Analisis pengenceran Isotop

BAB I
PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang dan Rumusan Masalah
1.1.1 Latar Belakang
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. 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, para ahli peneliti banyak melakukan penemuan isotop-isotop yang berguna aplikasinya dalam banyak bidang kehidupan. Oleh sebab itu diperlukan metode atau teknik yang handal guna menentukan kadar suatu isotop dalam sampel. Teknik ini dinamakan teknik analisis pengenceran isotop.
Analisis pengenceran isotop merupakan teknik untuk menentukan kadar suatu zat dalam sampel dengan cara pengenceran dan penambahan zat radioaktif atau isotopnya. Analisis ini berdasarkan pada 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.
Oleh karena itu, perlu adanya ulasan khusus mengenai analisis pengenceran isotop. Hal ini perlu dilakukan agar kadar suatu zat dalam sampel dapat diketahui dengan mudah serta aplikasinya tidak membahayakan bagi peneliti, pengguna, maupun penggelut di bidang kimia nuklir.

1.1.2 Rumusan Masalah
Sehubungan dengan itu, maka rumusan masalah yang diajukan adalah bagaimana metoda dan proses penentuan kadar suatu zat dengan menggunakan analisis pengenceran isotop sehingga keuntungannya dan kegunaannya dapat diaplikasikan dalam berbagai bidang kehidupan?.

1.2 Ruang Lingkup Kajian
Untuk menjawab rumusan masalah di atas, akan dikaji hal-hal berikut:
1. Radiokimia.
2. Isotop.
3. Analisis dalam radiokimia.
4. Pengenceran isotop.
5. Analisis pengenceran isotop yang meliputi definisi, metoda, proses, kegunaan, aplikasi, keuntungan, dan cara penentuan kadar suatu sampel.

1.3 Tujuan Penulisan
Tujuan yang hendak dicapai melalui penulisan makalah ini adalah untuk mengetahui analisis pengenceran isotop yang menyangkut definisi, metoda, proses, kegunaan, aplikasi, keuntungan, dan cara penentuan kadar dengan menggunakan analisis pengenceran isotop.

1.4 Anggapan Dasar
Menurut Prof. Mr. Ag. Pringgodigdo, anggota IKAPI Yogyakarta, dan Hadyana Pudjaatmaka, analisis pengenceran isotop merupakan teknik untuk menentukan kadar suatu zat dalam sampel dengan cara pengenceran dan penambahan zat radioaktif atau isotopnya.

1.5 Hipotesis
Hipotesis yang dapat diajukan dalam makalah “analisis pengenceran isotop” ini adalah teknik pengenceran isotop ini banyak digunakan untuk keperluan di berbagai bidang, seperti bidang hidrologi, kesehatan dan nutrisi, geologi, nuklir, dan material, biokimia, serta kimia analitik lingkungan. Hal ini dikarenakan metoda dan prosesnya sangat mudah. Dilihat dari keuntungan dan kegunaannya, maka analisis pengenceran isotop ini banyak diaplikasikan dalam bidang-bidang tersebut.

1.6 Metoda dan Teknik Pengumpulan Data
1.6.1 Metoda
Metode yang digunakan adalah deskriptif analitis karena penelitian ini bertujuan mendeskripsikan data yang diperoleh dari berbagai rujukan kemudian dianalisis secara berkesinambungan. Jadi, penelitian ini menerapkan metode pendekatan empiris dan rasional.

1.6.2 Teknik Pengumpulan Data
Teknik yang digunakan dalam mengumpulkan data adalah :
1. Studi kepustakaan.
2. Metode penentuan informan.

1.7 Sistematika Penulisan
Makalah ini dibagi menjadi empat bab. Bab I merupakan bab pendahuluan yang berisi latar belakang dan rumusan masalah, ruang lingkup kajian, tujuan penulisan, anggapan dasar, hipotesis, metode dan teknik pengumpulan data, serta berisi tentang sistematika penulisan. Pada bab II, diungkapkan tentang tinjauan pustaka yang berisi radiokimia, isotop, analisis dalam radiokimia, dan pengenceran isotop. Bab III merupakan bab analisis pengenceran isotop yang membahas definisi, metoda, proses, kegunaan, aplikasi, keuntungan, dan cara penentuan kadar dengan menggunakan analisis pengenceran isotop. Makalah akan diakhiri pada bab IV dengan penarikan sebuah kesimpulan atas permasalahan yang diangkat dan saran dari permasalahan tersebut.


























BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Radiokimia
Radiokimia adalah cabang dari ilmu kimia yang mempelajari tentang gejala keradioaktifan yang ditimbulkan oleh atom yang memancarkan partikel atau sinar berenergi tinggi dari intinya baik secara spontan maupun buatan. Fenomena keradioaktifan ini pertama kali diamati oleh Henry Becquerel pada tahun 1896. Tipe emisi radioaktif ini ada tiga, yaitu emisi , , dan .
Dalam proses emisi , yang digunakan adalah inti helium. Penggunaan ini dipilih karena sistem ikat yang ketat dan energi kinetik yang dihasilkan dalam emisi ini maksimum.
Contohnya : 88Ra138  86Rn136 + 
Karakteristik dari peluruhan  ini memiliki waktu paruh 1600 tahun dan energi kinetik 4.8 MeV.
Pada proses peluruhan  peluruhan dapat terjadi melalui tiga jalan, yaitu:
n  p + e- ( peluruhan -)
p  n + e+ ( peluruhan +)
p + e-  n ( penangkapan elektron)
Proses pertama disebut peluruhan  negatif atau peluruhan negatron yang melibatkan emisi elektron biasa. Elektron dipancarkan dari inti, terutama oleh inti yang kaya neutron. Emisinya disertai dengan pemancaran antineutrino. Proses kedua, peluruhan  positif atau peluruhan positron yang diemisikan elektron bermuatan positif. e+ dipancarkan dari inti atom, terutama inti yang kaya proton. Emisinya disertai dengan pemancaran neutrino. Dalam proses ketiga atom elektron mengalami gangguan dekat inti sehingga tertelan dan menghasilkan konversi proton menjadi neutron. Modus pengurangan nomor atom Z namun besarnya nomor massa A dipertahankan. Modus ini berkompetisi dengan pemancaran positron. Modus ini disukai jika energi peluruhan < 2mc2.
Emisi radioaktif  analog seperti radiasi transisi X-ray. Waktu paruh biasanya relatif singkat. Partikel ini tidak bermuatan, dan merupakan bagian dari spektrum elektromagnetik yang energinya lebih tinggi daripada daerah sinar-X. besarnya energi 0,1 – 10 MeV, rata-rata > 5 MeV. Radiasi terjadi bersama-sama dengan emisi alfa dan beta ketika atom kembali dari keadaan transisi ke keadaan dasar.
Partikel yang terlibat dalam reaksi radiokimia ini terdiri dari proton, neutron, elektron, positron. Ciri dari reaksi radiokimia berbeda dengan reaksi kimia biasa yaitu unsur dikonversikan menjadi unsur lain; proton, elektron, neutron dan partikel dasar lain dapat saja terlibat, reaksi diiringi dengan penyerapan atau pelepasan energi yang sangat besar, laju reaksi biasanya tidak dipengaruhi oleh suhu, katalis dan tekanan.

2.2 Isotop
Isotop adalah bentuk dari unsur yang nukleusnya memiliki nomor atom yang sama - jumlah proton di nukleus, tetapi dengan massa atom yang berbeda karena mereka memiliki jumlah neutron yang berbeda. Kata isotop, berarti di tempat yang sama, berasal dari fakta bahwa seluruh isotop dari sebuah unsur terletak di tempat yang sama dalam tabel periodik. Secara bersama, isotop-isotop dari unsur-unsur membentuk suatu set nuklida. Sebuah nuklida adalah satu jenis tertentu nukleus atom, atau lebih umum sebuah gabungan proton dan neutron. Lebih tepat lagi untuk mengatakan bahwa sebuah unsur seperti fluorine terdiri dari satu nuklida stabil dan bukan dia memiliki satu isotop stabil. Dalam nomenklatur ilmiah, isotop (nuklida) dispesifikasikan berdasarkan nama unsur tertentu dan jumlah nukleon (proton dan neutron) dalam nukleus atom (misal, helium-3, karbon-12, karbon-14, besi-57, uranium-238). Dalam bentuk simbolik, jumlah nukleon ditandakan sebagai sebuah prefik naik-ke-atas terhadap simbol kimia (misal, 3He, 12C, 14C, 57Fe, 238U).
Berdasarkan aktivitasnya, isotop terbagi dua yaitu isotop stabil dan isotop radioaktif. Dalam penyimpanannya, isotop stabil biasanya diberi identitas kotak berwarna abu sebagai penanda bahwa isotop itu stabil. Label itu harus memuat informasi lambang atom, nomor massa, persen kelimpahan, dan massa isotpnya. Isotop radioaktif, selain alami ditemukan di alam, ternyata juga bisa didapatkam melalui buatan.

2.3 Perunut
Pengunaan radioisotop sebagai perunut didasarkan pada ikatan bahwa isotop radioaktif mempunyai sifat kimia yang sama dengan isotop stabil. Jadi suatu isotop radioaktif melangsungkan reaksi kimia, yang sama seperti isotop stabilnya. Sebagai perunut, 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.
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. Dalam aplikasinya, radioisotop dapat dijadikan perunut yang memberi manfaat pada bidang kedokteran, industri, hidrologi, dan bidang lainnya.

2.4 Analisis Dalam Radiokimia
Analisis pengenceran isotop digunakan untuk menentukan kadar suatu zat dengan cara menambahkan zat radioaktif yang telah diketahui aktivitas jenisnya dan sudah diencerkan ke dalam zat yang akan ditentukan kadarnya. Senyawa yang digunakan memiliki sifat yang identik dengan senyawa yang akan dianalisis. 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. Dalam tataran analisis, analisis pengenceran Isotop adalah teknik untuk meningkatkan presisi dan akurasi dari analisis kimia.

2.5 Pengenceran Isotop
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.




























BAB III
ANALISIS PENGENCERAN ISOTOP

3.1 Analisis Pengenceran Isotop
Analisis pengenceran isotop untuk menentukan kadar suatu zat dilakukan dengan cara menambahkan zat radioaktif yang telah diketahui aktivitas jenisnya dan sudah diencerkan ke dalam zat yang akan ditentukan kadarnya. Senyawa yang digunakan memiliki sifat yang identik dengan senyawa yang akan dianalisis.
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.
Dalam tataran analisis, analisis pengenceran Isotop adalah teknik untuk meningkatkan presisi dan akurasi dari analisis kimia. Pertama, jumlah yang diketahui dari suatu isotop ditambahkan ke sampel. Misalnya, untuk menentukan jumlah timbal dalam sampel, diketahui jumlah Pb-204, salah satu isotop timbal, dapat ditambahkan. Kelimpahan isotop alami dari timah adalah 204 (1,8%), 206 (22,1%), 207 (24,2%), dan 208 (52,1%). Komposisi isotop sampel akan sedikit berubah. Kemudian, dengan mengukur isotop masing-masing, jumlah timbal dalam sampel asli dapat dihitung. Dalam khas kromatografi gas analisis, pengenceran isotop dapat mengurangi kesalahan injeksi dari 5% menjadi 1%. Hal ini juga dapat digunakan dalam spektrometri massa (biasanya disebut sebagai pengenceran isotop spektrometri massa atau IDMS), di mana rasio isotop dapat ditentukan dengan presisi biasanya lebih baik dari 0,25%. Sebuah bentuk yang sedikit berbeda dari pengenceran isotop dapat digunakan untuk menentukan komposisi radioaktif sampel. Misalnya dengan menambah jumlah isotop radioaktif dalam sampel dan kemudian perubahan radioaktivitasnya diukur sehingga jumlah isotop dalam sampel asli dapat dihitung.

3.2 Metoda Analisis Pengenceran Isotop
Analisis Uranium dan Thorium dalam Limbah radioaktif dari proses daur bahan bakar nuklir dapat dilakukan dengan pengkajian metode analisis uranium dan thorium dalam limbah radioaktif dari proses daur bahan bakar nuklir. Metode analisis uranium dan thorium dalam pengkajian ini terdiri dari metode Titrimetri, Spektrofotometri UV-VIS, Fluorimetri, HPLC, polarografi, Spektrografi Emisi, XRF, AAS, Spektrometri Alfa, dan Spektrometri Massa. Dari pengkajian ini dapat disimpulkan bahwa untuk analisis uranium dan thorium untuk konsentrasi rendah menggunakan metode Spektrofotometri UV-VIS lebih baik daripada metode Titrimetri. Sedang untuk analisis uranium dan thorium dengan konsentrasi sangat rendah sampai ppb (10-9 bagian) dapat digunakan dengan metode Analisis Aktivasi Neutron (AAN), Spektrometri Alfa, dan Spektrometri Massa. Metode Spektrometri Alfa dan ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) untuk analisis kandungan isotop uranium dan thorium sangat baik bila dilihat dari aspek ketelitian maupun ketepatan analisis. Perbandingan metode ICP-MS dan Spektrometri Alfa menunjukkan bahwa kedua metode tersebut mempunyai kemampuan untuk menentukan isotop uraranium dan thorium dalam cuplikan limbah dengan hasil yang sangat bagus, tetapi metode ICP-MS memerlukan waktu analisis lebih cepat dan biayanya lebih murah. Metode AAN juga dapat digunakan untuk analisis isotop uranium and thorium, tetapi metode ini memerlukan fasilitas reaktor dan waktu analisis sangat lama. Pada metode titrimetri dan gravimetri ada beberapa syarat yang harus dipenuhi agar analisis dapat dilakukan yaitu :
Metoda Titrimetri :
• Reaksi harus berlangsung sempurna, cepat, dan reversibel
• Menggunakan indikator yang tepat
• Larutan baku harus stabil
Metoda Gravimetri :
• Proses pengendapan harus berlangsung sempurna
• Endapan yang terbentuk tidak larut
3.2.1 Metoda Spektrometri Massa
Analisis isotop dengan metode Spektrometri Massa secara kualitatif didasarkan pada pengukuran massa yang karakteristik untuk setiap isotop. Sedang secara kuantitatif ditentukan berdasarkan pada besarnya intensitas untuk setiap massa yang berbanding lurus dengan konsentrasi isotop suatu unsur. Metoda ini adalah metoda analisis multi unsur dalam suatu bahan dalam tingkat kelumit (tingkat konsentrasi ppb atau kurang). Pada metoda ini, jenis instrumen yang digunakan umumnya adalah Spektrometer Massa Termal Ionisasi, dimana proses atomisasi dan ionisasi atom-atom dengan pemanasan pada suhu tinggi (1500-2000 oC). Prosedur yang umum dilakukan adalah (1). Pelarutan dan pengenceran sampel, (2). Pemisahan kimia (pemisahan U dari unsur-unsur lain dengan penukar ion atau ekstraksi pelarut). Adanya unsur alkali konsentrasi tinggi juga perlu dipisahkan terutama kalium yang dapat membentuk K6 yang akan mengganggu pengukuran 234U dan 236U, (3). Penambahan standar spike bila digunakan teknik pengenceran isotop, (4). Penetesan sampel pada filamen dan pengeringan, selanjutnya sampel siap dianalisis. Spektrometri massa telah dikembangkan dengan teknik atomisasi atau ionisasi yang dilakukan dengan Inductively Coupled Plasma (ICP) sehingga metode ini disebut Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (ICP-MS). Umumnya metode ICP-MS digunakan untuk penentuan isotop suatu unsur dalam sampel larutan. Walaupun demikian, ICP-MS dapat juga digunakan untuk menganalisis sampel padatan. Untuk penentuan U dan Th (juga Pu) dalam limbah radioaktif dipilih sampel dalam bentuk larutan. Metode ICP-MS tidak menggunakan filamen sehingga lebih murah dari pada metode Spektrometri Massa Termal Ionisasi.

3.2.2 Metoda Spektrometri Alfa
Metode ini pada umumnya menggunakan teknik penyiapan cuplikan yaitu dengan “elektrodeposisi” pada stainless steel yang siap diukur (dicacah) dengan Spektrometer Alfa. Beberapa penelitian pada umumnya berbeda dalam preparasi cuplikan terutama pada cara pemisahan sebelum dilakukan elektrodeposisi. Pemisahan U atau Th dari unsur-unsur lain dapat dilakukan dengan : pengendapan, ekstraksi pelarut, ekstraksi kromatografi, pertukaran ion, dan adsorpsi. Spektometri Alfa telah berhasil digunakan untuk analisis Th dalam bijih bastnaessite. Mula-mula sampel dilakukan pelarutan, kemudian diekstraksi dengan Tri-octhyl-phosphin oxide (TOPO), dilanjutkan pertukaran ion menggunakan resin Dowex 1-X8 untuk memisahkan Ce. Unsur pengganggu dalam analisis ini adalah Ba, Sr, dan Si. Metode ini juga telah berhasil untuk analisis Th dalam batubara dan abu batubara. Sampel dilarutkan dengan HCl dan HF, kemudian diekstraksi dengan eter dan dilanjutkan dengan kromatografi penukar anion. Unsur pengganggu dalam analisis ini adalah U dan Pb. Terhadap ketiga sampel tersebut, metode ini mampu menganalisis Th konsentrasi rendah (0,01- 1%) dengan RSD = 1,3-12% dan kesalahan relatif 5,28- 5,95%. Analisis isotop U dan Th juga Pu telah banyak dilakukan dengan ICP-MS maupun dengan Spektrometri Alfa, baik untuk sampel dari hasil proses fabrikasi bahan bakar dan limbah radioaktif yang ditimbulkan, maupun sampel lingkungan dengan hasil yang memuaskan. Analisis isotop U dan Th dengan metode AAN relatif sama dengan kedua metode tersebut. Kemampuan metode ICP-MS dan Spektrometri Alfa untuk analisis U dan Th (juga Pu) dapat dilihat pada table di bawah ini. Perbandingan metode ICP-MS dan Spektrometri Alfa (Tabel di bawah) menunjukan bahwa kedua metode tersebut mempunyai kemampuan untuk menentuan kandungan isotop U dan Th juga Pu dalam sampel limbah dengan ketelitian, ketepatan dan batas deteksi yang relatif sama baik.
Untuk tingkat konsentrasi yang sama, waktu preparasi sampel juga relatif sama (15 jam dan 15,5 jam), tetapi waktu analisis untuk metode ICP-MS dapat dilakukan lebih cepat (hanya 5 menit/sampel) dibanding denganSpektrometri Alfa (48-72 jam /sampel atau 2-3 hari/sampel). Selain itu biaya analisis ICP-MS lebih murah. Oleh karena itu dalam hal ini metode ICP-MS lebih banyak dipilih.
Tabel I. Perbandingan metode analisis ACR-MS dan Spektrofotometri Alfa

3.3 Proses Analisis Pengenceran Isotop
Proses analisis pengenceran isotop secara umum adalah :



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.

3.4 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.

3.5 Aplikasi Analisis Pengenceran isotop
Aplikasi analisi 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.
Aplikasi teknik pengenceran isotop juga telah ditemukan di geologi, ilmu nuklir, dan ilmu material. Aplikasi ini umumnya berfokus pada sensitivitas yang sangat tinggi yang dapat dicapai dengan teknik ini . Isotop argon, uranium, timah, thorium, strontium, dan rubidium telah digunakan dalam penentuan umur geologi mineral dan meteorit. Untuk meminimalkan kesalahan dalam pengukuran sensitivitas, analisis pengenceran isotop uranium telah dilakukan ke dalam 4 bagian 10 12 dan pada torium untuk 8 bagian dalam 10 9. . Pada studi di geologi dan ilmu nuklir pengenceran isotop dilakukan untuk menentuan jumlah jejak radiogenik produk. Jika hidup dan pembusukan skema setengah dari orang tua nuklida diketahui, maka cairan penentuan isotopik dan putri isotop orang tua memberikan dasar untuk perhitungan usia sampel. Jika usia atau sejarah sampel diketahui, maka penentuan konsentrasi jejak isotop memberikan informasi tentang jalur reaksi nuklir. Aplikasi pengenceran isotop dalam berbagai bidang diantaranya:

3.5.1 Bidang Hidrologi
Dalam bidang hidrologi, banyak dijumpai masalah menyangkut dinamika air dimana teknik perunut dengan radioisotop sangat sering berperan dalam memberikan informasi tentang masalah yang menyangkut dinamikanya dan mengungkapkan anomali yang terjadi. Masalah utama dalam bidang hidrologi yang sering dijumpai adalah sebagai berikut :
3.5.1.1 Pengukuran Debit Air Sungai
Metode dasar dalam pengukuran debit air sungai adalah pengenceran radiotracer. Radiotracer dalam jumlah tertentu yang tidak membahayakan lingkungan dilepas dibagian hulu sungai dan kemudian diukur konsentrasinya di bagian hilir. Besarnya perubahan kadar perunut karena pengenceran oleh aliran (debit) air sungai dapat diketahui dengan cara mencacah langsung intensitas radiasi dalam air sungai tersebut. Penggunaan radiotracer untuk mengukur debit air sungai terbukti lebih sederhana dibandingkan metode pengukuan menggunakan current meter, selain itu pengukuran juga dapat dilakukan lebih cepat dan dapat dilakukan pada saat banjir sekalipun. Pengukuran debit air sungai antara 300-600 m3 per detik hanya membutuhkan waktu kurang lebih satu jam, hal ini membuktikan bahwa penggunaan radiotracer jauh lebih efektif, efisien dan ekonomis. Semakin turbulen arus air sungai, semakin cepat dan baik hasil pengukurannya.

Gambar 1. Aplikasi radioisotope dalam pengukuran debit air sungai

3.5.1.2 Kebocoran dan Rembesan
Masalah yang sering timbul pada suatu reservoir air, misalnya bendungan, waduk dan lain-lain adalah adanya kekhawatiran kebocoran yang melebihi toleransi yang keluar dari suatu reservoir. Untuk mengetahui apakah bocoran itu berasal dari air waduk ataukah sumber lain (misalnya dari air tanah), teknik perunut radioisotop dapat membantu memberikan jawaban yang pasti dan lebih lanjut dapat memberikan informasi dimana lokasi daerah bocorannya.
Radioisotop yang digunakan sebagai perunut harus memiliki persyaratan tertentu, antara lain : tidak berbahaya bagi manusia atau makhluk hidup disekelilingnya, aktivitasnya rendah, waktu paruhnya pendek, larut dalam air, tidak diserap oleh tanah dan oleh tumbuhan.
Radioisotop dilepaskan pada tempat tertentu di reservoir yang diperkirakan sebagai tempat terjadinya rembesan/bocoran pada dam/bendungan. Apabila terjadi kebocoran pada bendungan tersebut maka radioisotope akan masuk mengikuti arah bocoran. Dengan mengikuti air yang keluar dari mata air, sumur-sumur pengamat yang terdapat di daerah downstream, maka akan dapat diketahui adanya bocoran/rembesan dan arah dari rembesan dam tersebut.

Gambar 2. Teknik perunut radioisotop dapat digunakan untuk menentukan letak kebocoran atau rembesan suatu bendungan atau dam.
3.5.1.3 Penentuan Umur Air Tanah
Teknik hidrologi yang menggunakan radioisotop mampu secara akurat melacak dan mengukur ketersediaan air dari suatu sumber air di bawah tanah. Teknik tersebut memungkinkan untuk melakukan analisis, pengelolaan dan pelestarian sumber air yang ada dan pencarian sumber air baru. Teknik ini dapat memberikan informasi mengenai asal, usia dan distribusi, hubungan antara air tanah, air permukaan dan sistem pengisiannya. Radioisotope yang digunakan untuk menentukan umur air tanah ialah isotop tritium dan C-14.
3.5.1.4 Pengukuran Kadar Air Tanah
Banyak alat-alat konvensional yang dirancang khusus untuk mengukur kadar air, namun jarang ada alat yang dapat melakukan pengukuran dengan teliti dan cepat, dapat dilakukan di tempat, tidak merusak dan alatnya dapat dibawa-bawa (portable). Salah satu metode yang dapat memenuhi berbagai kriteria tersebut adalah dengan menggunakan neutron. Penggunaan neutron telah banyak dimanfaatkan oleh para ahli di bidang teknik sipil, agronomi dan hidrologi untuk pengukuran kadar air dalam tanah serta kepadatan tanah, aspal dan beton. Data-data hasil pengukuran tersebut kemudian akan digunakan untuk merancang pondasi bangunan, jalan raya, pembuatan tanggul dan lain sebagainya. Sedang dalam bidang industri dan laboratorium, neutron dapat digunakan untuk pengukuran berbagai hasil akhir dan penelitian.

Gambar 3. Teknik pengukuran kadar air tanah dengan teknik hamburan neutron (sumber: BATAN)
Karena sederhana, alat pengukur kadar air dengan neutron ini diminati oleh berbagai pihak. Di dalam alat ini terdapat suatu sumber neutron cepat. Proses kerja alat ini adalah dengan memanfaatkan hasil tumbukan antara neutron cepat dengan atom hidrogen yang terdapat di dalam molekul air. Peristiwa tumbukan ini akan menghasilkan neutron-neutron termik. Jumlah neutron termik yang terbentuk akan ditangkap oleh pemantau neutron. Dimana hasil cacahan neutron yang terbaca akan sebanding dengan jumlah air yang terkandung di dalam bahan.
3.5.1.5 Penentuan Gerakan Sedimen
Proses pendangkalan pelabuhan merupakan proses alamiah yang tidak dapat dicegah. Jika pelabuhan dangkal, kapal-kapal besar tidak akan dapat merapat ke dermaga, sehingga proses bongkar muat barang dapat terganggu. Sedangkan proses pengerukan endapan memerlukan biaya yang sangat besar. Oleh sebab itu, pendangkalan pada suatu pelabuhan dan alur pelayaran merupakan masalah yang sangat serius karena menyangkut kelangsungan pelayanan perhubungan laut. Salah satu cara yang dapat ditempuh untuk memperkecil kecepatan pendangkalan pelabuhan maupun alur pelayaran oleh sedimen adalah dengan mengetahui perilaku sedimen, yaitu menentukan dari mana asal dan kemana arah gerakan sedimen tersebut. Data mengenai arah pergerakan sedimen dapat digunakan untuk perencanaan penentuan posisi dan arah alur pelayaran serta menentukan tempat untuk pembuangan endapan hasil pengerukan agar tidak kembali ke tempat semula. Semua usaha ini akan dapat mengurangi laju pendangkalan sehingga frekwensi pengerukan bisa dikurangi dan biaya untuk pengerukan bisa dihemat.
Teknik pelaksanaan penentuan arah gerakan sedimen dilakukan dengan menandai sedimen yang diambil di pelabuhan dengan radioisotop seperti 51Cr, 198Au dan 46Sc atau membuat endapan tiruan yang bersifat radioaktif seperti pelapisan lumpur dengan zat radioaktif atau pasir tiruan yang diaktifkan (pasir ini dibuat dari gelas yang mengandung radioisotop 192Ir dan 46Sc). Sedimen radioaktif tersebut selanjutnya dilepaskan ke dasar laut di daerah yang diselidiki. Endapan radioaktif ini nantinya akan mengikuti gerak endapan asli. Metode ini dapat digunakan untuk mempelajari arah, kecepatan dan penyebaran lumpur ataupun pasir yang berperan dalam proses pendangkalan pelabuhan. Pengamatan tersebut dapat dilakukan menggunakan pemantau radiasi dari permukaan laut atau di atas kapal. Selain itu, studi ini juga dapat dipakai untuk mengetahui efisiensi transpot sedimen dan erosi.

Gambar 4. Mempelajari arah gerak sedimen dengan perunut radioisotop (sumber: IAEA)

3.5.2 Bidang Kesehatan dan Nutrisi
Aplikasi pengenceran radioisotope pada bidang kesehatan dan nutrisi adalah mempelajari maltrunisi mikronutrien seperti besi, seng, dan vitamin A.
Prinsip metoda pengenceran isotop untuk mengetahui status vitamin A adalah mengkonversi karoten bertanda menjadi vitamin A yang dapat dirunut dengan karoten Karbon-13. Teknik ini dapat digunakan untuk mengukur efektivitas vitamin A, penyediaan karoten, dan petunjuk fortifikasi dalam mempelajari nutrisi.

3.5.3 Bidang Biokimia
Aplikasi pengenceran radioisotope di bidang biokimia diantaranya adalah :
 Mempelajari pengaruh unsur hara selain unsur N, P, dan K terhadap perkembangan tumbuhan.
 Mempelajari proses penyerapan air dan sirkulasi dalam batang tumbuhan.
 Penentuan glisin dalam campuran asam amino yang diperoleh dari protein.
 Mempelajari mekanisme reaksi fotosintesis berupa C-14 atau O-18 yang dapat mengetahui asal atom oksigen (dalam CO2 dan H2O yang membentuk glukosa atau oksigen yang terbentuk pada proses ini.
 Memacu mutasi gen tumbuhan dalam upaya mendapatkan bibit unggul.
 Isotop radioaktif seperti 3H, 14C, 32P, 35S, 86Rb, 125I dapat digunakan untuk mengetahui aspek metabolik dalam sel, bakteri, yeast, tanaman, binatang, dan manusia dalam mengurai sifat dasar pada materi genetik.

3.5.4 Bidang Geologi, Nuklir dan Material
• Analisis Uranium dan Thorium dalam Limbah radioaktif dari proses daur bahan bakar nuklir.
• Penentuan umur geologi mineral dan meteorit dengan isotop argon, uranium, timah, thorium, stronsium, dan rubidium.
• Jalur reaksi nuklir dari penentuan konsentrasi isotop.
• Pada pertambangan minyak bumi, radioisotope membantu mencari jejak air di dalam lapisan batuan.

3.5.5 Bidang Kimia Analitik dan Lingkungan
Analisis logam
• Penentuan logam beracun dalam sampel lingkungan menggunakan timah, kadmium, dan thalium
Analisis non logam
• Penentuan limbah klorida dan bromida pada salju


3.6 Keuntungan Analisis Pengenceran Isotop
Berikut adalah keuntungan yang dimiliki dalam analisis pengenceran isotop :
 Penggunaan luas (dari analisa unsur sampai molekul besar)
 Sangat selektif
 Dapat menganalisis zat yang tidak stabil atau zat yang sebagian dapat terurai selama proses pemisahan berlangsung
 Pemisahan tidak perlu kuantitatif
 Menghasilkan kepekaan yang tinggi
 Meningkatkan presisi dan akurasi

3.7 Penentuan Kadar dengan Analisis Pengenceran Isotop
Soal 1:
Contoh dari aplikasi analisis pengenceran isotop adalah penentuan kadar fosfor dalam sampel. Sebagai perunut digunakan radioisotop 32PO43-. 25 gram sampel yang belum diketahui konsentrasinya dan mengandung ion 32PO43- dilarutkan dengan air hingga volume 100 ml. Kemudian larutan ini ditambahkan 1 gram radioisotop 32PO43- dengan keaktifan jenis 1 Ci/gram. Setelah terjadi proses pengendapan dengan penambahan reagen pengendap, diambil sedikit atau sebagian endapan murni dan ditimbang seberat 5 gram. Pengukuran aktivitas pada endapan ini memberikan nilai sebesar 0.5 Ci. Hitunglah kadar fosfor dalam sampel.

Jawab:
S2=0.5 Ci/5 gram=0.1 Ci/gram
Wx=Ws (S1/S2 – 1)=1 gram (1/0.1 -1)=9 gram
Jadi berat fosfat dalam sampel adalah 9 gram. Dengan hubungan stoikiometri dapat diperoleh berat fosfor sebesar 2.94 gram. Maka kadar fosfor dalam sampel adalah 2.94/25 x 100% = 11.76%


Soal 2:
Ke dalam 50mL 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 IV
SIMPULAN DAN SARAN

4.1 Simpulan
Pengenceran isotop adalah pengenceran bahan target yang dilakukan dengan menambahkan isotopnya. Isotop adalah bentuk dari unsur yang nukleusnya memiliki nomor atom yang sama - jumlah proton di nukleus, tetapi dengan massa atom yang berbeda karena mereka memiliki jumlah neutron yang berbeda. Analisis pengenceran isotop untuk menentukan kadar suatu zat dilakukan dengan cara menambahkan zat radioaktif yang telah diketahui aktivitas jenisnya dan sudah diencerkan ke dalam zat yang akan ditentukan kadarnya. Kemudian zat tersebut dipisahkan, lalu keradioaktifannya 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. 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. Alkisa analisis pengenceran isotop ini diantaranya di bidang hidrologi untuk menentukan kecepatan aliran dan kebocoran, di bidang kesehatan untuk mempelajari malnutrisi, bidang geologi untuk menentukan umur bebatuan, di bidang biokimia dan kimia analisis. Keuntungan dari penggunaan analisis pengenceran isotop ini yaitu penggunaannya yang luas (dari analisa unsur sampai molekul besar), sangat selektif, dapat menganalisis zat yang tidak stabil atau zat yang sebagian dapat terurai selama proses pemisahan berlangsung, pemisahan yang dilakukan tidak perlu kuantitatif dan menghasilkan kepekaan yang tinggi sehingga meningkatkan presisi dan akurasi.

4.2 Saran
Analisis pengenceran isotop merupakan suatu metode analisis yang memanfaatkan isotop suatu unsur. Metode analisis ini sangat baik digunakan karena memiliki banyak keuntungan diantaranya dapat meningkatkan presisi dan akurasi karena menghasilkan kepekaan yang tinggi dibandingkan dengan metode lain.
Untuk analisis uranium dan thorium untuk konsentrasi rendah menggunakan metode Spektrofotometri UV-VIS lebih baik daripada metode Titrimetri. Sedang untuk analisis uranium dan thorium dengan konsentrasi sangat rendah sampai ppb (10-9 bagian) dapat digunakan dengan metode Analisis Aktivasi Neutron (AAN), Spektrometri Alfa, dan Spektrometri Massa. Metode Spektrometri Alfa dan ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry) untuk analisis kandungan isotop uranium dan thorium sangat baik bila dilihat dari aspek ketelitian maupun ketepatan analisis.












DAFTAR PUSTAKA

Gunandjar. 1992. Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengolahan Limbah VI. Jakarta: Puspiptek-RISTEK. ISSN 1140-6086.
http://informasi-iptek.blogspot.com/2007/12/nuklir-indonesia.html (diakses pada 25 Oktober 2010 pukul 10:27)
http://m4n5y4hsyahril31.blogspot.com/2010/05/radioisotop-dalam-bidang-kimia.html (27 Oktober 2010, 20.09)
http://translate.google.co.id/translate?hl=id&langpair=en|id&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Isotopic_dilution ($ Desember 2010, 22.54)
http://www.infonuklir.com/readmore/read/iptek_nuklir/teknik_nuklir_dibidang_sdal/16ethe-1/Radioisotop%20untuk%20hidrologi (diakses 4 Desember 2010. 23.05)
Tang Y.S., Sailing J.H., 1990, Radioactive Waste Management, Hemisphire Publishing Corp.,Washington, D.C.