Manfaat Radioisotop dalam Kehidupan – Radiasi dari peluruhan unsur
radioaktif
dapat memengaruhi benda dan makhluk hidup. Partikel alfa, beta, dan
gamma dapat menembus ke dalam materi dan mampu mengionisasi atom atau
molekul (lihat Gambar 5.8). Hal ini dapat memengaruhi organ tubuh dan
bersifat destruktif. Namun demikian, dengan pengetahuan yang memadai,
radiasi dari unsur
radioaktif dapat dimanfaatkan oleh manusia, terutama dalam bidang kedokteran, pertanian, dan industri.
Gambar 5.8 Daya penetrasi sinar alfa, beta, dan gamma terhadap tubuh manusia
1. Manfaat Radioaktif dalam Analisis Kimia
Perunut
radioaktif adalah isotop
radioaktif yang ditambahkan ke dalam bahan kimia atau makhluk hidup guna mempelajari sistem. Keuntungan perunut
radioaktif
yaitu isotop berperilaku sebagaimana isotop nonradioaktif, tetapi dapat
dideteksi dalam jumlah sangat sedikit melalui pengukuran radiasi yang
diemisikannya.
a. Analisis Kesetimbangan Kimia
Tinjau kesetimbangan timbal(II) iodida padat dan larutan jenuhnya yang mengandung Pb2+(aq) dan I–(aq). Persamaannya:
PbI2(s) ⇆ Pb2+(aq) + 2I–(aq)
Ke dalam tabung yang berisi PbI2 padat nonradioaktif
tambahkan larutan yang berisi ion iodida radioaktif hingga jenuh. Kocok
campuran dan biarkan beberapa lama. Saring campuran dan keringkan
endapan yang 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 dan ion-ionnya.
b. Mekanisme Fotosintesis
Percobaan menggunakan perunut telah
dilakukan sejak tahun 1950 oleh Melvin Calvin dari Universitas Berkeley
untuk menentukan mekanisme fotosintesis tanaman. Proses keseluruhan
fotosintesis melibatkan reaksi CO2 dan H2O untuk menghasilkan glukosa dan O2.
6CO2(g) + 6H2O(l)⎯Sinar matahari→C6H12O6(aq) + 6O2(g)
Dalam percobaannya, gas CO2 yang mengandung lebih isotop 14C
radioaktif diterpakan kepada tanaman alga selama satu hari. Selanjutnya,
alga diekstrak dengan alkohol dan air. Senyawa terekstrak dipisahkan
dengan kromatografi, selanjutnya diidentifikasi.
Gambar 5.9 Pencacah Geiger Partikel
radiasi masuk melalui jendela dan melewati gas argon. Energi dari
partikel mengionisasi molekul gas menghasilkan ion positif dan elektron
yang dipercepat oleh elektrode. Elektron yang bergerak lebih cepat,
menumbuk logam anode dan menimbulkan pulsa arus. Pulsa arus selanjutnya
dicacah.
Senyawa yang mengandung 14C radioaktif
terdapat dalam zat antara yang dibentuk selama fotosintesis. Berdasarkan
analisis terhadap isotop 14C, Calvin mengajukan mekanisme atau
tahap-tahap reaksi dalam fotosintesis.
c. Titrasi Radiometri
Pada titrasi radiometri, isotop
radioaktif dapat digunakan sebagai petunjuk titik akhir titrasi.
Misalnya, pada titrasi penentuan ion Cl
–dengan ion Ag
+
membentuk endapan AgCl. Baik titran maupun cuplikan dapat mengandung
komponen radioaktif. Pada awal titrasi, dalam labu Erlenmeyer yang
berisi ion Cl
–nonradioaktif tidak terdapat keaktifan. Setelah ion 110Ag
+ radioaktif ditambahkan ke dalam erlenmeyer dan bereaksi dengan ion Cl
–, membentuk endapan AgCl.
Bagian supernatan (endapan) tidak menunjukkan tanda-tanda keaktifan, tetapi setelah titik ekuivalen tercapai, kelebihan ion Ag+berada
dalam larutan, dan secara perlahan meningkatkan keaktifan. Titik akhir
titrasi diperoleh dengan cara ekstrapolasi grafik. Kelebihan cara
analisis titrasi radiometri adalah kepekaannya sangat tinggi. Selain
itu, suhu, pH, kekeruhan, dan yang lainnya tidak memengaruhi penentuan
titik akhir titrasi.
d. Analisis Aktivasi Neutron
Analisis aktivasi neutron adalah analisis unsur-unsur dalam sampel yang didasarkan pada pengubahan isotop stabil oleh isotop
radioaktif melalui
pemboman sampel oleh neutron. Untuk mengidentifikasi apakah seseorang
itu mati wajar atau diracun dapat dianalisis berdasarkan runutan unsur
dalam rambut. Ini dapat dilakukan dengan cara menentukan jumlah dan
posisi unsur dalam rambut secara saksama sehingga dapat diketahui
penyebab kematian orang itu. Analisis terhadap rambut dapat dilakukan
untuk menentukan zat beracun yang terdapat dalam rambut, misalnya arsen
(As). Jika isotop
75As dibombardir dengan neutron, inti metastabil dari
76Asm akan diperoleh:
33As
75 +
0n
1 →
33As
m77
Inti metastabil berada pada keadaan
tereksitasi, dan meluruh disertai emisi gamma. Frekuensi sinar gamma
yang diemisikan khas untuk setiap unsur. Selain itu, intensitas sinar
gamma sebanding dengan jumlah unsur yang ada dalam sampel rambut.
Berdasarkan prosedur di atas, dapat diketahui apakah orang itu diracuni
arsen atau mati wajar. Metode ini juga sangat peka sebab dapat
mengidentifikasi jumlah arsen hingga 10–9 g.
Gambar 5.10 Arsen dibombardir dengan neutron menghasilkan arsen metastabil. Untuk stabil meluruhkan sinar gamma.
2. Manfaat dalam Kedokteran dan Farmasi
Radioisotop pertama yang diterapkan dalam medik adalah untuk terapi
penyakit kanker. Radium–226 dan hasil peluruhannya, radon–222 digunakan
untuk terapi kanker beberapa tahun setelah penemuan radioaktif, tetapi
sekarang radiasi gamma dari kobalt–60 lebih umum digunakan.
Gambar 5.11 (a) Perangkat uji radon dapat digunakan di rumah atau perkantoran. (b) Kobalt-60 digunakan untuk terapi kanker.
Terapi penyakit kanker merupakan salah
satu aplikasi berguna dari isotop radioaktif dalam medik. Kegunaan lain
dari isotop radioaktif adalah diagnosis penyakit (Gambar 5.11a),
sterilisasi alat-alat kedokteran (Gambar 5.11b), dan penyelidikan
efisiensi kerja organ tubuh.
a. Efisiensi Kerja Organ Tubuh
Isotop radioaktif diterapkan dalam
diagnosis dengan dua cara. Pertama, isotop digunakan untuk mengembangkan
citra internal organ tubuh sehingga fungsinya dapat diselidiki. Kedua
digunakan sebagai perunut dalam analisis jumlah zat, seperti pertumbuhan
hormon dalam darah, yang dapat memberikan data kemungkinan kondisi
penyakitnya. Nuklida 99Tcm adalah isotop
radioaktif yang sering digunakan untuk mengembangkan citra internal
organ tubuh. Isotop tersebut meluruh disertai emisi sinar gamma menjadi 99Tc
keadaan dasar. Citra dibuat dengan men-scan bagian tubuh oleh emisi
sinar gamma dari 99Tc dan dideteksi secara skintilasi (penyinaran).
Gambar 5.12 menunjukkan citra tulang kerangka manusia yang diperoleh
dengan isotop 99Tcm.
Gambar 5.12 Citra tulang rangka manusia menggunakan 99Tcm.
Teknetium yang menerpa bagian tubuh,
setelah scanning segera diekresi oleh tubuh dan sinar gamma meluruh
sampai ke tingkat yang dapat diabaikan oleh tubuh sekitar sejam. Di
rumah sakit, isotop teknetium diproduksi dalam generator teknetium
molibdinum–99. Generator mengandung ion molibdat radioaktif, MoO42– yang terserap pada butiran alumina. Isotop 99Mo radioaktif sendiri dibuat pada reaktor nuklir. Isotop 98Mo nonradioaktif dibombardir dengan neutron.
42Mo
98 +
0n
1 →
42Mo
99
Selanjutnya, Molibdum radioaktif ini
diserapkan pada alumina dan ditempatkan dalam generator, dan dikirim ke
rumah sakit. Ion perteknetat diperoleh ketika isotop 99Mo dalam MoO42 meluruh. Persamaan peluruhannya adalah
42Mo
99 →
43Tc
m99 -1e
0
Setiap hari ion perteknetat, TcO4–
harus dicuci dari generator dengan larutan garam yang tekanan
osmosisnya sama dengan tekanan osmosis dalam darah. Ion perteknetat
diterapkan untuk mengembangkan citra otak, sedangkan senyawa teknetium
yang lain diterapkan untuk mengembangkan citra organ tubuh yang lain.
Senyawa kompleks teknetium tertentu dapat berikatan dan merusak jaringan
hati. Senyawa ini diterapkan untuk mendiagnosis serangan jantung. Saat
ini tengah dikembangkan senyawa isotop radioaktif dari teknetium yang
diharapkan dapat melihat fungsi berbagai organ tubuh yang lain.
b. Radio Immuno Assay (RIA)
Radio mmuno Assay (RIA) adalah teknik
pengembangan terkini untuk menganalisis darah dan cairan tubuh lain,
seperti hormon, steroid, dan antigen dalam jumlah sangat sedikit. Teknik
yang dikembangkan ini bergantung pada ikatan antara zat dengan
antibodi. Antibodi diproduksi dalam hewan sebagai proteksi terhadap zat
asing. Antibodi memproteksi dengan mengikat zat dan mencacah aktivitas
biologinya. Metode yang telah diterapkan adalah analisis insulin dalam
cuplikan darah pasien. Sebelum analisis, larutan insulin yang mengikat
antibodi dikembangkan dari hewan secara laboratorium.
Gambar 5.13 Diagnosis dengan instrumen PET (Positron Emision Tomography) untuk men-scanning otak.
Kemudian, larutan insulin digabungkan
dengan insulin yang mengandung isotop radioaktif, di mana antibodi
terikat pada insulin radioaktif. Sampel yang mengandung sejumlah insulin
tidak dikenal ditambahkan kepada campuran antibodi-insulin radioaktif.
Insulin yang bukan radioaktif mengganti beberapa insulin radioaktif yang
terikat pada antibodi. Akibatnya, antibodi kehilangan sejumlah
radioaktivitas. Hilangnya radioaktivitas dapat dihubungkan dengan jumlah
insulin dalam sampel darah.
Teknik RIA juga digunakan secara luas
untuk menentukan Human Placenton actogen (HPL) pada tahap kehamilan.
Informasi tersebut sangat penting dalam bidang ginekologi sehingga
dokter dapat membedakan kehamilan yang normal dan abnormal sejak dini.
Gambar 5.14 Molekul
yang ditandai dengan radioisotop iodin-123, digunakan untuk mempelajari
aliran darah ke otak. Emisi dari 123I dideteksi di sekitar otak Pasien.
3. Aplikasi dalam Industri dan Pertanian
Salah satu aplikasi radioisotop dalam
bidang pertanian adalah untuk menentukan pemakaian pupuk optimum. Berapa
kadar pupuk yang harus ditambahkan ke dalam tanah, dan berapa kadar
pupuk yang diserap tanaman. Kadar pupuk optimum dapat ditentukan dengan
menambahkan amonium fosfat berlabel 32P yang memiliki aktivitas
tertentu. Selanjutnya, dilakukan pengukuran aktivitasnya pada akar,
daun, batang, atau bagian lain dari tanaman. Total fosfor yang
dibutuhkan tanaman ditentukan melalui analisis kimia dan penambahan
pupuk ditentukan oleh keaktifan yang terukur. Perbedaan dari kedua
pengukuran itu menunjukkan fosfor yang terdapat dalam tanah. Dari hasil
penelitian terbukti bahwa hasil panen jauh lebih melimpah jika
penambahan pupuk fosfat dilakukan pada saat benih disemai atau pada saat
60% pertumbuhan akar.
Oleh karena banyak unsur dapat
diaktifkan dengan neutron dan emisi radiasinya memiliki frekuensi
tertentu yang khas maka teknik pencarian sumber alam yang terdapat dalam
kerak bumi banyak melibatkan partikel neutron. Contohnya, pencarian
sumber air dan minyak bumi. Alat bor dilengkapi dengan sumber neutron,
diharapkan dapat menginduksi keradioaktifan terhadap unsur-unsur yang
terdapat dalam tanah pada kedalaman tertentu.
Gambar 5.15 Teknik pencarian sumber alam (air, minyak bumi)
Neutron penginduksi biasanya bersumber
dari (Po + Be) dengan peluruhan sekitar 107 neutron per detik dan
dirakit, seperti pada Gambar 5.15. Setelah terjadi induksi
keradioaktifan oleh neutron, unsur-unsur sekitar menjadi bersifat
radioaktif, dan memancarkan radiasi gamma dengan energi yang khas untuk
setiap unsur. Radiasi gamma akan tersidik pada detektor sehingga dapat
diketahui macam unsur yang ada dalam tanah itu. Teknik ini secara luas
dikembangkan untuk menentukan keberadaan sumber air atau minyak bumi.
Jika terdapat unsur hidrogen, energi gamma yang tersidik sekitar 2,2
MeV, unsur oksigen sekitar 6,7 MeV, dan unsur karbon sekitar 4,4 MeV.
4. Aplikasi dalam Kepurbakalaan
Pengukuran umur batuan dapat dilakukan melalui pengukuran peluruhan 14C
yang telah membuka tabir sejarah manusia dan prasejarah sekitar 35.000
tahun silam. Isotop 14C dengan waktu paruh 5.730 tahun dihasilkan secara
terus-menerus di atmosfer akibat sinar kosmik. Sinar kosmik berenergi
sangat tinggi menyebabkan terjadinya reaksi inti berenergi tinggi
menghasilkan neutron. Neutron tersebut selanjutnya bertumbukan dengan
inti 14N di atmosfer membentuk 14C.
0 n
1 +
7 N
14 →
1H
1 +
6C
14
Isotop 14C masuk ke atmosfer bumi dan bercampur dengan 12C yang stabil membentuk senyawa, misalnya H14CO3– dalam lautan, 14CO2
di atmosfer. Senyawa tersebut selanjutnya dikonsumsi oleh tanaman dan
hewan, selanjutnya oleh manusia. Jika tanaman atau hewan mati (misalnya,
jika pohon ditebang), pertukaran karbon dengan sekitarnya berhenti.
Oleh karenanya, jumlah 14C yang terdapat dalam tanaman yang
ditebang mulai meluruh. Setelah ratusan bahkan ribuan tahun, tanaman
yang mati sudah menjadi fosil. Melalui pengukuran aktivitas 14C dalam
fosil tanaman, umur fosil itu dapat diramalkan.
Metode pengukuran dengan 14C
dikembangkan oleh .F. Libby yang dikalibrasi terhadap teknik pengukuran
umur batuan yang lain (seperti catatan sejarah yang ditulis) dan
hasilnya cukup konsisten. Namun demikian, pembakaran fosil minyak bumi
selama satu abad terakhir dapat meningkatkan produksi isotop 12C di atmosfer, yang tentu dapat menimbulkan kesukaran dalam menerapkan metode pengukuran dengan 14C pada masa yang akan datang.
A. Sebagai Perunut
1. Bidang Kedokteran
Digunakan sebagai perunut untuk mendeteksi berbagai jenis penyakit, antara lain(Martin S. Silberberg, 2000: 1066):
a.
24Na, mendeteksi adanya gangguan peredaran darah.
b.
59Fe, mengukur laju pembentukan sel darah merah.
c.
11C, mengetahui metabolisme secara umum.
d.
131I, mendeteksi kerusakan pada kelenjar tiroid.
e.
32P, mendeteksi penyakit mata, liver, dan adanya tumor.
2. Bidang Industri
Digunakan untuk meningkatkan kualitas produksi, seperti pada:
a. Industri makanan,
sinar gama untuk mengawetkan makanan, membunuh mikroorganisme yang menyebabkan pembusukan pada sayur dan buahbuahan.
b. Industri metalurgi, digunakan untuk mendeteksi rongga udara pada
besi cor, mendeteksi sambungan pipa saluran air, keretakan pada pesawat
terbang, dan lain-lain.
c. Industri kertas, mengukur ketebalan kertas.
d. Industri otomotif, mempelajari pengaruh oli dan aditif pada mesin selama mesin bekerja.
3. Bidang Hidrologi
a.
24Na dan
131I, digunakan untuk mengetahui kecepatan aliran air sungai.
b. Menyelidiki kebocoran pipa air bawah tanah.
c.
14C dan
13C, menentukan umur dan asal air tanah.
4. Bidang Kimia
Digunakan untuk analisis penelusuran mekanisme reaksi kimia, seperti:
a. Dengan bantuan isotop oksigen–18 sebagai atom perunut, dapat ditentukan asal molekul air yang terbentuk.
b. Analisis pengaktifan neutron.
c. Sumber radiasi dan sebagai katalis pada suatu reaksi kimia.
d. Pembuatan unsur-unsur baru.
5. Bidang Biologi
a. Mengubah sifat gen dengan cara memberikan sinar radiasi pada gen-gen tertentu.
b. Menentukan kecepatan pembentukan senyawa pada proses fotosintesis menggunakan radioisotop C–14.
c. Meneliti gerakan air di dalam batang tanaman.
d. Mengetahui ATP sebagai penyimpan energi dalam tubuh dengan menggunakan radioisotop 38F.
6. Bidang Pertanian
a.
37P dan
14C, mengetahui tempat pemupukan yang tepat.
b.
32P, mempelajari arah dan kemampuan tentang serangga hama.
c. Mutasi gen atau pemuliaan tanaman.
d.
14C dan
18O, mengetahui metabolisme dan proses fotosintesis.
7. Bidang Peternakan
a. Mengkaji efisiensi pemanfaatan pakan untuk produksi ternak.
b. Mengungkapkan informasi dasar kimia dan biologi maupun antikualitas pada pakan ternak.
c.
32P dan
35S, untuk pengukuran jumlah dan laju sintesis protein di dalam usus besar.
d.
14C dan
3H, untuk pengukuran produksi serta proporsi asam lemak mudah menguap di dalam usus besar.
B. Sebagai Sumber Radiasi
1. Bidang Kedokteran
Digunakan untuk sterilisasi radiasi, terapi tumor dan kanker.
2. Bidang Industri
Digunakan untuk:
a. Perbaikan mutu kayu dengan penambahan monomer yang sudah diradiasi, kayu menjadi lebih keras dan lebih awet.
b. Perbaikan mutu serat tekstil dengan meradiasi serat tekstil,
sehingga titik leleh lebih tinggi dan mudah mengisap zat warna serta
air.
c. Mengontrol ketebalan produk yang dihasilkan, seperti lembaran kertas, film, dan lempeng logam.
d.
60Co untuk penyamakan kulit, sehingga daya rentang
kulit yang disamak dengan cara ini lebih baik daripada kulit yang
disamak dengan cara biasa.
3. Bidang Peternakan
Digunakan untuk:
a. Mutasi gen dengan radiasi untuk pemuliaan tanaman.
b. Pemberantasan hama dengan meradiasi serangga jantan sehingga mandul.
c. Pengawetan bahan pangan dengan radiasi sinar-X atau gama untuk membunuh telur atau larva.
d. Menunda pertunasan pada bawang, kentang, dan umbi-umbian untuk memperpanjang masa penyimpanan.