makalah39 jurnal online uci

SEMINAR NASIONAL IX

SDM TEKNOLOGI NUKLIR

YOGYAKARTA, 31 OKTOBER 2013

ISSN 1978-0176

300 Rosika, dkk STTN-BATAN

KONTROL KURVA KALIBRASI SPEKTROMETER EMISI DENGAN

STANDAR ALUMINIUM CERTIFIED REFERENCE MATERIALS

(CRM)

Rosika Kriswarini, Dian Anggraini, Boybul, Yusuf Nampira

Pusat Teknologi Bahan Bakar Nuklir - BATAN

Gd.20, Kawasan Puspiptek Serpong, Tangerang, 15313

E-mail untuk korespondensi: [email protected]

ABSTRAK

KONTROL KURVA KALIBRASI SPEKTROMETER EMISI DENGAN STANDAR

ALUMINIUM CERTIFIED REFERENCE MATERIALS (CRM). Suatu pengujian memberikan informasi

yang akurat dan dapat dipercaya bila alat yang digunakan untuk pengujian berfungsi baik dan terkalibrasi,

dengan pengukuran yang tertelusur pada suatu nilai benar, menggunakan metoda yang valid dan dilakukan

oleh operator yang kompeten. Kalibrasi alat dilakukan menggunakan bahan standar paduan aluminum

(standard for analysis) dengan konsentrasi yang bervariasi. Evaluasi data kalibrasi dilakukan untuk

menentukan batas daerah linear yang ditunjukkan oleh persamaan garis dan koefisien regresi. Hasil

kalibrasi diverifikasi menggunakan dua bahan acuan yaitu CRM 7003AC-A047 dan CRM HP FK 345.

Verifikasi dilakukan untuk mengetahui ketahanan kurva kalibrasi dalam periode tertentu sehingga kurva

tersebut dapat digunakan sebagai acuan pengujian sampel paduan aluminum. Unsur yang dianalisis adalah

Mg, Si, Mn, Ti dan Cr. Hasil penelitian diperoleh bahwa penggunaan standar analisis untuk kalibrasi unsur

dalam suatu paduan perlu dilakukan perhitungan faktor koreksi/penyimpangannya dengan menggunakan

bahan acuan yang mempunyai ketertelusuran dan tingkat kepercayaan lebih tinggi (bahan CRM).

Pengukuran dengan memperhitungkan faktor koreksi memberikan akurasi yang lebih baik (lebih kecil dari

3%). Paduan standard for analysis dapat digunakan untuk analisis sampel paduan aluminium setelah

memperhitungkan faktor koreksi.

Kata kunci: CRM, Kalibrasi, Al-Alloy

ABSTRACT

CALIBRATION CURVE CONTROL OF EMISSION SPECTROMETER WITH ALUMINUM

STANDARD CERTIFIED REFERENCE MATERIALS (CRM). An examination provided accurate and

reliable result when it used analysis equipment properly and calibrated, the measurements were traceable to

a true value, using valid methods and carried out by a competent operator. Calibration was performed using

aluminum alloy standard materials (standard for analysis) with various concentrations. Calibration data

evaluation was done to determine the boundary indicated by the linear equation and regression coefficients.

Calibration results were verified using two reference materials, namely CRM 7003AC-A047 and CRM HP

FK 345 . Verification was done to determine the resistance of calibration curve within a certain period could

be used as a reference sample testing of aluminum alloys. Elements that be analyzed were Mg, Si, Mn, Ti,

and Cr. The result showed that the use of analysis standards for calibrated the elements alloy must be

calculated a correction factors / deviation using reference materials that have traceability and a higher

confidence level (CRM material). Measurements by calculated the correction factor gives better accuracy

(less than 3 %). Alloy standard for analysis can be used for analysis of aluminum alloy samples after

calculating the correction factor .

Keywords: CRM, calibration, Al-Alloy.

mailto:[email protected]

SEMINAR NASIONAL IX



ISSN 1978-0176

301 STTN-BATAN Rosika, dkk

PENDAHULUAN

Paduan aluminium banyak digunakan di

berbagai industri, di antaranya digunakan untuk

industri bahan bakar nuklir, yaitu sebagai bahan

pembungkus bahan bakar nuklir (cladding) dan

bahan struktur bahan bakar nuklir. Bahan tersebut

perlu diketahui unsur-unsur pemadu dan

pengotornya sebelum digunakan. Oleh sebab itu

perlu dilakukan analisis unsur dalam bahan yang

bersangkutan, di antaranya dilakukan dengan

metode spektrometri emisi.

Kriteria kevalidan analisis kimia dalam

suatu bahan secara kuantitatif adalah presisi dan

akurasi. Presisi hasil suatu analisis diperoleh dari

keseragaman suatu analit dan kestabilan instrumen.

Pencapaian tingkat presisi dan akurasi tersebut

didukung oleh metode analisis yang telah divalidasi

dan personil pelaksana analisis yang kompeten[2]

.

Akurasi pengukuran ditentukan oleh ketepatan hasil

pengukuran yang tertelusur pada suatu nilai benar

dalam bahan standar yang digunakan untuk

mengkalibrasi peralatan. Suatu pengujian memiliki

kemampuan telusur pada suatu nilai benar bila hasil

tersebut mengacu pada nilai suatu parameter dari

suatu standar pembanding yang digunakan. Bahan

standar yang digunakan sudah diketahui komposisi

dan kandungannya. Bahan standar mempunyai

beberapa tingkat ketelitian, yaitu : Standar level I

dikenal sebagai Standard Reference Material

(SRM), Standar level II yaitu Certified Reference

Material (CRM), dan standar level III adalah

standard for analysis. Pada analisis kimia

menggunakan suatu instrumen dibutuhkan suatu

kesesuaian antara nilai indikator terukur dengan

nilai parameter yang diukur sehingga penggunaan

bahan standar tersebut sering digunakan dalam

analisis. Standard Reference Material dan Certified

Reference Material merupakan standar yang relatif

mahal, maka dalam analisis kimia sering

menggunakan standard for analysis sebagai

pembanding dalam pengujian suatu bahan[1]

.

TEORI

Analisis unsur dalam suatu bahan dapat

dilakukan dengan beberapa metode analisis, salah

satu di antara metode analisis tersebut adalah

metode spektrometri emisi. Metode analisis ini

didasarkan pada pengukuran intensitas sinar

karakteristik yang dipancarkan dari proses

deeksitasi elektron transisi dari atom dalam sampel

paduan tersebut yang dieksitasi. Bahan yang

dianalisis berupa bahan padat yang telah dilakukan

penyiapan permukaan menggunakan proses

mekanis, diberi lucutan busur listrik dalam media

argon dan menyebabkan atom dipermukaan sampel

dengan luasan tertentu akan terlepas serta

mengalami eksitasi elektron terluar. Pada Tabel 1

memuat panjang gelombang unsur-unsur yang

dianalisis. Saat deeksitasi, elektron akan

dipancarkan sinar karakteristik dengan panjang

gelombang tertentu yang digunakan sebagai dasar

analisis kualitatif. Paduan aluminium merupakan

standar yang digunakan untuk kalibrasi dalam

pengujian kandungan unsur dalam bahan

menggunakan spektrometer emisi.

Tabel 1. Panjang gelombang unsur yang

dianalisis

No. Unsur Panjang Gelombang

(nm)

1. Mg 285,213

2. Si 288,158

3. Mn 294,921

4. Ti 337,279

5. Cr 357,869

Tinggi rendahnya intensitas sinar

karakteristik suatu unsur merupakan representasi

dari jumlah atom yang tereksitasi, sedangkan atom

yang tereksitasi sangat ditentukan oleh jumlah atom

dalam sampel dan matrik bahan yang diukur. Oleh

sebab itu intensitas yang diperoleh tersebut

digunakan sebagai dasar untuk penentuan

kandungan atom dalam bahan yang dianalisis secara

kuantitatif. Kesesuaian antara tinggi intensitas

dengan kandungan unsur dalam bahan yang

dilakukan dengan pengukuran kesetaraan bahan

yang dianalisis dengan menggunakan suatu bahan

standar dikenal dengan istilah kalibrasi.

Kalibrasi dilakukan dengan membuat

kurva hubungan antara intensitas dan konsentrasi.

kemudian ditentukan daerah linear untuk

memberikan batas pengukuran. Menurut ASTM,

suatu kurva dinyatakan linear bila mempunya nilai

regresi lebih besar dari 0,95 dan hasil pengukuran

mengikuti garis yang membentuk persamaan

linear[3]

y = ax + b .....(1)

dengan :

y : konsentrasi unsur dalam bahan yang dianalisis

(% / ppm)

a : intercept

SEMINAR NASIONAL IX



ISSN 1978-0176


x : intensitas hasil pengukuran

b : konstanta

Kurva kalibrasi tidak harus dibuat dalam

setiap pengujian sampel karena diduga kurva

kalibrasi mempunyai periode tertentu untuk

digunakan sebagai dasar perhitungan analisis bahan

paduan aluminum sebagai kontrol kalibrasi.

Hasil analisis dihitung dengan metode

statistik yang berhubungan dengan nilai

pengulangan data pengukuran yang dinyatakan

dalam rumusan standar deviasi (s)[5]

s2 = ∑ ( x – x rata2 )

2 / ( n-1) .....(2)

dengan :

s : standard deviasi

x : intensitas hasil pengukuran

x rata-rata : nilai rata-rata data dengan pengulangan

n kali

n : jumlah pengulangan

Analisis paduan aluminium dengan metode

spektrometri emisi dilakukan dengan cara kalibrasi

spektrometer menggunakan bahan acuan/standar

dari suatu paduan aluminium yang telah diketahui

kandungan unsur yang dianalisis. Dalam analisis ini

digunakan bahan acuan standard for analysis, dan

hasil kalibrasi ini diuji akurasinya dengan

menggunakan bahan standar yang mempunyai

tingkat ketelitian yang lebih tinggi, dalam hal ini

digunakan bahan CRM 7003AC-A047 dan CRM

HP FK 345.

Penelitian ini bertujuan agar standard for

analysis dapat digunakan sebagai standar yang

mampu telusur untuk pengujian sampel paduan

aluminium.

METODOLOGI

Bahan yang digunakan adalah 10 buah

standard for analysis aluminum dengan variasi

konsentrasi standar CRM seperti yang ditunjukkan

pada Tabel 2, dan alkohol untuk membersihkan

permukaan sampel.

Peralatan yang digunakan adalah

spektrometer emisi merk Phillips Type PV 8030

dengan alat penunjang mesin bubut untuk

meratakan dan menghaluskan permukaan sampel

uji.

Tabel 2. Konsentrasi unsur dalam bahan standar

for analysis aluminium dan CRM

Sampel disiapkan dengan membuat

permukaan yang dianalisis rata, halus dan bersih.

Untuk memperoleh kondisi sampel tersebut

permukaan sampel diratakan dengan cara

penghalusan secara fisik kemudian dibersihkan

menggunakan alkohol dan dikeringkan. Setelah

kering, sampel diletakkan pada sample holder.

Pengukuran mulai dilakukan bila kevakuman

mencapai 150Hz (40 bar) dan suhu spektrometer

mencapai 27°C yang ditunjukkan oleh nilai digit

300 dan 400 pada layar monitor. Untuk analisis,

kecepatan aliran gas argon (untuk flushing) diatur

sampai mencapai 10 liter/menit dan 5 liter/menit

untuk analisis.

Kalibrasi alat dilakukan menggunakan

bahan standar paduan aluminum (standard for

Kode

Sampel

Konsentrasi (%)

Mg Si Mn Ti Cr

511-01 0,20

0

0,02

2

0,004

5

0,005

1

0,006

0

512-01 0,44

0

0,02

3

0,001

7

0,003

1

0,002

5

515-01 4,35

0

0,05

0

0,006

0

0,001

5

0,004

0

521-01 0,51

0

0,03

2

0,030

0

0,006

0

0,005

0

522-01 0,95

0

0,18

0

0,100

0

0,012

0

0,013

0

523-01 1,51

0

0,18

7

0,150

0

0,110

0

0,100

0

525-01 2,87

0

0,18

0

0,230

0

0,020

0

0,260

0

526-01 3,12

0

0,15

5

0,300

0

0,015

0

0,036

0

5010A

A

0,50

0

0,18

0

0,280

0

0,020

0

0,018

0

57S-

BF

2,64

0

0,14

0

0,050

0

0,043

0

0,030

0

CRM 0,90

0

0,14

0

0,130

0

0,032

0

0,180

0

SEMINAR NASIONAL IX



ISSN 1978-0176


analysis) dengan konsentrasi yang bervariasi.

Evaluasi data kalibrasi dilakukan untuk menentukan

batas daerah linear yang ditunjukkan oleh

persamaan garis dan koefisien regresi. Kurva

kalibrasi yang diperoleh selanjutnya dibandingkan

dengan standar CRM tunggal untuk mengetahui

keberterimaan pengukuran. Pada waktu yang

berbeda-beda, standar CRM diukur kembali untuk

mengontrol kurva kalibrasi masih dalam batas yang

diterima atau harus dilakukan kalibrasi ulang

terhadap standar for analysis tersebut.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Hasil pengukuran intensitas sinar emisi

unsur Mg, Si, Mn, Ti, dan Cr dalam bahan standar

for analysis aluminum yang diukur secara random,

mempunyai deviasi sekitar 4%. Deviasi

menunjukkan bahwa unsur dalam bahan tersebut

homogen, disamping itu alat emisi spektrometer

yang digunakan untuk pengukuran relatif stabil.

Kestabilan pengukuran ini berlangsung dalam

jangka waktu yang relatif lama. Hal iini

ditunjukkan pada Gambar 1 untuk unsur Mn.

Besarnya berkas sinar yang diukur berdasarkan

proses atomisasi dan eksitasi alat optikal emisi

spektrometer, sedangkan besarnya berkas yang

terukur tergantung pada besarnya kuat arus listrik

yang digunakan untuk pembangkitan busur listrik

yang digunakan pada proses atomisasi dan eksitasi.

y = 407272x + 3171.3

R2 = 0.9943

y = 435224x + 765.33

R2 = 0.9985

y = 410525x + 2780.8

R2 = 0.9937

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

140000

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3

Kandungan Mn dalam paduan Al (% berat)

Inte

ns

ita

s s

ina

r e

mis

i

2Peb'12

25Mei'11

CRM

Gambar 1. Kestabilan Pengukuran Unsur Mn dalam Standard Al

Antara kandungan unsur dalam bahan standar

dengan intensitas emisi yang diukur memberikan

hubungan linier dengan derajat linieritas 0.99.

Berdasarkan ASTM dan manual emisi

spektrometer, hubungan tersebut dapat digunakan

sebagai data kalibrasi pengukuran. Hasil kalibrasi

yang diverifikasi menggunakan bahan acuan CRM

menunjukkan bahwa hasil pengukuran dengan

menggunakan data kalibrasi bahan standar for

analysis aluminium untuk unsur Si dan Mg

memberikan simpangan yang besar (lebih besar dari

10%) seperti yang tercantum pada Tabel 3. Hal ini

dapat dilihat dengan adanya perbedaan antara

kandungan unsur Mg dan Si hasil pengukuran

dengan kandungan yang tercantum dalam

sertifikat/dokumen bahan tersebut.

Tabel 3. Daerah linearitas, persamaan kurva dan simpangan pengukuran

Perbedaan ini dapat dikoreksi dengan cara

membandingkan hasil kalibrasi pengukuran standar

acuan yang mempunyai level lebih rendah (standar

for analysis) terhadap kalibrasi menggunakan

bahan acuan yang mempunyai level lebih tinggi

(CRM). Hal ini ditunjukkan pada Gambar 2 untuk

unsur Si dan Gambar 3 untuk unsur Mg.

Unsur Persamaan Garis Derajat

linieritas

Kandungan unsur dalam bahan

CRM (% berat) % Simpangan

hasil pengukuran Pengukuran Sertifikat

Mg y = 17335x + 491,25 0,9987 1,141 ± 0,017 0,900 ± 0,012 26,778

Si y = 1E+06x + 4189,70 0,9902 0,188 ± 0,002 0,140 ± 0,008 34,286

Mn y = 41234x + 2424,00 0,9940 0,125 ± 0,002 0,120 ± 0,003 4,167

Ti y = 29133x + 248,65 0,9946 0,035 ± 0,004 0,032 ± 0,001 9,375

Cr y = 7E+06x + 44212,00 0,9830 0,181 ± 0,002 0,180 ± 0,005 0,550

SEMINAR NASIONAL IX



ISSN 1978-0176


y = 13.843x + 0.0197

R2 = 1

y = 13.456x - 0.0439

R2 = 0.9878

y = 9.1283x + 0.3626

R2 = 0.9088

-0.5

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 0.05 0.1 0.15 0.2

kandungan Si dalam paduan Al (% berat)

Inte

nsit

as s

inar

em

isi

(1/1

000)

2Peb'12

25Mei'11

2Peb'12

25Mei'11

CRM

Gambar 2. Koreksi kandungan unsur Si dalam bahan standard for analysis terhadap CRM

Gambar 3. Faktor koreksi kandungan unsur Mg dalam bahan standard for analysis terhadap CRM

Evaluasi hasil perhitungan dengan

memasukkan faktor koreksi kandungan unsur dalam

bahan standar for analysis aluminum yang

dikalibrasi menggunakan dua standar (CRM

7003AC-A047 dan CRM HP FK 345) dengan

kandungan unsur yang berbeda akan memberikan

hasil yang lebih presisi. Hal ini ditunjukkan dalam

Tabel 4.

Tabel 4. Hasil analisis Kandungan unsur dalam CRM 7003AC-A047 dan CRM HP FK 345

menggunakan hasil kalibrasi dengan standar analisis yang dikoreksi

KESIMPULAN

Penggunaan standar analisis untuk

kalibrasi unsur dalam suatu paduan perlu dilakukan

perhitungan faktor koreksi/penyimpangannya

dengan menggunakan bahan acuan yang

mempunyai ketertelusuran dan tingkat kepercayaan

lebih tinggi (bahan CRM). Pengukuran dengan

memperhitungkan faktor koreksi memberikan

akurasi yang lebih baik (lebih kecil dari 3%).

UCAPAN TERIMA KASIH

Ucapan terima kasih kami sampaikan

kepada Ir. Sungkono,MT. sebagai Kepala Bidang

Pengembangan Radiometalurgi (BPR) dan Ir. Budi

Briyatmoko, M.Eng. sebagai Kepala Pusat

Unsur Persamaan koreksi

Kandungan unsur dalam bahan

CRM (% berat)

%

Simpangan

hasil

pengukuran

Keterangan Pengukuran Sertifikat

Mg y = -68.608x + 0,1594 0,878 ± 0,057 0,900 ± 0,012 0,023 Intensitas (1/10000)

Si y = 0,32 0,144 ± 0,002 0,140 ± 0,008 0,004 Intensitas (1/100000)

Mn - 0,120 ± 0,002 0,120 ± 0,003 <0,001

Intensitas (1/1000) Ti y = -536,73x + 2,5949 0,034 ± 0,0005 0,032 ± 0,001 0,002

Cr y = 102759x - 265,15 0,180 ± 0,006 0,180 ± 0,005 <0,004

SEMINAR NASIONAL IX



ISSN 1978-0176


Teknologi Bahan Bakar Nuklir (PTBN)-BATAN

yang telah memberikan persetujuan sehingga

makalah ini dapat diikutsertakan dalam seminar

yang diselenggarakan oleh Sekolah Tinggi Teknik

Nuklir (STTN)-BATAN, Yogyakarta.

DAFTAR PUSTAKA

1. Kantasubrata, Julia, 2009, Pelatihan Tips and

Triks Validasi Metoda , RCChem Learning

Centre.

2. Anggraini Dian, dkk., 2005, Aplikasi

Spektrometer Emisi Pada Analisis Unsur-

Unsur Bahan Paduan Aluminium AlMgSi-1,

Jurnal Teknologi Bahan Nuklir, Vol I No.2,

Juni, ISSN 1907-2635, hal.58-107.

3. Anonymous, 2000, Annual Book of ASTM

Standard, Optical Emission of Spectrometric

Analysis of Aluminum and Aluminum Alloy by

The Point to Plane Technique, Vol. 03.05.

4. Anonymous, 1987, Operation Manual

Emission Spectrometre System PV 8030

Series, Phillips.

5. Anderson R.L., 1987, Practical Statistics of

Analytical Chemist, Van Nostrand Reinhold

Company, New York.

makalah39 jurnal online uci

Documents