Widyanuklida Vol. II No. I, November 201 I

ANALISIS AKTIVASI NEUTRON DALAM SAMPEL LINGKUNGANSugino, Anda Sanusi, Tulisna

Pusat Pendidikan dan PelatihaBAT ANJ1.Lebak Bulus Raya, Pasar Jumat, Jakarta 12440

e-mail: sugina@batan.ga.id

ABSTRAKAnalisis Aktivasi Neutron Dalam Sampel Lingkungan. Lingkungan sangatmendukung kehidupan manusia, sehingga perlu dijaga, dipantau dan bila adaperubahan perlu dievaluasi dampaknya pada kehidupan manusia dan makhluk hidup.Konsentrasi unsur dalam sampel lingkungan merupakan salah satu parameter yangperlu dianalisis. AAN merupakan analisis unsur yang bersifat multiunsur, selektifdan sangat sensitif yang sudah diaplikasikan secara luas dalam bidang lingkungan.Meletusnya Gunung Merapi menumpahkan abu dan pasir dalam jumlah besar yangmenyebar luas ke wilayah Yogyakarta dan Jawa Tengah. Lingkungan Tanahmerupakan media hidup tanaman. Tanaman akan tumbuh dengan baik apabila mediadan iklimnya sesuai kebutuhan tanaman tersebut. Untuk mengevaluasi dampaknya,perlu dianalisis kandungan unsur kelumit dalam pasir tersebut , karena perbedaankandungan unsur dalam abu dan pasir tersebut mengubah kondisi media, sehinggamempengaruhi kesehatan dan pemilihan jenis tanaman yang sesuai untukdibudidayakan. Analisis unsur dengan metode AAN dilakukan terhadap pasirMerapi, dan memberikan konsentrasi unsur As, Ce, Co, Cr, Cs, Eu, Hf, La, Sc, Sr,Th, U, V, Zn, Mn, Mg, Fe berturut-turut. sebesar 4.0 ppm, 22.2 ppm, 17.8 ppm,8.2 ppm, 4.3 ppm, 1.5 ppm, 2.7 ppm, 15.9 ppm, 12.4 ppm, 745.4 ppm, 6.3 ppm, 2.3ppm, 5.3 ppm, 56.6 ppm, %,0.16 %, 3.166.25%. Data kandungan unsur dalampasir Merapi tersebut dapat dimanfaatkan oleh pihak yang membutuhkan dalamkaitannya dengan evaluasi dampak lingkungan yang bisa ditimbulkannya, baik darisegi kesehatan maupun budidaya tanaman.Kata kunci : Analisis Aktivasi Neutron, pasir merapi, sampellingkungan, unsur

ABSTRACTNeutron Activation Analysis In Environmental Sampel. Environment mostlysupport man live, it need maintanance, monitoring and impact assesmnet fororganism if any change. The element concentration in environmental sample is aparameter that need to analyzed. Neutron Activation Analysis (NAA) is amultielemental, selective, and sensitive analysis that already applied broadly inenvironment. The eruption of Mount Merapi spilled a lot of ash and sand spreadwidely to Yogyakarta and Central Java area. Soil is a media for plant. Plant willgrow well in the adequate media and climate. To evaluate the impact, it need toanalysis the elements concentration in the sand, because the difference of elementscomposition will influent the health and agriculture. Merapi sand was analyed byNAA. The concentration of As, Ce, Co, Cr, Cs, Eu, Hf, La, Sc, Sr, Th, U, V, Zn,Mn, Mg, Fe were 4.0 ppm, 22.2 ppm, 17.8 ppm, 8.2 ppm, 4.3 ppm, 1.5 ppm, 2.7ppm, 15.9 ppm, 12.4 ppm, 745.4 ppm, 6.3 ppm, 2.3 ppm, 5.3 ppm, 56.6 ppm, 0.16%, 3.16%, 6.25%, respectively. The data can be utilized to evaluate theenvironmental impacts related to health and cultivation.Keywords : Neutron Activation Analysis, element, environmental sample, Merapisand

13

Widyanuklida Vol. 11 No. I, November 2011

PENDAHULUANAAN merupakan analisis un suryang bersifat multiunsur, selektifdan sangat sensitif yang sudahdiaplikasikan antara lain dalambidang lingkungan, kesehatan danindustri. Dalam AAN, sampeldiiradiasi, sehingga menghasilkanradionuklida. lradiasi sampel AANdi BATAN dilakukan dalam reaktornuklir. Radiasi gamma tunda diukurmenggunakan spektrometer gammadengan detektor HPGe.Dalam bidang lingkungan, AANdapat dimanfaatkan untuk analisisunsur pencemar dalam udara, tanahdan sedimen, sehingga sumberpencemarannya dapat identifikasi.Karena sensmvitasnya untuksejumlah unsur sangat baik, teknikanalisis yang lain tidak mampumendeteksinya. Hasil identifikasitersebut dapat digunakan sebagaidasar pengambilan kebijakan olehinstansi yang berwenang.

TEORIDASARAAN berdasarkan pada reaksi intiberupa reaksi penangkapan neutronyang dituliskan (n.y) ditunjukkanpada Gambar 1, atau ditulis sebagaiberikut:

Keterangan :X = nuklidaA = nomor massan = neutrony = radiasi gamma

14

Gambar 1. Mekanisme AnalisisAktivasi Neutron

Reaksi inti dengan neutron dapatdilakukan baik dalam reaktor,maupun dengan sumber neutronberupa radionuklida seperti 252ef,241Am-Be. Probabilitas terjadinyareaksi dinyatakan dalam nilaitampang lintang mikroskopis yangbergantung pada energi neutron, danpaling efektif terjadi dengan neutronthermal. Aktivitas radionukida yangterbentuk bergantung pada jumlahnuklida, tampang lintangmikroskopis, fluks neutron, waktuiradiasi dan waktu paro radionuklidayang terbentuk yang dapatditentukan dengan persamaan :

Keterangan :A = aktivitas radionuklidaN = jumlah nuklidam = massa unsurNAV = bilangan avogadroM =massa atom(J = tampang lintang mikro

skopis<D = fluks neutronA = tetapan peluruhan radio

nuklida yang terbentuktir = waktu iradiasi

Widyanuklida Vol. I I No. I, November 20 II

Analisis kualitatif dilakukanberdasarkan energi radiasi gammadari spektum hasil pengukuran.Beberapa unsur, radionuklida yangterbentuk dan energi radiasi gammayang dipancarkan yang bias adiananalisis dalam sampellingkungan ditunjukkan pada(Lampiran 1).

Analisis kuantitatif bisa dilakukande ngan beberapa metode, yangsering digunakan metode komparatifdan me tode absolut (tanpa standar)yang dise but dengan kO. Padaanalisis kua litatif dengan metodekomparatif, perbanding andilakukan terhadap standar dengankondisi sampel dan standardiiradiasi bersama. Konsentrasidalam sampel dihitung denganpersamaan sebagai berikut :

k = naDaCa msa nsDsCs Ws

Keterangan :k, : konsentrasi unsur dalamcuplikann, : laju cacah cuplikanns : laju cacah standarDa : faktor peluruhan untukcuplikanD, : faktor peluruhan untukstandarCa: faktor pencacahan untukcuplikanC,: faktor pencacahan untuk standarm.: massa unsur dalam standarWe: massa cuplikanDalam kondisi lama pencacahancuplikan dan standar sarna, akanmemberikan faktor pencacahan yang

sarna, sehingga faktor pencacahandapat dihilangkan. Pada pengukuranradionuklida berumur paro panjang,perbedaan waktu pencacahan dapatdiabaikan, sehingga faktorpeluruhan dapat diabaikan.Limit deteksi pengukuran ditetapkanpada kondisi pengukuran tertentuyang dilakukan oleh suatulaboratorium. AAN merupakanmetode analisis unsur yang memilikikeunggulan sensitivitas yang tinggi.Nilai limit deteksi dalam AANditentukan berdasarkan areacompton continue atau latarbelakang yang berasal dari efekcompton dengan perhitungan arealimit deteksi menggunakan metodeCurrie dengan persamaan sebagaiberikut:

Keterangan :Lc = Limit of criticalLo= Limit atau batas bawahpengukuranGo = deviasi standar dari cacah latarbelakangk = konstanta dalam DistribusiNormal yang berkaitan dengantingkat kepercayaanB=cacah latar belakang, bisadihitung dengan metode Coveln,m berkaitan dengan kondisipengambilan data spektrum.

Dengan mengambil tingkatkepercayaan 95 %, maka k = 1,645,maka persamaan menjadi :

15

Dengan metode komparatif AAN,maka nilai limit deteksi dalam areadihitung menjadi nilai limit deteksikonsentrasi dengan perbandinganterhadap area dan konsentrasistandar untuk unsur yangditentukan. Nilai limit deteksi dalamAAN bergantung pada matriks ataujenis sampel, massa sampel, fluksneutron, waktu iradiasi, waktupendinginan, waktu pencacahan.

WidyanuklidaVol.l1 No.1, November 201 I

Limit deteksi konsentrasi untuksampel tanah dan sedimen yangdiukur di Laboratorium Pusdiklat,dengan iradiasi di RSG telahdilakukan [Yustina, 2010],ditunjukkan pada Tabel 2.

STUDlKASUSAbu vulkanik atau pasir vulkanikadalah bahan material vulkanikjatuhan yang disemburkan ke udarasaat terjadi suatu letusan Gunung.Abu maupun pasir vulkanik terdiri

16

dari batuan berukuran besar sampaiberukuran halus, yang berukuranbesar biasanya jatuh disekitar kawahsampai radius 5-7 km dari kawah,sedangkan yang berukuran halusdapat jatuh pada jarak mencapairatusan kilometer bahkan ribuankilometer dari kawah disebabkanoleh adanya hembusan angin.Letusan Gunung Merapi padaNovember 2010 mengakibatkanlokasi di sekelilingnya sampai jarak20 Km tertutup abu vulkanik. Tanahmerupakan media hidup tanaman.Tanaman akan tumbuh dengan baikapabila media dan iklimnya sesuaikebutuhan tanaman tersebut.Meletusnya Gunung Merapimenumpahkan abu dan pasir dalamjumlah besar yang menyebar luas kewilayah Yogyakarta dan JawaTengah. Untuk mengetahuidampaknya terhadap kesehatan, danpertanian, perlu dilakukan berbagaianalisis, baik sifat kimia, fisikamaupun biologi. Salah satu analisisyang diperlukan adalah unsur yangdapat dilakukan dengan berbagaimetode analisis kimia. perbedaankandungan unsur dalam abu danpasir tersebut mengubah kondisimedia, sehingga mempengaruhipemilihan jenis tanaman yang sesuaiuntuk dibudidayakan AAN dapatditerapkan untuk analisis unsurmikro dalam sampel pasir GunungMerapi.

Widyanuklida Vol. 11 No.1, November 2011

Tabel 2. Limit Deteksi Pengukuran Sampel Tanah dan Sedimen diLaboratoriwn PusdiklatUnsur Kondisi Limit Deteksi

Sedimen (ppm)Al Massa cuplikan: 15 mg 240V Lama iradiasi : 1 menit 27Mg Waktu pendinginan: 5 menit 2.600Ca Lama pengukuran: 2 menit 4.750Cu > 98,6Mn 21K Massa cuplikan : 50 mg 75As Lama iradiasi : 20 menit 3,3Na Waktu pendinginan: 2 hari 1,4

Lama pengukuran : 20 menitCr Massa cuplikan : 30 mg 2,7Fe Lama iradiasi : 60 menit 29Co Waktu pendinginan: 14 hari 0,5Zn Lama pengukuran : 60 menit 37Ce 1,8La 1Sc 0,05

Peralatan dan Bahan:1. Spektrometer Gamma

HPGe dengan resolusi 1,8KeV

2. Sumber standar Eu-152, Ba-133, Cs-137, Co-60 untukkalibrasi energi

3. Timbangan analitik4. Oven5. Lumpang dan mortar

porselen6. Ayakan7. Sampel pasir vulkanik yang

diambil pada bulan Mei2010 yang di IokasiKaliurang, Yogyakarta

8. Standard Material Reference(SRM) Soil 7

9. Vial Polietilena 0,27 mL10. Asamnitrat

11. Sarung tangan12. Pinset13. Alummunium foil

Prosedur AnalisisSampel dikeringkan menggunakanoven pada suhu 105°C selama 4jam.Selanjutnya dihaluskan denganlwnpang dan mortar porselen.Sampel diayak untuk mendapatkanukuran 200 mesh. Cuplikanditimbang dan dimasukkan ke dalamvial polietilena. Massa Iradiasidilakukan di RSG pada daya reaktor15 MW dengan fluks neutron ~ 1013neutron/s.cm'. Kondisi preparasi,iradiasi, pendinginan dan lamapencacahan seperti disebutkan padaTabel2.

17

WidyanukJida Vol. 11 No.1, ovember 2011

Hasil AnalisisPengukuran sampel denganspektrometer gamma (Gambar 2)diperoleh spektrum untuk analisiskualitatif dan kuantitatif. Contohspektrum yang dihasilkanditunjukkan pada Gambar 3.Dari hasil analisis diperoleh unsurdan konsentrasi kadar unsur yangterkandung dalam sampel pasirMerapi ditunjukkan pada Tabe13.

Data kandungan unsur dalam pasirMerapi tersebut dapat dimanfaatkanoleh pihak yang membutuhkandalam kaitannya dengan dampaklingkungan yang bisaditimbulkannya, baik dari segikesehatan maupun budidayatanaman.

loII_" -a•...• _...,.111,., ••_•••• __ •••• ·11l::

~ ••••a••. l1li1"",._. It •••••••.•••

Gambar 2 Gambar 3

Tabe13Iradiasi Unsur Konsentrasi

Pendek(l menit) Mg 3,16 %Mn 0.16%V 5.3 ppm

Sedang( 10 menit) As 4.0 ppmU 2.27 ppm

Panjang ( 60 rnnt) Ce 22.2 ppm

Co 17.8 ppmCr 8.18 ppmCs 4.3 ppmEu 1.5 ppmFe 6.25 %Hf 2.7 ppmLa 15.9 ppmSc 12.4 ppmSr 745 ppmTh 6.3 ppmZn 56.6 ppm

18

Widyanuklida Vol. 11 No.1, November 2011

KESIMPULANAAN dapat dapat memberikan 17 nilai konsentrasi un sur dalam PasirMerapi yang dapat digunakan untuk mengevaluasi dampak lingkungan.

DAFTAR PUS TAKA

1. Yustina Tri Handayani. 2009. Bahan Ajar Coaching AAN : AnalisisSpektrum. Jakarta, Pusdiklat BATAN

2. Yustina Tri Handayani. 2009. Bahan Ajar Coaching AANKetidakpastian Pengukuran. Jakarta, Pusdiklat BAT AN.

3. Yustina Tri Handayani. 2009. Bahan Ajar Coaching AANPenentuan Konsentrasi Unsur. Jakarta, Pusdiklat BATAN.

4. Sudaryo dan Sutjipto. Identifikasi dan Penentuan Logam padaTanah Vulkanik di Daerah Cangkringan Kabupaten Slemen denganMetode Analisis Aktivasi Neutron. Yogyakarta, STTN BATAN721.

5. Manual Genie 2000 versi 3.2.16. Yustina Tri Handayani. 2011. Bahan Ajar Pelatihan Petugas

AAN.Jakarta, Pusdiklat BATAN

19

Widyanuklida Vol. II No. I, November 20 II

Lampiran 1

Isotop Kelimpah-Tampang Nuklida

UmurEnergi

PUnsur lintang hasil Radiasi

target an (%)(bam) iradiasi

Paro(KeY)

(%)

Al nAl 100 230 28Al 2,25 m 1779,0 100Y

)ly 99,75 60,)2y

3,76m 1434 100

Mg26Mg 11,01 0,039 27Mg 9,45 m 843,8 71,8

1014,4 28,2Ca 48Ca 0,187 1,1 49Ca 8,72m 3084 92,1

))Mn 100 13,3 )OMn 846,8 98,9Mn 2,578 j 1810,8 27,2

21l3,1 14,3

Cu63CU 69,17 4,5 64CU 12,7j 1345,8 0,48o5Cu 30,85 2,17 66CU 5,10 m 1039,3 8,0

K 41K 6,3702 1,46 4LK 12,36 j 1524,6 18,3Na 23Na 100 40 24Na 14,95 j 1368,6 100

2754,4 99,9As 75As 100 4,2 7°As 26,3 j 559,1 44,7Cr sUCr 4,35 15,5 )lCr 27,7 h 320,1 9,83

Co59CO 100 6OCo

5,37 t1l37,3 100l332,5 100

Fe58Fe 0,28 1,3 59Fe 44,51 h 1099,2 56,5

1291,6 43,2Zn 04Zn 48,6 0,76 o')Zn 243,8 h 1115,5 50,7

Ce14UCe 88,48 0,58 141Ce 32,5 h 145,4 48,4142Ce 11,08 0,97 143Ce 1,377 h 293,3 42,8

Lal3'1La 93,91 9,0 140La 12,79 h 1596,2 95,49

487 45,5

Sc45SC 100 10 40Sc 18,75d 1120,5 99,99

83,81 h 889,3 99,98

Keterangan :d : detikJ .jamh : hari

: tahun

20