO III. The determination ofzirconium in the U-Zr alloys using UV- Vis spectrophotometer with a complexing arsenazo III has beenstudied. The purpose of this analysis is to determine the levels of zirconium in the U-Zr alloy usingcomplexing arsenazo III and to search the optimum parameters of zirconium standards using UV- Visspectrophotometer. Prior to the analysis of zirconium in the alloy, U-Zr alloys were first dissolved using acidfluoride 1M and nitric acid 1M From the experimental results it is obtained that the complexing arsenazo IIIcan be usedfor the determination of zirconium at a concentration of80 ppm with a maximum absorption at awavelength of 666.3 nm, under the media 9N hydrochloric acid where arsenazo form a complex withzirconium in 75 minutes after the reaction and stable after 120 minutes. The standard calibration curve ofzirconium is a straight line with equality y = l. 742x- 0.012 with a regression coefficient I' = 0.998. Zirconiumdetermination in the sample can be reported at average of 5.47% with the average accuracy of91.12%.

Keywords: Arsenazo III, zirconium, U-Zr alloys and UV- Visspectrophotometer

Yanlinastuti dkk 567 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

kesetaraan penyerapan netron unsur pengotordengan boron. Nilai boron ekivalen tiap unsurlogam pengotor ditunjukkan pada Tabel 8 sebagaiberikut :

Tabel 8. Nilai Boron Ekivalen

SEMINAR NASIONAL

SDM TEKNOLOGI NUKLIR VII

YOGY AKART A, 16 NOVEMBER 2011ISSN 1978-0176

berat jenis UPs dan U3Si~ yang masing masingsebesar 8,4 g/cm3 dan 12,2 g/cm3. Berdasar beratjenis tersebut dimungkinkan dapat digunakan untukbahan bakar dispersi dengan densitas uranium yanglebih tinggi.

Berat pikno + CCl4 = 63,7943 g (X)Berat pikno + CCI4 + serb uk = 68,3712 g (Y)Densitas CCI4 = 1,59 g/cm3

Analisis densitas serbuk UMo dengan carasederhana menggunakan piknometer, ini

berdasarkan hukum Archimedes, bahwa volumi;cairan yang dipindahkan adalah sebesar volumebenda yang di masukkan dalam suatu wadah.Dengan mengetahui densitas dari larutan CCI4 danberat serb uk UMo, maka kita dapat menghitungvolume serbuk dan akhimya menghitung densitasserbuk. Hasil analisis densitas serbuk diperolehsebagai berikut :

4.

KadarFaktor

B

NoUnsur(ppm/B Ekivalen

Ekivalen,

/lg/g)(ppm)

1

Zn 45,9000,000240,011022

Mg 14,7220,000040,000593

Ni 36,7500,001070,039325

Fe2631,3390,000651,710376

Co 0,0000,008990,000007

Ca 139,9550,000160,022398

AI 288,3550,000120,034609

Cd 3,9190,3I0441,216615.10

Cu 34,6470,000850,02945II

Li 0,0000,149070,00000

Total Boron ekivalen

=3,06436

Analisis densitas serbuk UMo

Berat gelas piala + serbuk UMoBerat gelas piala kosong

Berat serbuk UMo

= 36,9277 g= 31,8573 g

= 5,0704 g

KESIMPULAN

Berdasarkan penelitian yang dilakukan dapatdisimpulkan bahwa hasil analisis kadar uraniumdiperoleh 93.26%. Kadar pengotor tertinggi Fesebesar 2631,339 ppm, dan yang tidak terdeteksi Codan Li dengan total boron ekivalen 3,06436 ppm.Analisis densitas serbuk diperoleh 16,336 g/1.Sehingga bahan bakar UMo tersebut dapatdigunakan untuk bahan bakar nuklir dengan tingkatmuat uranium tinggi.

UCAP AN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada bapak Ir.Supardjo, MT dan bapak Drs. Yusuf Nampira sertakepada semua pihak yang telah membantu dalampenelitian ini baik secara langsung maupun tidaklangsung.

DAFT AR PUST AKA

1. YANLINASTUTI, "Analisis Sifat TermalLogam Uranium Paduan UMo dan UMoSiMenggunakan Differential Thermal Analyzer",Prosiding Seminar Nasional SDM TeknologiNuklir ISSN, 1978-0176

2. ANONIM, Instructions for Use 682Titroprocessor Series 01, Metrohm Ltd. CH-9100 HERISAU, Switzerland.

3. AN LOON, J.C., Analytical Atomic AbsorptionSpetroscopy, Selected Method, Toronto (1980).

4. ANONIM "NUKEM GmbH" Description of theNumkem Quality Control of Fuel ElementFabrication, part 3,1982

5. RSG-GAS, Spesifikasi serbuk bahan bakarU3Si~.

Maka densitas serbuk UMo dapat dihitung sebagaiberikut :

p 5,0704Xl,59

(63,7943 + 5,0704)- 68,3712

38,0619 = 16,336 g/cm0,4935

Hasil pengukuran berat jenis serbuk UMo g/cm3diperoleh sebesar 16,336g/cm3. Berat jenis serbukUMo tersebut lebih tinggi bila dibandingkan dengan

Seko/ah Tinggi Tekn%gi Nuklir-BATAN 566 Sutri IndaJ~vatidkk

SEMINAR NASIONALSDM TEKNOLOGI NUKLIR VII

YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011ISSN 1978-0176

PENDAHULUAN

Bahan bakar paduan U-Zr telah lamadigunakan sebagai bahan bakar dalam reaktor riset,diantaranya reaktor TRIGA (Training Research andlsotop General Atomic) di USA. Reaktor TRIGA diPusat Teknologi Nuklir, Bahan dan Radiometri,Bandung dan Reaktor TRIG A Kartini di PusatTeknologi Akselerator dan ProsesBahan,Yogyakarta. Hasil penelitian berbagai pihakmenunjukkan bahwa bahan bakar U-Zr memilikikarakteristik yang spesitik terutama faktor keamananyang baik. Bahan bakar paduan U-Zr yangdikembangkan oleh General Atomic berupa tipedispersi, yaitu uranium terdispersi secara homogensebagai logam bebas di dalam matrik zirkonium.Dipilihnya logam zirkonium sebagai matrik bahanbakar reaktor jenis TRIGA karena zirkoniumterm asuk logam yang mempunyai tampang lintangabsorbsi netron termal yang rendah, titik leleh tinggi,kekuatan mekanik tinggi, tahan terhadap korosi airdan uap sehingga sangat sesuai untuk digunakansebagai matrik ataupun bahan struktur dalam reaktordan meningkatkan fase transisi temperatur didalamuranium[I.4J.

Untuk dapat digunakan sebagai bahan bakar dalamreaktor, maka paduan U-Zr tersebut harus memenuhipersyaratan sebagai bahan bakar, terutama kadarzirkonium dalam bahan terse but, oleh karena ituperlu dianalisis. Beberapa teknik

pengujian dapat digunakan untukmenganalisis kandungan unsur zirkonium,diantaranya teknik spektroskopi serapan atom(SSA), emisi spektroskopi, fluorosensi sinar-x(XRF), dan Spektrofotometer UV -Vis [4]. Dalampenelitian ini alat yang digunakan adalahspektrofotometer UV-Vis.

TEORISpektrofotometer UV-Vis adalah alat untuk analisaunsur-un sur berkadar rendah secara kuantitatif

maupun secara kualitatif. Penentuan secara kualitatifberdasarkan puncak-puncak yang dihasilkan padaspektrum suatu unsur tertentu pada panjanggelombang tertentu, sedangkan penentuan secarakuantitatif berdasarkan nilai absorbansi yangdihasilkan dari spektrum senyawa kompleks unsuryang dianalisa dengan pengompleks yang sesuai.

Senyawa kompleks yanB digunakan dalam penelitianini adalah arsenazo III 2.7]. Aplikasi terse but sesuaidengan hukum Lambert-Beer yang melandasipenggunaan spektrofotometer, yaitu bila suatucahaya monokromatis dilewatkan melalui suatumedia yang transparan, maka bertambah-turunnyaintensitas cahaya yang ditransmisikan sebandingdengan tebal dan kepekaan media yang digunakan.

Gambar I. Spektrofotometer UV-Vis PERKIN ELMER Lamda 15

Pengukuran konsentrasi cuplikan didasarkan padahukum Lambert-Beer, yang menyatakan hubunganantara banyaknya sinar yang diserap sebandingdengan konsentrasi unsur dalam cuplikan[3.5],denganrumus sebagai berikut :A = log 1/10 atau A = a.b.c (l)A = absorbansiA = koefisien serapan molarb = tebal media cuplikan yang dilewati sinarc = konsentrasi unsur dalam larutan cuplikan

10 = intensitas sinar mula-mulaI = intensitas sinar yang diteruskanPrinsip kerja spektrofotometri berdasarkan hukumLambert Beer, bila cahaya monokromatik (10)melalui suatu media (larutan), maka sebagian cahayatersebut diserap (I.), sebagian dipantulkan (lr), dansebagian lagi dipancarkan (It). Aplikasi rumustersebut dalam pengukuran kuantitatif dilaksanakandengan cara komparatif menggunakan kurvakalibrasi dari hubungan konsentrasi deret larutan

Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN 568 Yanlinastuti dkk

SEMINAR NASIONALSOM TEKNOLOGI NUKLIR VII

YOGY AKARTA, 16 NOVEMBER 20 I IISSN 1978-0176

standar dengan nilai absorbansinyal6.7J. Konsentrasicuplikan ditentukan dengan substitusi nilaiabsorbansi cuplikan ke dalam persamaan regresi darikurva kalibrasi, dengan persamaan ini konsentrasisampel terukur dapat ditentukan yaituY = ax - b (2)dimana: Y = absorbansi

a = konstantax = konsentrasi

b = kemiringan/slopeUntuk menentukan persentase kadar zirkoniumdalam paduan U-Zr digunakan formula sebagaiberikut.

Persentase (%) zirkonium =CxFpxV xIOO% (3)

B x 106

C = konsentrasi yang diperoleh (Ilglml)Fp = faktor pengenceranV = volume pelarutan (mL)B = berat cuplikan (g)

TATA KERJAAlat

Peralatan yang digunakan dalam penelitian iniadalah spektrofotometer UV-Vis Perkin ElmerLambda 15, neraca analitik, pipet eppendorf,peralatan gelas kimia dan pemanas.

Bahan

Bahan dan pereaksi yang dugunakan adalah paduanU-Zr 6% hasil peleburan, standar zirkonium,arsenazo III 0, I%, asam nitrat 1M, asam florida 1M,asam klorida dan air bebas mineral.

Cara KerjaA. Penentuan Daerah Panjang Gelombang

OptimumBlanko dimasukkan kedalam dua buah kuvet dengantujuan untuk me-nol-kan absorban lalu tekan backcorecl dan tekan run. Setelah alat pada kondisi nolsalah satu blanko tersebut dikeluarkan, kemudianmasukkan larutan standar zirkonium-arsenazo III

0, 1% dengan konsentrasi 0,5 ppm untuk menentukandaerah panjang gelombang optimum, dilakukandengan penyapuan panjang gelombang darispektrum 190 nm sampai dengan 900 nm sehinggadidapat puncak zirkonium pada panjang gelombangoptimum.

B. Penentuan Pengompleks Arsenazo III0,1 % Optimum

Untuk mendapatkan serapan yang maksimum padapembentukan kompleks antara zikonium denganarsenazo III dilakukan variasi konsentrasi arsenazo,dengan cara berikut, dipipet larutan standarzirkonium sebanyak 125 ilL (0,5ppm) masukkankedalam labu takar 25 mL, ditambahkan larutanarsenazo dengan konsentrasi yang bervariasi 20ppm; 40 ppm; 80 ppm; 120 ppm dan 160 ppm, lalu

ditepatkan sampai volume 25 mL dengan HCl 9N.Larutan siap diukur absorbannya pad a panjanggelombang yang memberikan spektrum optimum.

C. Penentuan Keasaman Larutan

Pengompleks Arsenazo IIIPengaruh keasaman larutan pengompleks antarazirkonium dan arsenazo III dilarutkan dengan caramemipet standar zirkonium masing-masingsebanyak 125 ilL kedalam labu ukur 25 ml(0,5ppm), kemudian ditambahkan arsenazo III 0, 1%2 mL, selanjutnya ditepatkan hingga tanda dengankeasaman bervariasi 2; 5; 7; 9 dan 10M, kemudiandiukur absorbansinya pada panjang gelombang666,3 nm.

D. Penentuan Waktu Kestabilan

Pengompleks Arsenazo IIIPengaruh waktu kestabilan pembentukkan kompleksantara zirkonium dan arsenazo III dilakukan denganmemipet larutan standar zirkonium sebanyak 100 ilLkedalam labu takar 25 ml, kemudian ditambahkanarsenazo III 0, I% 2 mL, selanjutnya ditepatkandengan HCI 9N sampai tanda batas. Kemudianabsorbansinya diukur pada panjang gelombang666,3 nm dengan waktu bervariasi dari 0 men ithingga 3 jam 30 menit dengan slang waktupengukuran 15 men it.

E. Pembuatan Larutan Kurva KalibrasiZirkonium

Pembuatan larutan untuk kurva kalibrasi zirkonium

dengan membuat deret standar dari konsentrasilarutan standar zirkonium 100 ppm dipipet masing-masing ke dalam labuukur 25 mL sebanyak : 0; 10;25; 50; 100; 125; 200 dan 250 ilL, kemudianditambahkan 2 mL larutan arsenazo III 0, 1% kedalam masing-masing labu takar dan tepatkan sampaibatas dengan HCl 9N, larutan dikocok dan diamkanselama 75 menit sehingga terbentuk senyawakompleks yang sempuma. Kemudian larutan diukurabsorbansinya dengan spektrofotometer UV-Vis padapanjang gelombang 666,3 nm.

F. Pembuatan Larutan Sam pel ZirkoniumPaduan U-Zr ditimbang seberat 1,0167 gram,tambahkan HF 1M dan HN03 1M masing-masing 5mL, kemudian dipanaskan hingga larut, setelah larutdengan sempuma kemudian disaring dan masukkankedalam labu 50 mL tepatkan sampai tanda batas.Larutan dalam volume 50 mL, diencerkan dengancara dipipet I mL masukkan kedalam labu ukur 10ml tepatkan sampai tanda batas dengan air bebasmineral, kemudian dipipet 100 ilL dari labu ukur 10mL, masukkan kedalam labu takar 25 mL lalutambahkan 2 mL arsenazo III 0,1 %. Tepatkandengan HCL 9N sampai tanda batas, larutandidiarnkan selama 1,5 jam sehingga terbentuksenyawa kompleks yang sempuma. Larutan siap

Yanlinasluli dkk 569 Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir-BATAN

diukur dengan spektrofotometer UV-Vis pada panjanggelombang 666,3 nm (7].

G. Pengukuran Standar dan Sam pelAnalisis lamtan standar dengan variasi konsentrasidiukur untuk membuat kurva kalibrasi yaitu hubunganantara konsentrasi dengan absorbansi, dan analisiskandungan sampel ditentukan dari nilai absorbansiyang diukur dan disubtitusikan ke dalam persamaanregresi yang dihasilkan dari kurva kalibrasi.Penentuan panjang gelombang yang optimummenggunakan alat spektrofotometer UV-Vis denganpengompleks arsenazo III 0, 1% dan zirkoniumstandar, dilihat serapan maksimumnya pada daerahpanjang gelombang 190 sampai dengan 900 nm,temyata mempunyai serapan maksimum pad apanjang gelombang 666,3 nm seperti yangditunjukan pad a Gambar I. Selanjutnya pada

SEMINAR NASIONALSOM TEKNOLOGI NUKLIR VII

YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 201 IISSN 1978-0176

panjang gelombang 666,3 nm ini digunakan untukpengukuran konsentrasi zirkonium dalam lamtanstandar dan sampel.

HASIL DAN PEMBAHASAN

1. Panjang gelombang optimum

Penentuan panjang gelombang yang optimummenggunakan alat spektrofotometer UV -Vis denganpengompleks arsenazo III 0,1% dan zirkoniumstandar, dilihat serapan maksimumnya pada daerahpanjang gelombang 190 sampai dengan 900 nm,temyata mempunyai serapan maksimum ,padapanjang gelombang 666,3 nm seperti yangditunjukan pad a Gambar I. Selanjutnya pad apanjang gelombang 666,3 nm ini digunakan untukpengukuran konsentrasi zirkonium dalam larutanstandar dan sam pel.

;;>E,kKIN-EU"!E'" LAMBDf1 15 UV/ViS BPECTR8PH(HOMETER

_"""' ..~'_",_.-~_~-, .... --. -- ......_~ .. .~~J2 oe .p,; ~~ fi

SEMINAR NASIONALSDM TEKNOLOGI NUKLIR VII

YOGYAKARTA, 16 NOVEMBER 2011ISSN 1978-0176

0.1

0.6

._ 0.5'"e

.z 0.4j 0.3ex: 0.2

0.1

oo 50 100 150 200

Kon!ientrasi Arsena.zo III (ppm)

Gambar 2. Pengaruh serapan pengompleks arsenazo dengan zirkonium

'Vic:It!

.QL-aIII

.Q

1