C. Karakterisasi Nanoselulosa dari Onggok Singkong
1. Spektroskopi Infra Merah (IR)
Spektroskopi IR merupakan salah satu dari teknik penentuan struktur yang didasarkan pada vibrasi atom dalam molekul. Spektrum inframerah didapatkan dengan melewatkan radiasi inframerah ke dalam sampel dan menentukan fraksi radiasi yang diserap pada energi tertentu. Energi yang muncul pada spektrum absorbansi sebagai beberapa puncak menggambarkan frekuensi vibrasi dari bagian molekul. Atom-atom di dalam suatu molekul tidak dapat diam melainkan bervibrasi (bergetar).
Bila radiasi infra merah dilewatkan melalui suatu cuplikan, maka molekul-molekulnya dapat menyerap (mengabsorpsi) energi dan terjadilah transisi diantara tingkat vibrasi (ground state) dan tingkat vibrasi tereksitasi (excited state).Contoh suatu ikatan C–H
22
yang bervibrasi 90 triliun kali dalam satu detik harus menyerap radiasi infra merah pada frekuensi tersebut (9,0 x 1013 Hz, 3000 cm–1) untuk pindah ke tingkat vibrasi tereksitasi pertama. Pengabsorpsian energi pada berbagai frekuensi dapat dideteksi oleh
spektrofotometer infrared,yang memplot jumlah radiasi infra merah yang diteruskan melalui cuplikan sebagai fungsi frekuensi (atau panjang gelombang) radiasi. Plot
tersebut adalah spektrum infra merah yang memberikan informasi penting tentang gugus fungsional suatu molekul (Nurdin, 1986).
Adapun jenis-jenis vibrasi molekul ada 2 yaitu: 1. Vibrasi ulur/regangan (stretching vibrations).
Vibrasistretchingadalah pergerakan atom yang teratur sepanjang sumbu ikatan antara dua atom sehingga jarak antara atom dapat bertambah ataau berkurang. Vibrasi stretching meliputi :
a. Stretchingsimetri, yaitu unit struktur bergerak bersamaan dan searah dalam satu bidang datar (ṽ = 2853/cm).
b. Stretchingasimetri, yaitu unit struktur yang bergerak bersamaan dan tidak searah tetepi masih dalam satu bidang datar (ṽ = 2926/cm).
2. Vibrasi tekuk/bengkok (bending vibrations).
VibrasiBendingadalah pergerakan atom yang menyebabkan perubahan sudut ikatan antara dua ikatan atau pergerakan dari sekelompok atom terhadap atom lainnya. Vibrasi bendingmeliputi:
a. Scissoring(vibrasi gunting), unit struktur bergerak mengayun simetridan masih dalam bidang datar (ṽ = ~ 1450 /cm).
23
b. Rocking(vibrasi goyang), unit struktur bergerak mengayun asimetritetapi masih dalam bidang datar (ṽ = ~ 720 /cm).
c. Wagging(vibrasi kibasan), unit struktur bergerak mengibas keluar dari bidang datar (ṽ = ~ 1250 /cm).
d. Twisting(vibrasi pelintir), unit struktur berputar mengelilingi ikatanyang menghubungkan dengan molekul induk dan berada di luar bidangdatar (ṽ = ~ 1250 /cm).
Dari keempat vibrasibending, vibrasiscissoringdanrockingterletak pada satu bidang sedangkan vibrasiwaggingdantwistingterletak di luar bidang (Pavia,2001).
Prinsip kerja spektroskopi IR adalah adanya interaksi energi dengan materi. Misalkan dalam suatu percobaan berupa molekul senyawa kompleks yang ditembak dengan energi dari sumber sinar yang akan menyebabkan molekul tersebut mengalami vibrasi. Sumber sinar yang digunakan adalah keramik, yang apabila dialiri arus listrik maka keramik ini dapat memancarkaninfrared.
Berikut instrumentasi dari alat spekroskopi inframerah adalah : 1. Sumber
Energi inframerah yang dipancarkan berasal dari sumber cahaya inframerah. Cahaya ini melewati celah dengan jumlah energi tertentu menuju sampel.
2. Interferometer
Cahaya masuk ke dalam interferometer dimana terjadi kode spektral. Hasil sinyal interferogram selanjutnya keluar dari interferometer.
24
3. Sampel
Cahaya masuk ke dalam kamar sampel dimana cahaya akan ditransmitansikan ke permukaan sampel, tergantung pada jenis analisis yang dikerjakan.
4. Detektor
Sinar akhirnya melewati detektor untuk pengukuran akhir. Detektor yang digunakan memiliki desain spesial untuk mengukur sinyal interferogram spesial.
5. Komputer
Sinyal pengukuran didigitalisasi dan dikirim menuju komputer. Spektrum inframerah ditampilkan untuk interpretasi dan manipulasi lebih lanjut (Sri, 2012).
2. PSA (Particel Size Analyzer)
Pengukuran partikel dengan menggunakan PSA biasanya menggunakan metode basah. Metode ini dinilai lebih akurat jika dibandingkan dengan metode kering ataupun
pengukuran partikel dengan metode ayakan dan analisa gambar. Terutama untuk sampel yaitu.:
1. Sampel dalam orde nanometer dan submicron yang biasanya memliki kecenderungan aglomerasi yang tinggi. Hal ini dikarenakan partikel didispersikan ke dalam media sehingga partikel tidak saling beraglomerasi (menggumpal). Dengan demikian ukuran partikel yang terukur adalah ukuran dari single partikel. Selain itu hasil pengukuran dalam bentuk distribusi, sehingga hasil pengukuran dapat diasumsikan sudah menggambarkan keseluruhan kondisi sampel. Beberapa analisa yang dilakukan, antara lain:
25
1). Menganalisa ukuran partikel.
2). Menganalisa nilai zeta potensial dari suatu larutan sampel.
3). Mengukur tegangan permukaan dari partikel clay bagi industri keramik dan sejenisnya. Dimana hal ini akan berpengaruh pada struktur lapisan clay.
Struktur lapisan clay ini sangat berpengaruh pada metode slip casting. 4). Mengetahui zeta potensial coagulant untuk proses coagulasi partikel pengotor bagi industri WTP ( Water Treatment Plant).
5). Mengetahui ukuran partikel tegangan permukaan dari densitas pada emulsi yang digunakan pada produk.
2. produk industri beverage. (Nanortim, 2010).
3. SEM (Scanning Electron Microscope)
SEM (Scanning Electron Microscope) adalah salah satu jenis mikroskop elektron yang menggunakan berkas elektron untuk menggambarkan bentuk permukaan dari material yang dianalisis. Fungsi SEM adalah dengan memindai terfokus balok halus elektron ke sampel. Elektron berinteraksi dengan sampel komposisi molekul.Energi dari elektron menuju ke sampel secara langsung dalam proporsi jenis interaksi elektron yang dihasilkan dari sampel. Serangkaian energi elektron terukur dapat dihasilkan yang dianalisis oleh sebuah mikroprosesor yang canggih yang menciptakan gambar tiga dimensi atau spektrum elemen yang unik yang ada dalam sampel dianalisis.
Penggunaan SEM diawali dengan merekatkan sampel dengan stab yang terbuat dari logam spesimen palladium. Kemudian sampel dibersihkan dengan alat peniup, sampel
26
di lapisi dengan emas dan palladium dalam mesin dionspater yang bertekanan 1492 x 10-2atm. Sampel selanjutnya dimasukkan ke dalam ruangan yang khusus dan kemudian disinari dengan pancaran electron bertenaga 10 kV sehingga sampel mengeluarkan elektron sekunder dan elektron terpental yang dapat di deteksi dandetector scientor yang kemudian diperkuat dengan suatu rangkaian listrik yang menyebabkan timbulnya gambar CRT (Chatode Ray Tube). Pemotretan dilakukan setelah memilih bagian tertentu dari objek (sampel) dan perbesaran yang diinginkan sehingga diperoleh foto yang baik dan jelas (Fennyet al.,2013). Berikut skema dari SEM dapat dilihat pada Gambar 12.
Gambar 12. Skema SEM.
Adapun kelebihan teknik SEM yaitu terdapat sistem vakum padaelectron-optical columndansample chamberyang bertujuan antara lain:
27
a. Menghilangkan efek pergerakan elektron yang tidak beraturan karena adanya molekul gas pada lingkungan tersebut, yang dapat mengakibatkan penurunan intensitas dan stabilitas.
b. Meminimalisasi gas yang dapat bereaksi dengan sampel atau mengendap pada sampel, baik gas yang berasal dari sampel atau pun mikroskop. Karena apabila hal tersebut terjadi, maka akan menurunkan kontras dan membuat gelap detail pada gambar.
Sedangkan kelemahan dari teknik SEM antara lain: a. Memerlukan kondisi vakum.
b. Hanya menganalisa permukaan c. Resolusi lebih rendah dari TEM.
d. Sampel harus bahan yang konduktif, jika tidak konduktor maka perlu dilapis logam seperti emas (Prasetyo, 2011).
4. XRD (X-Ray Diffraction)
Difraksi sinar-X digunakan untuk mengidentifikasi struktur kristal suatu padatan dengan membandingkan nilai jarak d (bidang kristal) dan intensitas puncak difraksi dengan data standar. Sinar-X merupakan radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang sekitar 100 pm yang dihasilkan dari penembakkan logam dengan elektron berenergi tinggi. Melalui analisis XRD diketahui dimensi kisi (d = jarak antar bidang ) dalam struktur mineral. Sehingga dapat ditentukan apakah suatu material mempunyai kerapatan yang tinggi atau tidak, dan difraksi sinar-X suatu kristal. Hal ini dapat diketahui dari
28
persamaan Bragg yaitu nilai sudut difraksi θ yang berbanding terbalik dengan nilai jarak d (jarak antar bidang) dalam kristal. Sesuai dengan persamaanBragg:
n.λhkl = 2d sin θ
dengan :dhkl = jarak antar bidang
θ = sudut pengukuran (sudut difraksi)
λ= panjang gelombang sinar-X
Prinsip dasar dari XRD adalah hamburan elektron yang mengenai permukaan kristal. Bila sinar dilewatkan ke permukaan kristal, sebagian sinar tersebut akan terhamburkan dan sebagian lagi akan diteruskan ke lapisan berikutnya. Sinar yang dihamburkan akan berinterferensi secara konstruktif (menguatkan) dan destruktif (melemahkan).
Hamburan sinar yang berinterferensi inilah yang digunakan untuk analisis.Difraksi sinar X hanya akan terjadi pada sudut tertentu sehingga suatu zat akan mempunyai pola difraksi tertentu. Pengukuran kristalinitas relatif dapat dilakukan dengan
membandingkan jumlah tinggi puncak pada sudut-sudut tertentu dengan jumlah tinggi puncak pada sampel standar (Callister, 2009).
29
III. METODOLOGI PENELITIAN
