Deteksi unsur kelumit dengan Teknik Nuklir

Berbagai kasus kriminal telah terjadi sepanjang sejarah kehidupan umat manusia. Banyak diantara kasus itu tidak berhasil diungkap karena minimnya barang bukti yang dapat diajukan ke pengadilan. Karena kekurangan barang bukti, maka identitas korban maupun pelakunya sulit bahkan tidak dapat dikenali. Demikian pula latar belakang yang mendasari kejadian tersebut maupun tempat terjadinya kasus kriminal. Namun banyak pula kasus kriminal yang berhasil diungkap oleh aparat penegak hukum dengan tingkat kebenaran yang dapat dipertanggungjawabkan. Keberhasilan tersebut tentu dilatari oleh keberhasilan aparat dalam menemukan barang-barang bukti yang sangat akurat, meski barang bukti tersebut bisa jadi tidak kasat mata karena jumlahnya yang sangat sedikit.

Pengungkapan tabir kriminal dapat dilakukan secara ilmiah dengan melibatkan berbagai disiplin ilmu, salah satunya adalah iptek nuklir. Sebagian besar kasus kriminal akhir-akhir ini membutuhkan penelitian secara ilmiah untuk mendapatkan bukti-bukti pendukung yang memuaskan dan meyakinkan untuk keperluan dalam memutuskan suatu perkara di pengadilan.

Penggunaan teknik nuklir dalam mengungkap bebagai jenis kasus kriminal dapat membantu memberikan data-data yang akurat dan sangat bermanfaat bagi jalannya proses penyidikan. Teknik nuklir disini dimanfaatkan untuk mengidentifikasi adanya unsur-unsur kelumit (trace elements) yang ditemukan di tempat kejadian perkara. Identifikasi unsur kelumit itu dapat dilakukan dengan teknik aktivasi melalui irradiasi neutron. Karena menggunakan berkas neutron, maka analisa dengan teknik ini dikenal dengan sebutan analisa pengaktifan neutron (APN).

Proses aktivasi adalah 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 proses irradiasinya paling umum dilangsungkan di dalam teras reaktor nuklir. Karena penyerapan neutron tadi, maka jumlah neutron dalam inti bertambah dan kestabilan inti atom terganggu. Karena itu, inti yang semula stabil menjadi tidak stabil sehingga harus beruban menjadi inti atom baru yang stabil disertai dengan pemancaran radiasi pengion. Keberadaan unsur kelumit dapat diketahui melalui pemantauan radiasi yang dipancarkannya.

Proses Aktivasi

Saat ini ada berbagai jenis reaktor nuklir yang dioperasikan untuk berbagai kegiatan. Karena jenisnya yang bermacam-macam, maka reaktor nuklir dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa jenis kriteria, salah satunya adalah tujuan penggunaan reaktor tersebut. Ada jenis reaktor yang digunakan untuk tujuan penelitian yang lazim disebut reaktor penelitian, ada pula yang dirancang untuk menghasilkan listrik yang lazim disebut reaktor daya. Di samping itu ada pula yang dirancang berperan ganda, yaitu sebagai penghasil listrik dan produksi bahan bakar fisi. Reaktor jenis ini lazim disebut reaktor pembiak.

Secara garis besar, pemanfaatan teknologi nuklir dapat dikelompokkan menjadi dua kegiatan utama, yaitu pemanfaatan dalam bidang energi dan pemanfaatan di luar energi, terutama dalam kaitannya dengan bidang penelitian. Kegiatan penelitian yang memanfaatkan teknologi nuklir dapat dilakukan di dalam reaktor nuklir maupun tanpa melibatkan reaktor nuklir secara langsung.

Reaktor penelitian hanya memanfaatkan neutron hasil reaksi fisi, sedang panas yang keluar dari reaksi itu akan dibuang. Karena memanfaatkan neutron, reaktor penelitian dirancang mempunyai fluks neutron yang cukup besar sehingga cocok sebagai sarana untuk melakukan irradiasi dengan neutron. Karena panasnya tidak dimanfaatkan, maka reaktor penelitian dirancang berdaya thermal rendah, yaitu berkisar dari beberapa Mega Watt (MW) hingga puluhan MW. Reaktor penelitian berperan sangat besar dalam rangka pemanfaatan teknologi nuklir di luar energi. Reaktor penelitian dapat dipakai untuk berbagai kegiatan penelitian dalam bidang teknologi nuklir, kedokteran, biologi, pertanian, kimia, metalurgi dan fisika. Salah satunya adalah untuk kegiatan yang berkaitan dengan APN.

Dalam teknik APN, neutron yang dipancarkan dari proses fisi bahan bakar nuklir akan diserap dan masuk ke dalam inti suatu atom sehingga kestabilan inti atom tersebut terganggu. Inti yang tidak stabil ini selanjutnya dapat meluruh menuju ke keadaan inti yang stabil disertai dengan pemancaran radiasi jenis tertentu, yang paling umum adalah radiasi gamma (g). Reaksi pengaktifan jenis ini juga sering disebut sebagai reaksi neutron-gamma (n,g), karena penyerapan neutron oleh unsur akan diikuti oleh pemancaran radiasi-gdari unsur tersebut.

Teknik APN mampu mengenali unsur-unsur kelumit dalam suatu bahan. Unsur kelumit biasanya terdapat dalam jumlah yang sangat kecil sehingga sulit untuk diidentifikasi dengan cara pemisahan kimia biasa. Teknik APN mampu mengidentifikasi unsur kelumit dalam orde bagian per juta (part per million, ppm), bahkan untuk beberapa kasus mampu hingga orde bagian per milyar (part per billion, ppb).

Di samping itu, teknik APN tidak terpengaruh oleh perlakuan kimia ataupun kondisi bahan selama proses aktivasi. Kelebihan lainnya adalah teknik ini tidak merusak terhadap bahan yang dianalisa. Dengan teknik APN dimungkinkan analisa terhadap sekitar 50 jenis unsur yang berbeda dalam satu sampel yang dianalisa .

Teras reaktor penelitian untuk kegiatan APN (JAERI)

Teknik APN merupakan teknik analisis yang telah terbukti memiliki beberapa keuntungan dalam berbagai bidang aplikasi. Kepekaannya yang luar biasa dan akurasinya yang tinggi dan sampai saat ini belum tertandingi oleh teknik analisa lainnya, menjadikan teknik APN disukai oleh banyak kalangan. Demikian tinggi kepekaannya sehingga teknik APN mampu menganalisa 76 jenis unsur dengan berat 10^-6gram, 53 jenis unsur dengan berat 10^-9gram dan 11 jenis unsur dengan berat 10^-12gram . Teknik APN dapat dipakai secara baik untuk menganalisa unsur-unsur kimia yang memiliki isotop dengan penampang lintang serapan neutron tinggi, sehingga zat radioaktif yang dihasilkannya dapat memancarkan radiasi dengan intensitas yang dapat dideteksi.

Akurasi Tinggi

Mengingat teknik APN memanfaatkan reaksi (n,g), dimana setelah irradiasi neutron sampel yang akan dianalisa berubah menjadi zat radioaktif pemancar radiasi-g, maka untuk keperluan analisa sampel tersebut digunakan spektrometer-g. Spektrometri radiasi gamma seringkali dilakukan menggunakan detektor semikonduktor yang dibuat dari bahan germanium (Ge) yang dicangkoki dengan lithium (Li) sehingga membentuk detektor radiasi semikonduktor Ge(Li).

Untuk keperluan spektrometri, detektor Ge(Li) dihubungkan dengan sistim penganalisa saluran ganda (multi channel analyzer, MCA). Nomor salur pada MCA akan sebanding dengan energi radiasi-gyang tertangkap oleh detektor. Semakin besar energi radiasi-g, semakin besar pula nomor salur tempat munculnya spektrum radiasi-gtersebut, demikian pula sebaliknya. Oleh sebab itu, pada layar MCA akan muncul spektrum radiasi-gyang muncul pada beberapa nomor salur yang berlainan. Data tampilan spektrum tersebut dapat dipakai untuk menganalisa unsur-unsur yang terkandung dalam sampel teraktivasi baik secara kualitatif maupun kuantitatif.

Setiap unsur radioaktif memancarkan radiasi dengan energi yang berbeda-beda. Oleh sebab itu, analisa kualitatif dapat dilakukan dengan cara menentukan letak (nomor salur) munculnya spektrum radiasi-g. Dari analisa ini dapat diketahui jenis-jenis unsur yang terdapat di dalam sampel. Analisa kuantitatif dilakukan melalui pengukuran tinggi atau luas kurva spektrun radiasi-gtersebut. Dari analisa ini dapat ditentukan jumlah unsur-unsur yang terdapat di dalam sampel. Baik analisa kualitatif maupun kuantitatif mampu memberikan hasil pengukuran yang sangat teliti karena saat ini telah berhasil dikembangkan instrumentasi spektrometri radiasi dengan resolusi yang sangat tinngi. Hingga saat ini teknik APN merupakan teknik analisa yang paling sempurna untuk mendeteksi dan mengestimasi sejumlah besar unsur-unsur dalam suatu bahan dengan kadar yang sangat rendah (unsur kelumit).

Toksikolgi Kehakiman

Teknik APN memegang peranan cukup penting dalam penentuan kuantitas perunut dengan tingkat ketelitian yang sangat tinggi. Teknik ini dapat dimanfaatkan dalam bidang kedokteran kehakiman untuk membantu mengungkap berbagai kasus kriminal. Dengan teknik APN dapat ditentukan ada tidaknya zat racun pada bahan biologik yang diperiksa untuk keperluan toksikologi kehakiman (forensic toxicology). Dengan teknik APN, penyidik kasus kriminal mampu mendeteksi bekas-bekas logam dalam waktu yang sangat singkat, berorde beberapa menit.

Metode yang paling umum dalam pemanfaatan teknik APN di bidang kriminal adalah melakukan analisa terhadap rambut manusia. Rambut dari setiap orang berbeda-beda, bukan hanya pada tekstur, warna dan sebagainya, tetapi juga dalam kandungan unsur-unsur kelumit yang ada di dalamnya. Undur kelumit ini dapat menggambarkan jenis makanan, metabolisme tubuh, lingkungan rumah maupun kerja, juga jenis shampoo dan sabun yang digunakannya. Studi APN menunjukkan bahwa beberapa jenis unsur kelumit dapat ditemukan di dalam rambut, seperti lanthanum, europium, yterium, antimon, arsen, chrom dan cobalt.

Untuk menyelidiki kasus keracunan arsen (As) dalam tubuh manusia dapat digunakan metodeMarsh. Senyawa-senyawa As biasanya digunakan dalam tindak kriminal untuk meracuni seseorang. Kejahatan ini banyak dijumpai pada abad ke-18 dan 19. Umumnya senyawa As berwarna putih dan relatif tidak terasa oleh lidah manusia. Oleh sebab itu, para peracun dengan mudahnya mencampurkan senyawa tersebut ke dalam makanan atau minuman calon korbannya.

Pada tahun 1873, ahli kimia forensik dengan sukses memanfaatkan uji Marsh untuk memperkuat bukti dalam menjatuhkan hukuman terhadapMary Ann Cottondari Inggris yang dituduh meracuni dengan As terhadap 24 orang korbannya. Namun metode Marsh hanya bisa dipakai untuk mengetahui pemasukan As sekaligus dengan dosis tinggi yang mematikan. Metode ini dapat mengalami kegagalan apabila jumlah As yang tertinggal dalamvisceraterlalu kecil. Oleh sebab itu, metode ini tidak dapat dipakai untuk menyelidiki kasus keracunan As secara kronis dalam jangka waktu lama.

Teknik APN mempunyai kelebihan dibanding metode Marsh bukan hanya dalam kemampuannya mengidentifikasi jumlah As yang ada dalam tubuh, tapi juga memperkirakan kapan proses keracunan tersebut mulai terjadi. Unsur As yang masuk ke dalam tubuh akan diabsorbsi tubuh dengan berbagai cara. Unsur ini akan tetap tinggal di dalam tubuh korban dalam waktu hampir tak terbatas, sehingga uji ulang terhadap tubuh korban dapat dilakukan kapan saja.

Penemuan unsur-unsur kelumit di tempat kejadian perkara dapat membantu mengungkap dan mengenali identitas korban kejahatan

Analisa Rambut Napoleon

Unsur arsen (As) yang masuk ke dalam tubuh diketahui terakumulasi dalam akar rambut dan bergerak sepanjang rambut bersamaan dengan proses pertumbuhan rambut itu. Laju pertubuhan rambut normal pada sebagian besar manusia adalah 0,35 mm perhari atau sekitar 1 mm dalam tiga hari. Jika seseorang mati karena keracunan arsen secara kronis, unsur tersebut telah masuk ke dalam tubuh dalam jumlah kecil dalam waktu yang cukup lama.Hammilton Smithpada tahun 1959 telah mengembangkan metode aktivasi untuk mendeteksi As yang terakumulasi dalam rambut. Metode ini dapat dilakukan dengan mengandalkan hanya pada satu helai rambut orang yang diduga sebagai korban keracunan As secara kronis.

Proses penyelidian kasus keracunan As ini mengandalkan pada reaksi inti⁷⁵As (n,g)⁷⁶As (T_1/2: 26,3 jam). Rambut yang telah diaktivasi dengan neutron dipotong menjadi beberapa potong pendek dan diukur kandungan⁷⁶As nya, sehingga dapat diketahui pada bagian rambut sebelah mana As tersebut terakumulasi. Posisi spektrum radiasi-gyang dipancarkan⁷⁶As tersebut dapat dipakai untuk memperkirakan saat mulainya korban mengalami keracunan As.

Penggunaan teknik APN yang cukup penting dan bersejarah adalah ketika Hamilton Smith melakukan pengujian pada tahun 1960 terhadap sehelai rambut dari seseorang yag namanya dirahasiakan. Laporan hasil penelitiannya menunjukkan bahwa rambut yang dianalisa mengandung 10,4 mg As per gram rambut, dengan kadar 50-60 ppm pada posisi puncak. Kesimpukan yang tidak terbantah dari hasil penelitian Smith adalah bahwa pemilik rambut yang dianalisa telah dibunuh secara perlahan dengan cara meracuni As dalam jangka waktu lama. Belakangan terungkap bahwa orang itu ternyata adalahNapoleon Bonaparteyang meninggal pada bulan Mei 1821.

Teknik analisa pengaktifan neutron mampu mengidentifikasi keberadaan berbagai unsur kelumit dalam suatu sampel melalui satu proses tunggal, yaitu penyinaran sampel dengan neutron di dalam teras reaktor nuklir, dan menganalisa spektrum radiasi-gyang dipancarkan oleh unsur-unsur radioaktif hasil aktivasi. Aplikasinya dalam bidang kedokteran forensik dapat memberikan data tambahan yang sangat berharga untuk mengungkap berbagai kasus kriminal.

Untuk mengungkap berbagai kasus kriminal, Kepolisian Pemerintah Australia telah menjalin kerja sama denganAustralian Nuclear Science and Technology Oerganization(ANSTO) dalam memanfaatkan teknik APN ini. Satu hal yang patut disayangkan adalah bahwa teknik APN ini ternyata belum dikenal luas oleh kepolisian kita, sehingga belum dimanfaatkan secara optimal untuk membantu mengungkap berbagai kasus kriminal yang terjadi di tanah air. Sebenarnya pemerintah Indonesia, c/q. Badan Tenaga Nuklir Nasional (BATAN), memiliki fasilitas irradiasi neutron berupa tiga reaktor penelitian, masing-masing di Yogyakarta, Bandung dan Serpong-Jawa Barat. Fasilitas-fasilitas nuklir tersebut mampu memberikan pelayanan analisa dengan teknik APN.

Posted in: