SINTESIS HIDROKSIAPATIT DARI CANGKANG
TELUR AYAM DALAM SKALA
MASSIVE
MENGGUNAKAN
METODE
SINGLE DROP
R. RORO DIANA RATNA
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis Hidroksiapatit dari Cangkang Telur Ayam dalam Skala Massive menggunkan Metode Single Drop adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut Pertanian Bogor.
ABSTRAK
R. RORO DIANA RATNA. Sintesis Hidroksiapatit dari Cangkang Telur Ayam dalam Skala Massive menggunakan Metode Single Drop. Dibimbing oleh
KIAGUS DAHLAN dan SETIA UTAMI DEWI.
Pada penelitian ini telah dilakukan sintesis hidroksiapatit (HA) dalam skala massive menggunakan metode single drop dari cangkang telur ayam dengan
sumber fosfat menggunakan (NH4)2HPO4. Pada metode single drop, dilakukan
variasi volume yaitu 100 ml, 400 ml, 500 ml, dan 600 ml. Fasa dan struktur kristal dikarakterisasi menggunakan XRD. Pada sampel yang disintesis dengan metode
single drop telah terbentuk fasa HA yang memiliki nilai parameter kisi yang
mendekati data JCPDS. Parameter kisi yang dihasilkan dari semua sampel HA mencapai nilai ketepatan lebih dari 99%. Pengaruh variasi volume pada sampel hidroksiapatit menunjukkan pengaruh yang tidak signifikan terhadap pembentukan fasa HA. Kandungan gugus fungsi HA dianalisis menggunakan FTIR. Gugus fungsi yang terdapat dalam sampel adalah OH-, PO43-, dan CO32-.
Gugus CO32- tidak termasuk gugus pembentuk HA. Gugus ini muncul pada
bilangan gelombang 1400-1460 cm-1 sesuai untuk gugus apatit karbonat tipe B (AKB). Pembentukan AKB ini dapat disebabkan adanya penggantian gugus PO4
3-oleh gugus CO32- pada suhu rendah saat presipitasi. Pembuatan HA dalam skala massive dapat dilakukan pada volume 600 ml yang mempunyai fasa yang sama
dengan volume 100 ml yaitu fasa HA.
Kata kunci: Hidroksiapatit, cangkang telur ayam, single drop, volume
ABSTRACT
R. RORO DIANA RATNA. Synthesis and Characterization of Hydroxyapatite from Eggshells in a Massive Scale by Single Drop Method. Supervised by KIAGUS DAHLAN and SETIA UTAMI DEWI.
This research was focused on the synthesis of hydroxyapatite (HA) in a massive scale using single drop method from eggshells and (NH4)2HPO4. Volume
in single drop method was varied into 100 ml, 400 ml, 500 ml and 600 ml. The phase and crystaline structure of sample were characterized using XRD. Sample synthesized by single drop method formed hydroxyapatite phase with lattice parameter’s value close to JCPDS data with accuracy of more than 99%. Volume variation had no significant influence on the formation of hydroxyapatite phase. The content of hydroxyapatite functional groups were analyzed using FTIR and the functional groups observed in the sample were OH- , PO43-, and CO32-. CO3
2-were not member of HA forming groups. These groups appeared in the range of wave length of 1400-1460 cm-1. Therefore they were included into carbonate-apatite type B (CAB). CAB formation it self was caused by replacement of PO4
3-group by CO32- group while at low presipitation temperature. Massive production
of HA can be conducted in volume of 600 ml which has the same phase as volume of 100 ml.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada
Departemen Fisika
SINTESIS HIDROKSIAPATIT DARI CANGKANG
TELUR AYAM DALAM SKALA
MASSIVE
MENGGUNAKAN
METODE
SINGLE DROP
RADEN RORO DIANA RATNA
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
Judul Skripsi : Sintesis Hidroksiapatit dari Cangkang Telur Ayam dalam Skala
Massive menggunakan Metode Single Drop
Nama : R. Roro Diana Ratna NIM : G74100040
Disetujui oleh
Dr. Kiagus Dahlan Pembimbing I
Setia Utami Dewi. MSi Pembimbing II
Diketahui oleh
PRAKATA
Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyusun usulan penelitian ini. Solawat dan salam semoga selalu tercurah kepada Nabi Muhammad SAW.
Terima kasih kepada Dr. Kiagus Dahlan selaku dosen pembimbing atas kesediaan waktunya untuk berdiskusi dan memberikan masukan kepada penulis dalam penyusunan usulan penelitian ini. Terimakasih kepada mamah dan papah yang selalu mendoakan dan memberi dukungan kepada penulis di setiap rutinitasnya. Terima kasih kepada sahabat dan teman-teman fisika 47, 48 yang selalu memberi semangat dan motivasi kepada penulis. Terima kasih kepada kakak, adik tercinta dan teman-teman Rr. Eka Ratna, R. Aryo Bimo, Muhammad Kasasi, Eni Septi W, Jellyta Hati, Hanna Afida, Kak Ais, Lia Nur Afifah, Tiara, Helda, Mila, Dini, Handra, Iteh dan Sugandi yang selalu memberikan semangat kepada penulis. Penulis menyadari bahwa tulisan ini masih banyak kekurangannya, untuk itu kritik dan saran sangat penulis harapkan demi perbaikan tulisan selanjutnya. Penulis berharap semoga usulan penelitian ini dapat bermanfaat.
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL viii
DAFTAR GAMBAR viii
DAFTAR LAMPIRAN viii
PENDAHULUAN 1
Latar Belakang 1
Perumusan Masalah 2
Tujuan Penelitian 3
Manfaat Penelitian 3
Ruang Lingkup Penelitian 3
METODE 3
Tempat dan Waktu Penelitian 3
Alat dan Bahan 3
Prosedur Analisis Data 4
Persiapan Sampel 4
Sintesis Hidroksiapatit 4
Karakterisasi X-Ray Difraction (XRD) 4
Karakterisasi SpectroscopyFourier TransformInfra Red (FTIR) 5
HASIL DAN PEMBAHASAN 5
Persiapan Sampel 5
Hasil Sintesis Hidroksiapatit 5
Karakterisasi XRD Sampel Hidroksiapatit 6
Karakterisasi FTIR Sampel Hidroksiapatit 10
SIMPULAN DAN SARAN 12
Simpulan 12
Saran 12
DAFTAR TABEL
1 Efisiensi penggunaan senyawa kalsium dari cangkang telur ayam dan
(NH2)HPO4 pada sintesis HA 6
2 Puncak tertinggi sampel HA 8
3 Parameter kisi dan presentasi ketepatan sampel HA 9
4 Ukuran kristal sampel HA 9
DAFTAR GAMBAR
1 Pola XRD sampel 100 ml 6
2 Pola XRD sampel HA 400 ml (a) pengulangan 1 (b) pengulangan 2 7 3 Pola XRD sampel HA 500 ml (a) pengulangan 1 (b) pengulangan 2 7 4 Pola XRD sampel HA 600 ml (a) pengulangan 1 (b) pengulangan 2 8 5 Spektra FTIR sampel HA berpori dari kulit kerang 10 6 Spekra FTIR HA 100 ml, 400 ml, 500 ml dan 600 ml 11
DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram alir penelitian 14
2 Perhitungan massa komponen pada sintesis kalsium fosfat 15
3 Keterangan sintesis HA 16
4 Database JCPDS fasa HA 17
5 Database JCPDS fasa AKB 18
6 Hasil pengolahan data sampel HA 100 m 19
7 Hasil pengolahan data sampel HA 400 ml pengulangan 1 dan 2 20 8 Hasil pengolahan data sampel HA 500 ml pengulangan 1 dan 2 22 9 Hasil pengolahan data sampel HA 600 ml pengulangan 1 dan 2 24
10 Perhitungan parameter kisi untuk sampel HA 26
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Tulang adalah bagian utama penyusun tubuh. Tulang mempunyai fungsi utama, diantaranya sebagai pelindung bagi organ-organ vital, menyimpan mineral, dan sebagai pabrik untuk memproduksi darah dan elemen lainnya yang serupa. Tulang terdiri dari 30% material organik dan 70 % material non organik. Mineral yang menyusun tulang menentukan kekerasan atau kekakuan dari tulang dan menentukan sifat mekanis dari tulang tersebut.1 Pertumbuhan tulang memerlukan
banyak mineral terutama kalsium. Kalsium dapat diperoleh secara alami ataupun sintesis. Secara alami, kalsium dapat diperoleh melalui makanan dan susu sedangkan secara sintesis dapat diperoleh dari suplemen.2
Kerusakan pada tulang akan mengganggu fungsi tubuh karena tulang sebagai komponen yang sangat penting dalam tubuh manusia. Salah satu kerusakan tulang yang paling sering terjadi adalah fraktur (retak atau patah) pada tulang.3 Fraktur tulang umumnya disebabkan oleh kecelakaan. Kecelakaan dapat terjadi dimana saja dan kapan saja. Setiap tahunnya, tingkat kecelakaan yang menyebabkan fraktur tulang meningkat seiring meningkatnya kegiatan manusia oleh karena itu di butuhkan material yang dapat diproduksi secara banyak (massive) dan mempunyai struktur yang sama dengan tulang. Material yang
cocok dengan pengganti tulang yang umum digunakan adalah autograf (penggantian tulang manusia dengan tulang yang berasal tulang yang lain dalam satu individu), xenograf (penggantian tulang manusia dengan tulang yang berasal
dari hewan), exogenus (penggantian atau implantasi dengan bahan sintetik atau
biasa disebut dengan biomaterial) dan berbagai macam material sintetik lainnya seperti polimer, material logam, komposit dan biokeramik.4 Kerusakan pada
tulang dapat diatasi dengan membuat suatu biomaterial yang cocok dengan kondisi fisiologis tubuh.
Biomaterial yang biasa digunakan dalam menunjang proses persembuhan tulang adalah keramik seperti HA, trikalsium fosfat dam bahan polimer seperti kitosan. Sifat yang dimiliki oleh setiap biomaterial memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing.5 Pada saat ini, sudah banyak sekali penelitian yang mengkaji bagaimana membuat suatu biomaterial yang cocok untuk implan tulang yang bersifat biokompatibel, bioaktif dan dapat menstimulasi pertumbuhan dan pembentukan tulang. Salah satu biomaterial yang dapat digunakan adalah hidroksiapatit. HA merupakan anggota kelompok mineral apatit dengan rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2. HA termasuk ke dalam material non organik di mana
komposisi kimianya menyerupai komposisi tulang. Bentuk awal dari HA ini adalah kalsium apatit dengan formula Ca5(PO4)3(OH), tetapi lazimnya ditulis
Ca10(PO4)6(OH)2 untuk menunjukkan sel unit hablurnya mengandung dua
molekul.6 Struktur kristal HA adalah hexagonal dengan dimensi sel a = 9.423 Å dan c = 6.875 Å. Kristal apatit banyak mengandung gugus karbon dalam bentuk karbonat. Pada struktur HA, karbonat dapat menggantikan ion OH- membentuk kristal apatit karbonat tipe A, dan bila menggantikan ion PO43-membentuk kristal
2
membentuk apatit karbonat tipe B. sedangkan apatit yang dipresipitasi dari reaksi pada temperatur tinggi akan menghasilkan apatit karbonat tipe A.7
HA merupakan salah satu senyawa kalsium fosfat dan termasuk kedalam kelompok mineral apatit yang saat ini menjadi kebutuhan yang mendasar bagi rekonstruksi tulang yang patah atau retak.8, 9 HA mempunyai sifat biokompatibel, bioaktif, dan dapat menstimilasi pertumbuhan dan pembentukan tulang. HA dikatakan biokompatibel karena dapat menyesuaikan dengan kecocokan tubuh penerima dan dikatakan bioaktif karena dapat menyatu dengan tulang manusia. HA juga dapat digunakan pada pelapisan logam dan pelapisan tulang buatan yang dimasukan kedalam tubuh manusia. HA digunakan sebagai pelapis logam untuk meningkatkan kemampuan mengikat tulang, meningkatkan sifat biokompatibel dan mengurangi sifat beracun oleh implan terhadap mahluk hidup.10 HA digunakan sebagai pelapis tulang buatan akan memberikan sifat keras pada jaringan tulang.11 Pembuatan HA dapat dilakukan menggunakan sumber-sumber
kalsium alami dan sintetik. Sumber kalsium alami yang sudah berhasil digunakan untuk sintesis HA adalah kalsium dari cangkang telur ayam.12 Cangkang telur ayam merupakan salah satu sumber kalsium karbonat yang paling besar dengan kadar yang mencapai 95%. Tingginya kandungan kalsium karbonat yang terkandung dalam cangkang telur ayam, sehingga cangkang telur ayam dapat dimanfaatkan dalam pembuatan HA.13
Ada beberapa metode dalam pembuatan serbuk HA, yaitu dengan reaksi pada kondisi padat, metode larutan cair dan matode aerosol.14 Pembuatan HA dengan reaksi cair adalah dengan presipitasi menggunakan metode single drop
dan, west drop.
Pada saat ini, pembuatan HA hanya terbatas untuk keperluan penelitian saja. Pembuatan HA dengan jumlah yang relatif sedikit, tidak bisa diterapkan dalam dunia medis sehingga tulang yang retak atau patah masih menggunakan material yang tidak dapat diterima oleh tubuh dan tidak dapat terdegradasi dalam tubuh sehingga diperlukan obat agar tubuh dapat menerimanya dan material tersebut harus diambil kembali setelah fasa penyembuhan.
Dalam penelitian ini pembuatan HA menggunakan sumber alami cangkang telur ayam dengan metode single drop dilakukan secara massive.
Pembuatan HA dengan skala massive ini diharapkan dapat membuat HA yang
akan menghasilkan fasa dan struktur yang sama dengan HA yang dihasilkan pada voleme 100 ml dengan metode dan waktu stirring yang sama, sehingga dapat
menghemat waktu dalam proses pembuatannya. Pada metode single drop, larutan
cangkang telur ayam dan fosfat dicampurkan secara langsung.
Perumusan Masalah
1. Bagaimana fasa dan struktur kristal HA yang terbentuk dalam skala
massive menggunakan metode single drop dengan berbagai variasi
volume.
2. Bagaimana pengaruh volume pada proses single drop terhadap fasa dan
3 Tujuan Penelitian
1. Mensintesis HA dalam skala massive menggunakan metode single drop
dengan variasi volume dan waktu yang relatif singkat.
2. Mempelajari pengaruh volume pada proses single drop terhadap fasa dan
strukutur kristal dari HA yang dihasilkan.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini bermanfaat untuk menyintesis HA dalam skala massive
sebagai material pengganti tulang manusia. Sintesis HA ini memanfaatkan limbah rumah tangga berupa cangkang telur ayam, sehingga biaya proses sintesis menjadi murah dan diharapkan dapat dihasilkan material pengganti tulang yang berdaya saing tinggi dengan material komersial yang ada.
Ruang Lingkup Penelitian
Ruang lingkup penelitian ini adalah bidang biomaterial yang merupakan aplikasi dari konsep-konsep fisika dan ilmu material yang dapat diterapkan pada bidang kesehatan. Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Biofisika Material dengan menggunakan bahan-bahan alami dan beberapa senyawa kimia sehingga dihasilkan HA.
METODE
Tempat dan Waktu Penelitian
Presipitasi sampel dilakukan di Laboratorium Biofisika Material, Departemen Fisika, Fakultas Matematikan dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Karakterisasi XRD dan FTIR dilakukan di Laboratorium Analisis Bahan, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini terdiri atas botol sampel, cawan, gelas piala, labu takar, sudip, kertas saring, aluminium foil, magnetik stirrer, hot plate, furnace dan neraca digital. Bahan yang digunakan terdiri atas cangkang
4
Prosedur Analisis Data Persiapan Sampel
Persiapan sampel dimulai dengan membersihkan cangkang telur dari kotoran dan membran yang menempel pada cangkang telur ayam dengan menggunakan air. Setelah cangkang benar-benar bersih dari membran dan kotoran, kemudian cangkang dikeringkan diudara terbuka selama 24 jam. Cangkang telur ayam yang telah kering dikalsinasi pada suhu 1000 ˚C dengan waktu penahanan selama 5 jam. Kalsinasi ini dimaksudkan untuk menghilangkan karbonat yang merupakan zat pengganggu dalam proses kristalisasi HA.15
Sintesis Hidroksiapatit
Sintesis hidroksiapatit pada penelitian ini menggunakan metode presipitasi, yaitu berupa single drop. Pada metode single drop, cangkang telur ayam yang
telah dikalsinasi dilarutkan ke dalan aquades. Kemudian ditambahkan larutan (NH4)2HPO4 yang sudah dilarutkan ke dalam aquades. Massa cangkang telur
ayam dan massa (NH4)2HPO4 yang dilarutkan ditentukan berdasarkan hasil
perhitungan stokiometri sehingga menghasilkan rasio Ca/P sebersar 1.67 dengan konsentrasi 0.5 M untuk cangkang telur ayam dan 0.3 M untuk (NH4)2HPO4.
Presipitasi dengan menggunakan metode single drop dengan variasi
volume 100 ml, 400ml, 500 ml dan 600 ml dilakukan dengan mencampur larutan cangkang telur dan larutan (NH4)2HPO4 sekaligus, kemudian dilakukan proses
homogenisasi dengan waktu stirring selama 3 jam dengan kecepatan stiring 500
rpm. Setelah larutan menjadi homogen, larutan kemudian diendapkan selama 24 jam pada suhu ruang. Sampel hasil presipitasi tersebut kemudian disaring dengan menggunakan kertas saring dan pompa vacuum agar mempercepat proses
penyaringan. Setelah proses penyaringan, sampel kemudian di keringkan pada suhu 110 ˚C selama 5 jam dan dilanjutkan proses sintering pada suhu 900 ˚C dengan waktu penahan 5 jam. Timbang massa sampel setelah sintering, kemudian karakterisasi menggunakan XRD dan FTIR.
Karakterisasi X-Ray Difraction (XRD)
Uji karakteristik hidroksiapatit menggunakan XRD GBC EMMA. Difraktometer sinar-X menggunakan prinsip difraksi untuk mengetahui struktur kristal, fasa, dan derajat kristalinitas, dapat digunakan untuk mengetahui kualitas suatu bahan, serta dapat mengetahui jenis unsur dan senyawa yang terkandung dalam material secara kualitatif. Prinsip ini berdasarkan ketika sinar-x ditembakan pada material sehingga terjadi interaksi antara elektron dalam atom. Ketika foton sinar-x bertumbukan dengan elektron, beberapa foton hasil tumbukan akan mengalami pembelokan dari arah datang awal. Jika panjang hamburan tidak berubah (foton sinar-x tidak kehilangan banyak energi) dinamakan hamburan elastik (hamburan foton).
5 diatur, sehingga akan didapatkan grafik hubungan antara sudut dan intensitas sinar X.17
Karakterisasi Spectroscopy Fourier Transform Infra Red (FTIR)
Karakterisasi FTIR menggunakan FTIR ABB MB300. Karakterisasi FTIR dilakukan untuk mengetahui kandungan gugus kompleks dan mengidentifikasi molekul dalam sampel hidroksiapatit dengan menggunakan spektroskopi inframerah.10 Prinsip kerja dari FTIR adalah radiasi inframerah dilewatkan terhadap sampel. Radiasi tersebut sebagian akan diserap oleh sampel dan sebagian lagi akan diteruskan oleh sampel sehingga dapat mengidentifikasi kandungan gugus kompleks dalam senyawa hidroksiapatit, tetapi tidak bisa menentukan unsur-unsur penyusunnya. Pada 1 mg sampel dicampur dengan 100 mg KBr, dibuat pelet kemudian diukur dengan spektrum FTIR dengan skala bilangan gelombang 4000-400 cm-1.18
HASIL DAN PEMBAHASAN
Persiapan Sampel
Serbuk cangkang telur diperoleh dari hasil kalsinasi cangkang telur pada suhu 1000°C selama 5 jam. Kalsinasi dilakukan untuk mengubah CaCO3 yang ada
pada telur ayam menjadi CaO. Reaksi pembentukan CaO melalui poses kalsinasi dapat dilihat pada persamaan :
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)
Hasil Sintesis Hidroksiapatit
Sintesis HA diperoleh dengan mereaksikan CaO dan (NH4)2HPO4, dengan
perbandingan konsentrasi sebesar 1.67 dengan konsentrasi 0.5 M untuk cangkang telur ayam dan 0.3 M untuk (NH4)2HPO4. Sintesis HA menggunakan metode
presipitasi single drop. Penggunaan metode presipitasi ini memudahkan untuk
menghasilkan serbuk putih halus dalam jumlah massive. Massa HA dan nilai
efisiensi untuk setiap ulangan sampel HA dapat dilihat pada Tabel 1. Dari Tabel 1, dapat dilihat bahwa massa hasil yang diperoleh dari proses sintering lebih kecil
dari massa awal yang digunakan. Pengurangan massa hasil sampel ini dikarenakan hilangnya uap air dan hasil sampingan berupa amonia seiring dengan kenaikan suhu sintering. Data ini dapat menginformasikan bahwa nilai efisiensi dalam
6
Tabel 1 Efisiensi penggunaan senyawa kalsium dari cangkang telur ayam dan (NH2)HPO4 pada sintesis HA dengan masing-masing sebanyak dua kali pengulangan dengan sumber kalsium cangkang telur ayam dengan metode presipitasi single drop.
Hasil sampel XRD pada Gambar 1, Gambar 2, Gambar 3 dan Gambar 4 memperlihatkan bahwa masing-masing sampel didominasi fasa HA. Identifikasi fasa tersebut mengacu pada data JCPDS dengan nomor 09-0432 (Lampiran 4) untuk material HA. Pada sampel ini juga terdapat senyawa apatit karbonat tipe B (AKB) (Lampiran 5). Puncak tertinggi pada sampel HA dapat dilihat dari Tabel 2.
Gambar 1 Pola XRD sampel 100 ml
7
Gambar 2 Pola XRD sampel HA 400 ml (a) pengulangan 1 (b) pengulangan 2
8
Gambar 4 Pola XRD sampel HA 600 ml (a)pengulangan 1 (b)pengulangan 2
Tabel 2 Puncak tertinggi sampel HA
Gambar Pengulangan 2θ pada I tertinggi (°) Identifikasi
9 32.196° dan 32.902°. Pada sampel ini juga terdapat puncak AKB yaitu pada sampel 100 ml, 400 ml untuk pengulangan pertama dan kedua, 500 ml untuk pengulangan pertama dan kedua dan 600 ml untuk pengulangan pertama dan kedua. Puncak AKB ini tidak terlalu tinggi dibandingkan dengan puncak HA.
Adanya apatit karbonat tipe A (AKA) dapat terjadi karena ion karbonat (CO32-) menggantikan ion OH- dan adanya apatit karbonat tipe B (AKB) pada
sampel, terjadi karena ion karbonat (CO32-) menggantikan ion PO43-. Pada
seluruh sampel terdapat satu puncak AKB. Hal ini dapat terjadi karena pada proses presipitasi dilakukan pada temperatur rendah, sedangkan AKA terjadi jika presipitasi dilakukan pada temperatur yang tinggi.
Pada sampel HA menggunakan metode presipitasi single drop pada variasi
volume 400 ml, 500 ml dan 600 ml tidak terdapat perbedaan yang signifikan dikarenakan semua sampel menunjukan fasa HA. Hal ini dapat dibuktikan dengan mencocokan pada data JCPDS nomor 09-0432.
Tabel 3 Parameter Kisi dan Presentasi Ketepatan Sampel HA
Sampel Ulangan
Secara keseluruhan, sampel HA dengan metode presipitasi single drop
telah menunjukan parameter kisi diatas 99%. Pada sampel 400 ml, 500 ml dan 600 ml mempunyai parameter kisi yang mendekati data JCPDS. Parameter kisi untuk fasa HA pada data JCPDS adalah a = b = 9.416Å dan c = 6.884 Å.
Ukuran kristal dihitung menggunakan persamaan Scherrer (Lampiran 11). Ukuran kristal berbanding terbalik dengan nilai FWHM. Nilai FWHM yang semakin kecil menunjukkan ukuran kristal yang semakin besar. Ukuran kristal bidang (002) dapat dilihat pada Tabel 4. Pada Tabel 4 terlihat bahwa ukuran kristal yang paling besar adalah pada volume 400 ml pada pengulangan kedua yaitu 41.96 nm.
Tabel 4 Ukuran Kristal Sampel HA
10
Penelitian mengenai hidroksiapatit telah dilakukan oleh Saryati, Sulistiyoso G, Ari Handayani, Supardi, Puji U, Bambang S pada tahun 2012. Pada penelitian ini dilakukan sintesis dan karakterisasi hidroksiapatit berpori dari kulit kerang dengan metode basah dengan jalan reaksi pengendapan dalam reaktor kimia. Pada metode ini, kulit kerang diubah menjadi CaO kemudian direaksikan dengan diamoniumfosfat ((NH4)2HPO4) dan endapannya dikalsinasi sehingga
terbentuk HA dimana kitosan digunakan sebagai porogen. Hasil karakterisasi FTIR dengan metode ini dapat dilihat pada Gambar 5. Pada Gambar 5 terlihat bahwa sampel yang berasal dari kulit kerang ini memiliki fasa HA sehingga dapat disimpulkan bahwa sintesis HA dapat dilakukan dengan berbagai metode yaitu salah satu nya dengan metode basah dengan jalan reaksi pengendapan dalam reaktor kimia dan metode presipitasi single drop . Pada metode presipitasi single drop, semua sampel sudah memiliki fasa HA sama seperti pada metode basah
dengan jalan reaksi pengendapan dalam reaktor kimia. Tetapi dengan metode presipitasi single drop, HA yang dihasilkan lebih banyak dan metode ini lebih
sederhana dibandingkan dengan metode basah dengan jalan reaksi pengendapan dalam reaktor kimia, walaupun pada metode presipitasi single drop ini masih
terdapat ion karbonat. Adanya ion karbonat ini tidak membahayakan tubuh karena senyawa ini sering digunakan dalam bidang farmasi sehingga HA yang dihasilkan dengan pada metode presipitasi single drop dapat diaplikasikan dalam menunjang
proses persembuhan tulang.
``
Gambar 5 Spektra FTIR sampel HA berpori dari kulit kerang
Karakterisasi FTIR Sampel Hidroksiapatit
Pola FTIR untuk sampel HA dalam skala massive dapat dilihat dari
Gambar 6 Spektra FTIR sampel HA 100 ml, 400 ml, 500 ml dan 600 ml. Karakterisasi FTIR digunakan untuk mengidentifikasi gugus kompleks pada sampel. HA dapat terdeteksi dengan adanya gugus OH- dan PO43-. Pada Gambar 6,
11
Pada Gambar 6 terlihat bahwa semua sampel HA memiliki gugus fungsi OH-, PO43-, dan CO32-. Gugus OH- yang teridentifikasi menunjukkan bahwa pada
sampel tesebut masih mengandung H2O. Struktur karbonat (CO32-) dalam HA
dapat menempati dua posisi yaitu AKA dan AKB. Pada AKA (apatit karbonat tipe A) karbonat menggantikan OH-, hal ini dapat terjadi pada suhu tinggi saat presipitasi dan pada AKB (apatit karbonat tipe B) karbonat menggantikan PO43-,
hal ini dapat terjadi pada suhu rendah saat presipitasi.
Karbonat yang terdapat pada sampel berada pada bilangan 1400-1460 cm -1 sehingga dapat diindikasikan sebagai AKB. Karbonat tersebut tidak terdeteksi
pada karakterisasi XRD karena kadarnya sangat kecil, namun dengan karakterisasi FTIR ini kadar senyawa yang sangat kecil pun dapat terdeteksi.
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Sintesis HA dari cangkang telur ayam dalam skala massive berhasil dibuat
dengan metode single drop pada volume 600 ml dalam waktu relatif singkat, yaitu
selama 2 hari sebagaimana pada pembuatan HA 100 ml. Pengaruh variasi volume
dalam skala massive pada pembuatan HA tidak berpangaruh scara signifikan. Hal
ini dapat dibuktikan dengan ketepatan parameter kisi untuk semua sampel 99%. Pada sampel 400 ml, 500 ml dan 600 ml sudah menunjukan fasa HA tetapi masih terdapat senyawa AKB. Hal ini dapat terjadi karena ion karbonat menggantikan ion PO43 pada suhu rendah saat presipitasi.
Saran
Pada penelitian selanjutnya dapat dilakukan sintesis HA dalam skala
massive dengan volume diatas 600 ml. Sintesis HA dapat dilakukan dengan
metode yang berbeda agar mengurangi kandungan CO32- yang terdapat dalam
sampel.
DAFTAR PUSTAKA
1. Agnieszka S, Zygmunt K, Zbigniew W. Preparation of Hidroxyapatite from Animals Bones. Acta of Bioengineering and Biomechanics. 2009; 11:4.
2. Zulti F. Spektroskopi Inframerah. Serapan Atomik. Serapan Sinar Tampak dan Ultraviolet Hidroksiapatit dari Cangkang Telur [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Institut Pertanian Bogor. 2008. 3. Shi D. Introduction to Biomaterial. Worid Scientific Publishing Co. Pte. Ltd:
Singapore. 2006.
4. Ahmiatri S, Soejoko DS. Pengaruh Ion Karbonat dalam Proses Presipitasi Senyawa Kalsium Fosfat. Makara Sains. 2002; 6:2.
5. Dwi K. Dinamika Sel Darah Putih pada Domba Lokal yang diimplantasi Material Tulang Hidroksiapatit-Tricalsium Fosfat (HA-TKF) dan Hidroksiapatit Kitosan (HA-Kitosan) [skipsi]. Bogor: Fakultas Kedokteran Hewan. Institut Pertanian Bogor. 2011.
6. Irwan S. Penyediaan Serbuk Hidroksiapatit Melalui Kaedan Pemendakan [skripsi]. Malaysia: Fakulti Kejuruteraan Mekanikal. Universiti Teknikal Malaysia Melaka. 2008.
7. Qori H. Sintesa Hidroksiapatit dengan Memanfaatkan Limbah Cangkang Telur: Karakterisasi Difraksi Sinar-X dan Scaning Electron Microscopy (SEM) [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Institut Pertanian Bogor. 2008.
13 9. Cheng K, Shen G, Weng W, Han G, Ferreira, Yang J. Synthesis of Hodroxyapatite/ Fluoroapatite Solid Solution by a Sol-gel Method. Materials Letter. 2001; 51: 37-41.
10. Sarbjit K, Niraj B, Charu K. Preparatiom and Deposition of Hidroxyapatite on Biomaterials by Sol-Gel. Technique- A Review. Chemistry Review. 2013;
1:2.
11. Fitriyani P. Pemanfaatan Cangkang Telur Ayam Untuk Sintesis Hidroksiapatit dengan Reaksi Kering [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Institut Pertanian Bogor. 2008.
12. Dahlan K. Potensi Kerang Ranga sebagai Sumber Kalsium dalam Sintesis Biomaterial Substitusi Tulang. Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung. 2013.
13. Mahreni. Endang S, Saeful S, Willyam C. Pembuatan Hidroksiapatit dari Kulit Telur. Prosiding Seminar Teknik Kimia Kejuangan. 2012.
14. Dzulfikar A, Canggih Y. Sintesis Hidroxyapatite NanoPartikel Menggunakan Metode Flame Spray Pyrolysis dengan Penambahan Urea Sebagai Aditif [skripsi]. Surabaya: Teknik Kimia. Institut Teknologi Surabaya. 2012. 15. Dahlan KA, Prasetyanti F, Sari YW. Sintesis hidroksiapatit dari cangkang
menggunakan dry method. Jurnal Biofisika. 2009; 5(2):71-78.
16. Ajeng A. Metode Single Drop Pada Pembuataan Hidroksiapatit Berbasis Cangkang Telur[skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Institut Pertanian Bogor. 2012.
17. Menik S. Karakterisasi Cangkang Kerang Menggunakan XRD dan X-Ray Phisics Basic Unit. Jurnal Neutrino. 2010; 3:1.
14
Lampiran 1 Diagram Alir Penelitian
Mulai
Persiapan alat dan bahan
Siap?
Kalsinasi cangkang telur ayam
Penulisan laporan
FTIR XRD
Karakterisasi Sintering Penyaringan
Presipitasi menggunakan metode single drop
Serbuk putih
Serbuk
Analisi
Hasil
15 Lampiran 2 Perhitungan massa komponen pada sintesis kalsium fosfat
Perhitungan massa senyawa kalsium dan (NH2)HPO4 berdasarkan rumus di
bawah ini:
m = MxBMxV
Dimana: m adalah massa zat terlarut (gram)
M adalah konsentrasi larutan (Molar = mol/Liter) BM adalah bobot molekul (gram/mol)
V adalah volume larutan (Liter)
Kalsium (Ca) yang terkandung dalam hasil kalsinasi cangkang telur sebesar 70.86% (b/b) maka perhitungan massa hasil kalsinasi cangkang telur yang digunakan dalam sintesis adalah
mc = mca x
Dimana: mc adalah massa hasil kalsinasi cangkang telur (gram)
mCa adalah massa kalsium yang diperoleh dari perhitungan
16
Lampiran 3 Keterangan sintesis HA
(a) (b) (c)
(d) (e) (f)
(g) (h) (i)
(a) Preparasi cangkang telur (b) Kalsinasi cangkang telur (c) Serbuk hasil kalsinasi
(d) Sintesis Ha dengan metode single drop
(e) Aging
(f) Penyaringan (g) Sintering
17
18
19 Lampiran 6 Hasil Penolahan Data Sampel HA 100 ml
sampel HAP AKB FASE
2θ int int-f 2θ int %Δ2θ 2θ Int %Δ2θ
20
Lampiran 7 Hasil Penolahan Data Sampel HA 400 ml (a) Pengulangan 1
sampel HAP AKB FASE
2θ int int-f 2θ int %Δ2θ 2θ int %Δ2θ
21 (b) Pengulangan 2
sampel HAP AKB FASE
2θ int int-f 2θ int %Δ2θ 2θ int %Δ2θ
22
Lampiran 8 Hasil Penolahan Data Sampel HA 500 ml (a) Pengulangan
sampel HAP AKB FASE
2θ int int-f 2θ int %Δ2θ 2θ int %Δ2θ
21.86 32 8.9635854 21.819 10 99.81209 HA 22.84 26 7.2829132 22.902 10 99.72928 HA 25.92 136 38.095238 25.879 40 99.84157 25.726 25 99.245899 HA 28.08 25 7.0028011 28.126 12 99.83645 28.126 12 99.83645 HA 29.02 79 22.128852 28.966 18 99.81357 29.355 10 98.858797 HA 31.78 357 100.00000 31.773 100 99.97797 32.172 100 98.781549 HA 31.88 188 52.661064 31.773 100 99.66324 32.172 100 99.092378 HA 32.96 250 70.028011 32.902 60 99.82372 HA 34.1 149 41.736695 34.048 25 99.84727 34.168 10 99.800983 HA 35.48 32 8.9635854 35.48 6 100.0000 35.980 6 98.610339 HA 37.36 58 16.246499 35.980 6 96.164536 AKB
23 (b) Pengulangan 2
sampel HAP AKB FASE
2θ int int-f 2θ int %Δ2θ 2θ int %Δ2θ
21.78 30 7.24637681 21.819 10 99.821257 HA 22.9 35 8.45410628 22.902 10 99.991267 HA 25.9 137 33.0917874 25.879 40 99.918853 25.726 25 99.323641 HA 28.12 37 8.93719807 28.126 12 99.978667 28.126 2 99.978667 HA 29 64 15.4589372 28.966 18 99.882621 29.355 10 98.790666 HA 31.78 346 83.5748792 31.773 100 99.977969 32.172 100 98.781549 HA 32.22 220 53.1400966 32.196 60 99.925457 32.172 100 99.850802 HA 32.96 226 54.589372 32.902 60 99.823719 HA 34.1 122 29.468599 34.048 25 99.847274 34.168 10 99.800983 HA 37.38 61 14.7342995 35.48 6 94.64487 35.98 6 96.108949 AKB
24
Lampiran 9 Hasil Penolahan Data Sampel HA 600 ml (a) Pengolahan 1
sampel HAP AKB FASE
2θ int int-f 2θ int %Δ2θ 2θ int %Δ2θ
25 (b) Pengulangan 2
sampel HAP AKB FASE
2θ int int-f 2θ int %Δ2θ 2θ int %Δ2θ
26
Lampiran 10 Perhitungan parameter kisi untuk sampel HA
Perhitungan parameter kisi kristal dihitung melalui metode Cohen dengan persamaan sebagai berikut:
Σ α sin2θ = C Σ α2 + B Σ αϒ+ A Σ αδ
Σ ϒ sin2θ = C Σ αϒ+ B Σ ϒ2 + A Σ ϒδ
Σ β sin2θ = C Σ αδ + B Σ ϒδ + A Σ δ2
Dimana:
C =
α = (h2
+ hk + k2)
B =
ϒ = l2
A =
27 Lampiran 11 Perhitungan ukuran kristal sampel HA
D =
, k = 0.9 dan λ = 0.15406 nm Dimana,
D = ukuran kristal
k = konstanta untuk kristal
β = FWHM (Full Weight Half Mudulation)
λ = panjang gelombang sinar- X saat difraksi θ = sudut difraksi (rad)
Sampel Pengulangan (deg) 2θ (deg) θ cos θ (deg) β β(rad) β cos θ D(002) (nm)
100 25.94 12.97 0.97448 0.2161 0.0037697 0.0036735 37.74396866
400 1 25.94 12.97 0.97448 0.2115 0.0036895 0.0035953 38.56487767
2 25.92 12.96 0.97452 0.1894 0.003304 0.0032198 43.06302449
500 1 25.92 12.96 0.97452 0.1943 0.0033895 0.0033031 41.97702953
2 25.92 12.96 0.97452 0.205 0.0035761 0.003485 39.78603336
600 1 25.92 12.96 0.97452 0.2124 0.0037052 0.0036108 38.39989095
28
