BAB V HASIL DAN LUARANAN YANG TELAH DICAPAI
C. Karakterisasi Fisika-Kimia CaO hasil kalsinasi cangkang telur bebek
1. Analisis Fasa dan Kristalinitas Menggunakan XRD
Analisis menggunakan XRD bertujuan untuk mengetahui fasa dan kristalinitas. HAp-TS, HAp-800, HAp-900, dan HAp-1000 selanjutnya dibandingkan dengan HAp pembanding yaitu HAp yang telah diaplikasikan dibidang medis yang berasal dari RSUD Dr. Soetomo Surabaya. HAp ini disebut HAp Bank Jaringan (HAp-BJ).
Analisis Fasa
Analisis fasa bertujuan untuk mengetahui fasa CB-K dan HAp. Pada analisis ini dibandingkan pergeseran puncak antara CB-K dengan HAp. Hasil XRD merupakan difraktogram dengan grafik sudut difraksi (2θ) dan intensitas (I) seperti pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3. Difraktogram CaO dari cangkang telur bebek dan CaO Standar.
Sampel CaO dari cangkang telur bebek didominasi fasa CaO karena adanya puncak tertinggi pada sudut 2 = 37,383o. Adanya puncak CaO didukung beberapa puncak lain yang bersesuaian dengan database Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) no. 37-1497 CaO (Lampiran 8a). Puncak tersebut ditunjukkan pada sudut 2 = 32,220o; 37,383o; 53,904o; 64,187o; 67,396o; 79,671o; 88,547o; dan 91,482o. Fasa lain pada CaO dari cangkang telur bebek adalah Ca(OH)2 yang bersesuian dengan JCPDS no. 84-1263. Fasa Ca(OH)2 pada 2 = 18,029o, 28,669o, dan 34,138o sesuai dengan JCPDS no. 84-1263 (Lampiran 8e). Puncak-puncak ini memiliki intensitas yang lebih kecil dibandingkan dengan fasa CaO.
42
Difraktogram CaO hasil kalsinasi dibandingkan dengan CaO standar untuk memperkuat bahwa yang dihasilkan merupakan fasa CaO. Berdasarkan penelusuran literatur maupun laboratorium, tidak ada CaO dengan kualitas pro analysis. Berdasarkan alasan tersebut, pembanding yang digunakan hanya menggunakan CaO teknis. Pada analisis menggunakan XRD, tidak ada fasa CaO pada CaO standar, melainkan fasa Ca(OH)2 yang ditunjukkan pada puncak tertinggi pada sudut 2 = 34,234o. Puncak Ca(OH)2 didukung oleh puncak Ca(OH)2 yang lain yaitu pada 2 = 18,168o; 28,810o; 36,069o; 47,267o; 50,939o; 54,495o; 57,514o; 59,468o; 62,720o; 64,425o; 71,916o; 84,829o; dan 93.215o. Fasa lain pada CaO standar yaitu fasa CaCO3 yang terdeteksi pada 2 = 20,947o; 22,035o; 29,529o; dan 39,522o.
Tabel 5.2 Komposisi Fasa CaO hasil kalsinasi cangkang telur dan CaO Standar.
Sampel Fasa Komposisi
massa (%b/b) CaO-Kalsinasi CaO 94,800 Ca(OH)2 5,200 CaO standar Ca(OH)2 62,900 CaCO3 37,100
Analisis komposisi fasa dibantu menggunakan perangkat lunak Match. Hasil analisis menunjukkan serbuk CaO hasil kalsinasi cangkang telur mengandung CaO sebesar 94,800%b/b dan Ca(OH)2 sebesar 5,200%b/b (Tabel 4.2). Tidak adanya fasa CaCO3 pada CaO hasil kalsinaasi cangkang telur mengindikasikan seluruh CaCO3 telah terkonversi menjadi CaO. Fasa lain pada CaO hasil kalsinansi cangkang telur selain CaO adalah Ca(OH)2. Fasa ini memiliki komposisi yang lebih kecil dibandingkan CaO. Keberadaan Ca(OH)2 diperkirakan berasal dari reaksi CaO dengan uap air di udara terbuka (persamaan 4.12).
Reaksi kalsium oksida dengan uap air diudara: CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2(s) ... (5.12)
Pada CaO standar menunjukkan adanya fasa Ca(OH)2 sebesar 62,9%b/b dan CaCO3
sebesar 37,1%b/b. Keberadaan CaO standar yang mengandung fasa Ca(OH)2 memperkuat dugaan bahwa sulit untuk mendapatkan CaO yang murni, karena mudahnya reaksi antara CaO dengan uap air di udara bebas menjadi Ca(OH)2. Cepatnya reaksi antara CaO dan
43
H2O di udara didukung oleh penelitian Siswanto (2013). Pada penelitian Siswanto (2013), reaksi CaO dengan udara selama satu malam menghasilkan perubahan sebagian besar CaO menjadi Ca(OH)2. Fasa lain pada CaO standar adalah CaCO3. Keberadaan CaCO3 pada CaO standar menunjukkan sampel tidak murni karena merupakan CaO teknis. Keberadaan CaCO3 dapat disebabkan oleh reaksi Ca(OH)2 dan gas CO2 sehingga membentuk CaCO3. Oleh sebab itu, CaO standar tidak dapat digunakan sebagai pembanding. Adanya fasa CaO pada CB-K merujuk pada JCPDS CaO.
Adanya fasa Ca(OH)2 pada CaO hasil kalsinansi cangkang telur diperkirakan berasal dari reaksi CaO dengan uap air di udara bebas. Reaksi ini tidak dapat dihindari, meskipun sampel yang telah dikalsinasi diletakkan pada desikator, ditutup menggunakan aluminum
foil, dan disimpan dalam tempat tertutup karena CaO memilik sifat higroskopis (Andika
dan Fadli, 2015). Pada preparasi sampel XRD, serbuk ditempatkan pada sample holder yang dapat membuat CaO mengalami kontak dengan udara bebas. Adanya Ca(OH)2 pada sampel, tidak mengganggu proses sintesis HAp karena pada proses sintesis seluruh CaO akan direaksikan dengan H2O sehingga menghasilkan Ca(OH)2. Senyawa lain yang diperkirakan ada pada CaO hasil kalsinansi cangkang telur adalah MgO dan Mg(OH)2. Pada hasil XRD, tidak ada puncak dengan senyawa MgO maupun Mg(OH)2. Hal ini dapat disebabkan sangat kecilnya atau tidak ada komposisi senyawa tersebut dalam sampel, sehingga tidak terdeteksi pada difraktogram XRD.
44
Gambar 5.4. Difraktogram CaO hasil kalsinansi cangkang telur dan HAp.
Pada Gambar 5.4 menunjukkan difraktogram CaO hasil kalsinansi cangkang telur (CB-K), Hidroksiapatit tanpa sintering (HAp-TS), hidroksiapatit Bank jaringan (HAp-BJ), hidroksiapatit suhu sintering 800 (HAp-800), hidroksiapatit suhu sintering 900 (HAp-900), dan hidroksiapatit suhu sintering 100 (HAp-1000). Pada difraktogram menunjukkan adanya perubahan puncak pada difraktogram CB-K dan HAp. Pada difraktogram CB-K menunjukkan puncak tertinggi berada pada 2 = 37,383o. Pada HAp-TS, HAp-8, HAp-9, dan HAp-10 puncak ini bergeser berturut-turut menjadi 32,045o; 31,810o; 31,792o; dan 31,811o. Pergeseran ini menunjukkan seluruh sampel HAp memiliki komposisi fasa yang berbeda dengan CB-K .
Pada sampel HAp-TS muncul puncak tertinggi yaitu pada sudut 2 = 32,045o; 32,272o; dan 33,116o. Pada HAp-800 memiliki puncak tertinggi pada 31,810o; 32,197o; dan 32,949o. Pada HAp-900 memiliki puncak tertinggi pada 31,792o; 32,197o; dan 32,933o. Pada HAp-1000 memiliki puncak tertinggi pada 31,811o; 32,214o; dan 32,951o. Puncak tertinggi HAp-TS merupakan puncak tertinggi apatit karbonat yang sesuai dengan JCPDS no. 35-0180 milik apatit karbonat tipe A (AKA) dan JCPDS no. 19-0272 milik apatit karbonat tipe B (AKB) (lampiran 8c dan 8d). Puncak tertinggi pada HAp-8, HAp-9, dan
HAp-TS Keterangan: CB-K HAp-BJ CB-800 HAp-900 HAp-900 HAp-1000 HAp-TS CaO Ca(OH)2 HAp Apatit Karbonat Tetrakalsium siklo-dekafosfat 16 hidrat
45
HAp-10 merupakan puncak tertinggi HAp yang sesuai dengan JCPDS no. 09-0432 milik HAp (lampiran 8b).
Pada Tabel 5.3 menunjukkan komposisi HAp yang berasal dari CB-K dan HAp-BJ. Terdapat perbedaan antara fasa CB-K dan HAp yaitu perubahan fasa CaO serta Ca(OH)2
menjadi fasa HAp dan apatit karbonat. Seiring kenaikan suhu sintering, kemurnian HAp semakin tinggi dan komposisi apatit karbonat semakin kecil. Komposisi HAp pada HAp-TS, HAp-800, HAp-900, dan HAp-1000 berturut-turut 50,4; 72,00; 82,70; dan 99,10%b/b. HAp yang memiliki kemurnian tertinggi yaitu HAp-1000, apabila dibandingkan dengan HAp-BJ menunjukkan komposisi yang mirip yaitu dengan selisih 0,7%b/b. Pada HAp BJ, tidak terdapat fasa apatit karbonat, melainkan fasa tetrakalsium siklo-dekafosfat 16 hidrat. Perbedaan fasa pengotor antara HAp-BJ dengan HAp yang disintesis dari CB-K, diperkirakan karena perbedaan prekursor dan metode yang digunakan untuk proses sintesis. Menurut ISO-13779:2008, HAp sebagai implan harus memiliki minimal 50%b/b fasa HAp. Berdasarkan analisis kuantitatif XRD, seluruh HAp tanpa dan dengan perlakuan
sintering memiliki massa yang lebih besar dari 50%b/b.
Tabel 5.3. Komposisi HAp.
Sampel HAp (% b/b) Apatit Karbonat (% b/b) Tetrakalsium Siklo Dekafosfat 16 Hidrat (% b/b) HAp-TS 50,400 49,600 - HAp-800 72,000 28,000 - HAp-900 82,700 17,300 - HAp-1000 99,100 0,900 - HAp-BJ 98,400 - 1,600
HAp yang disintesis dari CB-K menunjukkan adanya pengotor yaitu apatit karbonat. Terbentuknya fasa apatit karbonat berasal dari substitusi ion karbonat pada HAp (Indriani, 2012). Substitusi bukan berasal dari prekursor kalsium, karena data XRD menunjukkan CB-K tidak mengandung CaCO3. Substitusi CO32- dapat berasal dari reaksi gas CO2 yang berasal dari udara bebas dengan ion OH- yang berasal dari pelarut (Suryadi, 2011). Reaksi
46
antara CO2 dan akuademin sebagai pelarut menghasilkan CO32- (persamaan 4.13) dan tersubstitusi ke dalam kisi kristal dari HAp sesuai persamaan 4.10 (Fleet, 2015).
Persamaan reaksi karbon dioksida dan air: H2O + CO2 H2CO3 2H+ + CO32- (4.13)
Substitusi karbonat melalui udara diperkuat oleh besarnya komposisi apatit karbonat pada HAp-TS. Sampel HAp-TS menghasilkan senyawa yang tidak stabil karena adanya ruang kosong (gaps) antar serbuk yang tidak mengalami pemadatan (Dorozhkin, 2010). Adanya gaps dapat diisi oleh CO2 di udara. Gas CO2 yang terperangkap pada gaps antar serbuk HAp, bereaksi dengan HAp membentuk apatit karbonat (persamaan 5.10). Adanya ion karbonat akan menempati dua posisi dalam struktur HAp, menggantikan gugus OH− pada HAp membentuk apatit karbonat tipe-A (AKA) dengan rumus kimia (Ca10(PO4)6CO3), atau membentuk apatit karbonat tipe-B (AKB) dengan rumus kimia (Ca10(PO4)3(CO3)3(OH)2) (Hidayat, 2013). Keberadaan AKA maupun AKB dapat diidentifikasi dengan membandingkan data JCPDS.
Pada HAp yang disintering terjadi pemadatan antar butir. Pemadatan ini membuat
gaps antar butir semakin menyempit, sehingga semakin sedikit gas CO2 yang terperangkap dan bereaksi dengan HAp. Akibatnya apatit yang disintering menjadi stabil dan cenderung membentuk kristal dengan struktur paling stabil yaitu HAp. Berkurangnya apatit karbonat pada HAp-10, HAp-9, dan HAp-8 mengindikasikan gas yang terperangkap antar butir dibebaskan seiring naiknya suhu sintering.
Penelitian Balgies (2011), Ardabilly (2013), dan Fitri (2014) juga menunjukkan sintesis HAp yang menghasilkan fasa lain sebagai pengotor seperti apatit karbonat. Adanya gas CO2 di udara bebas sulit dihindari selama proses sintesis maupun sintering. Solusi untuk mengusir gas CO2 yaitu inertisasi lingkungan atau menggunakan reaktor dengan mengalirkan gas inert seperti nitrogen (N2). Adanya gas inert akan mengusir keberadaan gas CO2 sehingga proses pencampuran prekursor bebas dari kontaminan udara (Suryadi, 2011). Pada penelitian Arfianto., dkk (2006), HAp disintering menggunakan gas Ar yang inert sehingga HAp yang dihasilkan terbebas dari ion karbonat.
Perpaduan fasa HAp dan apatit karbonat tidak membahayakan karena apatit karbonat juga ada pada tulang manusia. Menurut Nurmawati (2007), tulang manusia tidak hanya terdiri dari HAp. Tulang mengandung HAp, apatit karbonat, dan OKF. Pada proses ini, terdapat ion-ion dalam tubuh (seperti CO32-) yang tersubstitusi pada HAp membentuk apatit karbonat. Adanya apatit karbonat membantu pada proses mekanisme ikatan HAp dengan tulang lebih cepat.
47
Mekanisme ikatan HAp setelah implantasi tulang disajikan pada Gambar 5.5. Pada Gambar tersebut menunjukkan terjadinya (1) Pelarutan permukaan HAp. (2) Pelarutan permukaan HAp terus berlanjut. (3) Kondisi kesetimbangan antara fisik larutan-larutan dan permukaan HAp. (4) Adsorpsi protein-protein dan material organik. (5 dan 6) Adesi sel dan proliferation. (7) Mulai terbentuk tulang baru yang berasal dari sel osteoblas. (8) Tulang baru terbentuk dan metabolisme tulang alami (Mucalo, 2015).
Gambar 5.5 Mekanisme Permukaan HAp Setelah Implantasi (Mucalo, 2015)
Pada awal interaksi, permukaan HAp dikelilingi oleh air, ion terlarut, biomolekul, dan sel. Sel Osteoklas pada permukaan implan HAp mengeluarkan enzim karbonat anhidrase. Pada persamaan reaksi (4.14), enzim karbonat anhidrase melepaskan ion H+ untuk membentuk kesetimbangan (Juvale et al., 2016). Adanya ion H+ menyebabkan kondisi fisiologis di sekitarnya berada pada pH 4 sampai 5 (Dorokhzin, 2010).
Reaksi oleh enzim karbonat anhidrase:
H2CO3 ⇌ H+ + HCO3- ... (5.14)
Pada pH 5,5, permukaan HAp mengalami serangan asam (acid attack) oleh ion H+. Serangan asam menyebabkan ion (seperti Ca2+) dari permukaan HAp terlepas dari kristal HAp. Permukaan HAp akan bereaksi dengan ion H+ membentuk HPO42- (persamaan 4.9). Ion HPO42- tidak dapat mengalami keseimbangan dengan HAp sehingga mengalami demineralisasi (Epinatte and Manley, 2004).
Persamaan reaksi: 2 Ca5(PO4)3OH + H+ 3 Ca3(PO4)2 + 4 Ca2+ + H2O ... (5.15) Tulang baru dari sel osteoblas Permukaan HAp
48
Ca3(PO4)2 + 2 H+ Ca2+ + 2 CaHPO4 ... ... (5.16) CaHPO4 Ca2+ + HPO42- ... ... (5.17) Ca10(PO4)6(OH)2(s) + 8 H+ 10 Ca2+ + 6 HPO42- + 2 H2O(l) ... (5.18)
Permukaan HAp selanjutnya melepaskan ion kalsium dan ortofosfat. Pelepasan ion meningkatkan kejenuhan pada cairan biologis sekitarnya, sehingga terjadi pengendapan dan terbentuk pembangunan kembali kristal apatit yang terlarut sebagian (remineralisasi). Proses ini membuat ion-ion mineral yang hilang selama proses demineralisasi kembali ke dalam struktur HAp (Epintte and Manley, 2004; Dorokhzin, 2010).
HAp juga mengadsorpsi protein-protein dan/atau senyawa bio-organik pada permukaan HAp ketika terjadi penggabungan ion pada cairan tubuh (Dorokhzin, 2010). Sel osteoklas yang berada di permukaan HAp berperan mensekresikan protein yang menjadi perlekatan osteoblas. Sel osteoblas yang berada pada permukaan HAp mensintesis matriks tulang seperti komponen bio-organik dari matriks tulang (kolagen tipe 1, preteoglikan, dan glikoprotein) (Nurmawati, 2007). Proses selanjutnya yaitu terbentuk perkembangan sel osteoblas. Sel semakin banyak (proliferation) sehingga meningkatkan mitogenesis, dan meningkatkan aktivitas sintesis DNA. Interaksi antara implan dengan lingkungan biologis ini akan membentuk sel/jaringan, perkembangan sel tulang, dan terbentuk tulang baru dari sel osteoblas (Mucalo, 2015; Bagno and Bello, 2004).
Analisis Kristalinitas
Analisis kristalinitas bertujuan untuk mengetahui pengaruh suhu sintering terhadap kristalinitas. Kristalinitas merupakan besaran yang menyatakan banyaknya kandungan kristal pada suatu material dengan membandingkan luasan kristal dengan total luas kristal amorf dan kristal (Ulvia, 2016). Pada Tabel 4.4 menunjukkan nilai 21 dan 22 yang didapatkan dari kurva amorf. Dari data 2 dan intensitas, maka didapatkan fraksi luas amorf dan kristalin. Nilai fraksi luas tersebut selanjutnya digunakan untuk menghitung kristalinitas.
Pada CB-K, HAp-800, HAp-900, HAp-1000, dan HAp-BJ memperlihatkan fasa kristal yang memiliki puncak yang rapat, intensitas tinggi, dan resolusi yang tajam. Susunan atom material kristal yang teratur mengakibatkan besarnya sinar X yang didifraksikan dan sedikitnya penghamburan sinar X (Rachmania, 2012). Semakin besar dan lama suhu maka semakin tinggi intensitas pada difraktogram dan semakin bersih dari noise. Difraktogram
49
HAp-TS memperlihatkan fase kristal yang memiliki puncak-puncak yang lebih lebar, intensitas lebih rendah, dan adanya noise pada sampel dibandingkan dengan HAp yang telah disintering. HAp-TS memiliki susunan atom yang lebih tidak teratur dibandingkan HAp yang telah disintering, sehingga sedikit sinar X yang didifraksikan dan banyaknya penghamburan sinar X. Hamburan sinar X ini menyebabkan noise pada difraktogram XRD.
Semakin tinggi suhu sintering maka puncak pada difraktogram HAp semakin tinggi dan lebarnya menyempit. Lebar dan tinggi puncak dapat mengindikasikan kristalinitas suatu material. Adanya peningkatan kristalinitas seiring kenaikan suhu mengindikasikan adanya perubahan fasa amorf menjadi fasa kristal (Indrani, 2012).
Tabel 5.4 Kristalinitas CB-K dan HAp Kode
Sampel
(rad)
Fraksi Luas Kristalinitas (%) Amorf Kristal CB-K 0,007 0,700 74,200 99,065 HAp-TS 0,033 2,970 19,074 86,527 HAp-8 0,022 1,760 52,800 96,774 HAp-9 0,019 1,140 57,570 98,058 HAp-10 0,017 1,020 80,750 98,753
Pada Tabel 5.4 menunjukkan kristalinitas CB-K dan HAp. Kristalinitas CB-K memiliki nilai yang paling tinggi yaitu 99,065%. Kristalinitas HAp-TS, HAp-8, HAp-9, HAp-10 berturut-turut yaitu 86,527; 96,774; 98,058; dan 98,753%. Kristalinitas terkecil merupakan kristalinitas dari HAp-TS. Kecilnya kristalintas HAp-TS karena tidak adanya proses sintering pada sampel. Pada HAp yang tidak disintering, partikel-partikel lebih sedikit mengkristal dan susunan atom lebih tidak teratur dibandingkan HAp yang disintering.
Seluruh sampel HAp memiliki kristalinitas yang lebih rendah daripada kristalinitas CB-K, meskipun CB-K memiliki suhu kalsinasi yang sama dengan HAp-10 (Gambar 4.6). Sampel CB-K yang ditanur 6 jam, membuat susunan kristal pada CB-K lebih rapat dari pada HAp-10 yang ditanur pada waktu 2 jam. Pada suhu sintering yang semakin tinggi, terjadi pertumbuhan kristal secara terus menerus sehingga menjadi susunan atom lebih teratur dengan bentuk kristal (Diana dan Pratapa, 2015).
50
Gambar 5.6. Grafik Kristalinitas pada CB-K dan HAp.
Pada bidang medis, fasa kristal lebih baik untuk diaplikasikan karena lebih stabil pada tubuh.HAp dengan fasa kristal memiliki ikatan kristal yang kuat sehingga mudah berikatan dan bereaksi dengan tubuh (Fazel, 2011) menjadi material yang bersifat bioaktif. Semakin tinggi kristalinitas HAp maka semakin besar kerapatannya. Semakin rapat suatu material maka semakin besar sifat mekanik material tersebut. Oleh sebab itu, HAp yang telah disintering mempunyai kekuatan mekanik yang lebih besar dan densitasnya lebih tinggi dibandingkan dengan HAp-TS. Hal ini terjadi karena selama sintering, energi kinetik atom-atom HAp meningkat, sehingga akan terjadi difusi antara atom-atom yang berdekatan dan terjadi pengikatan partikel bersama. Hal tersebut mengakibatkan ruang kosong antar partikel menjadi semakin kecil (Dorokhzin, 2010).
Apabila HAp yang digunakan memiliki kristalinitas yang rendah maka kristal HAp tidak rapat dan berdampak pada rendahnya kekuatan tulang. Kekuatan tulang ini, tidak hanya bergantung pada faktor kristalinitas, protein pada tulang juga berperan penting untuk meningkatkan kekuatan tulang (Nurmawati, 2007). Ketika implan HAp telah masuk ke dalam tubuh, maka secara alami ion-ion pada tubuh akan tersubustitusi dan teradsorpsi pada permukaan HAp. Maka secara alami pula, HAp menyesuaikan kristalinitasnya dengan kristalinitas tulang di sekitar implan. Berdasarkan ISO-13779:2008, kristalinitas HAp sebagai implan tulang harus lebih dari 95%. HAp tanpa sintering tidak sesuai dengan
51
standar karena memiliki kristalinitas di bawah standar. Seluruh HAp yang telah disintering menunjukkan kristalinitas yang sesuai dengan standar tersebut.
Analisis Gugus Fungsional Menggunakan FTIR
Analisis gugus fungsional dengan FTIR bertujuan untuk mengetahui gugus fungsional dari CB-K dan HAp. Analisis ini juga digunakan untuk melihat kemungkinan terjadinya reaksi yang ditandai dengan adanya pergeseran, kenaikan, maupun penurunan intensitas pada bilangan gelombang 4000-400 cm-1. Berdasarkan persamaan 4.1, CB-K mengalami perubahan fasa dari CaCO3 membentuk CaO. Adanya fasa CaO diindikasikan adanya ikatan pada bilangan gelombang M=O (M= logam) pada rentang 1010 hingga 850 cm-1. Pada Gambar 4.7 menunjukkan adanya ikatan M=O (M=logam) pada bilangan gelombang 875,910 cm-1. Keberadaan M=O diperkirakan berasal dari Ca=O.
Gambar 5.7. Spektra FTIR CB-K
Pada bilangan gelombang 513,790 cm-1 menunjukkan adanya fosfat pada CB-K. Kandungan fosfat berasal dari prekursor CB-K yaitu Ca(PO)4 sebesar 1% (Fazel, 2011). Pada spektrum FTIR juga menunjukkan adanya ikatan O-H pada bilangan gelombang 2066,970 dan 3434,820 cm-1. Ikatan ini memperkuat data XRD yang mengindikasikan adanya fasa Ca(OH)2 pada sampel.
52
Tabel 5.5. Gugus Fungsional CB-K Gugus Fungsional Bilangan Gelombang (cm-1)
-(PO4)32- 513,790 M=O 875,910 -CO3 2-1064,990 1094,250 1440,770 1638,220 O-H 2066,970 3434,820
Pada Tabel 5.5 menunjukkan adanya gugus –CO32 salah satunya pada bilangan gelombang 1440,770 cm-1. Berdasarkan analisis XRD, tidak ada puncak CaCO3 pada CB-K. Oleh sebab itu, karbonat pada sampel diperkirakan berasal dari gas CO2 di udara. Selain itu, adanya gugus –OH pada Ca(OH)2 diperkirakan dapat berikatan dengan gas CO2
diudara, sehingga gugus karbonat melebar pada spektra FTIR. Pada proses kalsinasi, terjadi pelepasan senyawa organik pada sampel. Hampir semua senyawa organik memiliki ikatan C-H yang dapat terdeteksi pada bilangan gelombang 2700-2900 cm-1. Pada spektrum FTIR tidak terdapat gugus pada rentang bilangan gelombang tersebut, sehingga dapat diperkirakan semua senyawa organik pada sampel telah terbakar karena tingginya suhu kalsinasi.
Pada Gambar 5.8 menunjukkan spektra FTIR dari CB-K, TS, HAP-800, HAp-900, HAp-10, dan HAp-BJ. Sampel CB-K maupun HAp memiliki kemiripan yaitu adanya gugus fungsional OH-, CO32-, dan (PO4)32-. Perbedaan antara spektra HAp dan CB-K yaitu pada intensitas (PO4)32-. Intensitas (PO4)32- pada seluruh HAp lebih tinggi dari pada CB-K. Hal ini dapat disebabkan pada seluruh sampel HAp, terdapat penambahan H3PO4 ketika sintesis HAp. Penambahan H3PO4 membuat komposisi (PO4)32- lebih besar sehingga berdampak pada semakin tajam dan lebar peak (PO4)32- pada sampel HAp.
53
Gambar 5.8. Spektra FTIR CB-K dan HAp.
Menurut Pattanayak., dkk (2005), ikatan gugus fosfat (PO43-) paling kuat pada HAp dengan vibrasi stretching terdapat pada 1000 – 1150 cm-1 dan medium pada bilangan gelombang 960 cm-1 serta vibrasi bending diamati pada 560 – 610 cm-1. Menurut Dewi (2009), identifikasi adanya karbonat dalam kristal diamati dari spektra FTIR untuk sampel HAp dan apatit karbonat. Pita transmitansi yang muncul di kedua sampel terdapat pada bilangan gelombang 610-550 cm-1 untuk vibrasi bending asimetri fosfat (υ4-PO4), 958 cm
-1
untuk vibrasi stretching fosfat (υ1-PO4) dan 1090-1030 cm-1 untuk vibrasi stretching asimetri fosfat (υ3-PO4).
CB-K HAp-TS HAp-8 HAp-9 HAp-1000 HAp-BJ Bilangan gelombang (cm-1) T ra ns m it an si (% ) OH -H2O CO 32-(PO4) 32-OH
-54
Tabel 5.6. Gugus Fungsional HAp Gugus Fungsional Bilangan gelombang (cm-1) HAp-BJ HAp-TS HAp-800 HAp-900 HAp-1000 (PO4)3 2-(vibrasi P=O dan P-O dari gugus (PO4)32-) 962,64 - 962,95 979,81 962,92 414,69 409,18 421,17 495,29 475,25 1050,33 1066,5 0 1042,73 1046,86 1047,45 571,18 602,51 591,50 - 567,97 602,87 566,76 603,70 571,17 602,68 CO32- 1444,27 1420,4 1464,59 1419,96 1442,8 O-H 632,30 - 669,94 603,70 671,52 1633,07 3435,83 1639,7 0 3366 1637,84 3376,50 1638,50 3436,50 1638,33 3436,63
Pada HAp-TS, ikatan gugus PO43- merupakan intensitas paling tinggi dan terdeteksi pada bilangan gelombang 409,18; 1066,5; 591,5; 1420,4; 1639,7; dan 3366 cm-1. Puncak ini menunjukan ikatan gugus fosfat (PO43-) dengan vibrasi ulur dan tekuk dari P-O. Pada penelitian Sasikumar (2006), intensitas yang paling tinggi merupakan ikatan gugus fosfat (PO43-) yang ditandai dengan vibrasi bending dan stretching dari P-O yang terdapat pada bilangan gelombang 503,21 cm-1, 603,72 cm-1, dan 1026,13 cm-1.
Puncak pita bilangan gelombang 630 dan 3568 cm-1 merupakan pita transmitansi untuk gugus OH pada Ca10(PO4)6(OH)2 (Dewi, 2009). Pada HAp-TS tidak terdapat peak pada daerah sekitar 630 cm-1 karena kemurnian fasa HAp lebih kecil dibandingkan HAp yang telah disintering berdasarkan data XRD. Hasil spektrum HAp-BJ dengan HAp pada penelitian ini memang berbeda, namun masih dalam nilai yang berdekatan. Pada HAP-BJ menunjukkan adanya gugus CO32-, PO43-, dan OH- pada HAp.
Adanya ion karbonat pada HAp yang disintesis dari CB-K tidak membahayakan bagi tubuh. Di dalam tubuh manusia, ion CO32- terdapat pada tulang sebesar 5-6% (Indrani, 2012). Jika analisis FTIR dikaitkan dengan analisis dari hasil pengujian XRD maka
55
didapatkan sebuah kecocokan yang mengindikasikan adanya substitusi ion karbonat (CO3 2-) ke dalam kisi kristal HAp yaitu adanya fasa apatit karbonat.
Analisis Morfologi Permukaan Menggunakan SEM
Analisis menggunakan SEM untuk mengetahui morfologi permukaan CB-K dan HAp. Pada Gambar 5.9 menunjukkan morfologi permukaan CB-K dengan perbesaran 150x dan 1000x. Morfologi permukaan CB-K menunjukkan bentuk yang tidak teratur. Pada sampel CaO standar, menunjukkan sampel tidak memiliki bentuk karena terjadi aglomerasi (menggumpal).
Gambar 5.9. Morfologi permukaan CB-K perbesaran 150x (A) perbesaran 1000x (C) dan CaO standar perbesaran 150x (B) perbesaran 1000x (D).
Apabila CB-K diperbesar hingga perbesaran 2500, 5000x, dan 17500x (Gambar 5.10), maka tampak morfologi permukaan CB-K merupakan kristal dengan bentuk lonjong, saling terhubung, dan teraglomerasi. Sampel CB-K maupun CaO standar memiliki kesamaan yaitu memiliki morfologi yang teraglomerasi.
Gambar 5.10. Morfologi Permukaan CB-K perbesaran 2500x (A), 5000x (B), dan 17.500x (C). A A B C D B C B
56
Pada penelitian Sari (2013), serbuk CB-K menghasilkan morfologi lonjong yang tidak seragam dan mengalami aglomerasi. Berdasarkan penelitian Farhani (2014), yang telah membuat CaO dari batu gamping menunjukkan morfologi bulatan-bulatan yang saling menyambung satu sama lain dan teraglomerasi. Proses kalsinasi dengan suhu yang tinggi dengan waktu yang lama yang menyebabkan CaO mengalami aglomerasi. Morfologi permukaan CB-K yang mengalami aglomerasi tidak berpengaruh karena CB-K akan dilarutkan dengan air sehingga membentuk larutan Ca(OH)2.
Gambar 5.11. Morfologi Permukaan CB-K (A), HAp-TS (B), HAp-8 (C), HAp-9, (D), HAp-10 (E), dan HAp-BJ (F) dengan perbesaran 500x.
Pada Gambar 5.11 menunjukkan HAp-TS, HAp-8, HAp-9, dan HAp-10 memiliki bentuk yang berbeda dengan CB-K. Morfologi CB-K menunjukkan butiran halus, sedangkan HAp yang disintesis memiliki bentuk menyerupai bongkahan yang lebih besar. Pada HAp-BJ, bentuk HAp menyerupai bongkahan yang kasar dengan ukuran yang tidak teratur dan terdapat sisi yang datar.
Pada penelitian ini, HAp yang dihasilkan memiliki permukaan yang tidak rata, namun tidak terdapat permukaan yang memiliki tepi yang runcing dan tajam menyerupai bentuk