Manfaat Radioisotop dalam Kehidupan

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:

₃₃As⁷⁵ + ₀n¹ → 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 ₉₉Tc^m 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 ₉₉Tc^m.

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, MoO₄^2– yang terserap pada butiran alumina. Isotop ₉₉Mo radioaktif sendiri dibuat pada reaktor nuklir. Isotop ₉₈Mo nonradioaktif dibombardir dengan neutron.

₄₂Mo⁹⁸ + ₀n¹ → ₄₂Mo⁹⁹

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

₄₂Mo⁹⁹ → ₄₃Tc^m99 _-1e⁰

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 n¹ + ₇ N¹⁴ →₁H¹ + ₆C¹⁴

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.