Detektor Ion Scintillator (Scintillation Counter 1)

Salah satu jenis detetktor untuk spekrometri massa adalah scintillation counter. Scintillation counter merupakan detektor yang mengubah sinyal berupa tumbukan ion menjadi berkas sinar yang dapat diukur. Proses pengubahan sinyal tumbukan ion menjadi berkas sinar yang dapat diukur melibatkan suatu zat yang disebut scintillator. Scintillator menghasilkan berkas sinar atau foton yang mampu dideteksi oleh fotomultiplier. Detektor scintillation counter pada spektrometri massa selalu mengandung kedua komponen tersebut, yaitu: scintilator dan fotomultiplier.

Secara umum, scintilator terbagi atas dua jenis, yaitu: scintilator anorganik dan scintillator organik. Kedua jenis scintillator tersebut bekerja berdasarkan prinsip yang berbeda. Jenis-jenis scintillator dirangkum pada Gambar 1 (D’ambrossio, 2005).

Gambar 1: Jenis-Jenis Scintillator

Scintilator kristal anorganik bekerja berdasarkan struktur kisi kristal. Pada kisi kristal NaI, CsI, atau BaF₂, elektron hanya diperbolehkan berada pada pita-pita energi tertentu. Antara satu pita energi dengan pita energi lainnya terdapat pita terlarang atau gap. Elektron tidak boleh berada pada pita gap. Penyerapan energi dapat menyebabkan elektron berpindah dari suatu pita valensi menuju pita konduksi yang berada pada tingkat energi lebih tinggi. Pada kristal murni, elektron yang tereksitasi akan kembali menuju pita valensi melepaskan sejumlah energi dalam bentuk foton. Energi yang dilepaskan sama seperti energi yang diserap, biasanya berada dalam rentang energi diatas sinar tampa sehingga kurang dapat dideteksi. Penambahan senyawa pengotor atau aktivator pada kisi kristal seperti Tl dapat merubah struktur energi kristal pada lokasi tertentu di kisi kristal (Gambar 2). Adanya aktivator tersebut menyebabkan energi yang dipancarkan berada dalam panjang gelombang yang lebih panjang sehingga lebih sesuai pada pengukuran dalam cahaya tampak.

Gambar 2: Struktur Energi pada Scintilator Kristal Anorganik

Gas mulia cair juga dapat digunakan sebagai scintilator. Adanya tumbukan ion dapat menyebabkan gas mulia cair tersebut mengalami ionisasi atau eksitasi. Ionisasi menyebabkan terbentuknya ion gas mulia (A⁺), sedangkan eksitasi menyebabkan terbentuknya atom tereksitasi (A*). Atom dan ion yang tidak stabil tersebut dapat bertumbukan dengan atom gas mulia lain yang ada di sekitarnya sehingga membentuk molekul diatomik tereksitasi dan terionisasi, secara berturut-turut. Molekul terinonisasi dapat menangkap eletron sehingga membbentuk suatu molekul tereksitasi. Molekul tereksitasi ini dapat terdesosiasi kembali menjadi atom gas mulia. Desosiasi molekul tereksitasi menjadi atom-atom melepaskan sejumlah energi dalam bentuk berkas sinar. Panjang gelombang berkas sinar yang dihasilkan tergantung pada jenis gas mulia yang digunakan (Gambar 3) (D’ambrossio, 2005).

Gambar 3: Prinsip Kerja Scintillator Gas Mulia Cair

Scintilator organik bekerja dengan cara yang berbeda, yaitu melalui peristiwa fluoresensi dan fosforesensi molekul tunggal pada scintilator kristal organik atau fluoresensi berangkai pada scintilator cair dan scintilator plastik. Pada scintilator kristal organik hanya digunakan satu senyawa murni seperti antrasena, naftalena, atau p-terfenil. Pada scintilator cair dan plastik digunakan campuran yang terdiri dari suatu pelarut yang dapat mengalami fluoresesai dan zat terlarut berupa senyawa fluoresen sekunder dan tersier. Adapun pelarut dan terlarut dalam scintillation cair dan plastik diberikan pada Tabel 1 (Joram, 2002).

Tabel 1: Pelarut dan Terlarut dalam Scintilator Cair dan Plastik

Scintilator plastik bekerja melalui fluoresensi berturutan yang terjadi pada pelarut, senyawa fluoresen sekunder dan tersier. Elektron atau ion bermuatan menumbuk permukaan scintillator. Sebagian energi kinetik dari ion atau elektron tersebut diserap oleh molekul pelarut seperti polistirene. Polistiren mengalami fluoresensi. Polistiren mengemisi foton pada panjang gelombang yang sesuai dengan panjang gelombang serapan senyawa fluoresen sekunder. Senyawa fluoresen sekunder mengalami fluoresensi dan menginduksi fluoresensi senyawa tersier. Berkas sinar yang dipancarkan oleh scintilator adalah spektra emisi senyawa fluoresen tersier (Gambar 4).

Gambar 4: Fluoresensi Berurutan Scintillator Plastik

Diantara beberapa jenis scintillator tersebut, scintillator plastik yang digunakan dalam detektor spektrometer massa. Hal tersebut disebabkan pada scintillator plastik selisih waktu antara tumbukan ion dan berkas sinar yang dihasilkan relatif singkat. Selain itu penanganan scintillator plastik pada detektor spektrometer massa relatif mudah (D'ambrossio, 2005).

D’Ambrosio, C., 2005, A short Overview on Scintillators, CERN Academic Training Programme 2004/2005, Genewa.
Joram,C., 2002, Particle Detector,CERN Summer Student Lectures

Selanjutnya......

Memaknai Surah Asy-Syamsy 8-10 dengan Bahasa Genetika ‘Hidup adalah sebuah pilihan’

Quran Surah Asy-Syam (91) ayat 8-10 menyebutkan bahwa “Allah mengilhamkan kepada jiwa itu (jalan) kefasikan dan ketakwaannya. sesungguhnya beruntunglah orang yang mensucikan jiwa itu. dan sesungguhnya merugilah orang yang mengotorinya.” Berdasarkan potongan ayat tersebut dapat diketahui bahwa Allah telah memberikan potensi baik dan buruk kepada manusia. Manusia diberikan hak untuk memilih jalan hidupnya, baik atau buruk.

Makna dari ayat tersebut sangat mendalam dan dapat dikaji dari berbagai sudut pandang. Salah satunya menurut ilmu genetika yang mempelajari tentang pewarisan sifat dari orang tua kepada keturunannya.

Menurut genetika, manusia menyimpan seluruh informasi tentang aktivitas sel penyusun tubuhnya dalam kombinasi 4 basa nitrogen, yaitu adenin (A), sitosin (C), guanine (G) dan timin (T). Basa nitrogen terangkai bersama gugus fosfat dan gula deoksiribosa membentuk suatu untaian panjang berpilin yang disebut gen. Gen setiap manusia berbeda. Gen tidak hanya menentukan sifat dan kemampuan yang bersifat fisik, tetapi juga karakter dan emosi manusia. Apabila suatu informasi yang tidak ditulis pada gen berarti tidak dapat dilakukan oleh manusia. Mungkin, gen adalah wujud fisik dari takdir Allah pada manusia.

Banyak persepsi yang salah mengenai gen. Masyarakat menganggap gen bersifat statis dan sifat yang merupakan perwujudan dari gen akan diwariskan pada keturunan. Berdasarkan persepsi tersebut, seorang anak yang memiliki orang tua diabetes diduga kuat juga menderita penyakit yang sama. Pada kasus yang lebih ekstrim, anak seorang penjahat juga akan menjadi seorang penjahat. Akan tetapi, pendapat tersebut tidak benar. Jacob dan Monod (1961) menemukan bahwa gen tidak bersifat statis. Sebagian gen dapat diaktifkan sedangkan sebagian lain dapat dinonaktifkan. Mekanisme aktif dan nonaktif pada gen diatur dalam suatu mekanisme regulasi yang disebut teori operon. Teori operon dimodelkan pada bakteri Eschericia coli. Bakteri E. coli secara normal tidak dapat menggunakan laktosa sebagai sumber energi. Jika bakteri E. coli ditumbuhkan pada lingkungan yang hanya mengandung laktosa, maka bakteri tersebut menggunakan laktosa sebagai sumber energi. Mekanisme pengaktifan gen pada bakteri E. coli diperlihatkan pada gambar



Mekanisme regulasi gen tidak hanya terjadi pada bakteri tetapi juga pada manusia. Ilustrasi yang sederhana adalah peristiwa berubannya rambut. Gen uban pada manusia menjadi aktif jika seseorang memasuki usia tertentu. Aktifnya gen uban dapat dipercepat jika seseorang mengalami depresi berat. Aktifnya gen manusia juga dapat terlihat ketika seseorang berada pada kondisi terdesak. Seorang pria biasa yang memiliki kecepatan lari di bawah rata-rata, ternyata mampu lari seperti seorang pelari jarak pendek, jika sedang dikejar binatang buas. Pada kondisi tersebut, gen yang mengintruksikan otot-otot kaki untuk berkontraksi lebih cepat aktif. Jika gen-gen yang mengatur aktifitas fisik dari manusia dapat diaktifkan atau dinonaktifkan, maka begitu pula halnya dengan gen-gen yang mengatur emosi dan kepribadian. Gen yang mengatur sifat iri, pemarah, sabar, rendah hati, dendam, malas yang ada pada diri manusia dapat diaktifkan atau dinonaktifkan.

Teori operon merupakan teori yang tepat untuk menjelaskan makna Surah AsySyamsy 8-10. Setiap manusia memiliki potensi untuk menjadi baik atau buruk karena pada sel-sel penyusun tubuhnya terdapat gen baik dan buruk. Manusia diberi kebebasan untuk dapat mengaktifkan gen baik atau gen buruk yang ada pada dirinya.

Manusia yang beruntung adalah manusia yang mampu mengaktifkan gen baik dan menonaktifkan gen buruk. Kazuo Murakami, seorang ilmuan genetika dari Jepang, mengatakan bahwa gen-gen baik pada manusia dapat diaktifkan dengan secara internal maupun secara eksternal. Secara eksternal, lingkungan dapat mempengaruhi gen. Pemilihan lingkungan yang tepat dapat mengaktifkan gen baik pada diri manusia. Secara internal, berfikir positif, keikhlasan dan rasa syukur adalah cara untuk mengaktifkan gen-gen baik manusia.

Selanjutnya......

Komunikasi antar Bakteri

Sebuah pertanyaan terlintas difikiran apakah makhluk hidup paling sederhana seperti bakteri juga saling berkomunikasi diantara sesamanya???. Ternyata jawabannya adalah benar, bakteri-bakteri saling berkomunikasi dengan mngekskresikan senyawa tertentu. Fenomena ini pertama kali ditemukan oleh A.S. Khokhlov pada tahun 1970. Kholklov menemukan bahwa Streptomycetes mensekresikan senyawa dengan berat molekul rendah yang jika terakumulasi pada medium akan menginduksi pembentukan spora dan biosintesis antibiotic oleh streptomycetes tersebut.

Fenomena tersebut belakangan disebut sebagai quorum sensing. Quorum sensing merupakan mekanisme regulasi biosintesis metabosme yang dipengaruhi kepadatan populasi bakteri. Mekanisme regulasi melibatkan dua komponen utama, yaitu senyawa sinyal dan protein aktivator transkripsional. Senyawa sinyal biasanya memiliki berat molekul rendah dan teakumulasi dengan meningkatnya kepadatan populasi bakteri. Jika konsentrasi molekul sinyal mencapai konsentrasi tertentu, molekul sinyal akan berikatan dengan protein aktivator. Kompleks yang terbentuk kemudian mengaktifkan metabolisme tertentu pada bakteri dan menginduksi biosintesis molekul sinyal dan protein aktivator. Molekul sinyal dan protein aktivator yang terbentuk akan menginduksi lebih lanjut biosintesis metabolit bakteri.
Fenomena quorum sensing yang telah diketahui mekanisme sehingga selanjutnya dijadikan sebagai model adalah mekanisme perpendaran bakteri Vibrio fischeri. Bakteri vibrio fisheri merupakan bakteri laut yang dapat hidup bebas di perairan atau berasosiasi dengan hewan. Bakteri ini terlihat gelap jika hidup bebas di perairan (kepadatan populasi rendah), tetapi akan terlihat berpendar jika ditemukan berkoloni pada permukaan hewan laut (kepadatan populasi tinggi). Mekanisme quorum sensing dapat dilihat pada gambar.



Perpendaran pada Vibrio fischeri melibatkan 8 gen LuxA-E, LuxG, luxl dan luxR. Lux R terletak diarah kiri operon dan mengkode protein aktivator. Luxl terletak disebelah kanan operon dan mengkode protein sytetase yang mensintesis molekul sinyal berupa N-(3-oxohexanoyl)-L-homoserin lactone (OHHL). LuxCDABEG mengkode produksi cahaya oleh bakteri dan terletak disebelah kanan Luxl. Jika kepadatan populasi sel rendah, luxl ditranskripsi pada tingkat dasar dan OHHL terakumulasi secara lambat hingga mencapai konsentrasi tertentu. OHHL kemudian berikatan dengan protein aktivator membentuk komplek luxR-OHHL. Kompleks ini kemudian berikatan dengan region promotor yang terletak sebelum luxl yang disebut lux box dan menstimulasi operon luxCDABEG. Akibatnya, bakteri Vibrio fischeri menghasilkan cahaya pendar dan menginduksi ekspresi Luxl sehingga menghasilkan lebih banyak OHHL.

Fenomena quorum sensing tidak hanya terjadi pada bakteri vibrio fischeri saja. Beberapa bakteri juga ditemukan memiliki mekanisme regulasi serupa. Hanya sja molekul sinyal yang terlibat berbeda. Pada tabel berikut, disebutkan beberapa bakteri yang memiliki mekanisme serupa dan molekul sinyal yang terlibat.



Daftar Pustaka
Bozgelmez-Tinaz, G., 2003, Quorum Sensing in Gram Negative Bacteria, Turk J. Biol., 27: 85-93.
Voloshin, S.A. dan Kaprelyants, A.S., 2004, Cell-Cell Interactions in Bacterial Populations, Biochemistry (Moscow), 69: 1555-1564.

Selanjutnya......

Analisis Kalsium Dalam Makanan (part 3)

Kalsium diperkirakan terdapat dalam bahan makanan yang tersimpan.kalsium mungkin mengendap bersama oksalat dengan keasaman tertentu dimana Mg tidak ikut mengendap. Endapan kalsium oksalat kemudian dikumpulkan dengan cara sentrifugasi, cara ini juga untuk memperoleh oksida dan diperkirakan metode titrimetri juga dapat digunakan dengan adanya asam boric.

Reagen larutan indicator Ma-Zuzaga
Disiapkan 0,1% larutan metil merah dalam 95% alkohol dan 0,1% larutan dari bromokresol hijau dalam 95% alkohol. Campurkan 5 volume larutan indikator bromokresol hijau dengan 1 volume larutan indikator metil merah.

Prosedur (Jacobs, 1973):
Tempatkan tabung sentrifugasi netral secukupnya atau seminimal mungkin larutan sampel asam sehingga mamuat 0,1 sampai 0,2 mg kalsium dalam aliquot. Tambahkan satu tetes larutan indikator timol biru. Tambahkan sejumlah larutan ammonium oksalatekivalen dengan sampel yang akan dianalisi. Tambahkan larutan NaOH tetes demi tetes sampai timol biru menjadi warna kuning. Biarkan 1–3 jam sampai kalsium oksalat mengendap. Lakukan sentrifugasi pada 2000 rpm selama 10 menit, diambil cairan supernatan, tambahkan 1 mL dari 0,5% larutan ammonium oksalat dan diputar lagi seperti di atas. Diambil cairan supernatan, dikeringkan tabung sentrifugasi dalam oven pada suhu 1000C. Pindahkan dari oven dan tempatkan dalam pendiam pada suhu 400-4500C selama 1 jam. Pindahkan tabung dari tempat pendiam, biarkan mendingin dan direbus dalam penangas air. Tambahkan 0,5 ml dari 20% larutan panas asam borat dengan bantuan pipet ukur dan biarkan tabung di dalam penangas air sambil diaduk hingga terjadi pemisahan sempurna. Pindahkan tabung dari penangas air, tambahkan 2,5 ml air dan dikocok. Tambahkan 2 tetes larutan indikator Ma-Zuzaga dan titrasi dengan 0,01 N asam klorida sampai terbentuk warna merah muda. Sebagai perbandingan titrasi campuran 0,5 ml asam borat, 2,5 ml air dan 2 tetes larutan indikator.

Jacobs, M.B., 1973, The Chemical Analysis of Foods and Food Products, 3rd Ed., Roberte Krieger Publishing, New York.

Selanjutnya......

Analisis Kalsium Dalam Bahan Makanan (part 2)

Keberadaan kalsium dalam suatu bahan makanan dapat diketahui dengan cara melakukan uji reaksi spesifik. Sampel bahan makanan yang telah dipreparasi dapat direaksikan dengan berbagai reagen spesifik. Beberapa reaksi spesifik kalsium yang disadur dari Vogel (1985) adalah sebagai berikut :

1.Larutan amonia: tak ada endapan, karena kalsium hidroksida larut cukup banyak. Dengan zat pengendap yang telah lama dibuat, mungkin timbul kekeruhan karena terbentuknya kalsium karbonat.

2.Larutan amonium karbonat: endapan amorf putih kalsium karbonat:
Dengan mendidihkan, endapan menjadi berbentuk kristal. Endapan larut dalam air yang mengandung asam karbonat berlebih (misalnya, air soda yang baru dibuat), karena pembentukan kalsium hidrogen karbonat yagn larut:
Dengan mendidihkan, endapan muncul lagi, karena karbon dioksida keluar selama proses itu sehingga reaksi berlangsung ke arah kiri. Ion-ion barium dan strotium bereaksi serupa.Endapan larut dalam basa, bahkan dalam asam asetat.
Kalsium karbonat larut sedikit dalam larutan garam-garam amonium dari asam kuat.

3.Asam sulfat encer: endapan putih kalsium sulfat:
CaSO4 larut cukup berarti dalam air (0,61 g Ca2+; 2,06 g CaSO4 atau 2,61 g CaSO4.2H2O ℓ-1; Ks = 2,3 x 10-4); yaitu larut lebih banyak daripada barium atau strontium sulfat. Dengan adanya etanol, kelarutannya menjadi jauh lebih sedikit.
Endapan melarut dalam asam sulfat pekat, panas.Kompleks yang sama akan terbentuk jika endapan dipanaskan dengan larutan amonium sulfat 10 persen.Meskipun pelarutan dalam amonium sulfat mungkin tak sempurna, ion-ion kalsium dapat dideteksi dalam filtrat dengan oksalat, setelah dinetralkan dengan amonia.

4.Kalsium sulfat jenuh: tak terbentuk endapan (perbedaan dari strontium dan barium.

5.Larutan amonium oksalat: endapan putih kalsium oksalat, segera dari larutan-larutan pekat dan lambat dari larutan-larutan encer. Pengendapan dipermudah dengan menjadikan larutan bersifat basa dengan amonia. Endapan praktis tak larut dalam air (6,53 mg Ca(COO)2 ℓ-1; Ks = 2,6 x 10-9), tak larut dalam asam asetat, tetapi larut dengan mudah dalam asam-asam mineral.

6.Larutan kalium kromat: tak terjadi endapan dari larutan-larutan encae, tak pula dari larutan-larutan pekat dengan adanya asam asetat.

7.Larutan kalium heksasianoferat(II): endapan putih garam campuran.
Dengan adanya amonium klorida, uji ini akan lebih peka. Dalam hal ini, kalium digantikan oleh ion-ion amonium dalam endapan. Uji ini dapat dipakai untuk membedakan kalsium dari stronsium; tetapi ion barium dan magnesium mengganggu.

8.Reagensia natrium dihidroksitartrat osazon
Endapan kuning garam kalsium yang sangat-sedikit larut. Semua logam-logam lain, kecuali garam alkali dan amonium, tak boleh ada. Magnesium tak mengganggu, asalkan konsentrasinya tak melampaui 10 kali konsentrasi kalsium itu.
Taruh setetes larutan uji yang netral di atas lempeng bercak hitam atau di atas kaca arloji hitam, dan tambahkan sekeping kecil reagensia padat. Jika kalsium tak ada, reagensia larut dengan sempurna. Adanya kalsium terungkap dengan terbentuknya selaput putih di atas permukaan cairan, yang akhirnya memisah sebagian endapan yang padat.
Kepekaan: 0,01µg Ca. Batas konsentrasi: 1 dalam 5.000.000.
Reagensia ini berguna antara lain untuk membedakan dengan cepat, air ledeng dari air suling: hasil positif diperoleh dengan campuran 1 bagian air ledeng dan 30 bagian air suling.

9.Reagensia asam pikrolonat (atau 1-p-nitrofenil-3-metil-4-nitro-5-pirazolon)
Dalam larutan netral atau asam asetat. Strontium dan barium juga memberi endapan tetapi dengan bentuk kristal yang berbeda. Banyak sekali unsur, termasuk tembaga, timbel, torium, besi, aluminium, kobalt, nikel, dan barium yang mengganggu.
Taruh setetes larutan uji (entah netral atau diasamkan dengan asam asetat) dalam lubang dari suatu lembeng bercak yang hangat, dan tambahkan 1 tetes larutan asam pikrolonat jenuh. Dihasilkan kristal-kristal empat persegi panjang yang khas. Kristal-kristal empat persegi panjang yang khas dari kalsium pikrolonat Ca(C10H7O5N4)2.8H2O
Kepekaan: 100 µg (dalam 5 ml). Batas konsentrasi: 1 dalam 50.000. kepekaan adalah 0,01 µg (dalam 0,01 ml) di bawah mikroskop.

10.Uji (mikroskop) kalsium sulfat dihidrat. Ini adalah suatu uji pemastian yang baik sekali terhadap kalsium dalam Golongan IV; uji ini memakai sebuah mikroskop (pembesaran kira-kira 110 x). Garam-garam sebaiknya dapat sebagai nitrat.
Uapkan beberapa tetes larutan uji di atas kaca arloji sampai kering pada penangas air, larutkan residu dalam beberapa tetes air, pindahkan ke atas lempeng mikroskop, dan tambahkan setetes kecil sekali asam sulfat encer.(Mungkin perlu untuk memanaskan lempeng perlahan-lahan di atas penangas air sampai tepat mulai terjadi kristalisasi pada pinggirannya.) ketiak diamati melalui mikroskop nampak kristal seperti kumpulan jarum atau prisma yang memanjang dengan adanya kalsium.
Batas konsentrasi: 1 dalam 6.000.

11.Etanol bebas air, atau campuran 1+1 dari etanol bebas air dan dietil eter, melarutkan baik kalsium klorida maupun kalsium nitrat.

12.Uji kering (pewarnaan nyala). Senyawa-senyawa kalsium yang mudah menguap, memberi warna merah-kekuningan kepada nyala Bunsen (lihat keterangan pada Barium).

Daftar Pustaka:
Vogel, A.I., 1985, Buku Teks Analisis Anorganik Kualitatif Anorganik Makro dan Semimikro, Penerjemah L. Setiono dan A.H Pudjaatmaka, Kalman Media Pustaka, Jakarta.

Selanjutnya......