MAKALAH KIMIA INTI " APLIKASI RADIOKIMIA DALAM BIDANG KIMIA ANALITIK"

BAB I

PENDAHULUAN

A.   Latar Belakang

            Kita telah mengetahui bahwa atom terdiri atas inti atom dan
elektron-elektron yang beredar mengitarinya. Reaksi kimia biasa (seperti reaksi pembakaran dan penggaraman), hanya menyangkut perubahan pada kulit atom, terutama elektron pada kulit terluar, sedangkan inti atom tidak berubah. Reaksi yang menyangkut perubahan pada inti disebut reaksi inti atau reaksi nuklir (nukleus=inti).

            Kimia inti atau yang dikenal dengan sebutan kimia nuklir merupakan salah satu bidang kajian dalam ilmu kimia yang bahasan utamanya menyangkut sifat-sifat suatu nukleotida, struktur, energetika, isotop, dan hal-hal lainnya yang berkaitan dengan inti suatu atom. Isotop berasal dari kata isotopos yang berarti “sama tepat” dalam system periodik. Isotop ialah dua atom atau lebih yang bernomor atom sama, tetapi nomor massanya berbeda. Jumlah electron setiap isotop sama, oleh sebab itu isotop-isotop memiliki sifat kimia sama dan beberapa isotop mempunyai sifat radioaktif.

            Radioisotop yang sering digunakan dalam berbagai bidang kebutuhan manusia seperti bidang kimia, kesehatan, pertanian, hidrologi dan industri, pada umumnya tidak terdapat di alam karena kebanyakan umur paruhnya relatif pendek. Radioisotop dibuat di dalam suatu reaktor nuklir yang mempunyai kerapatan (fluks) neutron tinggi dengan mereaksikan antara inti atom tertentu dengan neutron. Selain itu, radioisotop dapat juga diproduksi menggunakan akselerator melalui proses reaksi antara inti atom tertentu dengan suatu partikel, misalnya alpha, neutron, proton atau partikel lainnya.

      Teknologi yang memanfaatkan radioaktif dikenal dengan istilah teknologi nuklir. Sedangkan isotop yang bersifat radioaktif disebut radioisotop, dan zat yang bersifat radiaktif disebut zat radioaktif. Radioisotop adalah isotop dari zat radioaktif yang mampu memancarkan radiasi. Radioisotop dapat terjadi  secara alamiah maupun sengaja dibuat manusia untuk reaktor penelitian.

            Pemanfaatan ilmu ini telah merambah ke berbagai bidang kehidupan seperti kesehatan, industri dan riset kebumian, energi, pangan dan pertanian, ilmu fisika dan kimia, kelautan dan hidrologi, dan lain-lain. Seiring dengan perkembangan pemanfaatan ilmu nuklir tersebut, radioisotopbanyak digunakan dalam bidang kesehatan, kimia, industry, hidrologi, arkeologi, pertanian dan sebagainya. Aplikasi tersebut ditujukan untuk kesejahteraan manusia di berbagai bidang.

B.     Rumusan Masalah

a.       Apa itu radioisotop?

b.      Sifat-sifat khas radioisotop?

c.       Aplikasi radioisotop dalam bidang kimia/analitik?

C.    Tujuan

a.       Untuk mengetahui apa itu radioisotop.

b.      Untuk mengetahui sifat-sifat khas radioisotop.

c.       Untuk mengetahui aplikasi radioisotope dalam bidang analitik/kimia.

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Pengertian Radioisotop

Radioisotop adalah isotop dari zat radioaktif, dibuat dengan menggunakan reaksi inti dengan netron. Isotop suatu unsur, baik yang stabil maupun radioaktif memiliki sifat kimia yang sama. Radioisotop dapat digunakan sebagai perunut (untuk mengikuti unsur dalam suatu proses yang menyangkut senyawa atau sekelompok senyawa) dan sebagai sumber radiasi/sumber sinar. Penggunaan radioisotop sebagai perunut didasarkan pada ikatan bahwa isotop radioaktif mempunyai sifat kimia yang sama dengan isotop stabil. Radoisotop ditambahkan ke dalam suatu sistem untuk mempelajari sistem itu, baik sistem fisika, kimia maupun sistem biologi. Oleh karena radioisotop mempunyai sifat kimia yang sama seperti isotop stabilnya, maka radioisotop dapat digunakan untuk menandai suatu senyawa sehingga perpindahan perubahan senyawa itu dapat dipantau. Sedangkan penggunaan radioisotop sebagai sumber radiasi didasarkan pada kenyataan bahwa radiasi yang dihasilkan zat radioaktif dapat mempengaruhi materi maupun makhluk. Radiasi dapat digunakan untuk memberi efek fisis, efek kimia, maupun efek biologi.Jadi radioisotop memancarkan sinar radioaktif, seperti sinar alfa, sinar beta dan sinar gamma yang dapat dideteksi dengan alat khusus.

Dengan menggunakan alat deteksi dapat diketahui adanya radiasi atau instensitas radiasi dan juga dapat di tentukan jumlah radioisotop yang terdapat dalam suatu bahan. Radiasi pada materi dapat menyebabkan penumpukan energi pada materi yang dilalui dampak yang ditimbulkan radiasi dapat berupa:

1.      Ionisasi. Dalam hal itu partikel radiasi menabrak electron dari atau molekul zat yang dilalui melalui sehingga terbentuk ion positif dan ion tenion.

2.      Eksitasi. Dalam hal ini radiasi tidak menyebabkan electron terlepas dari atom atau molekul zat tetapi hanya berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi.

3.      Pemutusan ikatan kimia. Radiasi yang dihasilkan oleh zat radioaktif mempunyai energi yang dapat memutuskan ikatan-ikatan kimia.

B.     Sifat-Sifat Radioisotop

Peran radioisotop sebagai pencari jejak tidak terlepas dari sifat-sifat khas yang dimilikinya, yakni:

1.      Radioisotop senantiasa memancarkan radiasi dimanapun dan keberadaanya mudah dideteksi.

2.      Laju peluruhan tiap satuan waktu (radioisotop) hanya merupakan fungsi jumlah atom radioisotope yang ada, tidak dipengaruhi oleh kondisi lingkungan baik temperature, tekanan, pH dan sebagainya.

3.      Waktu para radioisotop bervariasi dari kisaran milidetik sampai ribuan tahun

4.      Intensitas radiasi ini tidak bergantung pada bentuk kimia atau senyawa yang disusunnya

5.      Radioisotope memiliki konfigurasi elektron yang sama dengan isotope lain sehingga sifat kimia yang dimiliki radioisotope sama dengan isotope-isotop lain dari unsur yang sama. Radioisotope karbon-14, misalnya, memiliki karakteristik kimia yang sama dengan karbon karbon-12

6.      Radiasi yang dipancarkan, utamanya radiasi gamma, memiliki daya tembus yang besar.

C.    Manfaat Radioisotop di Bidang Kimia

1.      Sebagai Teknik Perunut

Teknik perunut dapat dipakai untuk mempelajari mekanisme berbagai jenis reaksi kimia esterifikasi, fotosintesis dan kesetimbangan dinamis

Reaksi eksterifikasi :

Yaitu reaksi pembentukan suatu ester yang dapat dibentuk dengan reaksi langsung antara suatu asam karbosilat dan suatu alcohol. Esterifikasi berkataliskan asam dan merupakan reaksi yang reversible. Asam karbosilat bereaksi dengan alcohol membentuk ester dan air.

Berdasarkan penelitian diketahui bahwa pada reaksi esterifikasi, atom O yang membentuk senyawa H₂O berasal dari asam karbosilat. Adapun atom O yang membentuk ester dari alcohol.

Kesetimbangan dinamis

Kesetimbangan dinamis kimia bersifat dinamis artinya bahwa dalam keadaan setimbang reaksi tetap berlangsung dengan laju yang sama pada kedua arah. Hal itu dapat dibuktikan sebagai berikut. Perhatikan kesetimbangan PbI₂ (timbal (II) klorida) padat dan larutan jenuhnya yang mengandung Pb²⁺(aq) dan I^-(aq) persamaan reaksinya:

PBI₂ (s) à Pb²⁺ (aq) + 2I^-(aq)

Kedalam tabung yang berisi PbI₂ padat non radioaktif tambahkan larutan yang berisi ion iodida radioaktif (¹³¹I) hingga jernih, kocok campuran dan biarkan beberapa lama.

Saring campuran dan keringkan endapan tersaring. Jika dianalisis maka dalam padatan PbI₂ akan terdapat PbI₂ yang radioaktif. Hal ini menunjukkan bahwa dalam larutan jenuh terdapat keadaan setimbang dinamis antara padatan dengan ion-ionnya.

2.      Analisis/Titrasi Radiometri

Prinsip dari teknik radiometri adalah sederhana, yaitu mengukur aktivitas untuk mengindikasi jumlah substan tertentu yang ada. Pada kasus yang paling sederhana, massa dihitung  secara  langsung  dan  aktivitas  dengan menggunakan  aktivitas  jenis  yang  telah diketahui. Radionuklida alam sering ditentukan dengan cara ini. Dengan demikian isotop radium yang berumur panjang (226Ra) dapat ditaksir dengan mencacah 4,78 MeV partikel alpha yang dipancarkan, dan ini dapat dlbedakan dari anak-anak luruhnya dengan menggunakan spektrometer alpha. Kasus yang menarik adalah menentukan kalium total dalam tubuh manusia dengan menggunakan 1,46 MeV sinar gamma dan 40K. Jika detektor untuk seluruh tubuh digunakan, maka pengukuran dapat dilakukan.

Teknik lain adalah polarografi radiometri, yaitu sejumlah logam yang didepositkan pada elektroda yang ditetesi merkuri diukur secara radiometri sebagai fungsi potensial yang digunakan. Tetesan merkuri dikumpulkan dalam kondisi bebas oksigen, dikeringkan dengan kertas saring, dan dicacah. Kurva polarografi dapat diperoleh. Metode ini dapat diterapkan untuk kobalt, 60Co digunakan, dan seng, 65Zn digunakan.

Pada  metode  radiometri,  kadang-kadang  digunakan  pengukuran  aktivitas  mutlak selain itu pengukuran dapat dilakukan untuk satuan yang berubah-ubah, misalnya cacah per menit pada sistem deteksi tertentu. Satuan yang berubah-ubah dapat digunakan misalnya dalam titrasi radiometri, yaitu pada saat penentuan titik akhir (aktivitas sama dengan nol), tetapi pengukuran mutlak diperlukan untuk memperkirakan 226Ra.

Salah satu contoh analisis radiometri adalah anaisis derivatif isotop. Teknik yang bermanfaat untuk menentukan kuantitas materi (X) dalam sampel adalah mereaksikan sampel tersebut dengan reagen radiolabel (Y*) yang dipilih akan bereaksi secara kuantitatif dengan X membentuk denivatif (1) yang radioaktif.

X + Y^*à Z^*

Jika reagen radioaktif berebih (Y*) yang telah diketahui aktivitas jenisnya (S Bq. Mol^-1) digunakan, dan jika sesudah reaksi produk bertanda (1) diisolasi dan aktivtas (Az) ditentukan, maka kuantitas sesungguhnya dan X (x) dapat dihitung dari :

x =  mol

Teknik ini dikenal sebagai analisis derivatif isotop dan menyatakan bahwa aktivitas jenis derivatif (1) adalah sama seperti reagen pada persamaan kimia diatas. Salah satu contoh teknik ini adalah perkiraan kromatografi kertas atau lapis tipis asam amino melalui pembentukan derivative radiolabel yang disertai dengan reaksi dengan radioiodin pipsil klorida. Daerah kromatogram yang mengandung asam amino dibuat radioaktif dengan formasi derivatif, dan aktivitas diukur dengan menggunakan detektor gamma berenergi rendah atau dengan memotong kromatogram dan mencacahnya secara individu.

Penentuan kadar Ag⁺ ataupun Cl^- dapat menggunakan radioisotop. Jika yang ingin ditentukan kadar Cl- maka yang digunakan adalah Ag dalam bentuk radioisotope (¹¹⁰Ag⁺)dan jika yang ingin ditentukan kadar Ag maka yang digunakan adalah ion radiklor. Titrasi radiometri, isotop dapat digunakan sebagai petunjuk akhir titrasi. Misalnya pada titrasi penentuan ion Cl^- dan ion Ag⁺ membentuk endapan AgCl. Baik titran maupun cuplikan dapat mengandung komponen radioaktif.

3.    Analisis Pengaktivan Neutron (APN)

a.    Pengertian APN

Analisis Pengaktivan Neutron, atau disingkat dengan APN, (= NAA, Neutron Activation Analysis) adalah suatu teknik analisis unsur yang didasarkan pada terjadinya pemancaran radiasi  bila nuklida suatu unsur menangkap dan!atau bereaksi dengan neutron termal (neutron dengan energi kinetik kurang dari 0,1 keV). Teknik ini merupakan salah satu pemanfaatan teknik nuklir di bidang analisis kimia, di samping teknik analisis lainnya seperti analisis pengenceran radioisotop dan radioimmunoassay.

Metode APN dapat digunakan untuk tujuan analisis kualitatif maupun kuantitatif. Teknik ini juga dapat digunakan untuk analisis secara serentak untuk beberapa unsur sekaligus tanpa terganggu oleh bentuk kimiawi masing-masing unsur maupun kemiripan atau perbedaan sifat kimia unsur-unsur yang dianalisis. Hal ini disebabkan karena interaksi nuklida unsur dengan neutron menghasilkan radionuklida yang mempunym karakteristik meliputi antara lain energi radiasi yang dipancarkan dan waktu paruh.

Di samping itu, APN juga mempunym kepekaan atau sensitivitas yang tinggi (dapat menentukan kandungan unsur dalam jumlah yang sangat kecil) serta memerlukan volume cuplikan yang kecil (cukup dalam orde L). Beberapa unsur dapat dideteksi dan ditentukan dalam jumlah 10^-9 – 10^-14 gram, suatu sifat kepekaan yang sukar atau tidak dapat dicapai dengan cara-cara analisis yang lain. Bahkan teknik APN dinyatakan mampu mendeteksi dan menentukan kandungan unsur pada tingkat runutan dan ultra-runutan untuk tidak kurang dari 75 macam unsur. Hal ini tidak terlepas dari perkembangan teknik instrumentasi pengukuran radiasi, misalnya spectrometer y, yang menjadi alat ukur atau penganalisis di dalam teknik APN. Oengan kepekaan yang tinggi dan teknik pengerjaan yang sederhana, APN dapat digunakan untuk analisis dan penetapan unsur mayor, minor maupun runutan dalam berbagai contoh bahan biologis, bahan geologik, bahan industri, lingkungan dan sebagainya. Pengukuran secara simultan terhadap satu jenis bahan cuplikan memungkinkan hasil informasi kandungan 30 sampai 40 macam unsur dalam cuplikan tersebut.

Teknik APN ini diperkenalkan pertamakali oleh Hevesy dan Levi pada tahun 1936ketika melakukan penelitian yangmenunjukkan bahwa paparan neutron padabahan yang mengandung unsur tanah jarangmenghasilkan keradoaktivan yang sangattinggi. Dari pengamatan timbulnyakeradioaktivan tersebut, mereka melihatpotensi pemanfaatan reaksipenetapan kandungan unsurcuplikan.nuklir untukdalam suatu cuplikan.

b.      Prinsip Dasar APN

Apabila suatu nuklida unsur/atom dengan neutron termal maka terjadi reaksi inti penangkapan neutron yang menghasilkan spesi antara, yang sangat tidak stabil dan berada pada tingkat energi eksitasi yang sesuai dengan energi ikat neutron dengan nuklida sasaran tersebut. Dalam orde waktu yang sangat singkat, spesi antara tersebut mengalami deeksitasi tingkat energi disertai dengan pemancaran radiasi  yang disebut dengan radiasi y – prompt (prompt-) dan terjadi transformasi inti menghasilkan nuklida radioaktif (=radionuklida). lradiasi dengan neutron termal yang diikuti dengan emisi radiasi -prompt terse but dinyatakan sebagai reaksi nuklir A (n,) A* dengan A adalah nuklida sasaran (= nuklida yang diiradiasi) dan A adalah radionuklida yang dihasilkan. Dibandingkan dengan nuklida sasaran, radionuklida produk reaksi nuklir (n,) tidak mengalami perubahan jumlah proton tetapi jumlah neutronnya bertambah satu. Dengan demikian radionuklida produk tersebut merupakan isotop radioaktif dari unsur sasaran. Selanjutnya A* meluruh dan memancarkan radiasi  atau partikel  atau partikel ⁺ atau partikel ^- atau gabungan dari ke'empatnya. Oalam kaitannya dengan APN, radiasi y yang menyertai peluruhan ini disebut radiasi tunda (delayed-). Hasil peluruhan adalah nuklida baru, mungkin masih radioaktif tetapi mungkin pula berupa nuklida yang stabil.

Gambar reaksi nuklir bila nuklida sasaran

diiradiasi dengan neutron termal

Pada gambar di atas, secara sederhana ditunjukkan reaksi nuklir yang terjadi bila nuklida sasaran diiradiasi atau diaktivasi dengan neutron termal. Radionuklida produk aktivasi merupakan isotop radioaktif dari nuklida sasaran. Jenis radiasi yang dibebaskan dari peluruhan radionuklida produk aktivasi merupakan salah satu karakteristika dari radionuklida tersebut. Di antara ke empatradiasi nuklir yang mungkin dipancarkan olehradionuklida produk aktivasi, radiasi ymerupakan yang paling penting dalam teknikAPN, karena radiasi y inilah yang selanjutnyadideteksi dan menjadi variabel yang karakteristik di dalam APN.

c.       Contoh alat yang digunakand dalam APN yaitu Spektrometer Gamma

            Spektrometer gamma adalah suatualat yang dapat digunakan untuk melakukananalisis zat radioaktif yang memancarkanradiasi gamma. Setiap radionuklidamempunyai tenaga tertentu dan bersifatspesifik. Hal ini digunakan sebagai dasardalam analisis secara kualitatif. Analisissecara kuantitatif dilakukan berdasarkannilai cacahan dari spectrum yangdipancarkan. Sebelum digunakan dalampengukuran, terlebih dahulu sistem spektrometer gamma dikalibrasi dengansumber standar untuk menentukanhubungan antara nomor salur dan energygamma (keV). Agar dapat mengidentifikasiisotop radioaktif, spektrometer gammadilengkapi dengan suatu perangkat lunakuntuk  kalibrasidan mencocokkan puncakpuncakenergi foton (photopeak) dengansuatu pustaka data nuklir. Spektrometer terdiri dari detectorradiasi gamma, rangkaian elektronikpenunjang, dan sebuah interface yangdisebut Multi Channel Analyzer (MCA).Saat ini rangkaian elektronika, catu dayategangan tinggi dan rangkaian MCA kinitelah dibuat secara terintegrasi padaonboard  slot komputer. Dengan perangkatlunak khusus (software Maestro 3.2), pada seperangkat computer MCA dengan kemampuan pengelolahan dan analisis.

Gambar Sistem Spektometer Gamma PRSG

Kalibrasi energi

Dalam spektrometer gamma puncak-puncak spektrum pada nomor salur(No Channel) sistem spectrometer sebanding dengan energi sinar gamma.Oleh karena itu perlu dicari hubunganantara nomor salur dan energi sinar gammayang biasa di sebut dengan kalibrasi energi.Hal ini dilakukan dengan jalan melakukanpengukuran (pencacahan) sumber radioaktifstandar dengan beberapa sumber energi daritingkat energi rendah sampai dengantingkat energi yang tinggi agar kalibrasienergi yang dilakukan mempunyaijangkauan energi yang cukup lebar. Apabilahubungan antara energi dan nomor salurdituangkan dalam grafik maka akandiperoleh gambar garis lurus.

Prinsip Analisis Kualitatif

Kalibrasi energi diperlukan untuk tujuan analisis kualitatif spektrometri gamma. Setelah kalibrasi energi dilakukan maka sistem spektrometer dapat dipergunakan untuk melakukan pengukuran suatu cuplikan. Energi gamma yang dipancarkan oleh suatu radionuklida adalah salah satu sifat karakteristik dariradionuklida tersebut. Sifat-sifat karakteristik dari berbagai radionuklida dapat dilihat dalam tabel Isotop yang berisi energi sinar gamma, waktu paroh dan intensitas. Puncak puncak spektrum pada cuplikan dapat diketahui menggunakan persamaan matematis pada kalibrasi energi. Sehingga kandungan unsur radioaktif pada cuplikan dapat ditentukan.

Kalibrasi Effiensi

Effisiensi deteksi adalah ukuran hubungan antara pencacahan yang dihasilkan detektor  dengan aktivitas zatradioaktif. Nilai suatu pencacahan belummencerminkan aktivitas yang sebenarnyadari suatu zat radioaktif. Suatu zatradioaktif selalu memancarkan sinarradioaktif ke segala arah (4).  Pengukurancuplikan zat radioaktif dilakukan pada jaraktertentu dari detektor, sehingga sebenarnyahanya sebagian dari sinar radiasi gammayang dipancarkan yang terdeteksi olehdetektor. Dalam pengukuran zat radioaktifsecara spektrometri dimana pengukuranhanya ditujukan pada salah satu energi darisekian  banyak energi dan mode peluruhanyang ada dalam cuplikan, maka besarnyaeffisiensi deteksi juga merupakan fungsitenaga dan dapat dituliskan persamaansebagai berikut:

Dengan :

          = effesiensi deteksi (%)

     = jumlah cacahan per satuan waktu ()

A         = aktivitas sumber standar (Bq)

         = intensitas gamma/ yield (%)

Analisis kuantitatif dalam spektrometri gamma membutuhkan kalibrasi effisiensi. Apabila dilakukanpengukuran effisiensi dari tenaga rendah sampai tenaga yang tinggi menggunakan sumber standar maka dapat dibuat grafik effisiensi fungsi energi. Nilai effisiensi deteksi suatu pengukuran ditentukan oleh berbagai factor yaitu jarak cuplikan dengan detektor, demensi zat radioaktif, volume detektor dan daya pisah detektor.

Prinsip Analisis Kuantatif

Setelah diperoleh grafik kalibrasi        energi dan kalibrasi effisiensi, makapengukuran cuplikan dapat dilakukandengan menggunakan kondisi kerja yangtepat sama dengan kondisis kalibrasi.Kondisi-kondisi tersebut antara lain adalahjarak sumber dengan detektor, tegangankerja detektor, coarse gain, fine gain danlain-lain. Dengan demikian analisis kuantitatif menggunakan spectrometergamma dapat diandalkan. Pengukuran aktivitas zat radioaktif selain menggunakan kalibrasi effisiensidapat pula dilakukan dengan menggunakanprinsip perbadingan puncak spectrumsumber standar dengan puncak spectrumsumber radioaktif. Cara ini dapat berlakujika sumber cuplikan telah diketahui jenisunsur zat radioaktifnya dan demensi sumber standar zat radioaktif. Dengan kondisi kerja yang sama, jenis unsur dan demensi zat radioaktif sama maka aktivitas zat radioaktif dapat ditentukan.

Spektrometer gamma mempunyai batas kemampuan pengukuran pada lajucacah yang rendah. Untuk itu perlu perludiketahui batas kemampuan pengukuransuatu detektor atau berapa deteksi minimumyang bisa dicapai oleh detektor nuklir.

d.      Keunggulan dan Keterbatasan APN sebagai Suatu Teknik Analitik

Beberapa hal berikut ini merupakan aspek keunggulan dari teknik APN dibandingkan dengan analisis unsur lainnya:

a.         Merupakan teknik analisis multi unsur secara serentak untuk analisis kualitatifmaupun kuantitatif, dan tidak tergantungpada tingkat oksidasi ataupun bent uk kimiadan fisika dari unsur yang dianalisis.

b.        Sensitivitas deteksi sangat tinggi sehinggahanya diperlukan jumlah euplikan (bobot massa atau volume) yang keeil.

c.         Di dalam banyak hal merupakan teknik analisis tak merusak, tidak diperlukan proses pemisahan selama analisis.

d.        Apabila saran a iradiasi dan instrumen pengukuran telah tersedia, analisis dapat dilakukan dengan prosedur yang mudah, eepat dan sederhana.

e.         Analisis tidak berpotensi terganggu olehkontaminasi kimia dalam lingkungan.

f.         Dapat diaplikasikan untuk sekitar 70 % dari jenis unsur pada Peta Berkala dalam berbagai maeam bahan euplikan.

g.        Dari satu kali proses iradiasi dapat dilakukan pengulangan pengukuran disesuaikan dengan rentang waktu paruh unsur yang dianalisis.

Seperti halnya teknik analisis pada umumnya, di samping beberapa keunggulanyang disebutkan di atas, APN juga mempunyai beberapa keterbatasan, misalnya :

a.         Memerlukan fasilitas sumber neutron(reaktor nuklir atau generator neutron)yang tidak selalu dapat dimiliki olehsemua laboratorium analisis kimia.

b.        Memerlukan legalitas dan perijinankhusus sehubungan dengan aspekkeselamatan dan/atau proteksi radiasi.

c.         Tidak memberikan informasi mengenai bentuk kimiawi atau tingkat oksidasiunsur analit.

d.        Tidak dapat dilakukan untuk analisisunsur yang tertentu, misalnya unsur yangpenampang lintang reaksi neutronnyasangat rendah untuk hal ini jenisanalisis pengaktivan lainnya sepertianalisis pengaktivan proton menggunakan sistem siklotron dapat merupakan komplemen bagi APN.

Adapun langkah-langkah yang ditempuh dalam melakukan analisis aktivasi neutron adalah persiapan sampel untuk diiradiasi, iradiasi sampel, pencacahan sampel, analisis hasil pencacahan.

a.     persiapan sampel untuk diiradiasi

Sebelum  diiradiasi  sampel  harus  dipersiapkan  sebaik-baiknya  dan  ditempatkan dalam wadah. Persiapan harus dilakukan dengan hati-hati agar terhindar dan kontaminasi. Sentuhan  tangan  dapat  memindahkan  garam  dan  menyebabkan  sampel  terkontaminasi unsur natrium (Na) dan kiorida (Cl). Oleh karena itu untuk menghindari kontaminasi, sampel sebaiknya ditangani di dalam ruang bersih. Peralatan yang digunakan harus bersih dan terbebas dan unsur-unsur yang dapat mengkontaminasi sampel.

Wadah sampel yang diiradiasi harus dipilih dari bahan yang  memiliki ketahanan radiasi dan suhu yang tinggi (tidak terdekomposisi, meleleh atau menguap dalam lingkungan radiasi), memiliki kadar rendah dan unsur-unsur yang dapat menjadi radioaktif jika diiradiasi, murah dan mudah penanganannya.

Bahan yang sering digunakan adalah polietilen, silika dan aluminium foil. Bahan polietilen memenuhi dua persyaratan terakhir, yaitu memiliki kadar rendah dan unsur-unsur yang dapat menjadi radioaktif, murah dan mudah penanganannya. Tetapi bahan ini memiliki ketahanan radiasi dan suhu yang rendah. Polietilen akan menjadi rapuh setelah terkena paparan kurang lebih 1022 neutron/m2

Wadah  silika  memiliki  ketahanan  radiasi  dan  suhu  yang  tinggi,  tetapi  memiliki kemurnian yang rendah dan akan menjadi radioaktif. Aluminium foil hanya dapat digunakan sebagai wadah sampel padat, tetapi aluminium dapat menjadi radioaktif meskipun umur paruhnya dalam orde menit.

b.      Sumber Radiasi Neutron

Sumber radiasi neutron untuk keperluan analisis aktivasi neutron dapat berasal dari reaktor nuklir, akselerator (pemercepat partikel), dan sumber neutron isotopik. Reaktor nuklir merupakan sumber neutron yang paling sering digunakan. Reaktor nuklir dapat menghasilkan fluks neutron termal yang tinggi (± 1014  neutron/cm2.s). Neutron cepat dalam jangkau tenaga beberapa keV dapat juga dihasilkan, tetapi dengan fluks yang Iebih rendah.

Akselerator (pemercepat partikel) menghasilkan neutron cepat sebagai hasil reaksi partikel bermuatan, yang biasa disebut generator neutron. Fluks neutron lebih rendah dibandingkan dengan reaktor nuklir, tetapi masih mencukupi untuk beberapa tujuan. Dan reaksi 3H (d, n)4He dapat dihasilkan 14,7 MeV neutron, dapat digunakan untuk menginisiasi reaksi (n, p), (n, ), dan (n, 2n). Aktivasi yang penting dengan neutron cepat adalah reaksi 16O (n, p) 16N, karena dapat digunakan untuk menganalisis oksigen Dua penerapan uatama adalah oksigen dalam logam, terutama baja yang biasanya berkadar 0,01 — 0,1 % dan oksigen dengan senyawa organik, yang banyaknya sampel sekitar 10 mgram. Sumber neutron isotopik didasarkan pada reaksi (,n), (,n) dan reaksi fisi spontan (252Cf). Semua reaksi menghasilkan neutron cepat.

Selain dengan neutron, analisis aktivasi kemungkinan dapat dilakukan dengan menggunakan partikel bermuatan atau sinar gamma. Aktivasi dengan partikel bermuatan terutama bermanfaat untuk unsur-unsur yang sangat ringan, yang penghalang Coulombnya rendah dan aktivasi neutron tidak  dapat  digunakan.  Mesin  Van  de  GrafT  dan  siklotron digunakan untuk menghasilkan proton, deuteron, ion 3He++  dan partikel alpha. Fluks yang tidak cukup tinggi atau target menjadi panas merupakan masalah dan cenderung membatasi sensitivitas. Sampel yang akan diaktivasi harus homogen karena rendahnya daya tembus partikel penembak

Sinar  gamma  dapat  menginduksi  dua  jenis  reaksi  yang  dapat  digunakan  untuk analisis aktivasi. Yang pertama adalah produksi isomer metastabil, misalnya 4,5 jam 115Inm dari isotop 115n. Gamma dengan energi relatif rendah diperlukan untuk target emas, misalnya 3 MeV bremsstrahlung dari mesin Van de Graff Yang kedua adalah reaksi pemancaran nukleon, terutama reaksi (, n). Rekasi ini memerlukan energi Iebih besar sekitar 15 - 25 MeV dari yang pertama.

c.       Iradiasi sampel

Tergantung pada pemilihan reaksi, iradiasi sampel dapat dilakukan di reaktor nuklir, akselerator atau sumber neutron isotopik. Pada umumnya analisis aktivasi neutron dilakukan di reaktor nuklir dengan menggunakan neutron termal yang dihasilkannya. Jenis reaktor yang dapat digunakan untuk analisis ini antara lain adalah reaktor Triga Mark (for Training, Research and Isotope Production - General Atomic), seperti yang terdapat di Indonesia.

Reaktor Triga Mark memiliki fasilitas rotary specimen rack atau Lazy Susan untuk mengiradiasi sampel dengan waktu satu jam atau Iebih dan fasilitas tabung pneumatik untuk iradiasi dengan waktu kurang dan 15 menit.

Setelah pemilihan fasilitas iradiasi, maka langkah berikutnya adalah penentuan waktu iradiasi. Apabila sampel yang akan diiradiasi telah diketahui jenis unsur-unsur yang terkandung di dalamnya, maka waktu iradiasi dapat lebih mudah diperkirakan. Sebaliknya, apabila jenis unsur dalam sampel tidak diketahui sama sekali, maka waktu iradiasi harus diubah-ubah untuk mengetahui jenis-jenis unsur yang terdapat di dalamnya.

4.      Analisis Pengenceran Isotop

Analisis pengenceran isotope untuk menentukan kadar suatu zat dengan cara menambahkan zat radioaktif yang sudah diencerkan kedalam zat yang akan ditentukan kadarnya. Pengenceran isotop adalah pengenceran bahan target yang dilakukan dengan menambahkan isotopnya. Pengenceran isotope digunakan untuk mengurangi cacat radiasi dan analisis yang memanfaatkan perubahan rasioisotop.

Analisis Pengenceran Isotop (API) merupakan indikator metode radioanalitik yang paling banyak digunakan. Prinsip dasar dan API adalah jika perunut radioaktif dicampurkan ke dalam senyawa yang tidak mengandung radioaktif dan yang sejenis dengan perunutnya, maka aktivitas jenis dari perunut radioaktif tersebut berkurang.

Perbandingan antara aktivitas jenis sebelum dan sesudah pencampuran dapat digiinakan untuk menentukan kadar senyawa yang tidak mengandung radioaktif, Adapun teknik analisisnya dapat dijelaskan sebagai berikut:

Suatu senyawa bertanda X* (radioaktif) yang telah diketahui kadarnya (x1 gram) dan aktivitasnya (Ax) memiliki aktivitas jenis sebesar:

dengan M adalah berat molekul senyawa X*

Senyawa bertanda tersebut ditambahkan ke dalam campuran yang mengandung senyawa X yang tidak radioaktif, tetapi sejenis dengan senyawa bertanda Senyawa X ini yang akan ditentukan kuantitasnya, misalnya sebesar x2 gram. Aktivitas jenis campuran ini  adalah:

 

Apabila  senyawa  X*  direaksikan  dengan  suatu  senyawa  yang  mengandung  X  tidak radioaktif, maka akan dihasilkan senyawa yang mengandung radioaktif dengan persamaan reaksi:

X*+U → Y*+V                                                                            (6-5)

Hasil reaksi Y* ini tidak dapat dipisahkan semuanya, meskipun demikian aktivitas jenis dari senyawa Y* ini masih sebesar S2, karena perbandingan antar atom radioaktif dengan atom sejenis yang tidak radioaktif tidak dapat diubah oleh reaksi kimia. Apabila berat Y yang dipisahkan adalah xy gram, maka aktivitas jenisnya adalah:

 

                                                (6-6)

dengan Ay  adalah aktivitas Y yang dipisahkan dari campuran dan My  adalah berat molekul senyawa Y.

Jika persamaan (6-3) disusun kembali, maka akan diperoleh :

                                                                                           (6-7)

dengan  menggunakan  persamaan  (6-6),  maka  persamaan  (6-7)  dapat  disusun  kembali menjadi :

                                                                                          (6-8)

Metode ini telah digunakan untuk menentukan unsur kelumit dari sampel, seperti logam,  batuan,  mineral,  air,  tanah,  plastik,  tumbuhan,  bahan  biologis,  senyawa  organik (asam amino, steroid, vitamin, insektisida, dll). Metode API dapat bermanfaat pada situasi berikut ini:

o   Substan  ditentukan  dalam  campuran  bahan  yang  mirip  (sama),  tetapi  isolasi kuantitatif tidak memungkinkan.

o   Bahan yang dianalisis memiliki konsentrasi yang rendah, sehingga kehilangan karena serapan pada permukaan wadah selama prosedur pemisahan tidak dapat dihindari.

o   Analisis  harus  dilakukan  secepat  mungkin,  milsalnya  karena  peluruhan  atau pergeseran kesetimbangan.

o   Bahan yang  dianalisis  merupakan bagian  sistem  yang  besar, dan  hanya  bagian tertentu yang tersedia, misal kandungan air dalam hewan.

a.      Macam API

API klasik menggunakan perbandingan aktivitas jenis dari perunut radioaktif sebelum dan sesudah dicampurkan dengan senyawa non radioaktif yang akan di tentukan. Dengan kata lain, perunut radioaktif diencerkan dengan senyawa non radioaktif. Pengenceran menyebabkan perubahan pada aktivitas jenis yang ditambahkan ke perunut, yang pada akhirnya dapat diukur dan digunakan untuk menentukan banyaknya atau konsentrasi komponen yang ingin diketahui dalam sampel.

Berbagai API yang dikembangkan meliputi :

1.      API  langsung  (direct  IDA),  atau  API  tunggal,  sampel  non  radioaktif  diencerkan dengan perunut radioaktif

2.      Kebalikan API (reverse IDA), bahan radioaktif diencerkan dengan bahan stabil.

3.      API   derivatif   (derivatif   IDA),   bahan   yang   dianalisis   pada   awalnya   adalah nonradioaktif,  tetapi  dibuat  menjadi radioaktif  melalui  reaksi  stoikiometrik  dengan menggunakan reagent radioaktif.

4.      Pengenceran isotop ganda (dauble isotope dilution), dua isotop radioaktif dari unsur yang sama digunakan.

5.      API setelah aktivasi, radioaktivitas bahan yang dianalisis diinduksi dengan teknik aktivasi yang sesuai.

6.      Pseudo API, bahan yang dianalisis yang telah diencerkan dari unsur yang tidak sama dengan perunut, tetapi memiliki sifat kimia yang cukup sama.

b. Sensitivitas

Sensitivitas API dibatasi oleh beberapa faktor berikut ini:

1.      Jumlah terkecil yang dapat ditentukan atau dimurnikan pada API langsung.

2.      Aktivitas jenis awal pada kebalikan API.

3.      Aktivitas jenis dan perunut radioaktif yang telah diencerkan atau reagent radioaktif pada API derivatif.

4.      Konstanta kesetimbangan pada ekstraksi, hidrolisis, presipitasi dan reaksi pemisahan sejenisnya yang digunakan pada API substoikiometnik.

5.      Kontaminasi reagent.

6.      Stabilitas reagent pada konsentrasi rendah, serapan pada permukaan, dll pada API

7.      substoikiometrik dan sub-superekivalen.

8.      Volume larutan yang digunakan pada API substoikiometrik

9.      Fluks neutron, foton, partikel bermuatan pada API setelah aktivasi.

10.  Pengganggu.

Pada analisis pengenceran radioisotop, kedalam suatu larutan yang akan dianalisis ditambahkan suatu larutan yang mengandung suatu spesi radioaktif yang diketahui jumlahnya dan zat yang tidak diketahui. Kemudian zat tersebut dipisahkan, lalu keradiaktifannya ditentukan.

Dalam pengenceran analisis isotop ini senyawa yang digunakan memiliki sifat yang identik dengan senyawa yang akan dianalisis. Metoda yang dapat dapat digunakan untuk analisis pengenceran isotop ini diantaranya adalah metode Titrimetri, Spektrofotometri UV-VIS, Fluorimetri, HPLC, polarografi, Spektrografi Emisi, XRF, AAS, Spektrometri Alfa, dan Spektrometri Massa. Metode-metode ini digunakan untuk mengetahui kereaktifan suatu senyawa analisis yang telah mengalami pengenceran isotop.

Analisis campuran senyawa berdasarkan jenis cuplikan, yaitu dengan suatu komponen yang telah diketahui aktivitas jenisnya; penentuan kuantitatif senyawa dalam campuran yang rumit dapat dilaksanakan dengan menambahkan senyawa bertanda dengan keaktifan jenis dan jumlah yang diketahui dengan teliti, untuk maksud ini harus digunakan senyawa bertanda dengan sifat yang identik dengan senyawa yang akan ditentukan, bila senyawa yang akan ditentukan dapat dipisahkan dalam keadaan murni, tetapi tidak perlu diperoleh hasil pemisahan yang kuantitatif, maka kadar senyawa yang dimaksud dapat ditentukan dengan membandingkan keaktifan jenis sebelum dan sesudah pemisahan. Kebalikan dari cara ini sering dinamakan kebalikan pengenceran isotop, merupakan penambahan isotop mantap ke dalam isomer radioaktif yang akan ditentukan kadarnya.

Kegunaan Analisis Pengenceran Isotop. Secara umum kegunaan analisis pengenceran isotop adalah untuk mengurangi cacat radiasi akibat penyerapan radioisotop ke dalam tubuh dan anlisis yang memanfaatkan perubahan radioisotop dalam berbagai bidang aplikasi seperti bidang hidrologi, kesehatan, geologi, biokimia dan kimia analisis yang akan dijelaskan lebih lanjut.

Aplikasi Analisis Pengenceran isotop. Aplikasi analisis pengenceran isotop awalnya dilakukan oleh ahli biokimia untuk menganalisis campuran kompleks dari senyawa organik. Hal ini dilakukan untuk memastikan stabilitas senyawa berlabel dan ketahanan untuk pertukaran isotopik reaksi. Nitrogen-15-label glisin misalnya, dapat digunakan untuk menentukan glisin dalam campuran asam amino yang diperoleh dari protein. Deuterium-glisin label tidak dapat digunakan jika isotop deuterium yang melekat pada atau amino glisin memiliki gugus karboaksil, karena di lokasi deuterium diketahui mengalami reaksi pertukaran dengan hidrogen pada pelarut atau dalam asam amino lainnya.. Deuterium sangat berguna dalam analisis isotop unsur di mana total hidrogen atau konsentrasi hidrogen tukar yang diinginkan juga.

Contoh Analisis pengenceran isotop:

Ke dalam 50 mL larutan yang mengandung ion ⁶²Zn²⁺ yang belum diketahui konsentrasinya ditambahkan 10 mL larutan ⁶²Zn²⁺ 0,100 µ Ci. Kemudian diencerkan sampai volume 100 ml. Setelah pengendapan garam seng

diperoleh 0,4000 gram seng dengan keaktifan 0,0825 µ Ci. Hitunglah konsetrasi

ion ⁶²Zn²⁺ dalam larutan semula.
Jawab:
%Zn yang diperoleh = 0,0825/0,100 X 100 = 82,5 %

Jumlah seng = (0,4000 g seng yang diperoleh)/(0,825 (gram yang diperoleh)/(gram total)) = 0,485 g

Dengan mengabaikan berat 62Zn2+ yang ditambahkan maka konsentrasi ⁶²Zn²⁺dalam larutan semula adalah: 0,485/(65,37 X 0,05) = 0,1484 M

BAB III

PENUTUP

A.    Kesimpulan

Radioisotop adalah isotopunsur radioaktif yang memancarkan sinar radioaktif. Isotop suatu unsur baik yang stabil maupun radioaktif memiliki sifat kimia yang sama. Adapun Peran radioisotop sebagai pencari jejak tidak terlepas dari sifat-sifat khas yang dimilikinya.

Adapun aplikasi dari bidang kimia/analitik adalah sebagai teknik perunut (Teknik perunut dapat dipakai untuk mempelajari mekanisme berbagai jenis reaksi kimia esterifikasi, fotosintesis dan kesetimbangan dinamis), analysis titrasi radiometri (Analisis radiometri adalah cara analisis kimia untuk unsur unsur atau zat tak radioaktif dengan jalan penambahan zat radioaktif dan analisis radiometri ini digunakan untuk menentukan kadar zat yang sangat rendah dalam suatu campuran.), analisis pengenceran isotop (Analisis pengenceran isotope untuk menentukan kadar suatu zat dengan cara menambahkan zat radioaktif yang sudah diencerkan kedalam zat yang akan ditentukan kadarnya), dan analysis pengaktifan neutron (Analisis pengaktifan neutron adalah analysis unsur-unsur dalam sampel yang didasarkan pada pengubahan isotope stabil oleh isotope radioaktif melalui pemboman sampel oleh neutron).

B.     Saran

Sebaiknya Radioisotop digunakan dalam hal positif yang dapat di manfaatkan oleh manusia bukan hal yang negative yang mungkin bisa menimbulkan masalah bahkan bencana bagi kehidupan manusia.

DAFTAR PUSTAKA

Arnikar, H.J. 1989. Essentials of Nuclear Chemistry. Second Edition. India: Wiley Eatern Limited.

Astatin. 2010. Kegunaan Radioisotop. http://imperfectionsts.wordpress.com/2010/ 10/17/kegunaan-radioisotop. Diakses pada tanggal 26 November2017.

Awaludin, Rohadi. 2009. Mencari Jejak Menggunakan Radioisotop. http://berita iptek.istecs.org/mencari-jejak-menggunakan-radioisotop/. Diakses pada tanggal 26 November2017.

Luhur, Nugraha, Kadarusmanto dan Subiharto. 2013. Uji Banding Sistem Spektometer Gamma dengan Metoda Analisis Sunber Eu-152. Buletin Pengelolaan Reaktor Nuklir. Vol.X. No.1.

Gunandjar. 1992. Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengolahan Limbah VI. Jakarta: Puspiptek-RISTEK. ISSN 1140-6086.

Spoenarjo, Sunarhadijoso. 2008. Analisis Pengaktifan Neutron. Jurnal Radioisotop dan Radiofarmaka. Vol.11. ISSN: 1410-8542.

Sunarya, Yayan. 2007. Mudan dan Aktif Belajar Kimia untuk SMA Kelas XII.

Bandung: Setia Puma Inves.

Susilowati, Endang. 2009. Theory and Application of Chemistry 3. Jakarta: PT. Tiga Serangkai Pustaka Mandiri.