SINTESIS HIDROKSIAPATIT BERBASIS CANGKANG
KERANG KEPAH (
Polymesoda erosa
) DENGAN METODE
PRESIPITASI
ARBAINAH
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 Berbasis Cangkang Kerang Kepah (Polymesoda erosa) dengan Metode Presipitasi adalah karya saya dengan arahan dari dosen 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
ARBAINAH. Sintesis Hidroksiapatit Berbasis Cangkang Kerang Kepah (Polymesoda erosa) dengan Metode Presipitasi. Dibimbing oleh KIAGUS DAHLAN.
Hidroksiapatit (HAp) adalah material sintetik yang dapat dijadikan implan ke dalam tubuh manusia. Sintesis HAp dilakukan dengan cara mereaksikan CaO dari cangkang kerang kepah dengan sumber fosfat (NH4)2HPO4 menggunakan metode presipitasi pada suhu sintering 900 oC selama 5 jam dan waktu kalsinasi selama 12 jam. Karakterisasi EDX menghasilkan output berupa grafik dan daftar unsur penyusun HAp. Setelah pengujian menggunakan AAS diketahui kadar kalsium cangkang kerang kepah sebesar 5% dari massa total. Berdasarkan hasil analisis XRD menunjukkan kemurnian dari sampel HAp sebesar 73%. Ketelitian parameter kisi a = b yaitu sebesar 99% dan parameter kisi c yaitu 99% serta persentase derajat kristalinitas sebesar 88%. Karakterisasi FTIR menghasilkan spektra serapan gugus PO43-, OH- dan CO32- yang merupakan penyusun dari HAp. Sementara uji SEM memperlihatkan morfologi dari sampel HAp.
Kata kunci: AAS, cangkang kerang kepah, hidroksiapatit, presipitasi, XRD.
ABSTRACT
ARBAINAH. Synthesis of Hydroxyapatite Based Mud Clam Shells (Polymesoda erosa) using Precipitation Method. Guided by KIAGUS DAHLAN.
Hydroxyapatite (HAp) is a synthetic material that can be implanted into the human body. Synthesis of HAp done by reacting CaO from mud clam and the phosphate source from (NH4)2HPO4 using precipitation method at sintering temperature 900 °C for 5 hours and calcination time for 12 hours. The output generated from EDX characterization are in the form of graphs and composite elements list of HAp powder. The percentage levels of calcium in mud clam shells from AAS testing is 5% of total mass. The XRD analysis results showed the purity of HAp is 73%. The accuracy of lattice parameters a = b is 99%, c lattice parameter is 99% and the percentage degree of crystallinity 88%. The FTIR characterization results shows absorption spectra from, PO43-, OH- and CO3 2-which are constituents of HAp. The SEM test shows the morphology of the HAp sample.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada
Departemen Fisika
SINTESIS HIDROKSIAPATIT BERBASIS CANGKANG
KERANG KEPAH (
Polymesda erosa
) DENGAN METODE
PRESIPITASI
ARBAINAH
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
PRAKATA
Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT atas segala rahmat dan karunia-Nya, sehingga penelitian yang dilaksanakan sejak September
2014 berjudul “Sintesis Hidroksiapatit Berbasis Cangkang Kerang Kepah
(Polymesoda erosa) dengan Metode Presipitasi” ini dapat diselesaikan.
Penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada beberapa pihak yang telah membantu untuk menyelesaikan laporan hasil penelitian, diantaranya:
1. Ayahanda (alm.) dan Ibunda beserta saudaraku tercinta di Kintap, Kalimantan Selatan yang selalu memberikan do’a, nasehat dan semangat kepada penulis.
2. Bapak Kiagus Dahlan selaku pembimbing yang telah memberikan bimbingan, saran dan pengarahan kepada penulis.
3. Bapak Tony Sumaryada selaku editor dan penguji yang telah memberikan koreksi, saran dan kritikan dalam perbaikan penulisan.
4. Bapak Ardian Arif Setiawan selaku penguji yang memberikan saran dan kritikan dalam penyusunan skripsi.
5. Seluruh dosen pengajar dan staf di Departemen Fisika FMIPA IPB.
6. Kepada PT Arutmin Indonesia atas seluruh dukungan dan bantuannya melalui program Beasiswa Utusan Daerah (BUD).
7. Andri Hanryansyah yang selalu memberikan dukungan, nasehat dan bantuan kepada penulis.
8. Seluruh mahasiswa Fisika 48 atas kebersamaannya selama studi.
9. Semua pihak yang membantu penulis baik secara langsung maupun tidak langsung.
Demikian kata pengantar ini dibuat, semoga skripsi ini dapat bermanfaat. Penulis sangat menghargai semua saran dan kritik mengenai penulisan skripsi ini.
DAFTAR ISI
BAHAN DAN METODE PENELITIAN 5
Waktu dan Tempat 5
Alat 5
Bahan 5
Prosedur Penelitian 5
Preparasi dan Sterilisasi Cangkang Kerang Kepah 5
Kalsinasi Cangkang Kerang Kepah 6
Preparasi Bahan 6
Sintesis HAp dengan Metode Presipitasi 6
Uji Analisis 6
HASIL DAN PEMBAHASAN 7
Hasil Kalsinasi Cangkang Kerang Kepah 7
Hasil Sintesis Serbuk Hidroksiapatit 8
Hasil Analisis dengan EDX 9
Hasil Analisis dengan AAS 10
Hasil Analisis dengan XRD 11
Hasil Analisis dengan Spektrofotometer FTIR 13
Hasil Analisis dengan SEM 14
DAFTAR TABEL
1 Kandungan unsur setelah kalsinasi pada cangkang kerang kepah, cangkang telur ayam ras dan cangkang telur ayam kampung dari uji
EDX 4
2 Efisiensi sampel CaO dengan sumber CaCO3 cangkang kerang kepah 8 3 Efisiensi sampel HAp dengan sumber CaO cangkang kerang kepah 9 4 Persentase massa unsur hasil uji analisis EDX 10
5 Hasil uji analisis AAS 10
6 Bilangan gelombang secara teoritis 14
DAFTAR GAMBAR
1 Cangkang kerang kepah 3
2 Grafik persentase luas wilayah Kecamatan, Kabupaten Tanah Laut
Tahun 2009 3
3 Struktur kristal hidroksiapatit 4
4 Serbuk CaO hasil kalsinasi 8
5 Pola difraksi XRD serbuk cangkang kerang kepah tanpa perlakuan
panas 11
6 Pola difraksi XRD hasil kalsinasi pada suhu 1000 oC selama 7 jam 11 7 Pola difraksi XRD hasil sintering pada suhu 900 oC selama 5 jam
dengan mengidentifikasi puncak tertinggi 12
DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram alir penelitian 21
2 Alat dan bahan yang digunakan selama penelitian 22 3 Database JCPDS (a) Kalsium karbonat (CaCO3) No. 01-0628, (b) 5 Menghitung parameter kisi dengan metode Cohen 26
6 Data hasil perhitungan parameter kisi 29
7 Daftar data puncak (kristalin + amorf) 30
8 Daftar data puncak kristalin 31
9 Perhitungan derajat kristalinitas 32
10 Pola difraksi XRD hasil perbandingan puncak tertinggi dari sampel 32 11 Hasil perbandingan puncak tertinggi XRD dari sampel 33
12 Persentase kemurnian sampel 33
13 Komposisi bahan untuk sintesis HAp 34
14 Formulasi rasio kalsium dan fosfat (Ca/P) 34
15 Menentukan puncak fasa total (kristalin dan amorf) dengan
menghilangkan background 35
16 Fitting puncak fasa total 35
17 Menentukan puncak fasa kristalin dengan menghilangkan
background amorf (kurva warna biru) 36
18 Smoothing fasa kristalin 36
19 Hasil smoothing fasa kristalin 37
20 Fitting puncak fasa kristal 37
21 Spektrum EDX komposit cangkang kerang kepah tanpa perlakuan 38 22 Spektrum EDX komposit hasil kalsinasi pada suhu 1000 oC selama 7
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Kebutuhan material pengganti struktur jaringan tulang yang hilang tanpa menimbulkan efek samping bagi tubuh manusia semakin meningkat. Material pengganti tulang manusia secara umum dapat diperoleh dari 4 sumber yaitu, autograft, allograft, xenograft dan exogenous. Autograft adalah material pengganti tulang suatu bagian tubuh yang berasal dari bagian tubuh lain namun masih dalam satu individu yang sama. Allograft adalah material pengganti tulang yang berasal dari tulang individu yang berbeda tapi masih dalam satu spesies yang sama. Xenograft adalah material pengganti tulang yang berasal dari tulang individu dan spesies yang berbeda. Exogenus adalah material pengganti atau implan yang berasal dari bahan sintetik atau biasa disebut dengan biomaterial. Autograft di dalam tubuh bersifat biokompatibel, yang artinya tidak menimbulkan reaksi penolakan dari dalam tubuh, hanya saja ketersediaannya terbatas dan diperlukan proses pembedahan. Sedangkan allograft dan xenograft memiliki beberapa kelemahan seperti, menimbulkan reaksi penolakan dari dalam tubuh, berpotensi menyebarkan penyakit dan ketersediaannya yang terbatas. Beberapa kelemahan dari material pengganti tulang memicu berkembangnya penelitian dibidang biomaterial, khususnya untuk menghasilkan exogenus yang mampu dijadikan sebagai solusi alternatif material pengganti tulang. Exogenus secara umum adalah implan tulang berbahan sintetik berupa HAp.1
Pembuatan HAp dapat dilakukan dengan beberapa metode, diantaranya metode basah dan metoda kering. Secara umum metode kering lebih unggul dibandingkan dengan metode basah, karena metode kering hanya melalui perlakuan temperatur tinggi tanpa dicampur dengan H2O, sehingga serbuk HAp yang dihasilkan lebih murni. Namun keunggulan dari metode basah adalah metode yang dilakukan lebih mudah dan hasil endapan yang didapat lebih banyak. Sumber fosfat yang digunakan dalam penelitian ini adalah (NH4)2HPO4 karena bersifat inert dan tidak perlu melakukan kontrol yang berlebih. 2
2
Perumusan Masalah
1. Apakah cangkang kerang kepah (Polymesoda erosa) dapat digunakan sebagai sumber kalsium pada sintesis hidroksiapatit?
2. Bagaimana morfologi hidroksiapatit yang dihasilkan dari limbah cangkang kerang kepah ?
Tujuan Penelitian
1. Mensintesis dan mengkarakterisasi HAp dari cangkang kerang kepah dengan metode basah (presipitasi).
2. Mempelajari metode sintesis HAp cangkang kerang kepah.
3. Mempelajari morfologi hasil sintesis HAp cangkang kerang kepah.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan mampu memberikan informasi mengenai manfaat dari limbah alam cangkang kerang kepah (Polymesoda erosa). Selain itu diharapkan penelitian ini mampu dijadikan sebagai referensi bagi para peneliti biomaterial yang ingin mengaplikasikan limbah alam cangkang kerang kepah lebih lanjut.
Hipotesis
Kandungan kalsium dalam cangkang kerang kepah dapat dimanfaatkan sebagai starting material untuk mensintesis hidroksiapatit dengan metode presipitasi.
TINJAUAN PUSTAKA
Kerang Kepah
3
Gambar 1 Cangkang kerang kepah
Desa Muara Kintap
Kabupaten Tanah Laut beribukotakan Pelaihari memiliki luas daerah 3631.35 km2 atau hanya 9.71% dari luas Provinsi Kalimantan Selatan. Kabupaten Tanah Laut mempunyai 11 Kecamatan, salah satunya adalah Kecamatan Kintap yang memiliki luas sekitar 537.00 km2. Gambar 2 menunjukkan grafik persentase luas wilayah Kecamatan, Kabupaten Tanah Laut tahun 2009.6
Desa Muara Kintap merupakan salah satu desa yang berada di Kecamatan Kintap. Banyaknya aktifitas pertambakan dan Pangkalan Pendaratan Ikan (PPI) menjadikan Desa Muara Kintap sebagai salah satu pusat kegiatan perikanan di Kecamatan Kintap. Selain itu kegiatan perekonomian Desa Muara Kintap juga didukung dengan adanya kawasan industri processing dan pasar tradisional.6
4
Hidroksiapatit
Hidroksiapatit (HAp) merupakan senyawa yang tersusun dari kalsium, fosfat, oksigen dan hidrogen. HAp merupakan anggota dari mineral apatit yang memiliki rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2. Struktur kristal dari HAp (Gambar 3) adalah heksagonal dengan diameter kisi a = b = 9.4225 Å dan c = 6.8850 Å.7 HAp merupakan biomaterial yang bersifat inert, sehingga bersifat biokompatibel.8
Pada proses sintesis HAp lainnya dengan mereaksikan serbuk cangkang kerang kepah dan penambahan (NH4)2HPO4 menghasilkan kristal HAp. Persentase kadar HAp tertinggi yaitu 71% melalui proses pengadukan dengan waktu pengadukan maksimum selama 90 menit.10
Kandungan utama cangkang kerang adalah senyawa kalsium. Kandungan unsur pada cangkang kerang kepah, cangkang telur ayam ras dan cangkang telur ayam kampung dapat dilihat pada Tabel 1.11
Gambar 3 Struktur kristal hidroksiapatit 9
Tabel 1 Kandungan unsur setelah kalsinasi pada cangkang kerang kepah,
cangkang telur ayam ras dan cangkang telur ayam kampung dari uji EDX 11
5
BAHAN DAN METODE PENELITIAN
Waktu dan Tempat
Penelitian ini dilaksanakan sejak bulan September 2014 sampai dengan Maret 2015 bertempat di Laboratorium Biofisika Material dan Laboratorium Analisis Bahan Departemen Fisika FMIPA IPB, Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan Kementrian Kehutanan, Badan Penelitian dan Pengembangan Pertanian Kementrian Pertanian dan Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi PUSPITEK.
Alat
Alat-alat yang digunakan adalah palu, crussible, furnace, mortar, neraca analitik, tabung erlenmeyer, magnetic stirrer, labu ukur, selang suntik, gelas piala, aluminium foil, kertas saring, vacuum pumps, burrete, gegep besi, Energy Dispersive X-ray (EDX), Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS), X-ray Diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectrophotometer (FTIR) dan Scanning Electron Microscopy (SEM).
Bahan
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah cangkang kerang kepah (Polymesoda erosa), diamonium hidrogen fosfat(NH4)2HPO4 dan aquades.
Prosedur Penelitian
Penelitian ini terdiri dari lima tahap. Tahap pertama yaitu preparasi dan sterilisasi cangkang kerang kepah. Tahap kedua adalah kalsinasi cangkang kerang kepah supaya didapatkan CaO. Tahap ketiga adalah preparasi bahan. Tahap keempat adalah sintesis HAp dengan metode presipitasi. Tahap kelima uji analisis EDX, AAS, XRD, FTIR dan SEM.
Preparasi dan Sterilisasi Cangkang Kerang Kepah
6
Aluminium foil diletakkan di atas neraca analitik, kemudian neraca analitik dikalibrasi. Serbuk CaO sebanyak 2.96 gram dan (NH4)2HPO4 sebanyak 3.96 gram ditimbang menggunakan neraca analitik dengan rasio Ca/P sebesar 1.67:1.
Sintesis HAp dengan Metode Presipitasi
HAp disintesis dengan menggunakan serbuk CaO dengan fosfat yang berasal dari diammonium hidrogen fosfat ((NH4)2HPO4). Serbuk CaO hasil kalsinasi dilarutkan dengan larutan aquades 100 mL ke dalam erlenmeyer untuk larutan pertama. (NH4)2HPO4 dilarutkan dengan larutan aquades 100 mL di dalam labu ukur untuk larutan kedua. Metode presipitasi dilakukan dengan cara meneteskan larutan kedua ke dalam larutan pertama dengan laju alir 8 ml/menit selama 2 jam 50 menit menggunakan burret dan diaduk dengan kecepatan 300 rpm menggunakan magnetic stirrer agar homogen. Selama proses presipitasi berlangsung, tutup permukaan erlenmeyer menggunakan aluminium foil. Hasil presipitasi kemudian diendapkan selama 18 jam pada suhu kamar. Hasil endapan tersebut selanjutnya disaring menggunakan vacuum pumps. Hasil penyaringan dimasukkan ke dalam crussible untuk dikeringkan pada suhu 110 oC selama 3 jam, dilanjutkan proses sintering pada suhu 900 oC selama 5 jam dengan laju kenaikan suhu 5 oC/menit dan didinginkan sampai suhu 50 oC pada 0 jam dengan laju penurunan suhu 5 oC/menit. Setelah itu, hasilnya digerus menggunakan mortar dan dikarakterisasi dengan menggunakan EDX, AAS, XRD, FTIR dan SEM.
Uji Analisis
Analisis EDX
Karakterisasi EDX bertujuan untuk melihat kandungan unsur-unsur pada sampel. EDX memungkinkan dilakukannya mikroanalisis secara kualitatif dan semi kuantitatif unsur-unsur mulai dari Litium (Li) sampai dengan Uranium (U). EDX yang digunakan adalah EVO® MA 10.12
Analisis AAS
7
Analisis XRD
Analisis XRD dilakukan untuk mengetahui fasa yang terkandung di dalam sampel. Sampel hasil sintering dimasukkan ke dalam holder yang berukuran (2x2) cm2 pada difraktometer. Hasil analisis dibandingkan dengan data Joint Commite on Powder Diffraction Standards (JCPDS). XRD yang digunakan adalah Shimadzu XRD 610 dengan target CuKα (λ = 1.54056 Å).14
Analisis FTIR
Sampel sebanyak 2 mg dicampur dengan 100 mg KBr dan dibuat pelet. Pelet dikarakterisasi menggunakan FTIR HITACHI 270-50 dengan rentang gelombang (400-4000) cm-1.15
Analisis SEM
Sampel dilapisi dengan unsur platina selama 55 detik, lalu dianalisis menggunakan SEM pada accelerated voltage sebesar 20 kV dengan perbesaran 50, 500, 1000, 5000, 10000 dan 20000 kali.16
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Kalsinasi Cangkang Kerang Kepah
Serbuk cangkang kerang kepah yang dihasilkan diperoleh dari hasil kalsinasi, adapun alat yang digunakan adalah furnace nabertherm dan di set pada suhu 1000 oC selama 7 jam. Hasil kalsinasi belum menghasilkan CaO tetapi masih berupa CaCO3. Kalsinasi dilanjutkan dengan menambahkan waktu kalsinasi menjadi 12 jam dengan suhu yang sama. Penambahan waktu kalsinasi menghasilkan serbuk kalsium oksida (CaO). CaCO3 merupakan senyawa penyusun terbanyak dalam serbuk cangkang kerang kepah. Senyawa CaCO3 kemudian meluruh menjadi CaO melalui penambahan waktu kalsinasi menjadi 12 jam. Peluruhan terjadi karena proses pembakaran dengan suhu tinggi, yang menyebabkan terlepasnya karbon. Serbuk CaO hasil kalsinasi ditunjukkan pada Gambar 4.
Reaksi peluruhan CaCO3 menjadi CaO dapat diilustrasikan dalam bentuk persamaan reaksi kimia berikut.17
8
Tabel 2 Efisiensi sampel CaO dengan sumber CaCO3 cangkang kerang kepah
Kode sampel CaCO Massa (gram) Efisiensi (%)
3 CaO
a 31.94 20.10 63
b 32.90 20.73 63
c 33.01 19.91 61
d 34.72 22.01 63
Rata-rata 33.14 20.68 63
Gambar 4 Serbuk CaO hasil kalsinasi
Hasil Sintesis Serbuk Hidroksiapatit
Serbuk CaO hasil kalsinasi selanjutnya disintesis dengan metode presipitasi wise drop yaitu dengan mencampurkan larutan CaO dan larutan (NH4)2HPO4 dengan perbandingan konsentrasi 1.67. Reaksi yang terjadi antara CaO dan (NH4)2HPO4 dapat diilustrasikan pada persamaan reaksi kimia berikut.10
9 Tabel 3 Efisiensi sampel HAp dengan sumber CaO cangkang kerang kepah
Kode sampel CaO Massa (gram) (NH Efisiensi (%) atom (%At) dari unsur-unsur penyusun HAp (Lampiran 21, 22, 23, 24 dan 25). 12
Hasil analisis EDX dari cangkang kerang kepah tanpa perlakuan mendeteksi adanya unsur karbon, oksigen, aluminium, silikon, kalsium, besi, kobal, rubidium, antimoni, fosfor, sulfur, natrium dan magnesium (Lampiran 21). Akan tetapi unsur kobal, fosfor, sulfur, natrium dan magnesium dapat diabaikan karena persentasenya kurang dari 1% massa total.
Hasil analisis EDX dari kalsinasi cangkang kerang selama 7 dan 10 jam mendeteksi adanya unsur karbon, oksigen, antimoni dan kalsium (lampiran 22 dan 23). Berdasarkan hasil analisis EDX tersebut, penambahan waktu kalsinasi harus dilakukan karena masih terdeteksinya unsur karbon. Oleh karena itu waktu kalsinasi ditambah menjadi 12 jam, dengan asumsi unsur karbon meluruh setelah melalui proses tersebut.
Hasil analisis EDX dari kalsinasi cangkang kerang selama 12 jam mendeteksi adanya unsur oksigen, antimoni dan kalsium. Sedangkan unsur karbon tidak terdeteksi. Hal ini sesuai dengan dugaan penambahan waktu kalsinasi menjadi 12 jam mampu menghilangkan unsur karbon (Lampiran 24).
Hasil analisis EDX dari proses sintering pada suhu 900 oC selama 5 jam bertujuan untuk mendeteksi unsur penyusun HAp seperti, oksigen, fosfor dan kalsium (Lampiran 25). Akan tetapi pada hasil analisis EDX ini, masih ditemukan unsur antimoni yang bersifat toksik (beracun). Kehadiran unsur antimoni diduga berasal dari beberapa faktor eksternal baik sebelum penelitian maupun selama penelitian. Pembahasan lebih detail mengenai keberadaan unsur antimoni pada cangkang kerang kepah dapat dijadikan sebagai topik penelitian selanjutnya. Berdasarkan studi pustaka HAp yang masih mengandung unsur antimoni perlu diberi perlakuan in vitro, untuk menguji apakah HAp layak dijadikan sebagai bahan sintetik implan tulang. Hasil identifikasi nilai rasio yang dihasilkan pada sintesis HAp memiliki rasio Ca/P 2.
10
Tabel 4 Persentase massa unsur hasil uji analisis EDX
Unsur tanpa perlakuan panas, cangkang kerang kepah tanpa perlakuan panas dan cangkang kerang kepah hasil sintering, masing-masing diperoleh persentase Ca yaitu 29%, 5% dan 5% (Tabel 5).
Berdasarkan hasil tersebut diketahui bahwa kandungan Ca terbanyak terdapat pada sampel cangkang telur ayam tanpa perlakuan. Kandungan Ca paling sedikit terdapat pada cangkang kerang kepah, dan kandungan Ca tidak berkurang setelah cangkang kerang kepah melalui proses sintering.
Tabel 5 Hasil uji analisis AAS
Nama Sampel AnalisisJenis Metode Hasil Satuan Persentase (%) Cangkang telur ayam
kepah tanpa perlakuan 4946.53 5
Cangkang kerang
11
Hasil Analisis dengan XRD
Cangkang Kerang Kepah tanpa Perlakuan
Hasil analisis pada serbuk cangkang kerang kepah tanpa perlakuan seperti yang terlihat pada Gambar 5 menunjukan adanya kandungan senyawa kalsium karbonat (CaCO3).
Gambar 5 menunjukan pola difraksi fasa CaCO3 yang telah dicocokkan dengan data JCPDS (Lampiran 3) dengan intensitas tinggi pada nilai 2θ: 20.520o, 22.358o, 24.100o, 26.280o, 27.760o, 29.919o, 31.160o, 33.119o, 34.820o, 36.180o, 37.960o, 42.978o, 45.896o, 48.492o, 50.319o, 52.499o. Hasil difraksi sinar-X juga menyatakan bahwa CaCO3 di dalam cangkang kerang kepah dapat berupa CaCO3 sebagai kristal kalsit atau aragonit.18
Gambar 5 Pola difraksi XRD serbuk cangkang kerang kepah tanpa perlakuan panas
Cangkang Kerang Kepah dengan Kalsinasi
12
Hasil analisis XRD yang telah di kalsinasi dapat dilihat pada Gambar 6 yang menghasilkan pola difraksi dengan intensitas tinggi pada nilai 2θ: 32.280o, 37.419o, 53.940o, 64.160o, 67.400o, 79.699o. Nilai 2θ ini spesifik untuk senyawa Ca(OH)2 dan mengalami transisi ke CaO sesuai dengan pola difraksi standar JCPDS (Lampiran 3). Pola difraksi XRD setelah CaCO3 mengalami proses pembakaran dengan suhu tinggi semua komponen meluruh menjadi CaO.
Berdasarkan hasil penelitian diketahui keunggulan dari CaO cangkang kerang kepah dibandingkan dengan cangkang telur ayam, yaitu serbuk cangkang kerang kepah setelah di kalsinasi dan disimpan selama 4 bulan masih berbentuk serbuk, sedangkan serbuk cangkang telur ayam setelah dikalsinasi dan disimpan selama 3 bulan lebih jika diuji dengan XRD akan terdeteksi adanya senyawa H2O (air).
Serbuk Hidroksiapatit
Proses sintesis HAp menggunakan metode presipitasi dengan cara mereaksikan suspensi CaO 0.5 M dan (NH4)2HPO4 0.3 M. Perbandingan konsentrasi yang digunakan mengacu pada salah satu indikator terbentuknya HAp, yaitu nisbah Ca/P sebesar 1.67.18
19-13 HAp yang dihasilkan dari cangkang kerang kepah menghasilkan puncak-puncak dengan intensitas tertinggi terdapat pada sudut 2θ: 26.077o, 28.301o, 29.158o, 31.947o, 32.397o, 33.083o, 34.233o, 40.004o, 46.873o, 48.240o, 49.625o, 50.637o, 51.410o, 52.224o, 53.320o, 64.275o. Struktur kristal HAp berbentuk heksagonal memiliki ukuran parameter kisi a = b = 9.542 Å dan c = 6.971 Å. Dengan pola difraksi, parameter kisi yang diperoleh menggunakan metode Cohen (Lampiran 5). Berdasarkan hasil perhitungan didapatkan besarnya persentase ketelitian parameter kisi a = b yaitu sebesar 99% dan parameter kisi c yakni 99%. Tingginya persentase ketelitian parameter kisi menunjukkan bahwa fasa yang terkandung pada umumnya adalah HAp. Adapun fasa yang muncul selain HAp adalah fasa AKA dan fasa AKB. AKA terbentuk pada temperatur yang tinggi, sedangkan AKB terbentuk pada temperatur rendah.18 Hasil karakterisasi menggunakan XRD menunjukkan bahwa pola difraksi sinar-X yang terbentuk hampir sama dengan pola difraksi sinar-X untuk fasa HAp pada database JCPDS nomor 09-0432 tentang hidroksiapatit (Ca10(PO4)6(OH)2) (Lampiran 4).
Berdasarkan pola difraksi XRD pada Gambar 7, secara keseluruhan dari puncak-puncak intensitas difraksi sampel merupakan puncak fasa HAp. Pola difraksi tersebut menunjukkan kemurnian dari fasa HAp sebesar 73%, hal ini ditunjukkan dengan terbentuknya fasa selain HAp, yaitu AKA dan AKB (Lampiran 12). Sedangkan karakterisasi XRD lainnya dari cangkang telur ayam telah terbentuk fasa HAp murni sebesar 100%.19 Adapun nilai derajat kristalinitas (DK) HAp hasil penelitian ini sebesar 88%, yang dihitung dengan cara membandingkan luas fasa kristal (AFK) dengan luas fasa total (AFT) seperti yang tersajikan pada Lampiran 9.13 Luas fasa kristalin dan fasa total merupakan perkalian nilai full width half maximum (FWHM) dengan tinggi puncak fasa (height) yang diperoleh dari software powder-x. Luas fasa total kristalin diperoleh dengan menghilangkan background pola XRD dan untuk luas fasa kristalin menghilangkan kembali background amorf sebagaimana ditunjukkan pada Lampiran 17.
Hasil Analisis dengan Spektrofotometer FTIR
Secara teoritis didapatkan pendekatan bilangan gelombang serap gugus OH-, PO43-, dan CO32- pada hasil analisis HAp menggunakan FTIR ditunjukkan pada Tabel 6.20
Spektra FTIR menunjukkan gugus fungsi HAp hanya tersusun atas gugus fosfat (PO43-) dan gugus hidroksil (OH-). Pada bilangan gelombang 3445-3645 cm-1 berupa gugus OH- dan gugus PO
43- berturut-turut pada bilangan gelombang 962.42, 1035.71-1093.57 dan 567-603.89 cm-1.18
14
dengan HAp terkarbonasi.18 Adanya gugus CO
32- yang teridentifikasi pada Gambar 8 bisa disebabkan 2 kemungkinan yaitu menandakan terbentuknya kristal AKA dan AKB karena ion CO32- dapat menggantikan posisi fosfat dalam HAp.18 Tabel 6 Bilangan gelombang secara teoritis 20
Gugus fungsi HAp Bilangan gelombang (cm-1)
OH- 3417.4316
Hasil analisis SEM menunjukkan beberapa indikasi sebagai berikut, partikel-partikel HAp masih terlihat kasar, ukuran partikel HAp tidak homogen dan terdapat partikel-partikel yang relatif lebih besar dengan partikel di sekitarnya. Gambar 9, 10, 11, 12 dan 13 menunjukkan perbesaran SEM 50, 500, 1000, 5000 dan 10000 kali yang memperlihatkan morfologi serbuk HAp masih berupa partikel dan ukurannya tidak seragam. Adapun partikel HAp terkecil yang mampu diamati berukuran 0.552 µm dan partikel HAp terbesar yang teramati berukuran 186.075 µm. Pada perbesaran ini morfologi dari partikel HAp yang berukuran lebih kecil tidak bisa teramati dengan jelas.
Gambar 14 menunjukkan perbesaran 20000 kali yang memperlihatkan butir-butir halus dari senyawa apatit yang saling bergabung membentuk sebuah partikel dengan ukuran partikel 0.347 µm.21 Terlihat jelas Gambar 14 mampu menunjukan
15 morfologi yang lebih detail dari partikel HAp dalam skala yang lebih kecil. Perbesaran 20000 kali, memberikan hasil gambar yang kurang tajam dan resolusi gambar yang kurang baik. Sehingga pengamatan morfologi tidak dapat dilakukan dengan baik.
Secara umum berdasarkan hasil analisa SEM, seiring dengan bertambahnya perbesaran, morfologi dari partikel HAp dapat terlihat semakin jelas. Hasil perbesaran dari serbuk HAp memperlihatkan aglomerasi (gumpalan-gumpalan kristal) namun tidak memiliki ukuran yang seragam (tidak homogen). Ukuran partikel tidak homogen disebabkan proses penggerusan cangkang yang tidak merata, karena masih menggunakan metode manual (menggunakan tangan).
16
Gambar 10 Hasil perbesaran 500 kali sampel HAp dengan menggunakan SEM
17
Gambar 12 Hasil perbesaran 5000 kali sampel HAp dengan menggunakan SEM
18
Gambar 14 Hasil perbesaran 20000 kali sampel HAp dengan menggunakan SEM
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Cangkang kerang kepah mampu menghasilkan HAp dengan waktu kalsinasi 12 jam menggunakan metode presipitasi. Pola difraksi XRD menghasilkan senyawa HAp murni sebesar 73%. Efisiensi massa HAp hasil sintering sebesar 62%. Parameter kisi yang dihasilkan telah mencapai nilai ketelitian a = b sebesar 99% dan c = 99% serta persentase dari derajat kristalinitas sebesar 88%. Hasil uji FTIR menunjukkan telah terbentuknya gugus-gugus PO43-, OH- dan CO32- yang merupakan penyusun dari senyawa HAp. Hasil uji analisis SEM memperlihatkan morfologi berupa butiran halus dari senyawa apatit yang saling bergabung membentuk sebuah partikel dengan ukuran partikel terkecil yang mampu diamati berukuran 0.347 µm.
Saran
19
DAFTAR PUSTAKA
1. Purnama EF, Nikmatin S, Langenati R. Pengaruh Suhu Reaksi Terhadap Derajat Kristalinitas dan Komposisi Hidroksiapatit Dibuat dengan Media Air dan Cairan Tubuh Buatan (Synthetic Body Fluid). Jurnal Sains Materi Indonesia. 2006; 154-162.
2. Santos MH, Oliveira M, Souza LPF, Mansur HS, Vasconcelos WL. Synthesis Control and Characterization of Hydroxyapatite Prepared by Wet Precipitation Process. Materials Research. 2004; 7(4):625-630.
3. Wiharyanto D, Salim G, Firdaus M, Awaluddin MY. Pendekatan Metode Von Bertalanffy untuk Pertumbuhan Kerang Kepah (Meretrix Meretrix) yang Berasal dari Pengepul Pantai Amal Lama Kota Tarakan. Jurnal Akuatika. 2013; 4(1):102-114.
4. Amin R, Bambang AN, Suprijanto J. Sebaran Densitas Sumber Daya Kerang Kepah (Polymesoda erosa) di Perairan Pemangkat Kabupaten Sambas Kalimantan Barat [Skripsi]. Semarang: MSDP, Undip Semarang. 2010.
5. Rizal S, Jailani. Analisis Kelimpahan Plankton dan Pertumbuhan Kerang Kepah Polymesoda erosa (Solander, 1786) yang Dipelihara pada Tambak di Delta Mahakam (Analysis of Plankton Abundance and Growth of Cultured Mud Clam in Mahakam Delta Pond). Jurnal Ilmu Perikanan Tropis. 2013; 19(1):1402-2006.
6. Adriansyah. Tanah Laut dalam Angka 2010. Badan Pusat Statistik Kabupaten Tanah Laut. 2010; 0215-7144.
7. Manafi SA, Joughehdoust S. Synthesis of Hydroxyapatite Nanostructure by Hydrothermal Condition for Biomedical Application. Iranian Journal Pharmaceutical Sciences. 2009; 5(2):89-94.
8. Martasari DL, Nurwijayanti D, Setyawan H. Sintesis Hydroxyapatite Berukuran Nano dengan Metode Elektrokimia Sebagai Bioimplan Tulang dan Gigi. Jurnal Teknik Pomits. 2012; 1(1):1-3.
9. Kaneda K. Development of Cancer to Metal Catalysts Using Apatite Compounds for Green Organic Syntheses. Journal Energy & Environmental Science. 2009; 2:655-673.
10.Ningsih RP, Wahyuni N, Destiarti L. Sintesis Hidroksiapatit dari Cangkang Kerang Kepah (Polymesoda erosa) dengan Variasi Waktu Pengadukan. Jurnal Kimia Khatulistiwa. 2014; 3(1):22-26.
11.Tyas RW. Studi Karakteristik Hidroksiapatit dari Cangkang Telur Ayam Ras dan Ayam Kampung [Skripsi]. Bogor: Departemen Fisika, Institut Pertanian Bogor. 2014.
12.Sugandi. Sintesis Hidroksiapatit Berpori dari Cangkang Telur Ayam dengan Matriks Selulosa Nata De Coco dan Natrium Alginat [Skripsi]. Bogor: Departemen Fisika, Institut Pertanian Bogor. 2014.
13.Putri AAM. Metode Single Drop pada pembuatan Hidroksiapatit Berbasis Cangkang Telur [Skripsi]. Bogor: Departemen Fisika, Institut Pertanian Bogor. 2012.
20
15.Muntamah. Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit dari Limbah Cangkang Kerang Darah (Anadara granosa,sp) [Tesis]. Bogor: Sekolah Pascasarjana, Institut Pertanian Bogor. 2011.
16.Trianita VN. Sintesis Hidroksiapatit Berpori dengan Porogen Polivinil Alkohol dan Pati [Skripsi]. Bogor: Departemen Kimia, Institut Pertanian Bogor. 2012.
17.Zuhfri MI. 2014. Pelapisan Hidroksiapatit pada Paduan Logam CoCrMo-TiN dengan Metode Sol-Gel [Skripsi]. Bogor: Departemen Kimia, Institut Pertanian Bogor. 2014.
18.Ardabilly T. Sintesis Hidroksiapatit Berbasis Limbah Cangkang Keong Sawah (Bellamya javanica) dan Modifikasi Pori Menggunakan Gelatin [Skripsi]. Bogor: Departemen Kimia, Institut Pertanian Bogor. 2013.
19.Sitoresmi IP. Sintesis Hidroksiapatit Berpori dari Cangkang Telur Ayam dan Porogen dari Kitosan [Skripsi]. Bogor: Departemen Fisika, Institut Pertanian Bogor. 2013.
20.Yakin K. Perhitungan Energi Disosiasi Ca-O dan C-O pada Gugus Fungsi Hidroksiapatit Menggunakan Pemodelan Spektroskopi Inframerah [Skripsi]. Bogor: Departemen Fisika, Institut Pertanian Bogor. 2013.
21
LAMPIRAN
Lampiran 1 Diagram alir penelitian
Persiapan Alat
Kepah (Polymesoda erosa)
22
23
Keterangan gambar pada lampiran 2: (a) Serpihan dan cangkang kerang kepah (b) Furnace nabertherm
24
26
Lampiran 5 Menghitung parameter kisi dengan metode Cohen
Metode Cohen merupakan salah satu metode untuk menentukan parameter kisi heksagonal dengan puncak banyak.
Penggabungan persamaan (1) dan (2) menghasilkan:
(3a)
Atau
( ) (3b) Untuk memperoleh nilai parameter kisi, gunakan persamaan
(4a)
dan
� (4b)
Maka akan diperoleh bentuk persamaan
27 Nilai parameter kisi a diperoleh:
√ √ (6)
Nilai parameter kisi c
√ (7)
Perhitungan parameter kisi HAp setelah proses sintering 900 oC selama 5 jam
= .000000 C + B + A
= .0000000 C + B + A
= C + B + A
Menjadi bentuk matriks Ax = B ditulis sebagai berikut:
[
Mencari determinan matriks A1
|
|
Mencari determinan matriks A2
|
|
24996.9255
Menjadi determinan matriks A3
det A3 = [
]
28
Nilai C diperoleh dari
Nilai B diperoleh dari
Nilai A diperoleh dari
Nilai parameter kisi a
√ √
√ √
Nilai parameter kisi c
√
29
L
ampi
ra
n
6 Da
ta
ha
sil
pe
rhitunga
n pa
ra
mete
30
Lampiran 7 Daftar data puncak (kristalin + amorf)
31 Lampiran 8 Daftar data puncak kristalin
32
Lampiran 9 Perhitungan derajat kristalinitas
Persamaan untuk menentukan derajat kristalinitas diketahui sebagai berikut 11
�
Keterangan :
DK = derajat kristalinitas
AFK = luas fraksi kristalinitas (FWHM x Height) AFT = luas fraksi total (FWHM x Height)
� � % %
33 Lampiran 11 Hasil perbandingan puncak tertinggi XRD dari sampel
Rumus:
%
Keterangan: Ti Total intensitas
Tis Total intensitas sampel Tis= 582
Ti HAp = 421 Ti AKA = 122 Ti AKA = 39
Lampiran 12 Persentase kemurnian sampel
Suhu sintering (oC) Kemurnian (%)
HAp AKA AKB
34
Lampiran 13 Komposisi bahan untuk sintesis HAp 17
Pereaksi CaO (NH4)2HPO4
Bobot Molekul (g/mol) 67.86 131.99
Bobot teoritis (g) 3.71 3.96
Konsentrasi (M) 0.5 0.3
Volume (mL) 100 100
Lampiran 14 Formulasi rasio kalsium dan fosfat (Ca/P) 13
Diketahui, reaksi :
10CaO + 6(NH4)2HPO4 + 2H2O Ca10(PO4)6(OH)2 + 12NH4OH Perhitungan massa unsur kalsium dan (NH4)2HPO4 berdasarkan rumus dibawah ini:
Dimana: m: Massa zat terlarut (gram)
M: Konsentrasi larutan (Molar = mol/Liter) Mr: Bobot molekul (gram/mol)
V: Volume larutan (Liter) a. Larutan CaO 0.5 M
Bobot molekul (BM) untuk Ca adalah 40.08, maka m untuk cangkang kerang kepah adalah
Kalsium yang terkandung dalam hasil kalsinasi cangkang kerang kepah sebesar 67.86 (b/b) maka perhitungan massa hasil kalsinasi cangkang kerang kepah yang digunakan dalam sintesis adalah
b. Larutan (NH4)2HPO4 0.3 M yang digunakan dalam sintesis adalah
35 Lampiran 15 Menentukan puncak fasa total (kristalin dan amorf) dengan
menghilangkan background
36
Lampiran 17 Menentukan puncak fasa kristalin dengan menghilangkan background
amorf (kurva warna biru)
37 Lampiran 19 Hasil smoothing fasa kristalin
38
39 Lampiran 22 Spektrum EDX komposit hasil kalsinasi pada suhu 1000 oC selama
40
41 Lampiran 24 Spektrum EDX komposit hasil kalsinasi pada suhu 1000 oC selama
42
43
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Kecamatan Kintap pada tanggal 3 Maret 1992 dari pasangan Bapak Muhammad Supi dan Ibu Rosihan. Penulis merupakan putri keempat dari enam bersaudara. Tahun 2011 penulis menyelesaikan Sekolah Menengah Atas Negeri (SMAN) 1 Kintap dan diterima di Institut Pertanian Bogor (IPB) melalui jalur Beasiswa Utusan Daerah (BUD) Provinsi Kalimantan Selatan dari PT Arutmin Indonesia.
