PEMISAHAN IODIUM (I) DARI TELURIUM (Te) UNTUK
DIIMPLEMENTASIKAN PADA PEMBUATAN
123I DENGAN
SIKLOTRON
Tri Murni*), Anggoro Septilarso**) dan Triyanto*) *) P2RR – BATAN
**) Fakultas Teknik - UGM
ABSTRAK
PEMISAHAN IODIUM (I) DARI TELURIUM (Te) UNTUK DIIMPLEMENTASIKAN PADA PEMBUATAN 123I DENGAN SIKLOTRON. Telah dilakukan pengembangan pemisahan Iodium
dari Telurium yang diimplementasikan untuk proses pemisahan 123I dari target padat Te
menggunakan siklotron. Radioisotop 123I digunakan untuk pencitraan menggunakan SPECT di
kedokteran nuklir dan dibuat di Siklotron CS-30 dengan target Te yang dtembak proton pada tenaga 22-25 MeV. Pemisahan I dari Te dilakukan dengan kolom penukar ion yang diisi resin Bio Rad AG-1x8 untuk mengetahui pengaruh pH dan kecepatan alir umpan pada proses pemisahan I dan Te dengan simulasi 131I umur paro 8 hari. Dari percobaan ini diperoleh data
bahwa efisiensi pemisahan terbesar diperoleh pada pH larutan 7 dan kecepatan alir umpan di kolom 0,2 ml per menit. Hasil percobaan ini diimplementasikan untuk pemisahan 123I yang umur
paronya lebih pendek (13 jam), dengan memperhitungkan faktor peluruhan 123I maka diperoleh
kecepatan alir yang paling efektif pada produksi radioisotop 123I adalah 0,5 ml per menit.
ABSTRACT
THE SEPARATION OF IODINE (I) FROM TELLURIUM (Te) TO BE IMPLEMENTED FOR 123I
PREPRATION BY CYCLOTRON. The development of separation of iodine (I) from tellurium (Te) has been carried out. This experiment is to be implemented for the preparation of 123I from Te
solid target using cyclotron. Radioisotope of 123I in nuclear medicine is used for skeletal
scintigraphy by SPECT system. The 123I will be produced using Cyclotron CS-30 with the proton
energy of 22-25 MeV bombardment to the Te target. After irradiation and target dilution, the separation using cation exchange resin Bio Rad AG-1x8 was done. The suppose is to know the effect and optimum condition value of pH and the flow rate for the separation of I from Te by 131I
simulation with the half life of 8 days. The result showed that the optimum condition the pH solution 7 and the flow rate 0.2 ml per minute. The result is implemented for separation of 123I
short half life 13 hours the effective by the decays factor flow rate 0.5 ml per minute
PENDAHULUAN
adioisotop 123I adalah radioisotop buatan,
diproduksi untuk kedokteran nuklir dalam bentuk kapsul atau larutan yang dapat diminum langsung oleh pasien untuk pencitraan dan lokalisasi fungsi kelenjar tiroid. Alat ukur radiasi sudah sangat maju sehingga tidak diperlukan lagi radioisotop dengan tenaga dan aktivitas tinggi dan untuk meminimalkan jumlah radiasi yang diterima oleh pasien maka diperlukan isotop dengan energi yang lebih rendah dan waktu paro yang lebih pendek. Di Amerika utara setiap tahunnya melayani 450 000 pasien dengan radioisotop 123I (1,2)
R
Manfaat radioisotop 123I untuk kedokteran
nuklir sebagai radiolabel untuk pencitraan. Beberapa agent yang sedang dikembangkan di
negara maju seperti Amerika, Canada adalah aplikasinya untuk neurologi sebagai ß-CIT dan
altropane untuk pencitraan penyakit parkinson’s
. Dalam bentuk IBZM untuk pencitraan
schizophrenia dan IQNB untuk pencitraan
penyakit Alzheimer’s. Peneliti dari Amerika dan Canada mengembangkan 123I- estradiol untuk
pencitraan kanker payudara dengan harapan lebih efektif untuk diagnosa kanker sedini mungkin dengan resiko bahaya radiasi yang serendah rendahnya.
Radioisotop 123I telah diproduksi di Vancouver
Canada dengan kemurnian tinggi hingga diperoleh “Business Excellence Award
1987”yang produksinya untuk 7 negara besar
yaitu Amerika, Canada, Australia, Japan, Belgia, Korea dan Taiwan. Radioisotop 123I ini
diproduksi oleh 4 buah cyclotron, 3 buah ada di vancouver Canada dan 1 buah cyclotron ada di Fleurus Belgia. Sistem proses pembuatannya dengan target gas 124Xe kemurnian tinggi. Yang
reaksi nuklirnya sebagai berikut 124Xe(p,2n) 123Cs→123Xe→123I (3,4,5)
Dalam penelitian ini radioisotop 123I akan
dicoba dengan bahan sasaran Te alam kemudian proses pemisahan disimulasi radioisotop 131I
yang diimplementasikan dengan menggunakan bahan sasaran 124Te diperkaya melalui reaksi
nuklir 124Te (p,2n) 123I . Tellurium sebagai bahan
sasaran diiradiasi di siklotron.
Pembuatan radioisotop 123I dari bahan/target
sasaran 124Te diperkaya dilakukan preparasi
target menggunakan proses electroplating. Metode produksi untuk memurnikan produk radioisotop dari siklotron diperlukan cara praktis dan cepat, sebab pada umumnya radioisotop-rasioisotop ini berumur paro pendek. Produk-produk isotop dari siklotron paling banyak digunakan dalam bidang kesehatan untuk diagnosis secara in-vivo, sedangkan radioisotop yang dikeluarkan dari reaktor biasanya
diaplikasikan dalam bidang-bidang yang lebih luas, termasuk untuk industri, pertanian dan kesehatan, radioisotop untuk kesehatan pada umumnya untuk diagnosis dan terapi secara in-vitro.(6,7,8)
BAHAN DAN ALAT Bahan
Resin penukar anion Bio Rad AG-1x8, Larutan 131I sebagai simulasi, Asam nitrat, Asam
klorida, Asam sulfat, Hidrogen Peroksida, Kalium hidroksida, serbuk tellurium, sebuk nikel, natrium sitrat, natrium hipofosfit dan H2O. Alat
Peralatan gelas, kolom, kertas pH, pemanas, dose kalibrator, pipet effendorf, kertas saring dlsb.
Tata Kerja
Iradiasi Telurium, pelarutan, pencucian resin, masukkan resin kedalam kolom untuk dikondisikan, elusi larutan I kedalam kolom, analisis pengotor Te dan Ni, analisis aktivitas 131I
Gambar 1. Diagram alir kerangka pembuatan 123I
HASIL DAN PEMBAHASAN
Radioisotop 123I memancarkan sinar γ
dengan tenaga 159 kev adalah isotop yang ideal untuk pencitraan dengan alat gamma Camera yang modern atau SPEC dibandingkan dengan radioisotop 131I yang umurnya 8 hari dan tenaga
sinar γ 364 kev. Radioisotop 123I serapannya
lebih rendah ke tiroid dibandingkan dengan 131I
sehingga pengaruh radiasi ke organ tiroid lebih rendah.
PERSIAPAN IRADIASI
Dalam penelitian ini belum pernah dilakukan iradiasi penembakkan proton terhadap target Te di siklotron CS-30. Untuk simulasi pemisahan menggunakan radioisotop 131I dari
BATAN Teknologi yang besar aktivitasnya sekitar 5 mCi.
Pada proses pembuatan I dari Te ini sebelum iradiasi dilakukan proses elektroplatting terlebih dahulu. Elektroplating merupakan proses
pelapisan logam dengan membuat larutan plating, didalam larutan tersebut di aliri arus listrik. Untuk merekatkan logam didalam larutan ke penyangga.
Variasi waktu pelapisan dan rapat arus proses elektroplating akan mempengaruhi ketebalan dan berat lapisan Tellurium alam pada pelat sasaran. Semakin lama waktu pelapisan dan semakin besar rapat arus akan menambah ketebalan dan berat lapisan Tellurium. Elektroplating Tellurium dilapiskan pada pelat sasaran yang terbuat dari logam Cu yang berlapis Ni sehingga didapatkan ketebalan sasaran pada umumnya 11 – 14 mg/cm2 dengan waktu elektroplating kurang lebih 30 menit,
Semakin tebal dan berat lapisan Tellurium alam pada pelat sasaran maka aktifitas 123I yang
diperoleh pada saat akhir iradiasi akan semakin besar, hal ini tergantung juga pada kondisi penyinaran dalam siklotron. Biasanya digunakan sasaran yang tipis saja, oleh karena partikel bermuatan hanya mempunyai daya tembus yang kecil. Pemilihan kondisi untuk menghasilkan suatu spesies tertentu harus didasarkan pada fungsi eksitasi, yang memberi petunjuk reaksi dan energi yang tepat.
Radioisotop-radioisotop yang diproduksi dari siklotron secara umum kekurangan neutron dan meluruh memancarkan beta positif atau penangkapan elektron. Dengan demikian siklotron menambah jenis radionuklida miskin akan neutron yang dapat diproduksi.
Iradiasi di Siklotron CS-30
Walaupun tidak dilakukan penembakkan dengan proton di Siklotron CS-30, perhitungan teoritis reaksi initi dilakukan. Reaksi Inti adalah proses yang menyebabkan perubahan di dalam inti atom suatu nuklida. Proses ini dapat berlangsung secara spontan, seperti misalnya pada disintegrasi radionuklida dan dapat pula
terjadi dengan diawali benturan partikel radiasi nuklir dengan inti. Partikel-partikel nuklir yang dibenturkan pada inti atom itu dapat berupa proton, deuterium, tritium, helium, atau partikel alfa. Partikel-partikel yang ditembakkan itu dapat berasal dari radionuklida, akselerator, generator neutron, atau bahan bakar reaktor nuklir. Hasil reaksi inti dapat berupa nuklida, baik yang radioaktif maupun stabil, partikel-partikel nuklir, baik yang sejenis maupun yang berlainan dari partikel yang ditembakkan ke arah inti atom sasaran.
Te alam (p,xn) terbentuk 121I, 123I, 124I, 126I, 128I, 130I pada energi proton 9-35 Mev. 123Te
diperkaya berekasi dengan proton pada energy 13,5 Mev diperoleh 123I dari reaksi nuklir (p,n)
tampang lintang reaksinya 210-400 mbarn. Apabila target 124I diperkaya berekasi dengan
proton pada energy antara 22-24,6 Mev tampang lintang reaksi lebih besar.
Yang dimaksud dengan tampang lintang reaksi adalah keboleh jadian interaksi nuklir antara partikel dengan bahan target dalam satuan luas ( barn) dimana 1 barn = 1x10-24 Cm2.
Aktivitas yang diperoleh tergantung pada fungsi eksitasi pada besarnya tenaga proton yang ditembakkan dari mesin siklotron CS-30 tersebut.
Untuk memperoleh 123I dari reaksi nuklir (p,2n).
Tampang lintang reaksi untuk reaksi (p,2n) ini lebih tinggi antara 800-1300 mbarn.
Berkas arus proton adalah jumlah partikel (proton ) yang ditembakkan dari mesin siklotron CS-30 adalah mesin pembangkit partikel bermuatan ke target dalam satuan mikro Ampere μA . Muatan partikel (proton ) yang ditembakkan dalam bentuk satuan microcoulomb (μC) adalah 1,6x1013 μC. kecepatan berkas arus
yang bermuatan proton per satuan waktu, jadi dalam satuan μA/ detik . Untuk berkas proton sebesar 1 μA adalah
menit proton x ik proton x proton C ik C 14 12 13 - 6,25 10 det 3,75 10 1,6x10 det 1 A 1
Jadi jika 10 μA arus berkas proton 600 x 1015 proton per jam yang dilepas untuk
menembak target 124Te diperkaya 90 % dan
tenaga proton yang dilepas 22 Mev maka akan diperoleh suatu jumlah radioisotope baru 123I
dengan memperhatikan besar tampang lintang reaksi pada reaksi nuklir 124Te(p,2n) 123I.
Reaksi nuklir antara target dan proton dilepaskan panas, Panas akibat radiasi partikel bermuatan dengan target tergantung dari jumlah tenaga panas ( watt) yang disertap oleh target.
Tata cara iradiasi teoritis diimplementasikan untuk perhitungan iradiasi target dengan asumsi target yang digunakan adalah 124Te diperkaya.
Target 124Te diiradiasi atau ditembak proton
didalam siklotron CS-30 Pada proses penembakkan dengan proton maka reaksi nuklir berlangsung dan terbentuk panas. Panas yang diperlukan untuk penembakkan adalah P= E x i P= panas ( watt), E = tenaga proton yang ditembakkan ( Mev), i = besar arus proton ( A ) Target ditembak dengan 10 A of proton from 26 Mev panas yang diperlukan P= 26 Mev x 10A= 260 watt
1 watt = 0,24 cal/det, jadi P = (0,24)(260) cal/det = 62,4 cal/det
Sehingga pada proses iradiasi ini diperlukan pendingin yang harus dapat mengambil panas setiap detiknya lebih dari 62,4 cal untuk mencegah target tidak kelebihan panas selama proses penembakkan atau tetap dingin. Untuk
mempertimbangkan produksi 123I menggunakan
26 Mev proton. Titik leleh Te metal sekitar 4500C sifatnya bukan penghantar panas yang
baik. Telerium dalam bentuk oksida sebagai senyawa TeO2 titik lelehnya sekitar 7330C ini
juga mempunyai sifat fisika, bukan penghantar panas yang baik. Untuk proses radiasi Te ini diperlukan pendingin untuk mencegah target tidak meleleh.
Tenaga proton yang tepat untuk penembakkan bila pengotor yang diperoleh sekecil mungkin adalah 20 Mev untuk reaksi nuklir 124Te(p,n) 124I
sehingga aktivitas maksimum dapat terbentuk pada besar arus partikel Ip(det-1) untuk tenaga
E(Mev) tebal target dapat dihitung dalam μCi dan besar berkas arus ion dalam 1 μA.
PELARUTAN
Tellurium setelah diiradiasi dilarutkan dalam 7 M H2SO4 kemudian ditambah larutan H2O2
untuk mengoksidasi Te kemudian kedalam campuran ditambahkan KOH. H2O2 untuk
mengubah valensi Te dari valensi 0 ke valensi 4 sehingga dapat diendapkan. Penambahan KOH sampai terbentuk endapan K2TeO3. Kemudian
endapan disaring, dan filtratnya yang mengandung I dielusikan kedalam kolom penukar ion yang telah disediakan.
PEMISAHAN
Pada pemisahan ditujukan untuk memperoleh pH optimum dan Kecepatan alir yang optimum untuk mendapatkan effisiensi pemisahan yang terbaik. Pengaruh pH larutan terhadap kesetimbangan adsorbsi adalah interaksi ion H+ dan ion OH- dengan bahan penyerap
( resin Bio Rad). Dalam suasana asam interaksi ion H+dengan bahan penyerap. Sedangkan bahan
penyerap terhadap anion I- akan meningkat
dengan naiknya pH karena jumlah ion H+ yang
dapat mengikat anion sehingga menghalangi anion tersebut akan semakin berkurang. Dalam suasana basa penyerapan terhadap anion pada suasana basa akan menurun dengan naiknya pH karena adanya perebutan antara ion OH- dan
anion I- akan semakin tinggi. pH pada kondisi
optimum dalam percobaan ini ada pada pH 7, ( gambar 2& 3)
Pengaruh kecepatan alir pada proses pemisahan Te dari I, bahwa kecepatan alir umpan yang pelan akan kurang efektif untuk pemisahan radioisotop umur pendek seperti 123I
ini. Apabila kecepatan alir umpan terlalu cepat maka semakin sedikit resin mengikat ion. Ketentuan kecepatan alir pada pemisahan dengan resin penukar ion yang paling baik adalah pada kecepatan 0,2 ml per menit.
Gambar 2. Pengaruh pH pada effisiensi pemisahan ( %) ddengan pelarut NaCl Tabel 1. Efisiensi pemisahan (%) pada perubahan pH dan kecepatan alir
Kecepatan alir pH=5 pH=6 pH=7 pH=8 pH=9 0,2 ml 55 89 99 94,7 54,7 0,3 ml 52 86 98 94,3 51,2 0,4 ml 51 85 98 94 50,3 0,5 ml 47 82 98,5 93,5 49,8 0,6 ml 44 77 97,5 93 45,4 0 20 40 60 80 100 120 pH=5 pH=6 pH=7 pH=8 pH=9 0,2 m l 0,3 m l 0,4 m l 0,5 m l 0,6 m l
Gambar 3. Efisiensi pemisahan (%) pada perubahan pH dan kecepatan alir KONVERSI EFISIENSI PEMISAHAN
TERHADAP 123I
Pengaruh pH dan kecepatan alir diatas adalah untuk radioisotop 131I, Sifat kimia
radioisotop 131I & 123I sama, kondisi optimum
diatas diimplementasikan untuk pemisahan 123I
yang umur paronya hanya 13,2 jam. Dari hasil perhitungan diperoleh bahwa faktor pH tetap 7 dan kecepatan alir umpan 0,5 ml/ menit. Seperti pada Tabel 2.
Tabel 2. Hasil percobaan dng 131I diimplementasikan ke 123I
No
Efisiensi Pemisahan
131I (pH=7)
Kecepatan
alir peluruhanFaktor
Efisiensi Pemisahan 123I (pH=7) 1 99,37 % 0,2 ml/men 0,96 95,11% 2 98,93% 0,3 ml/men 0,97 96,09% 3 98,80% 0,4 ml/men 0,98 96,67% 4 98,56% 0,5 ml/men 0,98 96,87% 5 97,49% 0,6 ml/men 0,99 96,09% UJI KUALITAS
Analisis pengotor Te dan Ni dengan metoda spot tes. Untuk Ni teramati bahwa kualitas warna larutan sampel sama dengan aquades, sehingga dapat disimpulkan tidak ada ion Ni di larutan produk I. Apabila larutan produk mengandung adanya ion Ni maka larutan sampel akan berwarna hijau. Larutan produk bebas dari ion Ni ini disebabkan bahwa kation Ni++tidak ada
yang terikat pada resin penukar anion sehingga Ni lewat begitu saja tanpa berinteraksi dengan resin.
Untuk analisis pengotor Te dengan spot tes diperoleh pengotor Te sekitar 10-3mg. L
D 50 untuk
Te adalah 67 mg/Kg artinya kandungan Te didalam tubuh binatang atau manusia dengan kadar sama atau diatas 67 mg/Kg, 50 % diantaranya mati. Hasil analisis menunjukkan bahwa pengotor Te 10-3mg/2cc artinya per cc ada
0,5x10-3mg ekivalen dengan 0,5x10-3mg/Kg
masih sangat jauh lebih kecil dari 67 mg/ Kg. Kadar pengotor Te disini kecil disebabkan karena pada saat pelarutan kemudian
E
ff
is
ie
ns
i
penyaringan sebelum dielusikan kedalam kolom Te tertinggal di penyaring yang berbentuk endapan K2TeO3.
KESIMPULAN
1. Dari percobaan ini diperoleh data bahwa effisiensi pemisahan terbesar pada pH larutan 7 dan kecepatan alir umpan dikolom 0,2 ml permenit untuk pemisahan 131I dari Te
dan Ni.
2. Hasil percobaan ini diimplementasikan untuk pemisahan 123I yang umur paronya 13
jam , dengan memper hitungkan faktor peluruhan 123I maka diperoleh kecepatan alir
yang paling efektif pada produksi radioisotop 123I adalah dengan kecepatan alir
0,5 ml per menit dan pH=7.
3. Hasil pengujian kualitas pada kondisi optimum ini diperoleh 123I yang bebas Ni.
Kadar pengotor Te dari hasil pemisahan adalah 0,5x10-3mg/Kg jauh dibawah L
D 50. DAFTAR PUSTAKA
1. Http :// www.mds.nordion.co
2. Frequently Asked Question, MDS Nordion, Triumf, Canada
3. K. SUEKI, A HASHIZUME, Y TENDOW, YOHKUBO and K.KITAO,”On the cross Section for 123I Production Reactions.”
Tokyo 20-24 April 1987.
4. RM LAMBRECHT, M.SAJJAD, QURESHI S.J. AL-YANBAWI,” Production of Iodine -124 “ Radioanal. Nucl. Chem. Letters. Riyadh 127/2/143-150/1988.
5. KENTARO HATTA; HIROSHI BABA,” A computer code, OSCAR, for the calculation
of exitation functions and reaction yields to produce radioisotope for medical purpose”. INDC, IAEA, Vienna 1988.
6. GOPAL B.SAHA, “Fundamentals of Nuclear Pharmacy” New York 1986
7. FRANK HELUS, Sc.D; LELIO G
COLOMBETTI, Sc.D’Radionuclides
Production.’Vol I, CRC Press, Inc, Florida 1990
8. MUNAWAR SAJJAD, RICHARD M LAMBRECHT, M. and SOLIMAN A BAKR “ Chromatographic Evaluation of the Radiochemical Purity of Reductant-Free Iodine-123”Nuclear. Medical. Biology Vol. 15 No 6 pp 721-722, 1988.
TANYA JAWAB W. Faisal
Apa pengaruh serta fungsi NaCl?
Mungkinkah diganti dengan eluen lain?Tri Murni
Pengaruh dan fungsi NaCl adalah ion Cl menggantikan ion I terikat di resin, sehingga Iodium yang diinginkan keluar dari kolom penukar ion.
Mungkin saja digantikan dengan eluen laindengan catatan pH keluar 7. Pernah dicoba pakai eluen Na-sitrat, hasilnya kurang memuaskan. Iodium tidak mau keluar dari kolom.
