RADIOISOTOP DALAM BIDANG KIMIA PENGGUNAAN RADIOISOTOP DALAM BIDANG KIMIA

Radioisotop adalah isotop suatu unsur yang radioaktif yang memancarkan sinar radioaktif. Isotop suatu unsur baik yang stabil maupun radioaktif memiliki sifat kimia yang sama.
Sifat-sifat khas radioisotop diantaranya:

Radioisotop senantiasa memancarkan radiasi di manapun dan keberadaannya mudah dideteksi. Radioisotop ibarat lampu yang tidak pernah padam senantiasa memancarkan cahayanya. Radioisotop dalam jumlah sedikit sekali pun dapat dengan mudah diketahui keberadaannya. Dengan teknologi pendeteksian radiasi saat ini, radioisotop dalam kisaran pikogram (satu per satu trilyun gram) pun dapat dikenali dengan mudah. Sebagai ilustrasi, jika radioisotop dalam bentuk carrier free (murni tidak mengandung isotop lain) sebanyak 0,1 gram saja dibagi rata ke seluruh penduduk bumi yang jumlahnya lebih dari 5 milyar, jumlah yang diterima oleh masing-masing orang dapat diukur secara tepat.

Laju peluruhan tiap satuan waktu (radioaktivitas) hanya merupakan fungsi jumlah atom radioisotop yang ada, tidak dipengaruhi oleh kondisi lingkungan baik temperatur, tekanan, pH dan sebagainya. Penurunan radioaktivitas ditentukan oleh waktu paro, waktu yang diperlukan agar intensitas radiasi menjadi setengahnya. Waktu paro ini merupakan bilangan khas untuk tiap-tiap radioisotop. Misalnya karbon-14 memiliki waktu paro 5.730 tahun, sehingga radioaktivitasnya berkurang menjadi separonya setelah 5.730 tahun berlalu. Seluruh radioisotop yang telah berhasil ditemukan telah diketahui pula waktu paronya. Waktu paro radioisotop bervariasi dari kisaran milidetik sampai ribuan tahun. Waktu paro ini merupakan faktor penting dalam pemilihan jenis radioisotop yang tepat untuk keperluan tertentu. Intensitas radiasi ini tidak bergantung pada bentuk kimia atau senyawa yang disusunnya. Hal ini dikarenakan pada reaksi kimia atau ikatan kimia yang berperan adalah elektron, utamanya elektron pada kulit atom terluar, sedangkan peluruhan radioisotop merupakan hasil dari perubahan pada inti atom.
Radioisotop memiliki konfigurasi elektron yang sama dengan isotop lain sehingga sifat kimia yang dimiliki radioisotop sama dengan isotop-isotop lain dari unsur yang sama. Radioisotop karbon-14, misalnya, memiliki karakteristik kimia yang sama dengan karbon-12.
Radiasi yang dipancarkan, utamanya radiasi gamma, memiliki daya tembus yang besar. Lempengan logam setebal beberapa sentimeter pun dapat ditembus oleh radiasi gamma, utamanya gamma dengan energi tinggi. Sifat ini mempermudah dalam pendeteksian.

Radioisotop telah memberikan kontribusi pada bidang penelitian kimia, terutama dalam menelusuri mekanisme reaksi. Radioisotop-radioisotop dari unsur hidrogen, karbon, nitrogen dan sebagainya telah memainkan peran dalam menjelaskan berbagai mekanisme reaksi pada reaksi-reaksi senyawa organik.

Berikut ini merupakan beberapa penggunaan radioisotop dalam bidang kimia:
Teknik perunut dapat dipakai untuk mempelajari mekanisme berbagai reaksi kimia esterifikasi, fotosintesis dan kesetimbangan dinamis.

Perunut adalah zat untuk mengetahui suatu alur/ jejak / lokasi suatu aliran. Suatu zat radioaktif bersifat tidak stabil dan terus menerus memancarkan sinar radioaktif, sehingga dapat digunakan sebagai perunut.

Perunut radioaktif adalah isotop radioaktif yang ditambahkan ke dalam bahan kimia atau makhluk hidup guna mempelajari sistem.

Anggapan penting yang digunakan pada penggunaan radionuklida sebagai perunut adalah materi radioaktif akan tercampur secara sempurna dengan sistem yang dipelajari, hal ini berarti bahwa gejala keradioaktifan yang dipancarkan oleh perunut tidak mempengaruhi komponen sistem, dan perunut tersebut tidak dapat dibedakan secara kimia dengan materi non radioaktif.

Terdapat beberapa faktor yang harus diperhatikan dalam pemilihan radionuklida perunut :

Harus memiliki sifat kimia dan fisika yang sama dengan sistem yang dipelajari.
Radionuklida perunut harus memiliki waktu hidup yang cukup panjang sehingga aktivitasnya dapat dideteksi dengan baik.

Jenis radiasi yang dipancarkan harus menjadi pertimbangan terutama kemampuan penetrasi dan kemudahannya untuk diukur. Hanya terdapat sedikit radionuklida alam yang dapat digunakan sebagai radionuklida perunut seperti isotop H dan C, dan produk peluruhan U dan Th. sekarang kebanyakan radionuklida perunut diproduksi secara buatan dalam reaktor atau dalam ekselerator.

Teknik perunut adalah suatu teknik yang digunakan untuk tujuan mendapatkan informasi perilaku dari obyek dengan cara menandai obyek tersebut dengan suatu bahan tertentu. Yang dimaksud dengan obyek disini adalah suatu sistem yang dinamis, artinya bahwa sistem atau bagian dari sistem tersebut mengalami perubahan sebagai fungsi dari ruang dan/atau waktu. Sebagai contoh dari sistem dinamis itu misalnya aliran suatu populasi masa atau material induk. Sedang yang dimaksudkan dengan bahan tertentu adalah bahan perunut itu sendiri. Dalam sistem yang dinamis bahan perunut bercampur dengan aliran populasi masa. Informasi yang ingin diketahui dari sistem tersebut diperoleh dengan cara mendeteksi perunut yang telah bercampur homogen dengan aliran populasi masa dari system yang diselidiki.

Jadi teknik perunut ini dapat diaplikasikan apabila dalam kondisi dimana ada suatu aliran populasi masa. Selain itu agar teknik perunut ini dapat secara sempurna diaplikasikan maka perlu dipenuhi beberapa persyaratan lain, misalnya bahwa bahan perunut yang digunakan harus mempunyai sifat-sifat dan berkelakuan sama dengan bahan dari populasi masa yang diselidiki namun mempunyai identitas khusus dimana bahan perunut tersebut harus dapat dideteksi dengan suatu alat deteksi.

Perunutan merupakan suatu proses pemanfaatan senyawa yang telah ditandai dengan isotop atau radioisotop untuk menjadi bagian dari sistem biologi/mekanik sehingga diketahui mekanisme yang terjadi atau diperoleh suatu hasil pengukuran. Teknik perunut dapat menggunakan isotop atau radioisotop.

Dasar aplikasi dari teknik perunut dengan isotop stabil adalah sifat kimia spesifik dari unsur yang digunakan dengan berat molekul yang berbeda.

Contoh isotop stabil adalah N-15, Cr-52, C-13, dan lainnya. Alat yang digunakan untuk mengukur isotop stabil seperti mass atomic spektrofotometer , X-ray flourescene (XRF), dan Neutron Atomic Absorbtion (NAA). Sedangkan dasar aplikasi dari teknik perunut dengan radioisotop adalah paparan aktivitas dari masing-masing unsur yang digunakan. Contoh radioisotop adalah C-14, Ca-45, P-32, H-3, dan lainnya. Alat yang dapat digunakan untuk mengukur aktivitas paparannya adalah Liquid Scintilation Counter (LSC), Gamma Counter , HPGe, dan lainnya. Mempelajari Reaksi Esterifikasi.

Reaksi esterifikasi yaitu reaksi pembentukan suatu ester yang dapat dibentuk dengan reaksi langsung antara suatu asam karboksilat dan suatu alkohol. Esterifikasi berkataliskan asam dan merupakan reaksi yang reversibel.

Asam karboksilat bereaksi dengan alkohol membentuk ester dan air.

RCOOH + R’OH R COOR’ + H2O

Hal yang mau diselidiki adalah asal atom Oksigen yang membentuk air pada reaksi tersebut, dari asam atau dari alkohol? Dengan 18O dapat diikuti reaksi antara asam karboksilat dan alkohol.

Reaksi 1

O O

R – C – 18O – H + H – O – R R – C – O – R + H218O

Reaksi 2

O O

R – C – O – H + H – 18O – R R – C – 18O – R + H2O

Dari analisa spektroskopi massa dapat ditulis sebagai berikut:

O O

R – C – O – H + H – 18O – R R – C – 18O – R + H2O

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

Mempelajari Reaksi Fotosintesis.

Percobaan menggunakan perunut telah dilakukan tahun 1950 oleh Melvin Calvin dan pembantu-pembantunya universitas Berkeley California untuk menentukan mekanisme fotosintesis tanaman. Proses keseluruhan fotosintesis melibatkan reaksi CO2 dan H2O untuk menghasilkan glukosa dan O2.

6CO2(g) + 6H2O(l) C6H12O6(s) + 6O2(g)

Dalam percobaannya, gas CO2 yang mengandung lebih isotop 14C radioaktif diterpakan kepada tanaman alga selama satu tahun, selanjutnya alga diekstrak dengan alkohol dan air. Senyawa terekstrak dipisahkan dengan kromatografi selanjutnya diidentifikasi. Dalam kerja jenis ini, digunakan alat deteksi seperti sebuah pencacah Geiger untuk mengikuti atom radioaktif lewat pelbagai zat antara ke produk akhir. Senyawayang mengandung 14C radioaktif terdapat dalam zat antara yang dibentuk selama fotosintesis. Berdasarkan analisa terhadap isotop 14C Calvin mengajukan mekanisme atau tahap-tahap dalam fotosintesis.

Mempelajari 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) persamaannya:

PbI2(s) Pb2+(aq) + 2I-(aq)

Ke dalam tabung yang berisi PbI2 padat non radioaktif tambahkan larutan yang berisi ion ioda radioaktif (I131) hingga jenuh, 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 menunjukan bahwa dalam larutan jenuh tedapat keadaan setimbang dinamis antara padatan dan ion-ionnya.

Analisis/Titrasi Radiometri

Analisis radiometri adalah cara analisis kimia untuk 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.

Penentuan kadar Ag+ ataupun Cl- dapat menggunakan radioisotop. Jika yang ingin ditentukan kadar Cl- maka yang digunakan adalah Ag dalam bentuk radioisotop (110Ag+) dan jika yang ingin ditentukan kadar Ag maka yang digunakan ion radioklor.

Pada 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.

Pada awal titrasi, dalam labu Erlenmeyer yang berisi ion Cl- non radioaktif tidak terdapat keaktifan. Setelah ion 110Ag+ radioaktif ditambahkan ke dalam Erlenmeyer dan bereaksi dengan ion Cl- membentuk endapan AgCl.

Bagian supernatan (endapan) tidak menunjukan tanda-tanda keaktifan, tetapi setelah titik ekivalen tercapai, kelebihan ion Ag+ berada dalam larutan, dan secara perlahan meningkatkan keaktifan, dari perubahan keaktifan dan jumlah volume larutan yang ditambahkan dapat dicari titik akhir titrasi atau titik akhir titrasi juga dapat diperoleh dengan cara ekstrapolasi grafik.
Kelebihan cara analisis radiometri adalah kepekaannya sangat tinggi, Selain itu, suhu, pH, kekeruhan dan lainnya tidak mempengaruhi titik akhir titrasi.

Analisis pengenceran isotop

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

Untuk mengurangi cacat radiasi akibat penyerapan radioisotop ke dalam tubuh, konsentrasinya diencerkan dengan menyerap isotop stabil dan dikeluarkan dari tubuh. Misal, bila iodium radioaktif diserap ke dalam tubuh maka setelah 24 jam sekitar 20% jumlahnya akan masuk ke dalam tiroid dan sisanya setelah terdistribusi ke seluruh tubuh segera dikeluarkan melalui urin. Bila sebelumnya telah menggunakan iodium stabil maka konsentrasi iodium di dalam tiroid menjadi lebih tinggi dan waktu paro biologisnya menjadi lebih pendek. Bila mengkonsumsi serbuk kalium iodida 100 mg sehari, maka 90% lebih iodium radioaktif yang diserap akan dikeluarkan.
Pada analisis pengenceran isotop, 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 di pisahkan, lalu keradioaktifannya ditentukan.

Contoh: Kedalam 50mL larutan yang mengandung ion Zn2+ 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 Zn2+ 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 Zn2+ dalam larutan semula. 0,485/(65,37 X 0,05) = 0,1484 M

Analisis pengaktifan neutron

Analisis pengaktifan neutron adalah adalah analisis unsur-unsur dalam sampel yang didasarkan pada pengubahan isotop stabil oleh isotop radioaktif melalui pemboman sampel oleh neutron atau proses pengaktifan neutron dapat diartikan juga sebagai proses reaksi inti dimana unsur-unsur yang semula tidak radioaktif berubah sifat fisikanya menjadi radioaktif sehingga dapat memancarkan radiasi. Proses aktivasi yang paling umum disebabkan oleh penyerapan neutron oleh inti atom suatu unsur, dan unsur yang teraktivasi akan menjadi radioaktif yang dapat memancarkan radiasi, umumnya adalah radiasi gamma. Reaksi pengaktifan jenis ini juga sering disebut sebagai reaksi neutron-gamma, karena penyerapan neutron oleh unsur akan diikuti oleh pemancaran radiasi gamma dari unsur tersebut.

Analisis pengaktifan neutron dilakukan untuk menentukan zat yang berkadar rendah dengan cara menembak unsur yang dimaksud agar menghasilkan radioisotop dan memancarakan sinar. Contohnya digunakan 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 seksama sehingga dapat diketahui penyebab kemetian 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 diperoleh:

33As75 + 0n1 33As76 m + 0γ0

As di bombardir dengan neutron menghasilkan As metastabil yang inti metastabilnya berada dalam keadaan tereksitasi, untuk stabil meluruhkan sinar gamma. Frekuensi sinar yang diemisikan khas untuk setiap unsur. Selain itu, intensitas sinar gamma sebanding dengan unsure yang ada dalam sample rambut.

Berdasarakan prosedur diatas, dapat diketahui apakah orang itu diracuni oleh arsen atau mati wajar. Metode ini juga sangat peka sebab dapat mengidentifikasi jumlah arsen hingga 10-9 gram.