Proseding Seminar Pengembangan TeknologiDan Perekayasaan Instrumentasi Nuklir, Serpong 20 Mei 2003

ISSN NO: 1693 -3346

PENGEMBANGAN PEMBUA TAN 103Pd*

TRI MURNI (PENELITI P2RR, BATAN , SERPONG)

ABSTRAKPENGEMBANGAN PEMBUATAN 103Pd Radioisotop103Pd dibuat untuk keperluan medis padapenderita kanker prostat sebagai terapi dan treatment kanker yang masih dini Dalam bentuk seedradioisotop103Pd sebagai bahan untuk pengobatan kanker prostat yang paling efektif dengan efeksampingan sangat kecil, Radioisotop1O3Pdadalah radioisotop pemancar y dengan tenaga 357 kev.Dalam penelitian ini dibuat radioisotop 103Pddari bahan baku serb uk Pd alam atau 102Pddiperkayadireaksikan dengan netron termal didalam reaktor dengan reaksi 102Pd(n,y) 103Pd Dari proses inidiperoleh radioisotop 103Pd. Kemudian sasaran ditambah dengan hidrogen peroksida, didiamkankemudian ditambahkan HCI1 N, larutan dikisatkan Setelah kisat ditambahkan NH40H 2N sampaipH antara daerah 8-10. Dari langkah demi langkah proses dilakukan analisa dengan Multi ChanelAnalyser dan pengukuran kemurnian radiokimianya dengan kromatografi kertas. Hasil akhir dariproses pelarutan sesuai dengan spesifikasi produk 1O3PdCI2dalam larutan NH40H dari Nordion

ABSTRACTDEVELOPMENT OF 1O3PdPREPARATION. Radioisotope of 103Pdwas prepared for medicalpurpose patient suffering prostate cancer at early stage for therapeutic treatment. In the form ofseed, the 103Pdradioisotope as a curing agent for prostate cancer is the most efective form with theleast side effect. Radioisotope of 103Pd is the radioisotope emitting y of 357 kev. In thisinvestigation 1O3Pdwas prepared from natural Pd powder or 102Pdenriched bombarded usingthermal neutron in the reactor with 102Pd(n,y) 1O3Pdreaction and 103Pdradioisotope was obtained.The target was then added with hydrogen peroxide, after a while 1N HCI was added followed bydrying. Then 2N NH40H was added until the pH ofthe solution reached 8-10. In every steps of theprocess, the analysis were performed using MCA while the radiochemical purity were analyses

usinggaper chromatography. The end result of the dissolution process showed that it is an accordwith 1 3PdCI2in NH40H solution specification of Nordion .

PENDAHULUAN

Radioisotop 103Pdmemancarkan sinar P dan y denganumur para 17 hari, ini di duniakedokteran digunakan untuk terapikanker prostat dengan teknikbranchiterapi. Beberapa negara telahmemanfaatkan radioisotop ini sepertiAmerika, Jepang, Jerman. Oi dunia adasekitar 100 juta penderita kanker prostat

Rer tahun , rata rata berumur 50 tahun.1) Kebutuhan radioisotop 103Pduntukitu per tahun diperkirakan 100 Ci.Radioisotop 103Pddapat dibuat melaluidua cara, yang pertama dengan iradiasi102Pd diperkaya 99,99% denganneutron di dalam teras reaktor. Carakedua adalah radioisotop 103Pd dibuatdari 103Rhdengan aktivasi siklotron. (2)

Cara pertama mudah dilakukan,apabila target 1O2Pddiperkaya 99,99%tersedia, iradiasi dilakukan selama 17hari . hasilnya dalam bentuk larutan.Radioisotop 103Pd dibuat juga darikawat 102Pdyang diperkaya. (3)

Penelitian ini dilakukan untuk

menguasai teknologi produksiradioisotop 103Pd larutan bulk 103PdCI2

dengan spesifikasi mendekati spesifikasi103PdCI2dari Nordion yang telah dikomersialkan dan menjamintersedianya radioisotop 103Pd apabilaada pemesanan radioisotop tersebut.

Pembuatan 103PdC12, padaprinsipnya dimulai dengan preparasiserbuk Pd alam, diiradiasi di reaktorkemudian diluruhkan untuk meluruhkanisotop umur pendek. Kemudian serbukPd dilakukan proses pelarutan.

Setelah dipelajari prosespembuatan diharapkan akan dapatdimengerti /dikuasai teknologitersebut dan dimanfaatkan untukkeperluan medis pada penderita kankerprostat.

Dengan telah dikuasainyateknologi proses produksi 1O3PdCI2melalui proses irradiasi dengan reaktordiharapkan akan dapat melakukanproduksi bilamana ada pemesanan.

Halaman X9

Proseding Seminar Pengembangan TeknologiDan Perekayasaan Instrumentasi Nuklir, Serpong 20 Mei 2003

ISSN NO.. 1693 - 3346

BAHAN DAN PERALA TAN

Bahan

Peralatan

1 I Peralatan beaker, gelasukur, labu takar,pipet, pemanas,pengadukAtomlab 100Whatman no. 1

2 Biodex3 Kertas

Kramatoqraph

TINJAUAN PUSTAKA

Target yang dipakai untuk percobaanadalah Serbuk Pd alam karena targetdengan 102Pd diperkaya harganyasangat mahal sekali, sampai mencapai18 juta per gram dengan pengkayaan99,9%.

Hasil penelitian menunjukkan bahwadengan melihat data fisis (Tabel 1) titikleleh Pd cukup tinggi, berarti dari sisikeselamatan untuk iradiasi serbuk Pddireaktor aman.

Tabel 1 : Data Fisis paladium (4)

Paladium alam terdiri atas bermacammacam isotop dengan masing masingisotop mempunyai persentasekelimpahan dan tampang lintang reaksiseperti pada Tabel 2. Sehingga apabilaserbuk paladium ini diiradiasi akanmuncul beberapa macam radioisotop.

Tabel 2 : Data kelimpahan dan tampang lintang reaksi paladium(5)

Halaman <)()

N Bahan Spesifikasi0

1 Ampul kuarsa Lokal2 Wadah AI Lokal

untuk rabbit3 inner kapsul Lokal4 outer kapsul Lokal5 Serbuk Merck

Palladium 1.19225.0005>99,9%

6 Hidragen Merck 8597Peroksida 30%

7 Asam Klorida Merck1.00319.1000>32%

8 Amoniak Merck 543225%

9 Kertas pH Universal1.09535.0001

Mp = 1552uC SerbukPd

No Atom = 46Berat atom - 106,4

Isotop Kelimpahan Tampang lintang reaksi Isotop yang Waktu ParaPd dengan neutron dihasilkanIULpd 1% 4,8 barn luoPd 16,96 hariIU'Pd 11% - IUJPd stabilluoPd 22,2 % - luoPd stabilluoPd 27,3 % 0,29 barn IV,Pd 6,5100tahunluoPd 26,7 % 12 barn untuk'U"Pd IU"Pd 13,43 jam

0,2 barn untuk 109mpd 4,69 menitluPd 11,8 % 0,2 barn untuk II Pd "pd 0,5 jam

0,04 barn untuk 111mpd 23,4 menit

Proseding Seminar Pengembangan TeknologiDan Perekayasaan Instrumentasi Nuklir. Serpong 20 Mel 2003

ISSN NO: 1693 -3346

Pada saat reaksi inti berlangsung didalam teras reaktor terjadi sumbanganmassa neutron ke inti sasaran dan padasa at yang sam a dilepaskan partikelbermuatan yaitu p, P- dan u.Untuk target

I", I 1112 I

Pd + n ~ Rh + P.(, I .51

H', 1113

Rh ~ Pd+ fJ + u., .(,

102 I 103 1

Pd + n~ Pd+ p + fJ~6 I

1

+v

104Rh meluruh menjadi, 103Pd denganmemancarkan P- dan y dalam prosestersebut yang berumur pendek 42 detikdan 4,4 menit , neutron berubah menjadi1p dengan melepaskan sinar P- dangelombangelektromagnetik(U).(3)

Akivitas yang dihasilkan dari reaksi intitersebut ditentukan oleh paparanpartikel neutron, baik neutron termalmaupun neutron cepat dalam setiap cm2persatu detik mengenai inti dan sasaran(n.cm-2.s-1) yang disebut dengan flukneutron.Jika fluk neutron menembak atomsasaran maka jumlah inti sasaran yangberubah menjadi radionuklida (R)adalah R = aN. a adalah besarankarakteristik untuk jenis reaksi inti atomtertentu yang merupakan penampanglintang reaksi inti dengan satuan barn,1barn = 1Q-24cm2.

Reaksi inti tersebutmembutuhkan energi motion Q untukberlangsungnya reaksi inti (n,p)

1112 I III. I

.(, Pd + I n ~ .5Rh + P + Q

Q adalah tenaga yang dilepas maupundiserap pada suatu reaksi inti, darireaksi peluruhan104Rh ~ 103Pd + P- + U + 3,54MeV

Q = 3,54 MeV adalah tena~a partikel Pyang dipancarkan oleh 1 3Rh dalam

peluruhannya. Perpindahan keduareaksi inti terse but diperoleh1n . 1p + P- + U + 3,54 MeV0 1

Mn = massa neutron = 1,008665 smaMp = massa proton = 1,007825 sma

n = p + P-satuan massa atom = 931,5 MeVmaka Q = (1,008665 - 1,007825) x931,5 - 3,54 MeV

= 2,76 MeV

Berdasarkan tenaga Q tersebut makauntuk membuat 103Rh melalui n,pdiperlukan energi neutron 2,76 MeV,berarti harus digunakan neutron cepatsebagai contoh dari reaksi (n,a). Kajiandiatas yang dilakukan oleh Nordion.Untuk membuat radioisotop 103Pddengan reaktor penelitian GASiwabessy, dikembangkan reaksi intidengan neutron termal sehingga reaksidengan neutron mengikuti reaksiaktivasi neutron sebagai berikut102Pd(n,y)103Pd. Untuk menentukanbesar aktivitas suatu radionuklida hasilaktivasi digunakan rumus berikut ini

A = N (jJa e (1 - e-iJ)

N = jumlah inti atom(jJ = Kelimpahanisotopa =tampang lintangreaksi

e = fluks neutronA = konstantepeluruhantiradiasi

waktu

TATA KERJA

Lingkup dan rencana kegiatan1. Penyiapan target2. Iradiasi3. Proses Pelarutan

4. Pengujian kualitas

Penyiapan targetPersiapan Iradiasi serbuk Pd

alam Ditimbang 10 mg serbuk Pddimasukkan ke dalam ampul kuarsa,kemudian dilakukan pengelasan. Targetkemudian dimasukkan kedalam wadahAI untuk diiradiasi di rabbit sistem.

IradiasiPercobaan pendahuluan iradiasi

Pd alam di reaktor GA Siwabessy

---~<)1Ha/aman

Proseding Seminar Pengembangan TeknologlDan Perekayasaan Instrumentasi Nuklir, Serpong 20 Mel 2003

ISSN NO: 1693 - 3346

dengan fluks di rabbit sistem 1013 n em-2S-1 selama 1-2 jam. Kemudianpereobaan dilakukan juga di terasreaktor GA Siwabessy dengan fluksnetron 1014n em-2s-1 selama 5 hari

Prosedur Pelarutan 103Pd

1. Paladium serbuk 10 mg yang telahdiiradiasi dimasukkan dalam gelas

2.3.

kimia, kemudian ditambah 2 mLH2O2 32%, setelah didiamkanselama kurang lebih 10 menitditambah 3 mL HCI 1 N. Dipanaskansampai larut sempurna. Larutanberwarna merah anggur.Larutan PdCI2 diatas dikisatkan.Residu yang didapat dilarutkandalam NH4OH eneer dibantudengan pemanasan.

Pengujian kualitas :Pengujian kemurnian radionuklida dilakukan dengan -fspektrometer

( Serbuk Pd alam )

( Pengelasan

U)

Masukkan ke vial AI

.0.

~( UJiKualitas )

Gambar 1 : Diagram Alir Pembuatan 103Pd

Halaman <J2

Pelarutan

lS < '-Bulk PdCI2

Proseding Seminar Pengembangan TeknologiDan Perekayasaan Instrumentasi Nuklir. Serpong 20 Mei 2003

ISSN NO : 1693 - 3346

HASIL DAN PEMBAHASAN

Data hasil iradiasi

Dalam penelitian ini dicoba untukiradiasi serbuk Pd seberat 10 mg,diiradiasi di reaktor selama 1 dan 2 jamAktivitas total yang diperoleh 9 dan 14mCi pada hari ke 3 setelah iradiasi.(Tabel 3 )

Tabel 3 : Hasil percobaan iradiasiserbuk paladium

Tabel D 1 : . d' k duk

Tabel D 2' . di k d

Target Pd alam bila diiradiasimemberikan praduk berbagai macamisotop yang berumur sangat pendeksampai panjang sekali seperti isotop103Pd(16,96 hari), 107Pd(6,5x106tahun),

109Pd(13,43 jam6 dan 11'Pd (0,5 jam).Praduk isotop 10 Pd dan 111Pd umurnyasangat pendek dalam orde menitsampai jam sehingga peluruhan selama3 hari aktivitas sudah menurun.Sehingga radionuklida umur pendekmudah diabaikan dengan carapeluruhan. Pengotor 106Pd umurnyasangat panjang tetapi aktivitasnya amatsangat rendah, sehingga tidakberpengaruh pada praduk.

Tabel 4 dan 5 menunjukkan dataperhitungan besar target, lama iradiasidan aktivitas yang diperoleh denganbahan baku serbuk Pd alam hasilnyaberupa banyak macam radioisotopseperti berikut ini :

103PdCI buk P

103PdC b

Ha/aman <)3

- .,. ...... " '

No Sampel 103Pd 107Pd 109Pd 111Pd

1 Berat target 10 mq 10 mq 10 mg 10 mg2 Berat atom/mol target 106,4 106,4 106,4 106,43 Kelimpahan (%) 1 27,3 26,7 11,84 Tampang lintang 4,8 0,29 12 0,2

reaksi(barn)5 Lama iradiasi (Jam) 1 1 1 16 Umur para 16,96 6,5x1 0°tahun 13,43 0,5jam

hari jam7 Flux netran 1x10'4 1x10'4 1x10 1x10'8 Aktivitas (mCi) 0,013 O,1x10'" 24,65 2,70

..- . . , " -... _.

No Sampel 1O3Pd 107Pd 109Pd 11'Pd

1 Berat tarqet 10 mq 10 mq 10 mq 10 mg2 Berat atom/mol tarqet 106,4 106,4 106,4 106,43 Kelimpahan (%) 1 27,3 26,7 11,84 Tampang lintang 4,8 0,29 12 0,2

reaksi(barn)5 Lama iradiasi (Jam) 2 2 2 26 Umur para 16,96 6,5x1 Obtahun 13,43 0,5 jam

hari jam7 Flux netron 1x10'4 1x10'4 1x1 0'4 1x10'48 Aktivitas (mCi) 0,026 0,1 x 10" 48,57 3.39

--

Bahan Pd - 102 Pd - 102SasaranBerat 10 mg 10 mgsasaranKelimpahan 1% 1%Barn 4.8 4.8Lama Iradiasi 2 Jam 1 JamPosisi RS-4 di RS-4 diIradiasi Rabbit Rabbit

Sistem SistemTanggal 25-11- 24-03-Iradiasi 2002 2003Aktivitas 14 mCi 9 mCi

Proseding Seminar Pengembangan TeknologiDan Perekayasaan Instrumentasi Nuklir, Serpong 20 Mei 2003

ISSN NO : 1693 - 3346

Aktivitas radionuklida pada Tabel 4 dan5 merupakan aktivitas pada akhir

iradiasi. Gambar 2 menunjukkan ka~an1O3Pdbebas pengotor. Radioisotop 10 Pdmemancarkan sinar y pada tenagarendah yaitu 297 kev dengan intensitassangat rendah 1,1%, tenaga 362 kevdengan intensitas lebih besar 6% dan498 kev intensitasnya lebih kecil.Daripengamatan dengan spektrometri yakan terlihat pada Gambar 3.

Radioisotop107Pdmemancarkan sinar pmurni pada 40 kev dan umur paronyasangat panjang 7 juta tahun sehinggadengan spektrometri y tidak terdeteksi,radioisotop 107Pd menurut (Park )dapatdiperoleh dari hasil belah. Sedangkanradioisotop 107mpdyang berumur 21,3detik tidak terdeteksi memancarkansinar y pada tenaga 210 kev.Radioisotop 109Pd memancarkan sinar pdengan tenaga maximum 1028 kev danumur paronya 13,47jam jugamemancarkan sinar x pada tenagarendah yaitu 88 kev,129 kev, 310 kev,410 kev, 600 kev dan 610 kev ,radioisotop 109mpdumur para 4,69 menitmemancarkan sinar x pada tenaga 188kev.

Radioisotop 111Pdmemancarkan sinar pdengan tenaga 2200 kev dan sinar ydengan tenaga 380 kev, 600 kev dan810 kev dan 1400 kev , puncak 109Pdtenaga 600 kev bersatu dengan puncak111Pd. Radioisotop 111mpd(5,5jam)memancarkan sinar p dengan tenaga2000 kev dan sinar y pada tenaga 170kev.

Dengan demikian untuk mencapaispesifikasi produk seperti larutan PdCI2bulk buatan Nordion maka dibuatramalan atau prakiraan untuk produksiPdCI2 bulk dengan aktivitas spesifik60Ci per gram (spesifikasi Nordion)equivalen dengan 60 mCi per mg,dengan demikian bila target 102Pd

diperkaya 99.9 % den~an berat 10 mgmaka aktivitas produk 02Pdsekitar 600mCi. Sehingga untuk pembuatan 103

PdCI2 bulk dari 102Pd diperkaya versireaktor GA Siwabesi diramalkan padaTabel 6 berikut .

Tabel 6 . Ramalan groduksi 103Pddengan bahan baku 1 2Pd diperkaya99,9 % dan berat target 10 mg.

Pada ramalan produksi 103Pd tercapaidengan aktivitas jenis seperti produkNordion, lama iradiasi antara 100 jamsampai dengan 5 hari dengan flukneutron 5x1014n Cm-2s'1

Pelarutan

Setelah target diiradiasi maka targetdilarutkan. Pada proses pelarutan ini

untuk menca~ai spesifikasi produkseperti produk 03Pd dari Nordion.Spesifikasi produk PdCI2 ( menurut MDSNordion ) adalah sebagai berikutBentuk kimia : PdCI2 yang larut dalamNH4OHPH .7-10

Aktivitas spesifik 60 Ci/gUmur para . 16,99 hari

Halaman 94

N Lama Fluk neutron Aktivit0 Iradiasi as

(mCi)

1 1 hari 1x1 0 , n 1Cm'2s'1

2 2 hari 1x10' n 2,16Cm'2s'1

3 5 hari 1x10'4 n 116,86Cm'2s"

4 10 hari 1x10' n 211,17Cm'2s'1 5

5 1x umur 1x10 n 302

para Cm'2s'16 20 hari 1x10' n 348

Cm'2s"7 1x umur 1x10' n 454

para Cm'2s'18 100 jam 2x10 14 n 239,95

Cm-2s'1 49 5 hari 2x10 14 n 283,

Cm'2s'1 01310 100 jam 3x10'4 n 359,93

Cm'2s" 111 5 hari 3x10"'l n 424,52

Cm'2s"12 100 jam 5x1 O' n 599.88

Cm'2s'1 613 5 hari 5x10 n 707.53

Cm'2s'1 3

Proseding Seminar Pengembangan TeknologiDan Perekayasaan Instrumentasi Nuklir. Serpong 20 Mei 2003

ISSN NO: 1693 -3346

Konsentrasi aktivitas :?: 500 mCi/mlKemurnian radiokimia : 103Pd?:99,95 %Lain lain::; 0,05 %Maka metoda pelarutan target yangtelah ditembak neutron, denganmenambahkan 2 ml hidrogen peroksidauntuk mengoksidasi Pd mencapaikondisi stabil dengan reaksi oksidasisebagai berikut :

Pd + H2O2.

Pd~ + H2O.

Kemudian HCI encer ditambahkan untukmembentuk senyawa PdCI2terbentuknya larutan PdCI2 ini ditandaidengan perubahan warna dari beningtanpa warna ke merah anggur ,reaksipenambahan HCI encer mengikutireaksi sebagai berikut :

Pd~ + 2 HCI . PdCI2 + H2O

Larutan kemudian dikisatkan untukmelepas kelebihan HCI dan H2O2,demikian juga untuk mengubah hargapH dari pH sangat rendah ke pH 8-10sesuai spesifikasi dari Nordion. Makasetelah kisat ditambahkan larutanNH4OH 2N, PdCI2 larut sempurnadalam NH4OH dengan pH sekitar 10.Pada percobaan pertama dipakai 10 mlNH4OH 1 N, pelarutan kurangsempurna, masih tampak adanya residuyang tidak larut (agak keruh). Larutanberwarna agak kocoklatan. DiukurpHnya dengan kertas pH, dideroleh pH8.Pada percobaan kedua dipakai 5 ccNH4OH 2 N, pelarutan berhasil baik,residu cepat larut pada pemanasanrendah, dan larutan jernih. Setelahdiukur pHnya didapat pH 10, makadilakukan pengaturan pH denganpenambahan HCI 1 N. Dengan 10 tetes,pH berkurang menjadi 9; ditambah 5tetes lagi, maka pH menjadi 8,5. Namundengan kelebihan HCI 1 N, larutanberubah menjadi agak coklat pada pH 6(total penambahan HCI 1N = 20 tetes).Dengan demikian metoda pelarutanserbuk Pd telah dapat dikuasaiteknologinya. Untuk aktivitas jenis Pdtergantung pada flux neutron dan lamairadiasi, apabila di reaktor riset fluxnetron rendah maka waktu iradiasi lebihlama, untuk tercapainya aktivitas jenis

yang sesuai spesifikasi produk dariNordion.

KESIMPULAN DAN SARAN

. Untuk mencapai aktivitas jenis

yang equivalen den~an spesifikasiaktivitas produk 10 Pd diperlukantarget 102Pdsebuk yang diperkaya99,9 % seberat 10 mg diiradiasiditeras reaktor dengan fluk netron5x1014n Cm-2s-1.

. Untuk melarutkan 10 mg serbuk103Pddiperlukan 2 mL H2O2dan 6mL HCI 1N, dipanaskan kemudiandilarutkan dalam NH4OH 2Nsampai pH mencapai 10.

Produksi 103PdCI2 untuk keperluanmedis disarankan menggunakanserbuk target 102Pd yang diperkaya99,9%.

.

Ucapan terima kasih

Ucapkan terima kasih disampaikankepada Sdr. Triyanto dan Abidin yangtelah membantu dalam pelaksanaanpenelitian ini.

DAFTAR PUSTAKA

1. FAO,IAEA AND WHO,"Methodsof Radiochemical Analysis," World

Health Organisation, Geneva,1966.

2. HAC.MC.KAY,"Radiochemistry" ,London 1971

Principle ofButterworths,

3. ISABEL F.GONCALVES, ZS.SCHRAM, Z. PArr AND S.DAROCZY,"(n,p), (n,cx), (n,2n)Reaction Cross- sections forSome Isotopes of Zr, Pd and Cdat 14,8 Mev.

4. JOHN EMSLEY" The Elements"Clarendon Press, Oxford 1989

5. LEDERER; HOLANDER," Tableof Isotopes" Newyork 1967

Halaman 95

Proseding Seminar Pengembangan TeknologiDan Perekayasaan Instrumentasi Nuklir. Serpong 20 Mei 2003

ISSN NO: 1693 - 3346

Gambar 2: Peluruhan radioisotop hasil Pd alam setelah iradiasi

uE.'"J!J:~~«

Pd-103

waklu (ha,i)

Garrbar3: Aktivitasvs Tenaga

---01sl

IluunuL~L-Tenaga(kev)

------ --~ ~ ~~~--- ----

Halaman 9()