View
221
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
1/92
Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
di Sungai Gajahwong Yogyakarta dengan
Metode AANC (Analisis Aktivasi Neutron Cepat)
Skripsi disajikan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana SainsJurusan Fisika
Oleh :Cahaya Rosyidan
4250404010
JURUSAN FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS NEGERI SEMARANG2009
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
2/92
PERSETUJUAN PEMBIMBING
Skrisi ini telah disetujui oleh pembimbing untuk diajukan ke sidang panitia ujian
skripsi pada:
Hari :
Tanggal :
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Dra. Dwi Yulianti, M.Si Sunardi, S.T
NIP.131404299 NIP. 330002260
Mengetahui,
Ketua Jurusan Fisika
Dr. Putut Marwoto, M.S NIP. 131764029
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
3/92
LEMBAR PENGESAHAN
Skripsi ini telah dipertahankan di hadapan sidang Panitia Ujian Skripsi
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas
Negeri Semarang pada :
Hari :
Tanggal :
Panitia :Ketua Sekretaris
Drs. Kasmadi Imam S., M.S Dr. Putut Marwoto, M.S NIP. 130781011 NIP. 131764029
Penguji I
Dr. Sulhadi, S.Pd., M.Si. NIP. 132205937
Penguji II/Pembimbing I Penguji III/Pembimbing II
Dra. Dwi Yulianti, M.Si Sunardi, S.T NIP. 131404299 NIP. 330002260
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
4/92
PERSETUJUAN
Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
di Sungai Gajahwong Yogyakarta dengan
Metode AANC (Analisis Aktivasi Neutron Cepat)
Oleh
Cahaya Rosyidan4250404010
Telah disetujui dan disahkan oleh Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan
(PTAPB) Yogyakarta Badan Tenaga Nuklir Nasional
Serta dinyatakan telah memenuhi persyaratan.
Kepala Bidang TAFN Pembimbing di PTAPBPTAPB BATAN BATAN
Ir. Suprapto Sunardi, S.T NIP. 330001511 NIP. 330002260
MengetahuiKepala PTAPB BATAN
Dr. Ir. Widi Setiawan NIP. 330001746
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
5/92
PERNYATAAN
Saya menyatakan bahwa yang tertulis di dalam skripsi ini benar-benar hasil karya
saya sendiri, bukan jiplakan dari karya tulis orang lain, baik sebagian atau
seluruhnya. Pendapat atau temuan orang lain yang terdapat dalam skripsi ini
dikutip atau dirujuk berdasarkan kode etik ilmiah.
Semarang, Januari 2009
Cahaya Rosyidan4250404010
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
6/92
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
MOTTO
1. Jangan takut jatuh untuk bermimpi tinggi karena suatu saat mimpi itu akan jadi
kenyataann dan kamu akan bahagia bersamanya. (Cahaya Rosyidan)
2. “…Sesungguhnya Allah tidak merubah keadaan suatu kaum sehingga mereka
merubah keaadan yang ada pada diri mereka sendiri…”. (Q.S. AR RA’D : 11)
PERSEMB H N
Skripsi ini saya persembahkan untuk :
1. Allah swt yang telah memberiku kepandaian dan
kecerdasan sehingga aku dapat menyelesaikan studiku.
2. Bapak dan Ibuku tercinta, terimakasih atas semua
bimbingan, kasih sayang, doa, dukungan dan
kepercayaan yang telah diberikan.
3.
Kakak – kakaku (Anisa Ilma dan Keluarga) dan (Bagus Ardian dan Keluarga) yang selalu memotivasi.
4. Bekti Sulistya Utami atas dukungan morilnya.
5. Buat teman-temanku sealmamater Fisika’04 UNNES.
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
7/92
KATA PENGANTAR
Syukur Alkhamdulillah kepada Allah SWT atas berkat dan rahmatNya
sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi yang berjudul ”
Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan di Sungai
Gajahwong Yogyakarta dengan Metode AANC (Analisis Aktivasi Neutron
Cepat) ”.
Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat guna memperoleh gelar
Sarjana Sains di Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Semarang.
Dalam penulisan skripsi ini banyak bantuan baik berupa moril maupun
materiil serta dorongan dan pengarahan dari berbagai pihak. Oleh karena itu sudah
sepantasnya penulis mengucapkan terimakasih dan penghargaan kepada :
1. Rektor Universitas Negeri Semarang.
2. Kepala Pusat PTAPB BATAN Yogyakarta beserta staf, yang telah
memberikan ijin kepada penulis untuk melakukan penelitian dan
penggunaan segala sarana yang diperlukan.
3. Dekan FMIPA Universitas Negeri Semarang.
4. Bapak Dr. Putut Marwoto, M.S selaku dosen wali dan Ketua Jurusan
Fisika FMIPA Universitas Negeri Semarang.
5. Ibu Dra. Dwi Yuianti, Msi selaku pembimbing skripsi di Jurusan Fisika
FMIPA Universitas Negeri Semarang yang dengan sabar membimbing
serta meluangkan waktu memberikan masukan untuk skripsi ini.
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
8/92
6. Bapak Sunardi, ST selaku pembimbing dari bagian Akselerator PTAPB
BATAN Yogyakarta yang telah banyak memberi arahan tentang segala
sesuatu dalam pelaksanaan dan penyusunan skripsi ini.
7. Seluruh karyawan Laboratorium Bidang Teknologi Akselerator dan Fisika
Nuklir yang telah memberi keleluasaan dan dorongan untuk
menyelesaikan skripsi ini antara lain: Pak Raji, Pak Agus, Bu Elin, dan
yang tidak bisa disebutkan satu per satu, terimakasih atas bantuannya.
8. Teman-teman fisika UNNES seangkatan 2004.
9. Orang tuaku dan kakak – kakaku yang selalu memberi dorongan serta doa
agar skripsi ini dapat terselesaikan.
10. Ustad, Windi, dan Amin teman – teman selama penelitian di BATAN.
Dengan segala kerendahan hati, penulis menyadari bahwa dalam penulisan
skripsi ini masih jauh dari sempurna karena keterbatasan pengetahuan. Oleh
karena itu segala kritik dan saran yang membangun sangat penulis harapkan.
Semoga laporan skripsi ini dapat menambah pengetahuan dan bermanfaat
bagi kita semua, Amin.
Semarang,
Penulis
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
9/92
ABSTRAK
Rosyidan, Cahaya. 2008. Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam
Hewan di Sungai Gajahwong Yogyakarta dengan Metode AANC
(Analisis Aktivasi Neutron Cepat) . Skripsi, Jurusan Fisika, Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Semarang.
Pembimbing : I. Dra. Dwi Yulianti, M.Si; II. Sunardi, S.T.
Kata kunci : Metode analisis aktivasi neutron cepat, Sampel hewan, Analisis
kualitatif dan kuantitatif, Kadar unsur.
Sungai Gajahwong merupakan salah satu sungai besar yang ada di Yogyakarta.Aliran sungai Gajahwong cukup luas yaitu meliputi daerah Sleman, Yogyakarta
bahkan sampai ke Bantul. Sungai Gajahwong sangat rentan sekali tercemar beberapazat logam berat dikarenakan daerah aliran sungai ini melewati rumah sakit, pabrik-
pabrik, hotel, limbah dosmetik bahkan pabrik pewarnaan kulit hewan yang secarakumulatif berdampak pada lingkungan. Pengawasan atau monitoring terhadapsungai Gajahwong diperlukan untuk mendukung program Prokasih ( Program KaliBersih ) yang telah ditetapkan oleh pemerintah Yogyakarta.
Permasalahan yang dibahas pada penelitian ini adalah unsur apa saja yangdapat dideteksi pada sampel hewan, berapa kadarnya dan apakah ada hubunganantar lokasi pengambilan sampel?. Tujuan penelitian ini untuk mengidentifikasiunsur-unsur yang terkandung pada sampel hewan yang hidup di bantaran sungaiGajahwong kemudian menentukan kadarnya serta menentukan hubungan antarlokasi dengan metode ANOVA. Metode analisis yang digunakan yaitu analisiskualitatif dan kuantitatif. Analisis kualitatif untuk menentukan jenis unsur dananalisis kuantitatif untuk menghitung kadarnya.
Hasil analisis kualitatif berhasil mengidentifikasi 5 unsur pada sampelhewan di sungai Gajahwong Yogyakarta. Kelima unsur tersebut adalah nitrogen(N), ferrum (Fe), magnesium (Mg), phospor (P), dan klorin (Cl). Analisiskuantitatif menunjukkan bahwa kadar N adalah 7166 - 105119 ppm, kadar Fe 58 -301 ppm, kadar Mg 180 - 1209 ppm, kadar P 5293 - 49844 ppm, kadar Cl 772 -4099 ppm. Penentuan hubungan antar lokasi secara statistik menggunakanANOVA menunjukan nilai F hitung sebesar 0,866 dengan nilai signifikansisebesar 0,532.
Penelitian ini perlu dilakukan lebih lanjut dan dilakukan secara rutin agardapat dipantau perkembangan pencemaran di sungai Gajahwong. Pengambilansampel juga diperluas untuk mendapatkan perbandingan agar diperoleh baku mutu
pencemaran.
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
10/92
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL..................................................................................... i
PERSETUJUAN PEMBIMBING................................................................. ii
PENGESAHAN KELULUSAN................................................................... iii
PERSETUJUAN ........................................................................................... iv
PERNYATAAN............................................................................................ v
MOTTO DAN PERSEMBAHAN................................................................ vi
KATA PENGANTAR .................................................................................. vii
HALAMAN ABSTRAK............................................................................... ix
DAFTAR ISI................................................................................................. x
DAFTAR GAMBAR .................................................................................... xiii
DAFTAR TABEL......................................................................................... xiv
DAFTAR LAMPIRAN................................................................................. xv
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ....................................................................................... 1
1.2 Ruang Lingkup Penelitian ...................................................................... 3
1.3 Tujuan Penelitian .................................................................................... 4
1.4 Permasalahan .......................................................................................... 4
1.5 Manfaat penelitian .................................................................................. 4
1.6 Sistematika Skripsi.................................................................................. 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pemantauan Hayati.................................................................................. 7
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
11/92
2.1.1 Sumber pencemar di lingkungan perairan...................................... 7
2.2 Biota Sebagai Indikator Pencemaran Air................................................ 8
2.3 Kandungan Unsur Nitrogen, Ferrum, Magnesium, Phospos dan Klorin
Dalam Hewan.................................................................................... 9
2.3.1 Nitrogen .......................................................................................... 9
2.3.2 Ferrum............................................................................................. 10
2.3.3 Phospor............................................................................................ 11
2.3.4 Magnesium...................................................................................... 11
2.3.5 Klorin .............................................................................................. 11
2.4 Peluruhan ................................................................................................ 12
2.5 Aktivitas .................................................................................................. 13
2.6 Neutron ................................................................................................... 14
2.6.1 Sumber neutron dari akselerator ..................................................... 15
2.6.2 Interaksi neutron dengan materi...................................................... 16
2.7 Metode Analisis Aktivasi Neutron Cepat .............................................. 20
2.8 Sistem Generator Neutron PTAPB BATAN Yogyakarta ...................... 26
2.9 Spektrometri Gamma ............................................................................. 31
2.9.1 Interaksisinar gamma dengan materi .............................................. 31
2.9.2 Perangkat spektrometri gamma....................................................... 34
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ................................................................. 41
3.2 Bahan dan Alat Penelitian ...................................................................... 41
3.2.1 Bahan Penelitian ............................................................................ 41
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
12/92
3.2.2 Alat Penelitian ................................................................................ 41
3.3 Desain Penelitian..................................................................................... 43
3.3.1 Skema penelitian ............................................................................ 43
3.3.2 Pengambilan sampel ...................................................................... 44
3.3.3 Penyediaan dan preparasi sampel ................................................... 44
3.3.4 Irradiasi dan pencacahan sampel .................................................... 44
3.3.5 Kalibrasi spektrometer gamma ...................................................... 45
3.3.6 Metode Analisis Data ..................................................................... 47
BAB IV HASIL PENELITIAN
4.1 Hasil Pencacahan .................................................................................... 53
4.2 Hasil analisis ANOVA ........................................................................... 59
4.3 Pembahasan............................................................................................. 60
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ............................................................................................ 67
5.2 Saran ....................................................................................................... 67
DAFTAR PUSTAKA 68
LAMPIRAN 70
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
13/92
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram Generator Neutron...................................................... 21
Gambar 2.2 Teknik AANC ........................................................................... 22
Gambar 2.3 Diagram waktu pada analisis aktivasi neutron.......................... 24
Gambar 2.4 Skema generator neutron Sames Tipe J-25 150 keV ............... 30
Gambar 2.5 Efek fotolistrik........................................................................... 31
Gambar 2.6 Hamburan Compton.................................................................. 32
Gambar 2.7 Pembentukan pasangan............................................................. 33
Gambar 2.8 FWHM ..................................................................................... 37
Gambar 2.9 Sumber gamma dan perangkat spektrometri gamma ....................... 39
Gambar 3.1 Skema penelitian ....................................................................... 43
Gambar 3.2 Kurva hubungan nomor salur dengan energi gamma................ 46
Gambar 4.1 Kadar Nitrogen ( N ) ................................................................. 57
Gambar 4.2 Kadar Ferrum ( Fe )................................................................... 57
Gambar 4.3 Kadar Magnesium ( Mg ).......................................................... 58
Gambar 4.4 Kadar Phospor ( P )................................................................... 58
Gambar 4.5 Kadar Chlorine ( Cl )................................................................. 59
Gambar 1. Kurva kalibrasi energi ................................................................. 70
Gambar 2. Kurva kalibrasi efisiensi.............................................................. 71
Gambar 3. Peta sungai Gajahwong Yogyakarta ........................................... 75
Gambar 4. Hasil spektrum pada layar komputer........................................... 77
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
14/92
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data aktivasi sampel hewan.......................................................... 53
Tabel 4.2 Data kualitatif unsur-unsur yang terkandung dalam sampel
hewan ............................................................................................ 55
Tabel 4.3 Data kuantitatif unsur-unsur yang terkandung dalam sampel
hewan ............................................................................................ 56
Tabel 4.4 Perhitungan kadar unsur menggunakan metode ANOVA............ 59
Tabel 4.5 Hasil perhitungan dengan metode ANOVA ................................. 60
Tabel 1. Data kalibrasi energi ....................................................................... 70
Tabel 2. Data kalibrasi efisiensi menggunakan sumber standar 152Eu.......... 71
Tabel 3. Konsentrasi unsur hewan................................................................ 76
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
15/92
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran I Kalibrasi Energi..................................................................... 70
Lampiran II Kalibrasi efisiensi.................................................................. 71
Lampiran III Penentuan fluks Neutron ...................................................... 72
Lampiran IV Perhitungan kadar unsur....................................................... 74
Lampiran V Peta sungai Gajahwong Yogyakarta..................................... 75
Lampiran VI Certified Concentrations of Constituent Elements Table ...... 76
Lampiran VII Hasil spektrum ...................................................................... 77
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
16/92
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air sungai merupakan sumber daya alam yang sangat penting bagi
kehidupan umat manusia. Air sungai banyak sekali manfaatnya, di antaranya
digunakan air minum, sebagai sumber air pertanian, industri bahkan pariwisata
yang tentunya untuk kesejahteraan umat manusia.
Sungai juga mempunyai manfaat sebagai sarana interaksi antar umat
manusia dan sering juga dijadikan sebagai tempat perdagangan oleh masyarakat
sekitar bantaran sungai. Sering kali masyarakat tidak sadar membuang sampah
maupun limbah ke dalam air sungai yang mengakibatkan sungai menjadi kotor
dan tercemar dan ditambah oleh limbah pabrik yang berada di sekitar sungai yang
dicurigai mengandung logam berat.
Sungai Gajahwong merupakan salah satu sungai besar yang ada di Yogyakarta.
Aliran sungai Gajahwong cukup luas yaitu meliputi daerah Sleman, Yogyakarta
sampai ke Bantul. Sungai Gajahwong juga masih dimanfaatkan oleh masyarakat
sekitar bantaran sungai tersebut. Sungai Gajahwong sangat rentan sekali tercemar
beberapa zat logam berat dikarenakan daerah aliran sungai ini melewati rumah sakit,
pabrik- pabrik, hotel, limbah dosmetik bahkan pabrik pewarnaan kulit hewan yang
secara kumulatif berdampak pada lingkungan. Pengawasan atau monitoring terhadap
sungai Gajahwong diperlukan untuk mendukung program Prokasih ( Program Kali
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
17/92
2
Bersih ) yang telah ditetapkan oleh pemerintah Yogyakarta. Oleh sebab itu
diperkirakan sungai Gajahwong mengandung logam berat. Sedimen, tanaman dan
biota sepanjang bantaran sungai tersebut dapat digunakan sebagai indikator
pencemaran lingkungan. Dari indikator inilah dapat diketahui kualitas air sungai.
Informasi dari kandungan logam berat ini dapat digunakan untuk evaluasi tinggi
rendahnya pecemaran sungai. Logam – logam berat bisa mengakibatkan keracunan
pada makhluk hidup, jika standar dosisnya melebihi batas yang ditetapkan.
Pembuangan limbah yang di dalamnya terkandung logam – logam berat ke
lingkungan pada akhirnya sampai pada manusia melalui rantai makanan.
Metode AANC telah banyak digunakan secara luas di bidang geologi,
kedokteran, pertanian, metarlugi, lingkungan dan industri. Metode ini memiliki
beberapa keunggulan mampu menganalisa unsur ringan dan medium. Keunggulan
lain adalah merupakan tekhnik analisis multi unsur, cepat, akurat, dan tidak
merusak Salah satu metode untuk menganalisis adanya kandungan logam berat
yang terkandung dalam hewan sungai sepanjang bantaran sungai Gajahwong
adalah menggunakan metode Analisis Aktivasi Neutron Cepat (AANC). Metode
ini merupakan metode analisis unsur dalam suatu sampel dengan diiradiasi
neutron cepat menggunakan akselerator generator neutron. Radiasi neutron
mengakibatkan inti-inti atom dalam sampel akan menangkap neutron sehingga
menjadi radioaktif. Radioisotop yang dihasilkan tergantung pada jenis dan energi
penumbuk (neutron cepat), jenis unsur yang terkandung dalam sampel serta jenis
reaksi inti yang terjadi. Sampel dikeluarkan dari ruang iradiasi generator neutron
setelah paparan radiasi dianggap cukup. Karakteristik tenaga gamma yang
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
18/92
3
dipancarkan dari berbagai radioisotop dalam sampel dapat dianalisis
menggunakan alat spektrometri gamma, analisis dilakukan secara kualitatif dan
kuantitatif. Analisis kualitatif adalah untuk mengetahui jenis unsur yang
terkandung dalam sampel, sedangkan analisis kuantitatif untuk menentukan kadar
atau konsentrasi unsur yang terkandung dalam sampel.
Dari latar belakang tersebut maka penelitian dengan “ Identifikasi Kadar
Unsur yang Terkandung dalam Hewan di Sungai Gajahwong Yogyakarta
dengan Metode AANC (Analisis Aktivasi Neutron Cepat) “ perlu dilakukan.
1.2 Ruang Lingkup Penelitian
Masalah yang dikaji dalam penelitian ini adalah unsur logam apa saja yang
terkandung dalam cuplikan hewan sungai Gajahwong yang diambil di tujuh titik,
yaitu : jembatan Ringroad utara, jembatan Afandi ( sebelah UIN Sunan Kalijaga ),
dekat SGM, jembatan Rejowinangun, jembatan Winong, pertigaan jl. Pramuka,
jembatan Ringroad selatan dan kadar unsur yang terkandung dalam logam
tersebut.
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
19/92
4
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mengidentifikasi unsur – unsur yang terkandung dalam hewan sungai
Gajahwong Yogyakarta.
2. Mengetahui kadar unsur yang terkandung dalam hewan sungai Gajahwong
dengan metode AANC.
3. Mengetahui ada tidaknya hubungan logam berat di hulu dan hilir sungai
Gajahwong dengan metode ANOVA.
1.4 Permasalahan
Permasalahan dalam penelitian ini adalah :
1. Unsur – unsur apa saja yang dapat dideteksi pada sampel hewan dalam
aliran sungai Gajahwong?
2. Berapakah kadar unsur pada sampel hewan aliran sungai Gajahwong
dengan menggunakan Metode Analisis Neutron Cepat?
3. Apakah ada hubungan logam berat di hulu dan hilir sungai Gajahwong
dengan metode ANOVA?
1.5 Manfaat Penelitian
Dengan penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi kepada
masyarakat Yogyakarta secara khusus mengenai kandungan unsur yang
terkandung dalam aliran sungai Gajahwong dan diharapkan masyarakat semakin
sadar untuk menjaga lingkungan di sekitar sungai.
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
20/92
5
1.6 Sistematika Skripsi
Sistematika dalam penelitian ini disusun dengan tujuan agar pokok-pokok
masalah yang dibahas dapat secara urut dan terarah serta jelas. Sistematika skripsi
terdiri dari tiga bagian yaitu : bagian awal, bagian isi dan bagian akhir.
1. Bagian awal skripsi
Bagian ini berisi halaman judul, halaman persetujuan pembimbing,
halaman pengesahan, pernyataan, motto dan persembahan, kata pengantar,
abstrak, daftar isi, daftar gambar, daftar tabel, dan daftar lampiran.
2. Bagian isi skripsi
Bagian isi skripsi di bagi menjadi 5 (lima) bab yaitu :
1. Bab I. Pendahuluan
Bab ini memuat alasan pemilihan judul yang melatarbelakangi
masalah, perumusan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian,
pembatasan masalah, dan sistematika skripsi.
2. Bab II. Kajian Pustaka
Bagian ini terdiri dari kajian pustaka yang membahas teori yang
melandasi permasalahan skripsi serta penjelasan yang merupakan
landasan teoritis yang diterapkan dalam skripsi dan pokok-pokok
bahasan yang terkait dalam pelaksanaan penelitian.
3. Bab III. Metode Penelitian
Bab ini menguraikan metode penelitian yang digunakan dalam
penyusunan skripsi. Metode penelitian ini meliputi : penentuan
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
21/92
6
objek penelitian, variabel penelitian, alat dan bahan, prosedur
penelitian, waktu dan tempat penelitian, dan metode analisis data.
4. Bab IV. Hasil Penelitian dan Pembahasan
Bab ini berisi tentang pelaksanaan penelitian, semua hasil
penelitian yang dilakukan, dan pembahasan terhadap hasil
penelitian.
5. Bab V. Penutup
Bab ini berisi tentang kesimpulan hasil penelitian dan saran-saran
sebagai implikasi dari hasil penelitian.
3. Bagian akhir skripsi
Bab ini berisi daftar pustaka dan lampiran-lampiran yang melengkapi
uraian pada bagian isi skripsi.
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
22/92
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pemantauan Hayati
Pemantauan hayati biasanya didasarkan pada ada tidaknya pengelompokan
indikator atau pada kompleksitas yang dinyatakan sebagai indeks – indeks
struktur komunitas. Sebenarnya pemantauan hayati (biota dan struktur komunitas)
tidak langsung mengukur dampak hayati suatu pencemar, karena perubahan yang
teramati mungkin saja berasal dari sebab lain baik antropogenik maupun alamiah.
Namun demikian, data runtun waktu pemantaun hayati terhadap komunitas yang
sama mungkin memperlihatkan modifikasi bahwa komponen hayati, dan
kemudian komponen fisika, telah mengalami tekanan. Maka pemantaun hayati
berguna sebagai penanda kualitas lingkungan. Tekanan lain juga berasal dari
perubahan kualitas kimia lingkungan. Oleh karena itu kombinasi pemantauan
kimia dan hayati harus setara, karena keduanya tidak dapat saling menggantikan
fungsi masing – masing.
2.1.1 Sumber pencemar di lingkungan perairan
Sumber utama pencemaran lingkungan perairan antara lain dari kegiatan
trasnportasi ( udara, darat, air ), aliran dari sungai ( pertanian, peternakan,
kegiatan domestik kota, pembukaan hutan/lahan, limbah industri, pembangkit
listrik, medis laboratoris, sarana prasarana militer, dan lain - lain ). Dampaknya
terhadap lingkungan perairan dapat dibedakan menjadi:
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
23/92
8
1. Masuknya sedimen, kalor panas, limbah kaya hara, berbagai toksikan
termasuk radionuklida yang akhirnya mencapai laut.
2. Perubahan struktur dasar perairan karena berubahnya paras pantai/tepi
sungai – danau ( gelombang, arus, erosi, abrasi, akresi dan transgresi ).
3. Perubahan sruktur komunitas hayati di badan air tersebut.
2.2 Biota Sebagai Indikator Pencemaran Air
Biota baik flora maupun fauna sangat baik digunakan sebagai indikator
pencemaran air karena biota tersebut hidup dalam jangka waktu lama di tempat
tersebut. Spesies yang tahan hidup pada lingkungan yang terpopulasi akan
menderita stress fisiologis yang dapat digunakan sebagai indikator biologis.
Indikator biologis merupakan petunjuk yang mudah untuk memantau
terjadinya pencemaran. Adanya pencemaran lingkungan keanekaragaman spesies
akan menurun ( Afiati, 1:2007 ).
Air sungai sering tercemar oleh berbagai komponen anorganik, di antaranya
berbagai jenis logam berat yang berbahaya, yang beberapa di antaranya banyak
digunakan dalam berbagai keperluan sehingga diproduksi secara kontinyu dalam
skala industri. Logam berat yang berbahaya dan sering mencemari lingkungan,
terutama adalah merkuri ( Hg ), timbal ( Pb ), arsenik ( As), kadmium ( Cd ), kromium
(Cr ), dan nikel ( Ni). Logam-logam tersebut diketahui dapat mengumpul di dalam
tubuh suatu organisme dan tetap tinggal di dalam tubuh dalam jangka waktu yang
lama sebagai racun yang terakumulasi.
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
24/92
9
Hewan yang hidup di sungai di curigai juga mengandung logam berat karena
hidup dan makan makanan yang berasal dari sungai tersebut. Bila dikonsumsi
oleh manusia secara kontinyu akan mengendap didalam tubuh yang bisa menjadi
racun. Unsur - unsur yang biasa dijumpai dalam tubuh hewan yang hidup di
sungai adalah klorin (Cl), phosphorus (P), ferrum (Fe), nitrogen (N) dan
magnesium (Mg).
2.3 Kandungan Unsur Nitrogen, Ferrum, Phospor, Magnesium dan Klorin
Dalam Hewan
2.3.1 Nitrogen
Nitrogen atau zat lemas merupakan sebuah unsur kimia dalam tabel periodik
yang memiliki lambang N dan nomor atom 7. Biasanya ditemukan sebagai gas
tanpa warna, tanpa bau dan merupakan gas diatomik bukan logam yang stabil,
sangat sulit bereaksi dengan unsur lain maupun senyawa lain. Dinamakan zat
lemas karena zat ini berisifat malas, tidak aktif dengan unsur lain. Nitrogen adalah
78,08% dari atmosfir bumi dan banyak terdapat di jaringan hidup. Zat lemas
membentuk senyawa penting seperti asam amino, asam nitrat, amoniak, dan
sianida.
1.Amonia
Hidrida utama nitrogen adalah amonia (NH 3) walaupun hidrazina N 2H4 juga
banyak ditemukan. Amonia bersifat basa dan larut sebagian dalam air membentuk
ion ammonia (NH +4). Amonia cair sebenarnya bersifat amfiprotik dan membentuk
ammonium dan amida (NH 2-) keduanya dikenal sebagai garam amida dan nitrida
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
25/92
10
(N 3-), tetapi terurai dalam air. Gugus bebas amonia dengan atom hidrogen tunggal
atau ganda dinamakn amina. Rantai, cincin, atau struktur hidrida nitrogen yang
lebih besar juga diketahui tapi tak stabil.
2.Peranan asam amino dan asam nukleat
Nitrogen merupakan unsur kunci dalam amino dan asam nukleat, dan ini
manjadikan nitrogen penting bagi semua kehidupan. Protein disusun dari asam –
asam amino, sementara asam nukleat menjadi salah satu pembentuk DNA dan
RNA.
3. Bahaya limbah baja nitrat
Limbah baja nitrat penyebab utama pencemaran air sungai dan air bawah
tanah. Senyawa yang mengandung siano (-CN) menghasilkan garam yang sangat
beracun dan bisa membawa kematian pada hewan dan manusia (Wikipedia, 2008)
2.3.2 Ferrum
Besi merupakan mineral mikro yang paling banyak terdapat di dalam tubuh
manusia dan hewan, yaitu sebanyak 3-5 gram di dalam tubuh manusia dewasa.
Besi mempunyai beberapa fungsi esensial di dalam tubuh: sebagai alat angkut
oksigen dari paru – paru ke jaringan tubuh, sebagai alat angkut elektron di dalam
sel, dan sebagai bagian terpadu berbagai reaksi enzim di dalam jaringan tubuh.
Kekurangan besi sejak tiga puluh tahun terkhir diakui berpengaruh terhadap
produktivitas kerja, penampilan kognitif, dan sistem kekebalan (Sunita, 2003
:247).
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
26/92
11
2.3.3 Phospor
Phospor merupakan mineral kedua terbanyak di dalam tubuh, yaitu 1% dari
berat badan. Phospor merupakan bagian dari asam nukleat DNA dan RNA yang
terdapat dalam tiap inti sel dan sitoplasma tiap sel hidup. Sebagai fosfat organik,
phospor memegang peranan penting dalam reaksi yang berkaitan dengan
penyimpangan atau pelepasan energi dalam bentuk Adenin Trifosfat (Sunita, 2003
:243).
2.4.4 Magnesium
Zat magnesium merupakan unsur esensial bagi tubuh dan tubuh kita
mengandung unsur ini sebanyak 25 gram. Pada binatang percobaan fungsi Mg
telah banyak dipelajari dan diketahui banyak jenis enzim memerlukan unsur ini
untuk melakukan fungsinya (Achmad, 1987 :176).
Magnesium berfungsi sebagai katalisator dalam reaksi – reaksi biologik
termasuk reaksi – reaksi yang berkaitan dengan metabolisme energi, degradasi,
dan stabilitas bahan gen DNA. Sebagian besar reaksi ini terjadi dalam
mitokondria sel (Sunita, 2003 :247).
2.5.5 Klorin
Klorin adalah zat kimia yang lazim digunakan dalam industri kertas.
Fungsinya, disinfektan kertas, sehingga kertas bebas dari bakteri pembusuk dan
tahan lama. Unsur ini membuat kertas tampak lebih bersih. Karena bersifat
disinfektan, klorin dalam jumlah besar tentu berbahaya hal ini tak jauh beda
dengan racun serangga. Banyak penelitian mencurigai adanya asupan klorin
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
27/92
12
dalam tubuh dengan kemandulan pada pria, bayi lahir cacat, mental terbelakang
dan kanker (Rad, 2007).
2.4 Peluruhan
Radioaktivitas adalah gejala perubahan keadaan inti atom secara spontan
yang disertai radiasi berupa zarah dan atau gelombang elektromagnetik.
Perubahan dalam inti atom tentu membawa perubahan dari satu nuklida menjadi
nuklida yang lain atau dari satu unsur menjadi unsur yang lain. Peristiwa
perubahan inti menjadi inti atom yang lain ini disebut disintegrasi inti atau
peluruhan radioaktif (Susetyo, 1988:19).
Gejala radioaktivitas semata-mata ditentukan oleh inti atom yang
bersangkutan dan tidak pernah terpengaruh oleh kondisi di luar inti atom seperti
tekanan, bentuk senyawa kimia dan sebagainya.
Laju reaksi peluruhan atau perubahan cacah inti atom induk per satuan
waktu sebanding dengan cacah inti atom induk yang ada pada saat itu.
Apabila cacah atom induk pada saat t adalah N t maka dapat ditulis:
t t N
dt dN
λ −= (2.1)
Dengan λ adalah tetapan radioaktif dan biasanya dinyatakan dalam dimensi
T-1 (per satuan waktu).
Apabila persamaan (2.1) diintegralkan terhadap waktu (t) maka akan
didapatkan :
t t e N N
λ −=0 (2.2)
N 0 adalah cacah inti induk pada saat t = 0
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
28/92
13
Laju perubahan suatu radionuklida biasanya dinyakan secara karakteristik
dengan suatu tetapan yang disebut waktu paro dan biasa diberi lambang t ½ atau T.
Waktu paro suatu radionuklida adalah waktu yang diperlukan agar cacah atom
radionuklida tersebut menjadi setengah cacah semula :
λ λ 693,02ln ==T (2.3)
2.5 Aktivitas
Aktivitas suatu radionuklida pada saat t adalah cacah disintegrasi per satuan
waktu yang terjadi pada saat t tersebut. Aktivitas pada saat t biasanya
dilambangkan dengan At yang merupakan laju peluruhan radioaktif dN/dt .
Sehingga persamaan (2.1) dapat ditulis sebagai :
t t N A λ −= (2.4)
Dengan cara yang sama untuk menurunkan persamaan (2.2) bisa diperoleh :
t t e A A
λ −=0 (2.5)
Dimana A0 adalah aktivitas pada saat t=0,dan jika nilai λ disubstitusikan
dengan persamaan (2.3) maka :
T t t e A A
693,00
−= (2.6)
Secara internasional telah disepakati suatu satuan aktivitas yang disebut
Becquerel ( Bq). Selain satuan Bq , masih pula digunakan satuan lama yang disebut
satuan Curie (Ci ). Konversinya yaitu 1 Ci = 3,7 x 10 10 Bq dan 1 Bq =1
disintegrasi per sekon ( dps ).
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
29/92
14
Gejala radioaktivitas pada dasarnya menunjukkan ketidakstabilan inti atom.
Salah satu sifat unik dari beberapa inti atom adalah kemampuannya untuk
bertransformasi sendiri secara spontan dari suatu inti dengan nilai Z (nomor atom)
dan A (nomor massa) tertentu ke inti lainnya. Inti-inti ringan cenderung memiliki
proton dan neutron yang sama untuk menjaga kestabilannya. Inti-inti berat
cenderung memiliki neutron lebih banyak daripada proton.
Kestabilan inti ditentukan oleh jumlah proton dan neutronnya. Inti dikatakan
stabil jika A/Z berkisar antara 1 hingga 1,5. Inti-inti yang tidak stabil mempunyai
kelebihan proton dan neutron, dan berusaha untuk menuju ke keadaan stabil
dengan memancarkan tenaga radiasi (Susetyo, 1988:23).
2.6 Neutron
Dalam tahun 1932 James Chadwick, rekan Rutherford mengusulkan
hipotesis alternatif untuk radiasi misterius yang dipancarkan oleh berilium jika
ditembaki partikel alfa, yang sebelumnya dilakukan penelitian oleh fisikawan
Jerman W. Bothe dan H. Becker pada tahun 1930 serta Irene Curie dan F. Joliot.
Ia menganggap radiasi itu terdiri dari partikel netral yang massanya hampir sama
dengan proton. Kenetralan partikel inilah yang menyebabkan namanya menjadi
neutron dan memberi kemampuan untuk menembus bahan-bahan dengan mudah.
( Arthur, 1990 : 410 )
Segera setelah penemuanya, neutron dikenali orang sebagai penyusun
yang diperlukan dari inti atomik. Massanya m n = 1,0086654 u = 1,6748 x 10 -27 kg
yang sedikit lebih dari massa proton, kenetralan listriknya dan spin2
1semuanya
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
30/92
15
cocok dengan sifat inti yang teramati jika kita anggap inti terdiri dari neutron dan
proton saja. ( Arthur, 1990 : 412 )
2.6.1 Sumber neutron dari akselerator
Suatu alat yang dapat menghasilkan neutron cepat dengan fluks cukup
tinggi dan berenergi relatif tunggal adalah akselerator. Akselerator tegangan
rendah disebut generator neutron dan menggunakan reaksi inti (d,n)
yang menghasilkan neutron dengan energi 2 MeV – 3 MeV atau (d,n)
yang menghasilkan neutron dengan energi 13,4 MeV – 14,7 MeV (Darsono, 1998
: 5).
H 21 He32
H 31 He42
Pada reaksi (d,n) dan (d,n) , nilai tenaga ambang
adalah nol, sehingga untuk menghasilkan neutron dapat digunakan akselerator
tenaga rendah. Reaksi tersebut akan menghasilkan neutron cepat dengan tenaga
relatif tunggal. Persamaan reaksinya dapat ditulis (Nargolwalla, 1973:16):
H 21 He32 H
31 He
42
H 21 + + + 17,586 MeV (2.7) H 31 He
42 n
10
H 21 + + + 3,266 MeV (2.8) H 21 He
32 n
10
dalam hal ini reaksi (2.4) disebut reaksi D-T, (deutrium – tritium). Sedangkan
reaksi (2.5) disebut reaksi D-D, (deutrium – deutrium). Generator neutron yang
digunakan di PTAPB Yogyakarta menggunakan reaksi (d,n) karena
reaksi ini lebih menguntungkan, yaitu pada energi deutron sampai beberapa ratus
keV, energi neutronnya lebih besar daripada reaksi (d,n) , yaitu sebesar
14 MeV yang kemudian dimanfaatkan untuk iradiasi bahan atau cuplikan.
H 31 He42
H 21 He32
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
31/92
16
2.6.2 Interaksi neutron dengan materi
Interaksi neutron dengan materi adalah salah satu dari sekian banyak
interaksi antara inti atom dengan nukleon. Karena neutron tidak bermuatan listrik
(netral), maka interaksi neutron dengan materi tidak melalui interaksi Coulomb
seperti dialami oleh partikel lain yang bermuatan (misalnya proton, elektron).
Interaksi neutron dengan elektron di dalam materi dapat diabaikan, dengan
demikian neutron dapat mendekati bahkan masuk ke dalam daerah inti atom.
Neutron yang dapat masuk ke dalam daerah inti dan ternyata dapat keluar
lagi, interaksi yang terjadi hanya berupa hamburan ( scattering ). Hamburan ini
dapat berupa hamburan elastis, apabila keadaan inti tetap seperti semula
(unexcited ). Sedang apabila keadaan inti berubah menjadi tereksitasi ( excited ),
maka hamburan berupa hamburan tak elastis.
Jenis interaksi yang dapat terjadi antara neutron dengan inti atom materi
banyak ditentukan oleh energi neutron yang datang. Berdasarkan energi yang
dimilikinya, neutron dapat digolongkan menjadi 4 kelompok yaitu: (1) neutron
thermal yang energinya 0,025 eV; (2) neutron lambat yang energinya 1 keV; (3)
neutron epithermal yang energinya 1 eV; (4) neutron cepat yang energinya lebih
dari 100 keV (Darsono, 1998 : 7).
Proses yang terjadi akibat adanya perbedaan energi ini mengakibatkan
timbulnya berbagai bentuk interaksi antara neutron dengan materi. Di antaranya
adalah peristiwa hamburan, yaitu neutron hanya dibelokkan arahnya saja.
Peristiwa kedua yang tergolong reaksi hamburan adalah neutron memasuki inti
atomnya, tetapi sebelum terjadi peristiwa yang lain neutron tadi telah terlepas dari
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
32/92
17
inti atom. Peristiwa yang ke tiga adalah neutron benar-benar masuk ke dalam inti,
sehingga terjadi inti majemuk. Inti majemuk ini dalam keadaan tereksitasi akan
memancarkan partikel-partikel radioaktif.
Darsono menyatakan bahwa neutron-neutron diklasifikasi sesuai dengan
energi yang dimilikinya, karena tipe reaksi ayang dialami oleh neutron sangat
tergantung pada energinya. Bentuk-bentuk kemungkinan interaksi neutron dengan
materi adalah:
1. Hamburan neutron
Zarah Proyektil neutron memasuki inti tetapi belum terjadi peristiwa yang
lain. Neutron dilepas lagi dari inti sasaran, maka reaksi semacam ini disebut reaksi
hamburan. Reaksi hamburan dapat digolongkan menjadi hamburan elastis (n,n)
dan hamburan tak elastis (n,n’).
Pada peristiwa hamburan elastis (n,n) ini jumlah energi gerak sebelum dan
sesudah tumbukan tidak berubah, tetapi hanya akan terjadi perubahan arah
momentumnya saja. Energi kinetik neutron awal diserahkan sebagian atau
seluruhnya kepada inti atom materi. Pemindahan energi ini tidak menyebabkan
inti menjadi tereksitasi. Jadi inti tetap pada kedudukan semula dan bergerak
dengan energi kinetik sebesar yang diterima. Pemindahan energi neutron untuk
hamburan elastis akan efektif jika massa inti atom materi hampir sama dengan
massa neutron, contoh reaksinya adalah :
U 23592 + + (2.9) n10 U
23692 U
23592 n
10
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
33/92
18
Pada peristiwa hamburan tak elastis (n,n’) terjadi hal yang berbeda, jumlah
energi dari sistem tumbukan tidak berubah, tetapi jumlah enegi kinetik sesudah
terjadinya peristiwa tumbukan lebih kecil dari jumlah energi kinetik sebelum
peristiwa tumbukan. Sehingga energi kinetik ini dapat dipakai untuk merangsang
inti atom yang ditumbuk ke tingkat energi yang lebih tinggi.
Pada tingkat energi yang lebih tinggi ini, inti atom dalam keadaan tidak
stabil (tereksitasi) dan akan kembali ke tingkat dasar dengan memancarkan tenaga
radiasi. Contoh reaksinya adalah:
Al2713 + + + (2.10) n10 Al
2813 Al
2613 n
10 n
10
2. Serapan neutron
Apabila neutron dengan tenaga tertentu memasuki daerah inti sasaran dan
berinteraksi secara langsung dengan inti tersebut, maka tenaga neutron yang
dimiliki akan terdistribusi. Tenaga ini akan trdistribusi ke seluruh permukaan
nukleon, sehingga akan terbentuk inti majemuk yang tereksitasi. Apabila tenaga
yang diterima oleh nukleon ini melebihi tenaga eksitasinya, maka nukleon dalam
inti akan dipancarkan keluar dengan menggunakan tenaga sisa eksitasi yang
dimilikinya. Peristiwa yang terjadi setelah serapan neutron antara lain : (1)
tangkapan radiatif neutron (n, γ ); (2) reaksi pembentukan proton; (3) reaksi
pembentukan neutron; serta (4) reaksi pembelahan.
Peristiwa tangkapan radiatif neutron (n, γ ) ini terjadi hampir untuk semua
reaksi, bila neutron benar-benar masuk ke dalam inti atom. Inti yang baru
terbentuk biasanya tidak stabil dan akan mengalami proses peluruhan radioaktif.
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
34/92
19
Kebolehjadian terbesar reaksi ini untuk neutron thermal. Inti majemuk
akan bertransisi ke keadaan tingkat tenaga yang lebih stabil dengan memancarkan
tenaga γ . Contoh reaksi ini adalah Al(n, γ ).
Pada peristiwa reaksi pembentukan proton ini secara umum dituliskan
dalam bentuk (Darsono, 1998, hal:10):
(A,Z) + (A,Z-1) + p1n10 1 + + Q (2.11)γ 00
dengan contoh reaksinya yaitu :
U 23593 + + + + Q (2.12)n10 U
23592 p
11 γ
00
Reaksi pembentukan partikel alpha (Darsono, 1998 :10):
(A,Z) + (A-3,Z-2) + α 42 + + Q (2.13)n10 γ
00
dengan contoh reaksinya yaitu :
Th228
90 + + + + Q (2.14)n10 Ra
22588 α
42 γ
00
Hampir semua reaksi (n, α ) dapat digolongkan ke dalam reaksi
pembentukan proton karena harga Q > 0.
Pada reaksi pembentukan neutron dari jenis reaksi serapan neutron
diperlukan tenaga neutron yang tinggi (En > 10 MeV), sehingga untuk terjadinya
reaksi pembentukan neutron diperlukan tenaga neutron minimum sama dengan
tenaga ikat neutron dalam inti, agar neutron dalam inti dapat terlepas. Reaksi (n,n)
secara umum dituliskan (Darsono, 1998 :10):
(A,Z) + (A,Z-1) +2 + γ 0n10 n10 0 + Q (2.15)
dengan contoh reaksinya yaitu :
U 23592 + + 2 + + Q (2.16)n10 U
23492 n
10 γ
00
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
35/92
20
Reaksi pembelahan, yaitu reaksi yang timbul akibat penyinaran neutron
pada inti-inti berat, akibat penyinaran tersebut akan terjadi reaksi pembelahan inti
menjadi dua inti sebagai belahan-belahan yang biasanya tidak stabil dan akan
mengalami proses peluruhan radioaktif. Atom yang dapat berfisi dengan neutron
antara lain , , danU 23592 U 23392 U
23892
239Pu.
Reaksi ini secara umum dapat dituliskan (Darsono, 1998:10):
(A,Z) + (An1
0 1,Z1) + (A 2,Z2) + b + + Q (2.17)n1
0 γ 0
0
dengan b adalah jumlah neutron baru yang dihasilkan.
Contoh reaksinya adalah :
nU 1023592
+ (2.18)Qn XeSr ++++ γ 0010
14054
9438 2
dengan Q merupakan energi reaksi.
2.7 Metode Analisis Aktivasi Neutron Cepat
Akselator generator neutron adalah suatu alat yang dapat memproduksi
neutron cepat melalui reaksi fusi deutron (D) dengan tritium (T) atau reaksi
. Energi neutron yang dibangkitkan dari akselerator generator
neutron berenergi tunggal dengan E =14,5 MeV. Diagram generator neutron secara
lengkap ditunjukan pada Gambar 2.1.
Hend H 43 ),(
n
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
36/92
21
D 1 2 3 4
n n
Gambar 2.1. Diagram Generator Neutron
Keterangan :
1 = Sumber Ion
2 = Tabung Akselerator
3 = Lensa Kuadrupol
4 = Target tritium
D = Deutrium
Gas deutrium dialirkan ke sumber ion untuk diionisasi dengan medan RF,
ion-ion yang dibangkitkan didorong keluar dengan tenaga pendorong dan
tegangan ekstraktor keluar menuju tabung akselerator untuk dipercepat dengan
tegangan tinggi pemercepat 110 KeV. Dalam perjalanannya berkas ion cenderung
menyebar yang akibatnya akan terjadi kehilangan berkas ( beam loss ), ini tidak
diinginkan maka berkas ion tersebut difokuskan dengan lensa kuadrupol listrik,
yang kemudian menumbukkan berkas ion deuteron kepada suatu target tritium.
Sehingga terjadi interaksi antara D dan T yang menghasilkan neutron cepat
melalui reaksi atau . Neutron yang dihasilkan
dari reaksi tersebut dimanfaatkan untuk iradiasi bahan atau cuplikan.
Hend T 4),( n He H H +→+ 423
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
37/92
22
1. Prinsip Dasar AANC
Teknik AANC didasarkan pada reaksi neutron cepat dengan inti, cuplikan
yang akan dianalisis, diiradiasi dengan neutron cepat 14 MeV menggunakan
generator neutron. Inti atom unsur yang berada dalam cuplikan akan menangkap
neutron dan berubah menjadi radioaktif dengan memancarkan sinar γ . Sinar γ
yang dipancarkan umumnya memiliki energi yang karakteristik untuk setiap
unsur/radionuklida, sehingga dapat diidentifikasi dengan menggunakan teknik
spektrometri gamma.
γ Detektor Spektrometrigamma
β
α
Gambar 2.2. Teknik AANC
= Cuplikan atau sampel
= Radionuklida
Akibat iradiasi neutron pada cuplikan, sebagian unsur dalam cuplikan
menjadi radioaktif, tetapi pada saat yang sama radionuklida yang terbentuk
tersebut meluruh, maka laju bersih pembentukan radionuklida merupakan selisih
antara laju cacah produksi total dengan laju peluruhannya. Secara matematis dapat
dituliskan sebagai berikut :
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
38/92
23
nT peluruhan produksi
N dt dn
dt dn
dt dn
λ φσ −=⎟ ⎠ ⎞
⎜⎝ ⎛ −⎟
⎠ ⎞
⎜⎝ ⎛ = (2.19)
dengan :
n = jumlah inti radioaktif yang terbentuk
σ = tampang lintang aktivasi (cm ) 2
λ = tetapan peluruhan rdionuklida yang terbentuk
φ = fluks neutron (neutron per cm detik)2
T N = jumlah nuklida sasaran
Persamaan di atas merupakan persamaan diferensial orde 1. Untuk waktu
iradiasi dan sebelum iradiasi inti cuplikan stabil (n = 0 pada saat t = 0), maka
penyelesain persamaan (2.1) adalah sebagai berikut :
ir t
( ir t T e N n λ λ
σ φ −−= 1 ) (2.20)
sehingga aktivasinya ialah
( )ir t T ir e N n A λ σ φ λ −−== 1 (2.21)
Harga dalam persamaan di atas adalah aktivasi pada saat berakhirnya
iradiasi, tetapi dalam kenyataan untuk melakukan pencacahan tepat pada saat
berakhirnya iradiasi tidak mungkin. Untuk melakukan pencacahan cuplikan harus
dipindahkan dari ruang iradiasi ke ruang pencacahan. Waktu pemindahan ini
dikenal dengan waktu transit dan harus diketahui secara cermat, khususnya
ir A
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
39/92
24
analisis unsur dengan waktu paro pendek, sedang unsur dengan waktu paro
panjang kadang diberi waktu tunda sebelum dilakukan pencacahan. Waktu tunda
ini lazim disebut sebagai waktu pendinginan ( cooling time ). Berikut ini
merupakan diagram waktu analisis aktivasi neutron :
Waktu iradiasi (t ir ) Waktu pencacahan
Waktu transit Waktuendin inan
Waktu tunda (t d )
Gambar 2.3. Diagram waktu pada analisis aktivasi neutron
Aktivasi radionuklida pada saat setelah berakhirnya iradiasi adalah :d t
( ) d ir d t t T t ir d ee N e A A λ λ λ σ φ −−− −== 1 (2.22)
Jumlah cacah kejadian peluruhan selama waktu untuk pencacahan
isotop ialah :)( ct
∫=
−=ct
t
t d dt e Ak C
0
λ
( ) ( )cd a t t t eee N k C λ λ λ λ
σ φ −−− −−= 11 (2.23)
air t t =
dengan Y k ε = dimana ε = efiensi pencacahan
Y = prosentasi peluruhan gamma ( gamma yield )
Jumlah nuklida sasaran dapat dihitung dengan kesetaraan nol :
a BA
N m N AT = (2.24)
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
40/92
25
dengan : = massa cuplikanm
= bilangan avogadro A N
BA = berat atom unsur cuplikan
= kelimpahan relatif radionuklidaa
Dengan demikian persamaan (2.23) menjadi :
( ) ( cd a t t t A eeeY a BA
N mC λ λ λ
λ ε σ φ −−− −−= 11 ) (2.25)
dengan : φ = fluks nutron dari generator neutron
σ = tampang lintang aktivasi
λ = tetapan peluruhan
ε = efisiensi deteksi
at = waktu iradiasi
d t = waktu tunda
ct = waktu cacah
Persamaan (2.25) tersebut dapat dipandang sebagai dasar dan persamaan
akhir analisis aktivasi.
2. Analisis kualitatif
Analisis kualitatif adalah untuk mengetahui unsur-unsur yang terkandung
dalam cuplikan dari jenis reaksi inti yang terjadi. Hal ini dapat dilakukan karena
untuk setiap isotop hasil reaksi inti akan memancarkan radisai gamma
karakteristik yang berbeda-beda.
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
41/92
26
3. Analisis kuantitatif
Untuk menghitung kadar cuplikan digunakan metode absolut atau metode
komparasi atau metode relatif. Metode absolut menggunakan persamaan (2.25),
sedangkan untuk metode relatif diperlukan standar yang mengandung unsur yang
akan ditentukan, yang jumlahnya diketahui pasti. Cuplikan standar tersebut
dipersiapkan tepat seperti cuplikan yang diselidiki dan diiradiasi bersama-sama,
sehingga mengalami paparan neutron yang sama besarnya. Dengan
membandingkan laju cacah cuplikan dengan cuplikan standar, maka akan dapat
dihitung kadar unsur dalam cuplikan. Untuk menghitung kadar cuplikan yang
diselidiki dapat dihitung dengan rumus :
( )( ) dar sdar s
cuplikan W cps
cpsW tan
tan
= (2.26)
Dengan : W = kadar unsur yang diselidiki
= kadar unsur standardar saW tan
2.8 Sistem Generator Neutron PTAPB BATAN Yogyakarta
Proses iradiasi cuplikan dilakukan dengan menggunakan seperangkat alat
generator neutron. Generator neutron adalah perangkat akselerator yang berfungsisebagai penghasil neutron cepat. Neutron cepat 14,5 MeV pada generator neutron
dihasilkan melalui reaksi antara deutron dengan tritium atau lebih dikenal dengan
reaksi D-T. Menurut Djoko (1994 : 14), Pada prinsipnya generator neutron terdiri
dari bagian-bagian pokok yaitu :
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
42/92
27
1. Sumber ion
Sumber ion adalah bagian yang menghasilkan ion-ion deutron dari gas
deuterium yang ada didalam sumber ion. Sumber ion yang dipakai adalah tipe RF
( Radio Frequency ) yang bekerja dengan menghasilkan ion-ion. Gas deuterium
didalam sumber ion di ionisasi sehingga menjadi ion-ion positif dan negatif oleh
osilator. Ion-ion positif (deutron) selanjutnya dikeluarkan dari tabung sumber ion
menggunakan probe anode yang berfungsi sebagai ekstraktor. Ion-ion yang telah
keluar dari tabung ionisasi perlu difokuskan dengan lensa pemfokus untuk
mendapatkan berkas ion yang sejajar, mengingat sifat ion yang sejenis akan saling
tolak-menolak sehingga jika tidak difokuskan maka berkas ion akan menyebar.
Untuk memperbesar efisiensi ionisasi gas deuterium di dalam tabung ionisasi,
sumber ion dilengkapi dengan kumparan magnet yang menghasilkan medan
magnet aksial sehingga lintasan ion-ion positif berbentuk spiral.
2.Sumber tegangan tinggi Cockcroft-Walton
Sumber tegangan tinggi ini berfungsi untuk menghasilkan tegangan tinggi
(DC). Untuk itu digunakan transformator bertegangan tinggi 30 kV serta diode
dan kapasitor untuk menghasilkan penguatan bertingkat sampai tegangan tinggi
yang diinginkan tercapai. Generator tegangan tinggi Cockcroft-Walton memberi
tegangan keluaran 150 kV dengan arus diatas 2 mA.
3. Tabung pemercepat
Tabung Pemercepat merupakan bagian yang berfungsi untuk mempercepat
ion-ion deutron yang keluar dari sumber ion hingga mencapai tenaga diatas 100
keV. Tabung pemercepat terdiri dari beberapa elektrode yang diberi tegangan
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
43/92
28
tinggi Cockcroft-Walton melalui pembagi tegangan sedemikian sehingga antara
elektrode-elektrode tersebut terjadi gradien potensial yang memberikan
percepatan pada ion-ion deutron.
4. Lensa kuadrupol
Lensa Kuadrupol terletak pada bagian belakang tabung pemercepat yang
berfungsi untuk memfokuskan ion-ion deutron yang keluar dari tabung
pemercepat. Lensa ini terdiri dari 2 elemen yang masing-masing berupa susunan 4
buah elektrode hiperbola yang saling berhadapan membentuk kuadrupol. Masing-
masing elemen mempunyai sumber daya sendiri yang dapat divariasi secara
terpisah dari 0 hingga 2 kV.
5. Target
Target adalah bahan yang diharapkan dapat menghasilkan neutron dengan
fluks tinggi ketika berintraksi dengan deutron. Target juga harus mempunyai
waktu paro yang panjang, kelimpahan neutron yang tinggi, tidak banyak
menyerap neutron, serta mempunyai bentuk matriks yang dapat meminimalkan
atenuasi neutron. Pada generator neutron SAMES J-25 dipakai bahan tritium (T)
sebagai target utama yang diendapkan pada titanium (Ti) sebagai target perantara.
6. Sistem hampa
Sistem hampa pada generator neutron mutlak diperlukan, yaitu untuk
mencegah atau paling tidak memperkecil terjadinya tumbukan antara ion-ion
positif yang dihasilkan sumber ion dengan atom-atom gas sisa. Jika terjadi
tumbukan antar ion-ion deutron dengan atom-atom gas sisa dapat terjadi ionisasi
gas, dimana ion-ion negatif hasil ionisasi tersebut akan bergerak berlawanan arah
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
44/92
29
dengan deutron, dan bila mengenai terminal akan menimbulkan sinar X yang
tidak diharapkan. Kehampaan yang diperlukan pada generator neutron minimal
10 -6 torr.
7. Sistem kendali
Sistem kendali berupa panel yang berfungsi untuk memantau dan
mengendalikan kerja neutron sesuai dengan kondisi operasi yang diinginkan. Agar
operator neutron aman dari kemungkinan radiasi neutron, sistem kendali
diletakkan pada ruang terpisah dari generator neutron. Sistem kendali juga
dilengkapi dengan monitor TV, sehinga operator dapat mengawasi keadaan
generator neutron selama operasi. Skema generator neutron Sames Type J-25 150
keV secara lengkap ditunjukan pada Gambar 2.4.
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
45/92
30
Gambar 2.4. Skema Generator Neutron Sames Type J-25 150 keV
(Sunardi, 2004 : 6)
Keterangan Gambar:
1. Sumber tegangan tinggi 8. Landasan
2. Sumber tegangan pemfokus 9. Pegangan terisolasi
3.Sumber tegangan ekstraktor 10.Sumber tegangan terisolasi
4. Sumber tegangan RF 11. Pompa Difusi
5. Sumber tegangan magnet 12. Pompa Rotari
6. Sumber ion tipe RF 13. Lensa kuadrupol
7. Tabung akselerator 14. Target Tritium
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
46/92
31
2.9 Spektrometri Gamma
2.9.1 Interaksi sinar gamma dengan materi
Interaksi sinar γ − dengan materi terjadi melalui bermacam – macam proses.
Ada tiga proses yang sangat penting untuk diperhatikan dalam spektrometri
gamma, yaitu :
a. Efek fotolistrik
Efek fotolistrik adalah interaksi antara foton- γ dengan sebuah elektron yang
terikat kuat dalam atom yaitu elektron pada kulit bagian dalam suatu atom,
biasanya kulit K atau L. Foton- γ akan menumbuk elektron tersebut dan karena
elektron terikat kuat maka elektron akan menyerap seluruh tenaga dari foton- γ ,
sebagian tenaga digunakan untuk melepaskan elektron dari ikatan atom. Elektron
ini yang menyebabkan terjadinya ionisasi atom dalam bahan. Efek fotolistrik
sebagian besar terjadi pada interaksi foton dengan tenaga lebih kecil dari 1 MeV.
Elektron yang dipancarkan itu disebut fotoelektron. Efek fotolistrik secara
skematis ditunjukan Gambar 2.5 :
Gambar 2.5 Efek fotolistrik ( Susetyo, 1988 )
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
47/92
32
b. Hamburan Compton
Hamburan Compton terjadi antara foton- γ dan sebuah elektron bebas atau
yang terikat lemah. Elektron-elektron yang dapat dikategorikan sebagai elektron
yang terikat lemah adalah elektron yang berada pada kulit terluar suatu atom.
Pada tumbukan foton dengan elektron sebagian tenaga foton diserap elektron.
Foton dengan tenaga lebih rendah akan dihamburkan dengan sudut yang sama
dengan elektron yang ditumbuk. Elektron yang ditumbuk ini yang menyebabkan
terjadinya ionisasi atom dalam bahan. Efek Compton banyak terjadi untuk tenaga
foton antara 200 keV – 5 MeV.
Elektron yang dilepaskan ini disebut sebagai elektron Compton . Hamburan
Compton dapat dijelaskan pada Gambar 2.6 :
Gambar 2.6 Hamburan Compton (Susetyo, 1998 )
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
48/92
33
c. Pembentukan pasangan
Suatu foton- γ yang bertenaga cukup tinggi melalui medan listrik yang sangat
kuat di sekitar inti atom (medan coulomb inti) maka foton- γ tersebut akan lenyap
dan sebagai gantinya muncul pasangan elektron dan positron. Peristiwa ini disebut
efek pembentukan pasangan seperti terlihat pada Gambar 2.7 :
Gambar 2.7 Pembentukan pasangan ( Susetyo, 1998 )Pembentukan anti-materi positron dapat dipandang sebagai pemancaran
sebuah elektron dari suatu tingkat tenaga negatif menuju tingkat tenaga positif
dengan meninggalkan suatu lowongan (positron) dalam daerah yang biasanya diisi
oleh tingkat tenaga negatif. Dalam proses ini foton berinteraksi dengan inti,
menyerahkan semua tenaganya dan membentuk dua partikel elektron dan
positron. Proses pembentukan pasangan terjadi di dekat inti atom, dengan tenaga
foton lebih besar dari 1,02 MeV.
Peristiwa pembentukan pasangan ini harus memenuhi ketiga hukum
kekekalan, yaitu: hukum kekekalan massa dan tenaga, hukum kekekalan muatan
listrik dan hukum kekekalan momentum.
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
49/92
34
2.9.2 Perangkat spektrometri gamma
Spektrometri gamma diartikan sebagai suatu metode pengukuran dan
identifikasi unsur-unsur radioaktif di dalam suatu sampel dengan jalan mengamati
spektrum karakterisitik yang ditimbulkan oleh interaksi sinar- γ yang dipancarkan
zat radioaktif tersebut dengan detektor Susetyo (1988). Interaksi sinar- γ dengan
detektor bersesuaian dengan tenaga foton- γ yang mengenai gas isian detektor.
Mula-mula pulsa yang dihasilkan detektor akan diperkuat dan dibentuk dalam
penguat awal ( PreAmp ) kemudian dalam penguat ( Amp ). Selanjutnya, pulsa yang
sudah dibentuk dan diperkuat itu dikirim menuju penganalisis saluran ganda
( Multi Channel Analyzer ) yang dapat memilah pulsa menurut tingginya.
Penganalisis saluran ganda mempunyai banyak memori, yang dinyatakan dalam
cacah saluran ( channel ). Pulsa dengan tinggi tertentu akan dicatat cacahnya dalam
saluran dengan nomor salur tertentu. Data numerik hasil pencacahan tersebut
setiap saat diakumulasikan dalam salur itu sampai waktu pencacahan selesai.
Detektor yang lazim digunakan pada spektrometri gamma adalah detektor sintilasi
NaI(Tl) dan detektor semikonduktor Ge(Li) atau germanium kemurnian tinggi
(HPGe). Detektor HPGe lebih sering digunakan karena daya pisahnya lebih tinggi
bila dibandingkan dengan detektor NaI(Tl) (Susetyo, 1988). Perangkat yang
digunakan dalam spektrometri gamma adalah :
1. Detektor
Gejala radioaktifitas tidak dapat langsung di amati denagn panca indera
manusia. Untuk dapat mengadakan pengukuran radioaktifitas diperlukan detektor
yang dapat berinteraksi secara cukup efisien dengan sinar radioaktif yang
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
50/92
35
diselidiki. Ada bermacam-macam detektor yang dipakai untuk mendeteksi sinar
gamma. Umumnya detektor radiasi dapat dibagi menurut tiga golongan yaitu
(Susetyo, 1988: 49):
a. detektor isi gas ( gas filled detector )
b. detektor sintilator
c. detektor semikonduktor
Syarat yang harus dipenuhi dalam pemilihan detektor adalah bahwa pulsa
yang dihasilkan sebanding secara linier dengan energi radiasi dan memiliki
resolusi (daya pisah) yang tinggi pada seluruh tingkat energi. Detektor yang
digunakan di Batan dalam spektrometri gamma adalah detektor sintinlasi NaI(Tl)
dan detektor semikonduktor HPGe. Pada penelitian ini detektor yang digunakan
adalah detektor sintilator NaI(Tl). Detektor ini terbuat dari kristal tunggal natrium
iodida yang telah ’dikotori’ dengan sedikit talium.
Oleh karena kristal NaI bersifat higroskopis (mudah menyerap air) maka
kristal tersebut ditutup rapat-rapat dalam wadah aluminium yang biasanya dilapisi
dengan kromium. Dalam wadah itu kristal NaI(Tl) dibungkus dengan reflektor
(biasanya serbuk mangan oksida atau aluminium trioksida) dan kemudian
direkatkan dengan perekat bening dari silikon pada sebuah tabung pelipatganda
foton. Ini dimaksudkan agar kelipan cahaya yang dihasilkan sintilator dapat
masuk secara efektif ke dalam tabung pelipatganda foton tersebut. Ujung tabung
tersebut terdapat elektroda yang peka terhadap cahaya (fotokatoda) yang terbuat
dari bahan yang mempunyai potensial ionisasi rendah sedemikian hingga apabila
permukaannya terkena tumbukan foton- γ maka akan dilepaskan elektron. Cacah
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
51/92
36
dan tenaga gerak elektron yang dilepaskan ini bergantung pada intensitas dan
tenaga sinar gamma yang mengenai sintilator. Makin tinggi tenaga sinar gamma
yang mengenai sintilator, makin tinggi tenaga foton kelipan yang dihasilkan dan
makin tinggi pula tenaga gerak elektron yang dilepas dari fotokatoda. Hal ini
dicerminkan dalam tinggi pulsa yang dihasilkan. Sinar gamma yang mempunyai
tenaga tinggi akan menghasilkan pulsa yang tinggi, sedangkan sinar gamma yang
rendah akan menghasilkan pulsa yang rendah pula. Di lain pihak intensitas sinar
gamma yang dideteksi mempengaruhi cacah elektron yang dibebaskan dan makin
banyak pula pulsa yang dihasilkan detektor (Susetyo, 1988: 53).
Antara fotokatoda dan anoda terdapat dinoda-dinoda yang mempunyai
tegangan tinggi. Tegangan dinoda yang di belakang lebih tinggi daripada dinoda
yang didepannya. Elektron yang dilepaskan oleh tabung fotokatoda akan
dipercepat oleh medan listrik dalam tabung pelipatganda foton menuju dinoda
pertama. Dalam proses tumbukan akan dilepaskan elektron-elektron lain yang
kemudian dipercepat menuju dinoda kedua dan demikian seterusnya. Anoda
adalah dinoda terakhir.
Tabung pelipatganda elektron biasanya mempunyai 10 tingkat dinoda atau
lebih dan pada anoda bisa didapatkan faktor penggandaan antara 107
-108
kali.
Dengan demikian sinar gamma yang dideteksi akan menghasilkan pulsa listrik
sebagai keluaran detektor NaI(Tl). Pulsa ini akan diproses lebih lanjut oleh
penguat awal dan peralatan elektronik lainnya untuk dapat dipakai dalam analisa
spektrometri gamma (Susetyo, 1988:55).
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
52/92
37
Ukuran daya pisah detektor dinyatakan dengan lebar setengah tinggi
maksimum atau lebih dikenal FWHM ( Full Width Half Maximum ).
Gambar 2.8. FWHM (Susetyo, 1988: 72)
Gambar 2.8 di atas menunjukkan FWHM sebuah spektrum gamma. Menurut
Susetyo, apabila dalam sebuah puncak spektrum gamma ditarik garis vertikal pada
ujung puncak (C) memotong garis yang menghubungkan kedua kakinya (AB),
maka panjang garis mendatar (FG) yang memotong pertengahan garis tegak (CD)
dinamakan FWHM. FWHM biasanya dinyatakan dalam satuan keV atau dapat
juga dalam persen terhadap energi puncak gamma tersebut.
Daya pisah atau resolusi detektor adalah kemampuan detektor untuk
memisahkan dua puncak spektrum gamma yang mempunyai energi berdekatan.
Nilai FWHM yang kecil menunjukkan daya pisah detektor yang tinggi dan nilai
FWHM yang besar menunjukkan daya pisah detektor yang rendah.
Efisiensi detektor adalah ukuran yang menghubungkan antara pulsa yang
dihasilkan detektor dengan aktifitas sumber foton gamma yang dicacah. Ada
bermacam-macam definisi efisiensi detektor, di antaranya adalah (Susetyo, 1988:
73):
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
53/92
38
1. efisiensi mutlak adalah nisbah atau rasio cacah sinyal pulsa yang
diberikan detektor terhadap aktvitas sumber gamma, yaitu cacah sinar
gamma yang dihasilkan oleh sumber gamma kesegala arah. Dengan
demikian harga efisiensi mutlak bergantung pada jarak detektor ke
sumber.
2. efisiensi instrinsik adalah nisbah cacah pulsa yang dihasilkan detektor
terhadap cacah sinar gamma yang mengenai detektor.
3. efisiensi nisbi adalah efisiensi suatu detektor relatif terhadap detektor
yang lain.
4. efisiensi photopeak adalah efisiensi untik pembentukan pulsa-pulsa
photopeak saja dan bukan pulsa dari seluruh sinar gamma.
Dalam penelitian ini yang digunakan adalah efisiensi mutlak. Efisiensi
mutlak dinyatakan dengan lambang E dan besarnya adalah (Susetyo, 1988:
73):
E( ε ) =dpscps
Y (2.27)
Dengan :
E( ε ) = efisiensi mutlak pada energi E
cps = cacah per sekon (cacah sinyal dari foton gamma yang
masuk ke detektor per sekon)
dps = disintegrasi per sekon (cacah foton gamma yang
dipancarkan oleh sumber gamma ke segala arah per
sekon)
Y = intensitas mutlak foton gamma.
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
54/92
39
2. Penguat awal
Penguat awal ada dua jenis, yaitu penguat awal peka tegangan dan penguat
awal peka muatan. Pada spektrometri gamma lebih sering digunakan penguat awal
peka muatan, ini dikarenakan penguat awal peka muatan mempunyai kestabilan
yang lebih baik dibandingkan dengan penguat awal peka tegangan.
3. Penguat akhir
Fungsi utama penguat adalah mempertinggi sinyal dan memberi bentuk
pulsa. Pulsa dipertinggi sampai mencapai amplitudo yang dapat dianalisis dengan
alat penganalisis tinggi pulsa. Pulsa yang keluar dari penguat awal dibentuk untuk
mendapatkan pulsa yang jauh lebih sempit dengan waktu jatuh lebih cepat.
4. MCA (Multy Channel Analyzer)
MCA atau disebut juga penganalisis penyalur ganda adalah peralatan
elektronik yang berfungsi untuk mengklarifikasikan pulsa-pulsa yang masuk ke
dalam saluran sesuai dengan tinggi pulsa, sehingga menghasilkan kurva spektrum
tinggi pulsa.
Secara skematis sumber gamma dan perangkat spektrometri gamma seperti
dintujukkan Gambar 2.9 :
AB C
EF
Gambar 2.9. Sumber gamma dan perangkat spektrometri gamma (Susetyo, 1988)
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
55/92
40
Keterangan :
A = Detektor
B = Penguat Awal
C = Penguat
D = MCA
E = Power Suplai
F = HV
G = Sumber Gamma
Prinsip kerja dari spektrometri gamma adalah sebagai berikut :
a. Mula-mula foton gamma masuk ke detektor dan berinteraksi dengan
gas isian detektor
b. Interaksi ini akan menghasilkan pulsa listrik, pulsa ini selanjutnya
masuk dalam penguat awal untuk pembentukan dan penguatan awal.
c. Selanjutnya pulsa masuk ke penguat utama untuk pembentukan dan
penguatan lebih lanjut.
d. Pulsa diperkuat hingga amplitudonya mencapai tinggi tertentu agar
dapat dianalisis oleh alat penganalisis tinggi pulsa
e.
Pulsa yang telah mengalami pembentukan dan penguatan akan
dikirim ke alat penganalisis salur ganda (MCA).
f. Dalam MCA pulsa-pulsa tersebut dipilah-pilah sesuai tinggi pulsa
yang dimilikinya. Pulsa dengan tinggi tertentu akan dicatat cacahnya
dalam nomor salur tertentu dan hasil pencacahan terbaca pada layar
MCA (Susetyo, 1988: 76).
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
56/92
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian dilakukan di Laboratorium Bidang Teknologi Akselerator dan
Fisika Nuklir, Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan (PTAPB) BATAN
Yogyakarta. Waktu penelitian dilaksanakan dari bulan Mei – Juli 2008.
3.2 Bahan dan Alat Penelitian
3.2.1 Bahan penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian antara lain :
a. Cuplikan penelitian, berupa sampel hewan ( keong, kepiting dan
ikan ).
b. Sumber standar Eu-152, untuk kalibrasi efisiensi.
c. Unsur standar foil, untuk menentukan fluks neutron dari
Generator Neutron.
d. Sumber standar Co-60, Ba-133, Cs-137 untuk kalibrasi energi.
e. Standar SRM 1577b ( Bovine Liver ) untuk menghitung kadar
cuplikan.
3.2.2 Alat penelitian
Alat yang akan digunakan :
a. Alat pengambilan sampel yang terdiri atas : plastik, gayung dan
baskom.
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
57/92
42
b. Alat preparasi sampel terdiri dari : timbangan digital dan vial
polyetiene .
c. Alat iradiasi sampel, menggunakan Generator Sames J-25.
d. Alat pencacah menggunakan seperangkat spektometri gamma
dengan spesifikasi sebagai berikut : detektor NaI(Tl), sumber
tegangan tinggi (HV) Ortec model 659, preamplifier produksi
Canbera Industries Inc, amplifier produksi Ortec Industries Inc,
MCA model accuspec A with ADC on board , komputer dengan
sistem operasi DOS.
e. Stopwatch .
Skema penelitian secara lengkap ditunjukan oleh Gambar 3.1 :
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
58/92
43
3.3 Desain Penelitian
3.3.1 Skema penelitianPengambilan sampel
Preparasi cuplikan
Iradiasi
Kalibrasi spektrometrigamma
KalibrasiefisiensiKalibrasiener i amma Pencacahan
Analisis data hasil pencacahan
Analisakuantitatif
Analisakualitatif
Hasil
kesimpulan
Gambar 3.1. Skema penelitian
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
59/92
44
3.3.2 Pengambilan sampel
Pengambilan sampel dilakukan pada bulan Juni 2008. Pengambilan
cuplikan dilakukan dengan cara menyisir dan menentukan titik – titik lokasi
sungai Gajahwong, cuplikan berupa hewan yang hidup di dalam sungai dengan
cara diambil langsung dari dalam sungai. Pengambilan sampel dilakukan di 7
lokasi berbeda. Adapun 7 lokasi tersebut dari hulu (jembatan Ringroad utara)
sampai hilir (jembatan Ringroad selatan) sungai Gajahwong Yogyakarta adalah
sebagai berikut: jembatan Ringroad utara, jembatan Afandi ( sebelah UIN Sunan
Kalijaga ), dekat SGM, jembatan Rejowinangun, jembatan Winong, pertigaan jl.
Pramuka, dan jembatan Ringroad selatan
3.3.3 Penyediaan dan preparasi sampel
Preparasi sampel dilakukan dengan cara membersihkan cuplikan dari
kotoran seperti pasir, lumpur, dan lain – lain menggunakan air bersih yang
mengalir. Kemudian dijemur sampai kering, ditumbuk hingga sampel berupa
serbuk, kemudian dimasukkan dalam vial polyethylene yang telah diberi kode lalu
ditimbang.
3.3.4 Iradiasi dan pencacahan sampel
Sampel hewan yang telah di masukan dalam ampule diiradiasi dengan
neutron cepat 14 MeV menggunakan generator neutron SAMES J-25, selanjutnya
dilakukan pencacahan dengan spektrometer gamma. Operasi iradiasi
menggunakan tegangan operasi generator neutron 110 kV dengan arus deutron
800 A selama 30 menit.
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
60/92
45
Sampel hewan yang telah diiradiasi kemudian dicacah menggunakan
detektor NaI(Tl), yang hasilnya dapat dilihat pada layar komputer berupa puncak
– puncak spektrum gamma. Dari puncak – puncak ini secara kualitatif unsur –
unsur yang terkandung dalam sampel hewan dapat diidentifikasi. Besarnya energi
yang dihasilkan dicocokan dengan tabel aktivasi neutron atau software NAA
sehingga dapat diketahui unsur – unsur apa saja yang terkandung di dalam
cuplikan.
3.3.5 Kalibrasi spektrometer gamma
Spektometer γ adalah suatu metoda pengukuran yang bersifat nisbi( relative ),
sehingga sebelum suatu perangkat spektrometer γ dapat dipakai untuk melakukan
analisis, alat tersebut perlu dikalibrasi lebih dahulu secara cermat dan teliti. Ada
dua macam kalibrasi yang perlu dilakukan, yaitu kalibrasi energi dan kalibrasi
efisiensi (Susetyo, 1988 : 109).
1. Kalibrasi energi
Kalibrasi energi bertujuan untuk membentuk garis lurus antara besar energi
dan nomor salur. Hal ini dilakukan dengan cara mencacah beberapa sumber
radioaktiv standar yang telah diketahui tenaganya dengan tepat. Untuk
menghitung kalibrasi energi digunakan metode kuadrat terkecil (regresi linier)
yaitu:
Y=aX+b (3.1)
Dengan :
Y = Energi a = Slope
X = Nomor salur b = intersep
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
61/92
46
Gambar 3.2 Kurva hubungan nomor salur dengan energi gamma
2. Kalibrasi efisiensi
Dalam setiap pencacahan, sumber radioaktif selalu memancarkan sinar
radioaktif kesegala arah(4 π ). Biasanya cuplikan radioaktif diukur pada jarak
tertentu terhadap detektor, sehingga sebenarnya hanya sebagian saja dari sinar
gamma yang di pancarkan oleh cuplikan dapat di tangkap detektor. Maka dari itu
dibutuhkan kalibrasi efisiensi mutlak dari puncak serapan total yang secara
matematis dapat dituliskan sebagai berikut:
% %100)(
)( ×= E dpsY
cps E ε (3.2)
dengan:
)( E ε = efisiensi mutlak detektor pada energi
cps = cacah persecon(laju cacah)
dps = disintegrasi persecon /aktivitas sumber pada saat pengukuran
Y(E) = yield / gamma
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
62/92
47
Harga laju cacah (cps) didapatkan dengan menghitung luas puncak serapan
total dibagi waktu pencacahan (dalam secon) sehingga:
cps=)(sec on pencacahanwaktu
totalserapan puncak luas (3.3)
Dalam penelitian ini untuk menentukan kalibrasi efisiensi digunakan sumber
standar multi energi Eu- 152 (waktu paro 13,33 tahun dan aktivitas 3,9228.10 4dps
pada tanggal 5 Juni 2008). Menurut Susetyo (1998:118), Data kalibrasi dapat
diolah dengan menggunakan teknik regresi linier, Y adalah log )(Εε dan X adalah
log E sehingga diperoleh persamaan baru.
Y=aX +b
Log )(Εε = aLog E+ b
)log(10)( b E a +=Εε (3.4)
3.3.6 Metode analisis data
3.3.6.1 Analisis kualitatif
Analisis kualitatif adalah untuk mengetahui unsur-unsur yang terkandung
dalam cuplikan dari jenis reaksi inti yang terjadi. Hal ini dapat dilakukan karena
untuk setiap isotop memancarkan radisai gamma karakteristik yang berbeda-beda.
Analisis pada cuplikan dapat dilakukan setelah alat dalam kondisi terkalibrasi,
sehingga diperoleh hasil yang baik dan ketelitian yang baik pula. Nomor salur
puncak-puncak spektrum gamma cuplikan dipakai untuk menghitung energi sinar
gamma puncak-puncak tersebut dengan menggunakan persamaan kalibrasi tenaga.
Energi gamma yang dipancarkan oleh radioisotop yang terbentuk mempunyai
spektrum energi karakteristik dari nuklida tertentu, sehingga mengacu pada
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
63/92
48
Neutron Activation Analysis atau Neutron Activation Tables dengan
mempertimbangkan tampang lintang reaksi, waktu paro isotop, kelimpahan maka
pada tiap-tiap puncak energi tersebut dapat ditentukan unsurnya.
Dari neutron activation table dan activation analysis dengan pertimbangan
waktu paro, tampang lintang, dan kelimpahan isotop, maka untuk energi 511 keV
berasal dari radionuklida N13 hasil reaksi antara neutron cepat N14 dengan reaksi
N14 (n,2n) N13, kelimpahan isotop 99,635% dan waktu paro 9,96 menit sehingga
dapat diduga energi 511 keV berasal dari unsur N14. Energi 846 keV berasal dari
Mn56 hasil reaksi antara neutron cepat Fe56 dengan reaksi Fe56 (n,p) Mn56,
waktu paro 2,582 jam, dan kelimpahan isotop 91,7% sehingga energi 846 keV
dapat diduga berasal dari unsur Fe56.
3.3.6.2 Analisis kuantitatif
Analisis kuantitatif dapat dilakukan setelah mengidentifikasi puncak –
puncak spektrum gamma. Analisis kuantitatif adalah analisis untuk mengetahui
besarnya kadar unsur yang terkandung dalam sampel hewan sungai Gajahwong.
Analisis ini dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu :
1 Penentuan secara nisbi
Penentuan kuantitatif secara nisbi dilakukan dengan menggunakan suatu
sampel standar yang telah diketahui secara pasti konsentrasinya dan matrik isotop
penyusunnya. Sampel standar tersebut diradiasi bersama dengan sampel hewan,
sehingga memperoleh paparan radiasi neutron yang sama banyaknya. Dengan
perbandingan cps sampel (cuplikan) dengan cps sampel (standar), didapatkan
persamaan sebagai berikut :
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
64/92
49
M (spl) =( )
( )
( )( )std
spl
td
std
td spl
ecps
ecpsλ
λ
−
−
m(std) (Susetyo, 1988 :171)
dengan :
m(spl) = massa sampel (gram)
cps (spl) = cacah per sekon awal sampel (sekon)
cps (std) = cacah per sekon awal standar (sekon)
td(spl) = waktu tunda sampel (sekon)
td(std) = waktu tunda standar (sekon)
λ = tetapan peluruhan (sekon ) 1−
2 Penentuan secara mutlak
Analisis data secara mutlak dapat diperoleh dengan melakukan tahapan –
tahapan perhitungan seperti berikut ini :
a. Menentukan efisiensi detektor dengan persamaan :
)()(
E Y dpscps
E =ε (Susetyo, 1988:119)
dengan:
)( E ε = efisiensi mutlak detektor pada energi
cps = cacah persekon (laju cacah)
dps = disintegrasi persekon / aktivitas sumber pada saat
pengukuran
Y(E) = yield / gamma
b. Menentukan fluks neutron dengan persamaan:
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
65/92
50
=Φ)1()1(
2ln
2/1
cd ir t t t
A
A
eeeaYT N m
Bcpsλ λ λ σε −−− −−
(Susetyo, 1988:171)
c. Menentukan cps o dari cps t hasi pencacahan terhadap koreksi waktu
tunda (t d ). Nilai cps o dihitung dengan persamaan:
cps o = cps t.e (Susetyo 1988:171)d t λ
dengan:
cps o = cacah per sekon awal (sekon)
cps t = cacah persekon pencacahan (sekon)
λ = tetapan peluruhan (sekon ) 1−
td = waktu tunda (sekon)
d. Menentukan masa unsur – unsur dalam sampel hewan :
Aktivitas yang didapatkan adalah aktivitas pada saat pengukuran
dilakukan. Penentuan secara mutlak dapat ditentukan jika parameter-
parameter pada persamaan ( ) ( cd ir t t t A
A eeeY
a B
N mC λ λ λ
λ ε σ ϕ −−− −−= 11 )
sudah diketahui. Perhitungan dapat dihitung dengan rumus :
( ) ( )cd ir t t t A A
eeeT Y a N Bcps
m λ λ λ ε σ φ −−− −−⋅=
1112ln
(Susetyo, 1988:171)
dengan
cps = cacah per sekon awal (sekon)
m = massa (gram)
A N = bilangan avogadro (6,02.1023 atom/mol)
ϕ = fluks netron (neutron/cm 2. sekon)
8/18/2019 Fisika==Identifikasi Kadar Unsur yang Terkandung dalam Hewan
66/92
51
σ = tampang lintang (cm 2)
ε = efisiensi
a = kelimpahan
Y = yield
A B = massa atom relatif (g/mol)
λ = tetapan peluruhan radionulkida (sekon -1)
ir t = waktu radiasi (sekon)
d t = waktu tunda (sekon)
ct = waktu cacah (sekon)
Perambatan ralat untuk persamaan di atas adalah :
( )( )( ) ( )
( )( )( ) ( )
( )( )2
2
2
2
2
2
std std
splstd std
std
splspl
std
std c wcps
cpscpsw
cps
cpscps
cpsw
w Δ⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜
⎝
⎛ +Δ
⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜
⎝
⎛ +Δ
⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜
⎝
⎛ =Δ
(Permatasari, 2004: 28)
dengan
cwΔ = ralat massa
= massa standarstd w
= cacah awal sampel standarstd cps
std cpsΔ = ralat cacah awal standar
= cacah awal sampelsamplecps
8/18/2019 Fisi
Recommended