PREPARASI TARGET NIKEL SEBAGAI BAHAN SASARAN PEMBUATAN RADIOISOTOP Cu-64 MENGGUNAKAN SIKLOTRON

Transkripsi

1 Wira Y Rahman, Endang Sarmini, Herlina, Cahyana AR, Triyanto Pusat Radioisotop dan Radiofarmaka (PRR) BATAN Gd. 11 Kawasan PUSPIPTEK Serpong, Tangerang 15313, * Tel/Fax : (021) wira@batan.go.id ABSTRAK PEMBUATAN RADIOISOTOP Cu-64 MENGGUNAKAN. Radioisotop 64 Cu dapat dihasilkan dari reaksi nuklir 64 Ni (p,n) 64 Cu dengan menggunakan siklotron PRR. Radioisotop 64 Cu (T½ = 12,7 jam), memancarkan radiasi γ 1345,90 kev (0,49%), radiasi β - (E = 579 kev, 39,0%) dan radiasi β + (E = 653 kev, 17,4%), dengan demikian sangat potensial digunakan dalam pencitraan medis melalui positron emission tomography (PET) dan sebagai terapi kanker. Tujuan penelitian ini untuk menguasai metode preparasi target 64 Cu dari sasaran nikel alam secara elektroplating dengan menggunakan campuran larutan elektrolit nikel klorida (NiCl 2.6H 2 O) dan asam borat (H 3 BO 3 ). Hasil eksperimen menunjukkan bahwa dari proses elektroplating selama 5 jam dengan kuat arus antara ma memberikan hasil deposit nikel dengan permukaan yang rata dan halus dengan rata-rata berat deposit 80%. Kata kunci : Preparasi target, proses elektroplating, larutan elektrolit, deposit nikel ABSTRACT NICKEL TARGET PREPARATION AS TARGET MATERIAL FOR Cu-64 RADIOISOTOPE PRODUCTION USING CYCLOTRON. Radioisotope of 64 Cu can be produced from 64 Ni (p,n) 64 Cu nuclear reaction using the PRR s cyclotron. 64 Cu Radioisotope (T½ = 12,7 hours), which emits γ 1345,90 kev ( 0,49%), β - (E = 579 kev, 39,0%) and β + (E = 653 kev, 17,4%), is potentially used in medical imaging by positron emission tomography (PET) and for cancer radiotherapy. The purpose of this study to establish the method of preparation of 64 Cu targets using the mixture of electrolyte solutions nickel chloride (NiCl 2.6H 2 O) and boric acid (H 3 BO 3 ). The experimental results showed that the electroplating process for 5 hours with the electric currents between 100 to 120 ma gave a deposit of nickel with a flat and smooth surface with the average weight of 80% deposit. Keywords: target preparation, electroplating process, electrolyte solution, nickel deposits PENDAHULUAN Radioisotop tembaga ( 64 Cu) merupakan radioisotop medik yang mempunyai waktu paruh 12,7 jam, meluruh dengan 3 model peluruhan, yaitu pemancar β + (E = 653 kev, 17,4%), pemancar β - (E = 579 kev, 39,0%) dan penangkapan elektron (43,62 %) disertai dengan pemancar γ pada energi 1345,90 kev, 0,49%. Selain itu β + yang dilepaskan akan segera bergabung dengan elektron dan terjadi anihilasi sehingga melepaskan radiasi elektromagnetik dengan energi 511 kev. Radioisotop ini memiliki penggunaan yang luas sebagai sediaan radiofarmaka untuk positron emission tomography (PET), terapi tumor maupun studi biokimia-medik. [1,3,5,6,7] Reaksi nuklir untuk menghasilkan radioisotop Cu-64 dengan siklotron adalah 68 Zn (p, αn) 64 Cu dan 64 Ni (p,n) 64 Cu, kedua reaksi nuklir ini dilangsungkan dalam siklotron [3,6]. Reaksi yang pertama memerlukan energi proton yang tinggi MeV, sedangkan reaksi yang kedua dengan energi 11 15,5 MeV. [3,4,6] Jika nikel diiradiasi di siklotron pada fasilitas target padat, terlebih dahulu nikel dilapiskan pada keping target tembaga (Cu) melalui proses elektroplating. Elektroplating merupakan suatu proses pengendapan lapisan logam pada elektroda yang bertujuan membentuk lapisan tipis pada permukaannya. Elektroplating termasuk proses elektrolisa yang biasanya dilakukan dalam bejana sel elektrolisa dan berisi cairan elektrolit. Pada 190

2 cairan tersebut dicelupkan dua elektroda. Masingmasing elektroda dihubungkan dengan arus listrik kutub positif (anoda) dan kutub negatif (katoda). Prinsip dasar dari pelapisan logam secara listrik ini adalah menempelkan ion-ion logam pada logam yang dilapisi. Ion-ion logam tersebut didapat dari larutan elektrolit yang digunakan. Dengan adanya arus listrik yang mengalir dari sumber maka elektron dialirkan melalui elektroda. Di dalam proses elektrolisa terjadi reaksi oksidasi pada anoda dan reaksi reduksi pada katoda. Ketebalan nikel hasil elektroplating untuk menghasilkan yield lebih dari 90% adalah 300 µm (0,3mm) untuk energi 16 MeV dan 20 µm (0,02 mm) untuk energi 4 MeV. [8] Penelitian ini bertujuan untuk mendapatkan deposit nikel dengan ketebalan yang rata pada permukaan, halus, tipis serta tidak mudah rontok, sehingga ketika deposit nikel diiradiasi dapat ditembus oleh partikel proton tapi tidak sampai mengenai keping target. METODA Pada proses elektroplating nikel ini dilakukan selama 5 jam dan kuat arus antara ma. Sebagai katodanya adalah keping target Cu dan anodanya Pt, dikeping target akan menempel nikel alam dalam bentuk deposit yang permukaannya halus dan tipis. Larutan elektroplating yang digunakan adalah campuran dari nikel klorida NiCl 2.6H 2 O, dan asam borat (H 3 BO 3 ) (5 gram nikel klorida dalam 150 ml larutan, dan 4,5 gram asam borat) dengan ph 1-3, modifikasi dari penelitian Dr. Dmitri Kopeliovich. [3] Untuk menghitung berat pelapisan nikel yang terjadi pada keping target menggunakan rumus : I t B W = Z F W : Berat yang diendapkan (gr) I : Arus (Ampere) t : Waktu (Detik) B : Berat Atom nikel = 58,71 Z : Valensi nikel = 2 F : Bilangan Faraday Coloumb Perhitungan berat pelapisan nikel dengan menggunakan rumus diatas diasumsikan tingkat efisiensi 100%. Untuk menghitung efisiensi arus katoda pada larutan nikel menggunakan rumus : efisiensi = Beratlapisannikel pada percobaan Beratlapisannikel pada perhitungan 100% Dengan menggunakan sistem elektroplating inilah preparasi bahan sasaran untuk produksi radioisotop Cu-64 dibuat. Alat-alat dan Bahan Kimia Alat-alat yang digunakan adalah pengaduk magnet, timbangan analitik, bejana elektroplating, keping katoda Cu, keping anoda (Pt), ph meter hair dryer dan beberapa peralatan gelas lainnya. Bahan kimia yang digunakan adalah etanol (E.Merck), NiCl 2.6H 2 O (E.Merck), H 3 BO 3 (E.Merck). Cara Kerja Pembuatan Larutan Elektroplating 1. Dengan gelas kimia 250 ml, ditimbang 20,24 gram NiCl 2.6H 2 O, dan 4,5 gram H 3 BO Ke dalam gelas kimia tersebut ditambahkan 100 ml aquadest, dan batang pengaduk magnet, campuran diaduk menggunakan hot-stir plate sampai didapat larutan yang hijau bening. 3. Kemudian larutan diencerkan hingga volume 150 ml, dan diukur ph-nya. Gambar 1. Diagram proses elektroplating. 4. Larutan disimpan di dalam botol polietilen bertutup, diberi label berisi nama larutan, konsentrasi dan tanggal pembuatan larutan. 191 Wira Y Rahman, dkk.

3 Proses Elektroplating 1. Keping target yang telah dipoles dan dibersihkan dengan etanol ditimbang, kemudian dipasang sebagai salah satu sisi sel elektroplating. Dilakukan uji kebocoran sel elektroplating dengan jalan memasukkan air demineral ke dalam sel elektroplating. Setiap kali melakukan proses plating untuk tiap variasi kuat arus dibuat larutan elektroplating yang baru. Elektroplating dilakukan selama 5 jam dengan larutan elektroplating yang merupakan campuran NiCl 2.6H 2 O 20,24 gram dan H 3 BO 3 4,5 gram yang dilarutkan dengan air sampai volume 150 ml. 2. Setelah air demineral dikeluarkan dari sel elektroplating, larutan elektroplating dituangkan ke dalam sel elektroplating, sampai elektroda platina yang ada tercelup. 3. Regulator arus dan voltase listrik dihidupkan, selanjutnya kabel dari kutub negatif dihubungkan dengan katoda (keping target), dan kabel dari kutub positif dihubungkan dengan anoda (Pt). 4. Diatur arusnya masing-masing pada 80, 100, 120, 140 dan 160 ma, elektroplating dilakukan selama 5 jam. 5. Larutan elektroplating dikeluarkan dari sel elektroplating dengan pemvakuman ke dalam header, kemudian disimpan dalam botol polietilen. 6. Keping target dilepaskan dari sel elektroplating, dicuci dengan air demineral, kemudian dikeringkan dengan hair dryer. Ditimbang kembali untuk mengetahui berat Nikel terplating. HASIL DAN PEMBAHASAN Proses elektroplating dilakukan dalam sel elektroplating, dengan Pt sebagai anoda dan keping target Cu sebagai katodanya dengan luas permukaan bidang elektroplating 14cm 2 (2cm 7cm). Gambar 3. Proses elektroplating. Hasil deposit yang didapatkan bervariasi % dari berat teoritis (0,5476 gr) dengan ketebalan berkisar antara 26,16 48,60 mg/cm 2. Proses elektroplating pada kuat arus ma, lama waktu plating 5 jam dengan ph larutan elektroplating 2, dapat dilihat pada Tabel 1. Dari hasil elektroplating, didapatkan kondisi optimumnya adalah pada kuat arus antara ma, ph larutan plating 2. Pada proses elektroplating dengan kondisi kuat arus antara ma, arusnya stabil memberikan hasil deposit yang bagus dengan permukaan yang rata, halus dan licin dengan rata-rata berat deposit 80%. Gambar 2. Keping target Cu yang akan dilapisi dengan nikel. Gambar 4. Hasil elektroplating nikel dengan kuat arus 100 ma. 192

4 Tabel 1. Hasil elektroplating nikel pada keping target Cu. No. Kuat Arus (ma) Berat Hasil Elektroplating (gram) Berat Teoritis (gram) % Ketebalan deposit (mg/cm 2 ) ,3663 0, , ,4436 0, , ,5268 0, , ,5879 0, , ,6804 0, ,60 Keterangan Arus tidak stabil, ph larutan dari 2 berubah menjadi 3 setelah Arus tidak stabil, ph larutan dari 2 berubah menjadi 3 setelah Gambar 5. Grafik hasil elektroplating nikel pada keping target Cu. Sementara untuk kuat arus ma memberikan hasil yang kurang bagus, karena banyak terbentuk gumpalan-gumpalan berwarna hitam pada keping target, dengan sentuhan saja langsung rontok, sedangkan untuk kuat arus 80 ma arusnya tidak stabil, turun naik. Reaksi yang terjadi pada katoda pada saat pembentukan lapisan nikel adalah Ni 2+ (aq) + 2e - Ni (s) Pembentukan gas Hidrogen : 2H + (aq) + 2e- H 2(g) Wira Y Rahman, dkk. Reduksi oksigen terlarut : ½ O 2 (g) + 2H + H 2 O (l) Sedangkan pada anoda terjadi reaksi pembentukan gas oksigen : H 2 O (l) 4H + (aq) + O 2 (g) + 4e - Oksidasi gas Hidrogen : H 2 (g) 2H + (aq) + 2e - Adanya gaya dorong beda potensial listrik dan dibantu oleh reaksi-reaksi kimia, ion-ion logam akan menuju permukaan katoda dan menangkap elektron dari katoda, sambil mendeposisikan diri di 193

5 permukaan katoda sehingga akan terbentuk lapisan nikel pada keping katoda (Cu). Dengan terbentuknya gelembung hidrogen pada saat proses elektroplating, terjadi persaingan antara gelembung hidrogen dan logam Ni pada saat penempelan pada katoda (keping target) yang mempengaruhi berat deposit yang dihasilkan. Elektoplating dengan kuat arus 100 ma dan 120 ma memberikan hasil deposit yang bagus dengan permukaan yang rata dan halus dengan depositnya %. Kekuatan penempelan untuk kuat arus 100mA dan 120 ma cukup bagus, terbukti pada saat di-roll dan diketok-ketok tidak ada yang rontok. KESIMPULAN Proses elektroplating pada kuat arus 100mA memberikan hasil yang lebih baik dengan permukaan yang rata dan halus dengan berat deposit 80% dengan ketebalan deposit nikel 31,69 mg/cm 2. Kekuatan penempelannya cukup baik, dari hasil uji kerontokan tidak ada material yang rontok, sehingga hasil elektroplating tersebut dapat digunakan sebagai acuan preparasi target untuk pembuatan radioisotop Cu-64. DAFTAR PUSTAKA [1] I KETUT SUARNA, Pengaruh Waktu Pelapisan Nikel Pada Tembaga Dalam Pelapisan Khrom Dekoratif Terhadap Tingkat Kecerahan Dan Ketebalan Lapisan, Jurnal Ilmiah Teknik Mesin CAKRAM Vol. 2 No. 1, Juni 2008 (48 60). [2] F.F.DYER AND G.W. LEDDICOTTE, The Radiochemistry of Copper, ORNL Tennese. [3] DR. DMITRI KOPELIOVICH, eng.utah.edu/~gale/mems/lecture%2012%20el ectrodeposition.pdf [4] K.R. ZINN, T.R. CHAUDHURI, Production of No-carrier Added 64 Cu from Zinc Metal Irradiated Under Boron Shielding, Cancer, 73[3] (1994) [5] STEWART MAKKONEN-CRAIG, 64 Cu Produc-tion, Ligands and Biomedical Applications, Laboratory of Radiochemistry Departement of Chemistry Faculty of Science University Helsinki, [6] W. SEELMAN-EGGEBERT, G. PFENNIG, H. MUNZEL, H. KLEWE-NEBENIUS, Chart of the Nuclides, Institute for Radiochenie, [7] W. YUN, Z. XIANZHONG, MicroPET Imaging of Glioma Integrin vβ3 Expression Using 64 Cu-labeled Tetrameric RGD Peptide, J. Nucl. Med., 46[10] (2005) [8] D.W. McCHARTY ET AL, Efficient Production of High Specific Activity 64 Cu Using a Biomedical Cyclotron, Nuclear Medicine, Vol 24, pp 35-43, TANYA JAWAB Sunardi Dalam abstrak disebutkan proses elektroplastis pada arus ma memberikan hasil deposit yang baik, dalam eksperimen dilakukan pada arus 80 ma 160 ma, mohon klarifikasi Apa indikasi hasil dari elektroplating halus, pernahkah hasil ini diuji dengan SEM? Bagaimana struktur mikro (Ni) yang terdeposit? Wira Y. Rahman Untuk kuat arus antara 100 ma dan 120 ma memberikan nilai efisiensi yang hampir berdekatan yaitu 81% dan 80%, dari eksperimen yang dilakukan rentang arusnya ma, karena pada saat kuat arus sudah 140. Kekuatan penempelannya sudah berkurang, terlihat dari terbentuknya gumpalan-gumpalan hitam pada permukaan hasil elektroplating pada saat uji kerontokan dan kekuatan penempelan terlepas dan efisiennya menjadi berkurang. Dipilih kuat arus ma untuk efisiensinya waktu karena dilakukan selama 5 jam, seiring dengan bertambahnya kuat arus tidak terjadi peningkatan deposit yang signifikan. Hasil elektroplating hanya berdasarkan visualisasi, dirol dan uji kerontokan menggunakan enggraver, tidak dilakukan pengujian dengan SEM sehingga tidak diketahui struktur mikro nikel yang terdeposit. Hasil elektroplating juga tidak diharapkan menempel kuat seperti penempelan untuk dekorasi, karena nikel tersebut setelah diiradiasi di siklotron akan dilarutkan untuk mendapatkan radioisotop 64 Cu. 194