ii
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis dan Pencirian Hidroksiapatit Berbahan Dasar Cangkang Telur Bebek 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.
Bogor, April 2013
Wahyuni Richa Sari
iv
ABSTRAK
WAHYUNI RICHA SARI. Sintesis dan Pencirian Hidroksiapatit Berbahan Dasar Cangkang Telur Bebek. Dibimbing oleh CHARLENA dan HENNY PURWANINGSIH SUYUTI.
Hidroksiapatit (HAp) termasuk dalam kelompok senyawa kalsium fosfat. Cangkang telur bebek sebagian besar mengandung kalsium karbonat, yang dapat digunakan sebagai bahan awal dalam pembuatan HAp. Hidroksiapatit disintesis menggunakan metode kering dengan variasi suhu 800, 1000, dan 1200 °C dan
(NH4)2HPO4 sebagai sumber fosforus. Profil difraktogram sinar-X
memperlihatkan terbentuknya HAp disertai dengan senyawa apatit lainnya, yaitu apatit karbonat tipe A, apatit karbonat tipe B, oktakalsium fosfat, α- dan β -trikalsium fosfat, serta tetrakalsium fosfat. Derajat kristalinitas dan ukuran kristal meningkat seiring dengan meningkatnya suhu pemanasan.
Kata kunci: cangkang telur bebek, hidroksiapatit, kalsium fosfat, metode kering
ABSTRACT
WAHYUNI RICHA SARI. Synthesis and Characterization of Duck Eggshell-Based Hydroxyapatite. Supervised by CHARLENA dan HENNY PURWANINGSIH SUYUTI.
Hydroxyapatite (HAp) is a kind of calcium phosphate compounds. Duck eggshell contains mostly calcium carbonate, which can be used as a starting material for HAp formation. HAp was synthesized by using dry method with variation temperatures of 800, 1000, and 1200 °C and (NH4)2HPO4 as the
phosphorus source. X-ray diffractogram profiles showed that HAp has been formed accompanied by other apatite compounds: carbonate apatite type A and B, octacalcium phosphate, α- and β-tricalcium phosphate, and tetracalcium phosphate. The degree of crystallinity and crystal size increased with increasing heating temperature.
vi
SINTESIS DAN PENCIRIAN HIDROKSIAPATIT
BERBAHAN DASAR CANGKANG TELUR BEBEK
WAHYUNI RICHA SARI
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
viii
Judul Skripsi : Sintesis dan Pencirian Hidroksiapatit Berbahan Dasar Cangkang Telur Bebek
Nama : Wahyuni Richa Sari
Nim : G44086008
Disetujui
Pembimbing I,
Dr Charlena, MSi NIP 196712221994032002
Pembimbing II,
Dr Henny Purwaningsih S, SSi, MSi NIP 197412012005012001
Diketahui
Ketua Departemen Kimia,
Prof Dr Tun Tedja Irawadi, MS NIP 195012271976032002
10
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan November 2012 ini ialah Sintesis dan Pencirian Hidroksiapatit Berbahan Dasar Cangkang Telur Bebek.
Ucapan terima kasih disampaikan kepada Ibu Dr Charlena, MSi dan Dr Henny Purwaningsih S, SSi, MSi yang telah membantu dan membimbing dalam penelitian ini. Terima kasih pula kepada Ibu, Bapak, Adik, dan rekan-rekan Ekstensi Kimia IPB Angkatan II. Penelitian ini dapat terselesaikan juga atas dorongan semangat dan bantuan dari sahabat-sahabatku Umi, Gusur, Lia, Pipit, Marta, dan Intan.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat dan menambah pengetahuan bagi penulis maupun pembaca.
Bogor, April 2013
12
DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL ... vii
DAFTAR GAMBAR ... vii
DAFTAR LAMPIRAN ... vii
PENDAHULUAN ... 1
METODE ... 1
Bahan dan Alat ... 1
Lingkup Penelitian ... 2
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Kalsinasi Serbuk Cangkang Telur Bebek ... 3
Hasil Sintesis Hidroksiapatit dan Turunannya ... 6
Spektrum FTIR Produk Sintesis Hidroksiapatit ... 9
Mikrograf Produk Sintesis Hidroksiapatit. . ... 11
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan ... 11
Saran ... 12
DAFTAR PUSTAKA ... ... 12
LAMPIRAN ... 14
14
DAFTAR TABEL
Halaman
1 Kristalinitas dan rerata ukuran kristal sampel ... 9
2 Nilai bilangan gelombang spektrum FTIR ... 10
DAFTAR GAMBAR
Halaman 1 Termogram diferensial cangkang telur bebek ... 42 Difraktogram sinar-X serbuk cangkang telur bebek setelah kalsinasi pada suhu 1000 °C selama 6 jam ... 5
3 Mikrograf serbuk cangkang telur bebek setelah kalsinasi pada suhu 1000 °C dengan perbesaran 500 × ... 5
4 Difraktogram sinar-X produk sintesis hidroksiapatit dengan metode kering pada suhu 800 °C (a), 1000 °C (b), dan 1200 °C (c) ... 7
5 Spektrum FTIR produk sintesis hidroksiapatit dengan metode kering pada suhu 800 °C (─), 1000 °C (─), dan 1200 °C (─) ... 10
6 Mikrograf HAp hasil kalsinasi pada suhu 800 ºC (a), 1000 ºC (b), dan 1200 ºC (c) 11
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman 1 Bagan alir penelitian ... 142 Perhitungan massa pembentukan hidroksiapatit ... 15
3 Perhitungan kadar kalsium dalam cangkang telur bebek ... 17
4 Data JCPDS ………...……... 18
1
PENDAHULUAN
Implantasi adalah salah satu upaya merehabilitasi jaringan tulang yang rusak (patah atau retak) dan dapat meningkatkan pertumbuhan sel-sel jaringan untuk memperbaiki kerusakan tulang. Pada pembentukan tulang, sel-sel tulang keras membentuk senyawa kalsium fosfat dan kalsium karbonat. Senyawa kalsium fosfat ini memberikan sifat keras dalam jaringan tulang dan dikenal sebagai kristal apatit (Dahlan et al. 2009). Senyawa hidroksiapatit (HAp) sintetik lazim digunakan dalam dunia kedokteran saat ini sebagai salah satu bahan untuk implantasi. Akan tetapi, harganya sangat mahal sehingga sulit dijangkau oleh masyarakat luas. Oleh karena itu, dikembangkan bahan biomaterial alami sebagai alternatif bahan rehabilitasi yang sama baiknya, tetapi terjangkau oleh masyarakat. Struktur jaringan yang rusak dapat digantikan tanpa menimbulkan efek negatif seperti kerusakan jaringan keras tubuh berupa kecacatan struktur tulang.
Berbagai teknik pernah dikembangkan untuk sintesis HAp, di antaranya metode kering, metode basah, reaksi hidrotermal, dan sol-gel (Balamurugan et al. 2006; Kahoe 2008). Berbagai bahan baku telah digunakan, antara lain tulang sapi, batu gamping, dan cangkang telur sebagai sumber kalsium, serta (NH4)2HPO4,
H3PO4, dan P2O5 sebagai sumber fosforus (Muntamah 2011).
Cangkang telur bebek yang berasal dari limbah rumah tangga dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku HAp karena memiliki kandungan CaCO3 cukup
tinggi, yaitu 96.48% (Arunlertaree et al. 2007). Dahlan et al. (2009) telah menyintesis HAp dari campuran cangkang telur ayam dengan (NH4)2HPO4
menggunakan metode kering. Metode kering merupakan reaksi fase padat tanpa melibatkan pelarut.
Penelitian ini bertujuan menyintesis dan mencirikan biomaterial HAp dengan memanfaatkan limbah cangkang telur bebek sebagai sumber kalsium. Dari hasil penelitian ini diharapkan dapat dihasilkan senyawa apatit yang dapat dimanfaatkan secara komersial pada bidang kesehatan dengan harga yang ekonomis. Penelitian diawali dengan kalsinasi cangkang telur bebek untuk mendapatkan CaO. Produk kalsinasi ini dicirikan dengan menggunakan difraktometer sinar-X (XRD)dan mikroskop elektron pemayaran (SEM). Setelah itu, HAp disintetis dengan mereaksikan serbuk CaO hasil pemanasan cangkang telur bebek sebagai sumber kalsium dan diamonium hidrogen fosfat [(NH4)2HPO4] sebagai sumber fosforus dengan metode kering dan menggunakan
variasi suhu. Produk HAp dicirikan kembali dengan menggunakan XRD, spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR), dan SEM.
BAHAN DAN METODE
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan adalah cangkang telur bebek, (NH4)2HPO4,
2
peralatan kaca, neraca analitik, krus, lumpang, lempeng pemanas berpengaduk, tanur, spektrofotometer serapan atom (SSA) Hitachi Z2000 di Laboratorium Balai Besar Teknik Kesehatan Lingkungan & Pengendalian Penyakit Jakarta, penganalisis termal diferensial (DTA) Shimadzu DTG-60H di Laboratorium Mineralogi, Departemen Ilmu Tanah dan Sumber Daya Lahan, IPB, spektrofotometer FTIR Simadzu IRPrestige-21 di Laboratorium Terpadu, IPB, serta SEM Bruker Zeiss Evo, XRD Shimadzu 7000 di Laboratorium Pengujian Hasil Hutan, Balai Pusat Penelitian dan Pengembangan Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan, Bogor.
Lingkup Penelitian
Hidroksiapatit pada penelitian ini disintesis dengan metode kering (Lampiran 1). Sumber kalsium yang digunakan adalah cangkang telur bebek, sedangkan fosforus berasal dari (NH4)2HPO4. Pada tahap pertama, dilakukan
penentuan kadar kalsium dan analisis DTA pada cangkang telur bebek. Tahap kedua ialah kalsinasi cangkang telur bebek, lalu tahap ketiga adalah pencirian CaO hasil kalsinasi menggunakan XRD dan SEM. Tahap keempat, ialah sintesis HAp menggunakan metode kering dengan variasi suhu 800, 1000, dan 1200 °C, dilanjutkan dengan tahap kelima, yaitu pencirian hasil sintesis menggunakan XRD, FTIR, dan SEM.
Preparasi Serbuk Cangkang Telur Bebek
Cangkang telur bebek dicuci dengan air suling berulang kali untuk menghilangkan pengotornya. Setelah itu, dikeringudarakan dan dihaluskan. Serbuk cangkang kemudian disimpan dalam wadah yang bersih dan tertutup.
Analisis Kadar Kalsium dalam Cangkang Telur Bebek
Serbuk cangkang telur bebek ditimbang sebanyak 0.1 g dan ditambahkan 10 mL HNO3 pekat dalam erlenmeyer 50 mL. Sampel didestruksi pada suhu 110 °C
selama 1 jam kemudian didinginkan. Hasil destruksi diencerkan dengan 100 mL air suling dan disaring. Ekstrak dianalisis dengan SSA untuk mengukur kadar kalsium pada cangkang telur bebek.
Analisis dengan DTA
Serbuk cangkang telur bebek yang sudah bersih diuji dengan DTA untuk menentukan suhu ketika CaCO3 berubah menjadi CaO. Analisis dilakukan pada
rentang suhu 0 hingga 1000 °C selama 50 menit.
Kalsinasi Serbuk Cangkang Telur Bebek
Serbuk cangkang telur bebek dikalsinasi pada suhu 1000 °C selama 6 jam. Serbuk CaO hasil kalsinasi disimpan di desikator sebelum digunakan.
Sintesis Hidroksiapatit dengan Reaksi Kering (modifikasi Dahlan et al. 2009)
Cangkang telur bebek yang sudah dikalsinasi dan (NH4)2HPO4 ditimbang
3
Pencirian dengan XRD
Produk kalsinasi dan produk sintesis HAp dengan ketiga ragam suhu dicirikan dengan XRD untuk menentukan fase yang terkandung di dalam sampel. Sampel berbentuk serbuk sebanyak 200 mg ditempatkan dalam lempeng aluminium berukuran (2×2) cm2 dengan bantuan perekat pada difraktometer, kemudian dibuat difraktrogramnya.
Pencirian dengan FTIR
Produk sintesis HAp dengan ketiga ragam suhu disiapkan sebanyak 2 mg. Setelah itu, dicampur dengan 100 mg KBr dan dibuat pelet. Analisis FTIR dilakukan dengan jangkauan bilangan gelombang 4000−400 cm-1.
Pencirian dengan SEM
Analisis struktur dengan SEM dilakukan pada produk kalsinasi dan ketiga produk sintesis HAp. Sampel diletakkan pada lempeng aluminium yang memiliki 2 sisi dan difoto mikrografnya.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Kalsinasi Serbuk Cangkang Telur Bebek
Semua cangkang telur burung mengandung komponen mineral kalsium karbonat (CaCO3) yang dikenal sebagai kalsit dan stabil pada suhu kamar (Nys et al. 2004). Cangkang telur tersusun dari matriks organik (3.5%) yang terdiri atas membran cangkang dan beberapa penyusun lain, melekat pada lapisan kalsium karbonat (95%) (Nys dan Gautron 2007). Kadar kalsium dalam cangkang telur bebek sebelum dikalsinasi, diukur menggunakan SSA adalah 75.12% (Lampiran 3).
Sintesis HAp diawali dengan melakukan kalsinasi cangkang telur bebek pada suhu 1000 ºC selama 6 jam. Pemanasan bertujuan mengeliminasi komponen organik dan mengubah senyawa kalsium karbonat (CaCO3) sebagai komponen
utama cangkang menjadi kalsium oksida (CaO). Reaksi yang terjadi ditunjukkan di bawah ini:
CaCO3 CaO + CO2
Sebelum dilakukan proses kalsinasi, cangkang telur bebek terlebih dahulu diuji dengan DTA. Pengujian ini bertujuan menentukan hubungan suhu dengan komposisi kimia yang terkandung di dalam cangkang. Analisis ini berguna untuk menentukan suhu optimum proses perubahan CaCO3 menjadi CaO. Analisis
dilakukan dari suhu 0 hingga 1000 °C selama 50 menit.
5
Gambar 2 Difraktogram sinar-X serbuk cangkang telur bebek setelah kalsinasi pada suhu 1000 °C, selama 6 jam
Serbuk CaO hasil kalsinasi harus disimpan di dalam wadah tertutup rapat untuk menghindari masuknya CO2 dan H2O dari udara yang dapat mengganggu
proses pembentukan HAp. Struktur dan tekstur CaO tersebut diamati menggunakan SEM yang hasilnya ditunjukkan oleh Gambar 3. Tekstur CaO hasil kalsinasi memiliki pola yang tidak seragam dan terbentuk pori kecil di sela-sela permukaan.
6
Hasil Sintesis Hidroksiapatit dan Turunannya
Hidroksiapatit (HAp) disintesis dengan metode kering melalui reaksi antara serbuk CaO hasil kalsinasi sebagai sumber Ca dan diamonium hidrogen fosfat [(NH4)2HPO4] sebagai sumber P. Kelebihan metode kering ialah sederhana dan
menghasilkan kristal yang lebih banyak (Pramanik et al. 2005). Dalam metode ini, HAp disintesis menggunakan reaksi fase padat (padatan dengan padatan). Prinsipnya adalah sifat dasar atom yang bervibrasi semakin cepat pada suhu yang semakin tinggi (Dahlan et al. 2009).
Difraktrogram hasil sintesis HAp dengan pemanasan 800 °C (Gambar 4a) memiliki beberapa puncak intensitas tertinggi yang berdasarkan kesesuaian dengan data JCPDS menggambarkan fase berbeda, yaitu pada sudut 2θ 29.7° dan 32.6° menunjukkan fase apatit karbonat tipe A (AKA) (Lampiran 4b), 27.7° trikalsium fosfat (α-TCP) (Lampiran 4c), 28.9° hidroksiapatit (HAp) (Lampiran 4d), dan 35.3° tetrakalsium fosfat (TKF), Ca4(PO4)2O (Lampiran 4e). Puncak
lain yang menggambarkan fase HAp ialah 2θ 31.8° dan 32.2°. Selain itu, juga terdapat fase trikalsium fosfat (β-TCP) dengan nilai 2θ 37.4°, 46.6°, dan 49.8° sesuai data JCPDS pada Lampiran 4f. Puncak-puncak dengan intensitas sangat kecil tidak diambil karena dianggap sebagai latar belakang atau derau.
Difraktrogram hasil sintesis HAp dengan pemanasan 1000 °C (Gambar 4b) memperlihatkan puncak-puncak dengan intensitas tertinggi pada sudut 2θ 29.7° (fase AKA), 31.1° (fase β-TCP), dan 34.5° [fase oktakalsium fosfat, OKF (Lampiran 4g)]. Fase HAp ditunjukkan oleh sudut 2θ 28.9°, 31.8°, 53.0°, dan 54.5°. Fase α-TCP ditunjukkan oleh sudut 2θ 26.7° dan 27.8°. Fase β-TCP juga ditunjukkan dengan sudut 2θ 49.8°. Selain itu, terdapat fase apatit karbonat tipe
B (AKB) yang ditunjukkan oleh sudut 2θ 47.0° sesuai data JCPDS pada
Lampiran 4h.
Difraktrogram hasil sintesis hidroksiapatit dengan pemanasan 1200 °C (Gambar 4c) menunjukkan puncak-puncak dengan intensitas tertinggi pada sudut 2θ 27.8° (fase α-TCP), 31.1° dan 53.0° (fase β-TCP), dan 34.4° (fase OKF). Fase HAp ditunjukkan oleh sudut 2θ 25.8° dan 28.9°. Selain itu, juga dihasilkan fase AKA dengan sudut 2θ 29.6° dan 32.6°, serta fase AKB yang ditunjukkan oleh sudut 2θ 47.0°.
Pada proses sintesis HAp dengan pemanasan 800 °C masih ditemukan senyawa CaO dengan nilai 2θ 53.9° walaupun dengan intensitas yang kecil. Sampel hasil sintesis HAp dengan pemanasan 1000 dan 1200 °C tidak lagi menunjukkan puncak CaO tersebut. Hal ini sesuai dengan termogram pada Gambar 1 yang menggambarkan bahwa CaO mulai terbentuk di suhu 800 °C dan akan stabil pada suhu 850 hingga 1000 °C. Adanya puncak CaO disebabkan oleh kurang tingginya suhu pemanasan sehingga reaksi belum berlangsung sempurna.
7
(
c
)8
Fase HAp paling stabil di antara senyawaan kalsium fosfat lainnya pada suhu ruang. Namun, selama pemanasan dengan suhu tinggi (sintering) fase HAp dapat berubah menjadi senyawa kalsium fosfat yang lain. HAp dapat terdekomposisi menjadi α- dan β-TCP, CaO, atau TKF pada suhu tertentu dan bergantung pada atmosfer di sekitarnya (Assolant et al. 2002).
Pada semua hasil sintesis HAp terdapat fase β-TCP. Fase ini apabila dipanaskan lebih lanjut dapat membentuk α-TCP. Perubahan fase HAp menjadi TCP disebabkan oleh lepasnya gugus OH− (dan melepaskan uap air) sehingga HAp mengalami dehidrasi. Fase TCP dapat terbentuk mulai dari suhu 600 oC dengan sumber kalsium dari kalsium nitrat tetrahidrat (Ca(NO3)2⋅4H2O) dan
direaksikan dengan diamonium hidrogen ortofosfat ((NH4)2HPO4)(Assolant et al.
2002). Untuk mendapatkan HAp dengan densitas yang tinggi dan stabil, sintering
dilakukan sampai suhu tertentu dan dijaga agar tidak terjadi dekomposisi HAp menjadi β-TCP atau senyawa lainnya. Suhu saat sintering ini merupakan salah satu faktor yang dapat memengaruhi dekomposisi karena secara aktif permukaan HAp dapat berinteraksi dengan atmosfer di sekitarnya pada suhu tertentu (Arifianto 2006).
Pada awal pembuatan sampel HAp harus dipastikan bahwa yang terbentuk hanya fase HAp, tidak ada fase lain. Jika fase α- dan β-TCP telah muncul, maka setelah sintering, fase-fase tersebut akan memiliki intensitas puncak yang semakin kuat pada difraktogram. Dengan kata lain, pembentukan α- dan β-TCP saat awal pembuatan sampel akan meningkatkan dekomposisi selama sintering (Arifianto 2006).
Fase selain HAp terbentuk karena adanya ion karbonat dari karbon dioksida di udara selama proses sintesis. Ion ini akan terperangkap dan menggantikan posisi OH
¯
pada kisi kristal HAp sehingga sulit dihilangkan. Kehadiran karbonat akan menurunkan proses kristalisasi apatit. Difraktogram sinar-X (Gambar 4) menunjukkan bahwa pada pemanasan 1200 ºC fase HAp tampak dalam fase β -TCP yang lebih banyak disertai dengan peningkatan kristalinitas. Munculnya fase OKF menunjukkan bahwa fase HAp belum terbentuk sempurna dan bahwa pembentukan kristal apatit didahului oleh pembentukan kristal nonapatit.Terbentuknya beberapa fase senyawa turunan apatit pada penelitian ini disebabkan oleh ketidakhomogenan proses pencampuran antara CaO sebagai sumber kalsium dan (NH4)2HPO4 sebagai sumber fosforus. Putaran pengaduk
hanya mencampur sebatas bidang datar saja, tidak ke segala arah. Hal ini sesuai dengan yang dilaporkan Gergely et al. (2010) bahwa sintesis HAp dengan metode kering dari serbuk garam anorganik atau oksida membutuhkan pencampuran mekanik yang ekstensif dan perlakuan pada suhu tinggi.
Dahlan et al. (2009) menyintesis HAp dari bahan dasar cangkang telur ayam menggunakan metode kering dengan variasi suhu reaksi 900 dan 1000 ºC. HAp yang dihasilkan masih disertai senyawa apatit lainnya seperti AKA dan AKB. Hal ini berarti peningkatan suhu sebesar 100 ºC tidak memberikan pengaruh yang berarti pada reaksi kering CaO dengan (NH4)2HPO4. Pada penelitian ini
9
Berdasarkan penelitian Hapsah (2012), sintesis HAp menggunakan metode kering dengan variasi suhu 400, 600, 800, 1000, 1200 dan 1250 ºC juga menghasilkan fase HAp dengan disertai senyawa lain, yaitu β-TCP, AKA, OKF, Ca(OH)2, dan CaO. Difraktogram sinar-X hasil sintesis dengan metode
kering-sonikasi pada suhu 1250 ºC selama 3 jam dalam bentuk serbuk menghasilkan puncak-puncak tertinggi 2θ berasal dari HAp, yaitu di 31.8º dan 32.9º, serta mikrograf morfologi permukaan HAp yang lebih halus dan homogen.
Kristalinitas merupakan besaran yang menyatakan kandungan kristal dalam suatu bahan dengan membandingkan luasan kurva kristalin dengan total luasan amorf dan kristalin. Suhu pemanasan memengaruhi kristalinitas yang terbentuk. Semakin teratur susunan atom dalam suatu bahan, semakin tinggi kristalinitasnya. Suhu pemanasan yang semakin tinggi menyebabkan susunan atom dalam sampel semakin teratur sehingga semakin banyak kristal yang terbentuk (Amrina 2008). Kristalinitas berbanding lurus dengan ukuran kristal. Ukuran kristal semakin besar seiring dengan kenaikan suhu proses sistesis HAp (Tabel 1). Kristalinitas yang didapatkan ini belum menggambarkan senyawa HAp murni, tetapi diperoleh dari campuran senyawa HAp dengan beberapa senyawa turunannya seperti OKF, α‐
dan β-TCP, AKA, AKB, dan TKF.
Tabel 1 Kristalinitas dan rerata ukuran kristal sampel
*Data selengkapnya diberikan di Lampiran 5
Spektrum FTIR Produk Sintesis Hidroksiapatit
Secara umum, produk sintesis HAp dengan ketiga variasi suhu menunjukkan pita serapan dari vibrasi regang simetris ( 1), regang asimetris ( 3), dan tekuk
asimetris ( 4 ) dari PO43‐,vibrasi tekuk simetris ( 2), 3, dan 4 dari CO32‐, serta
vibrasi regang OH
¯
(Gambar 5). Posisi pita-pita serapan tersebut ditunjukkan pada Tabel 2.Pita serapan gugus OH
¯
dengan rentang bilangan gelombang 3700−2500 cm-1 menunjukkan keberadaan H2O pada kristal apatit yang terbentuk. Sementarapita serapan pada bilangan gelombang 611.43 cm-1 berasal dari gugus OH
¯
yang terikat ke fase HAp. Hal ini menunjukkan bahwa fase HAp terbentuk seiring dengan kenaikan suhu sintering. Muntamah (2011) melaporkan bahwa serapan PO43‐ pada spektrum HAp komersial berupa pita kecil pada bilangan gelombang960 cm-1. Produk sintesis HAp dengan variasi suhu pada penelitian ini hanya menghasilkan satu pita serapan pada bilangan gelombang tersebut. Hal ini disebabkan oleh adanya ion CO32‐ yang menghambat terbentuknya kristal HAp.
Keberadaan ion CO32‐ dapat berasal dari bahan baku CaO atau dari udara bebas
10
Gambar 5 Spektrum FTIR produk sintesis hidroksiapatit dengan metode kering pada suhu 800 °C (
─
), 1000 °C (─
), dan 1200 °C (─
)Tabel 2 Nilai bilangan gelombang penciri hidroksiapatit dalam spektrum FTIR produk sintesis
Suhu
sintering
(°C)
Pita serapan PO43‐ (cm-1) Pita serapan CO32‐ (cm-1)
Pita serapan OH
¯
(cm-1)1 3 4 2 3 4
800 962.48 1002.98 567.07 875.68 1415.75 680.87 3570.24
974.05 1186.22 599.86 3641.60
1000 947.05 1045.42 588.29 1417.68 725.23
974.05 1186.22 1489.05 611.43
1200 945.12 1045.42 586.36 1415.75 725.23 3643.53
974.05 1186.22 611.43
Keterangan : 1= vibrasi regang simetris; 2= vibrasi tekuk simetris;
3= vibrasi regang asimetris; 4= vibrasi tekuk asimetris
Tabel 2 menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu sintering, semakin sedikit jumlah pita serapan gugus CO32₋ pada produk sintesis. Selain itu, semakin sedikit
pula gugus OH− dalam produk yang berasal dari H2O. Dalam kristal apatit, H2O
dapat berada di permukaan atau di dalam kristal. H2O di permukaan kristal apatit
akan hilang oleh pemanasan di bawah suhu 200 °C, sedangkan H2O di dalam
Mikrograf Produk Sintesis Hidroksiapatit
Sampel selain dicirikan mengggunakan XRD untuk mengidentifikasi fase kristal, juga dicirikan dengan SEM untuk mengamati morfologi permukaannya. Mikrograf hasil sintesis HAp dengan variasi suhu diperoleh berupa kristal beberapa senyawa apatit yang berkumpul dengan bentuk tidak seragam (Gambar 6). Hasil ini menunjukkan bahwa sintesis dengan metode kering belum menghasilkan HAp yang sempurna. Dari ketiga mikrograf tersebut, terlihat bahwa semakin tinggi suhu sintering, pori-pori semakin terbuka. Gergely et al. (2010) melaporkan hasil SEM HAp hasil sintesis dengan metode kering berupa butiran
kasar berukuran nanometer yang menggumpal dengan permukaan halus.
Sementara morfologi HAp komersial dilaporkan berupa granul-granul yang membentuk agregat. Ukuran granul tidak merata dan memiliki struktur yang halus (Trianita 2012).
a b
c
Gambar 6 Mikrograf HAp hasil kalsinasi pada suhu 800 ºC (a), 1000 ºC (b), dan 1200 ºC (c)
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
12
terdapat beberapa senyawa apatit lainnya seperti AKA, AKB, α-TCP, β-TCP, OKF, dan TKF sebagaimana ditunjukkan oleh hasil difraktogram sinar-X. Spektrum FTIR menunjukkan pita serapan gugus OH
¯
yang terikat fase HAp pada produk sintesis dengan suhu sintering 1000 dan 1200 ºC. Mikrograf SEM menunjukkan permukaan produk sintesis HAp yang mengumpul dengan bentuk tidak beraturan dan berpori.Saran
Dibutuhkan pengondisian tertentu untuk menghindari keberadaan ion CO32‐
pada proses sintesis. Proses sintering dilakukan dengan kenaikan suhu yang bertahap agar reaksi hidrotermal berjalan dengan sempurna. Variasi waktu pengadukan pada metode kering juga diperlukan untuk menyempurnakan sintesis HAp agar diperoleh HAp yang lebih murni.
DAFTAR PUSTAKA
Aoki H. 1991. Science and Medical Applications of Hydroxyapatite. Tokyo (JP): Tokyo Medical and Dental Univ.
Amrina, QH. 2008. Sintesa hidroksiapatit dengan memanfaatkan limbah cangkang telur: karakterisasi difraksi sinar-X dan scanning electron microscopy
(SEM) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Arifianto. 2006. Pengaruh atmosfer dan suhu sintering terhadap komposisi pelet hidroksiapatit yang dibuat dengan sintesa kimia dengan pelarut air dan SBF [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Arunlertaree C, Kaewsomboon W, Kumsopa A, Pokethitiyook P,
Panyawathanakit P. 2007. Removal of lead from battery manufacturing wastewater by egg shell.Songklanakarin J Sci Technol. 29:857-868.
Assolant DB, Ababou A, Champion E, Heughebaert M. 2002. Sintering of calcium phosphate hydroxyapatite Ca
10(PO4)6(OH)2 I. Calcination and
particle growth. J Eur Ceramic Soc. 23:229-241.
Balamurugan A, Michel J, Fauré J, Benhayoune H, Wortham L, Sockalingum G, Banchet V, Bouthors S, Maquin DL, Balossier G. 2006. Synthesis and structural analysis of sol gel derived stoichiometric monophasic hydroxyapatite. Ceramics-Silikaty. 50(1):27-31.
Dahlan K, Prasetyanti F, Sari YW. 2009. Sintesis hidroksiapatit dari cangkang telur menggunakan dry method. J Biofisika. 5(2):71-78.
Gergely G, We’ber F, Luka´cs I, To´th AL, Horva´th ZE, Miha´ly J, Bala´zsi C. 2010. Preparation and characterization of hydroxyapatite from eggshell.
Ceramics Int. 36:803-806.
Hapsah S. 2012. Perubahan fase padat pada pembentukan hidroksiapatit akibat variasi suhu [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
13
Muntamah. 2011. Sintesis dan karakterisasi hidroksiapatit dari limbah cangkang kerang darah (Anadara granosa sp) [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Nys Y, Gautron J. 2007. Structure and formation of the eggshell. Di dalam: Huopalahti R, Lopez-Fandino R, Anton M, Schade R, editor. Bioactive Egg Compounds. Berlin (DE): Springer-Verlag. Halaman 99-102.
Nys Y, Gautron J, Garcia-Ruiz JM, Hincke MY. 2004. Avian eggshell
mineralization: biochemical and functional characterization of matrix protein. C R Palevol. 3:549-562.
Pramanik S, Agarwal AK, Rai KN. 2005. Development of high strength hydroxyapatite for hard tissue replacement. Trends Biomater Artif Organs.
19(1):46-51.
Soejoko DS, Wahyuni S. 2002. Spektroskopi inframerah senyawa kalsium fosfat hasil presipitasi. Makara Sains. 6(3):117-122.
14
Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Analisis kadar Ca dengan AAS
Analisis XRD dan SEM Preparasi cangkang telur bebek
Analisis XRD, FTIR, dan SEM Kalsinasi pada suhu 1000 °C
selama 6 jam
Sintesis HAp dengan metode kering:
CaO + (NH4)2HPO4
Dihomogenkan dengan lumpang dan pengaduk dengan kecepatan 400 rpm
selama 2 jam
Campuran dipanaskan pada suhu 800, 1000, dan 1200 °C masing-masing
selama 2 jam.
15
Lampiran 2 Perhitungan massa pembentukan hidroksiapatit
16
lanjutan Lampiran 2
79.2335 g
• m (NH4)2HPO4 yang akan ditimbang = = 6.4596 g
12.2659 43.4255 g
• m CaO yang akan ditimbang = = 3.5402 g 12.2659
• Nisbah CaO dan (NH4)2HPO4 Ca
CaO %
. g
. g % . %
m P 18.5818 g
°100% ° 100% 23.46%
17
Lampiran 3 Perhitungan kadar kalsium dalam cangkang telur bebek
Konsentrasi kalsium (x) : 7.985 ppm
Bobot contoh (m) : 0.1063 gram
Volume contoh (V) : 100 mL
Faktor pengenceran (fp) : 100
Persentase penjerapan dapat dihitung dengan menggunakan rumus :
7.985 ppm . 1 g/1000 mg . 100 mL . 1 L/1000 mL . 100
= °100%
0.1063 g
=75.12%
% kadar kalsium = x.V.fp ° 100%
18
Lampiran 4 Data JCPDS
a. Data JCPDS kalsium oksida (CaO)
19
lanjutan Lampiran 4
c. Data JCPDS trikalsium fosfat (α-TCP)
20
lanjutan Lampiran 4
e. Data JCPDS tetrakalsium fosfat (TKF)
21
lanjutan Lampiran 4
g. Data JCPDS oktakalsium fosfat (OKF)
22
Lampiran 5 Data ukuran kristal sampel hasil analisis XRD
a. Hasil sintesis pada suhu 800 °C
23
lanjutan Lampiran 5a
2θ (°) β (°) 2θ
24
lanjutan Lampiran 5a
2θ (°) β (°) 2θ
25
lanjutan Lampiran 5a
2θ (°) β (°) 2θ
(rad) θ (rad) cos
θ (rad) β L (nm)
64.4709 0.0600 1.1252 0.5626 0.8459 0.0010 156.5322 64.8008 0.0400 1.1310 0.5655 0.8443 0.0007 235.2263 65.0407 0.0400 1.1352 0.5676 0.8432 0.0007 235.5397 65.3107 0.0600 1.1399 0.5699 0.8419 0.0010 157.2632 65.9605 0.1600 1.1512 0.5756 0.8389 0.0028 59.1897 66.8353 0.0900 1.1665 0.5832 0.8347 0.0016 105.7532 67.2002 0.0800 1.1729 0.5864 0.8329 0.0014 119.2234 67.5001 0.1200 1.1781 0.5890 0.8315 0.0021 79.6210 69.0797 0.0800 1.2057 0.6028 0.8237 0.0014 120.5533 69.8695 0.1000 1.2195 0.6097 0.8198 0.0017 96.9047 70.3994 0.0400 1.2287 0.6144 0.8171 0.0007 243.0493 70.9042 0.2300 1.2375 0.6188 0.8146 0.0040 42.4016 71.3491 0.0600 1.2453 0.6226 0.8123 0.0010 162.9913 71.5191 0.0400 1.2482 0.6241 0.8115 0.0007 244.7479 72.4788 0.2400 1.2650 0.6325 0.8066 0.0042 41.0403 73.4486 0.1400 1.2819 0.6410 0.8015 0.0024 70.7965 74.0085 0.1000 1.2917 0.6458 0.7986 0.0017 99.4788 75.1882 0.0600 1.3123 0.6561 0.7924 0.0010 167.1034 76.1980 0.0400 1.3299 0.6650 0.7869 0.0007 252.3773 77.0577 0.0800 1.3449 0.6725 0.7823 0.0014 126.9389 77.2277 0.0600 1.3479 0.6739 0.7814 0.0010 169.4522 78.1675 0.1000 1.3643 0.6821 0.7762 0.0017 102.3452 78.5974 0.0400 1.3718 0.6859 0.7739 0.0007 256.6467 79.7971 0.0800 1.3927 0.6964 0.7672 0.0014 129.4395
26
20.3504 0.070 0.3552 0.1776 0.9843 0.0012 115.3033 20.6447 0.060 0.3603 0.1802 0.9838 0.0010 134.5830 21.2582 0.030 0.3710 0.1855 0.9828 0.0005 269.4326 21.5725 0.040 0.3765 0.1883 0.9823 0.0007 202.1793 21.812 0.100 0.3807 0.1903 0.9819 0.0017 80.9041 21.9666 0.150 0.3834 0.1917 0.9817 0.0026 53.9501 23.4287 0.040 0.4089 0.2045 0.9792 0.0007 202.8318 23.6183 0.100 0.4122 0.2061 0.9788 0.0017 81.1607 23.9776 0.100 0.4185 0.2092 0.9782 0.0017 81.2143 24.9859 0.040 0.4361 0.2180 0.9763 0.0007 203.4238 25.8403 0.182 0.4510 0.2255 0.9747 0.0032 44.8577 26.2838 0.080 0.4587 0.2294 0.9738 0.0014 101.9743 26.4835 0.160 0.4622 0.2311 0.9734 0.0028 51.0080 26.7348 0.197 0.4666 0.2333 0.9729 0.0034 41.5125 27.0228 0.173 0.4716 0.2358 0.9723 0.0030 47.1189 27.4621 0.120 0.4793 0.2397 0.9714 0.0021 68.1501 27.8177 0.328 0.4855 0.2428 0.9707 0.0057 24.9520 28.2461 0.030 0.4930 0.2465 0.9698 0.0005 273.0633 28.9835 0.193 0.5059 0.2529 0.9682 0.0034 42.4488 33.0708 0.050 0.5772 0.2886 0.9586 0.0009 165.7401 33.5029 0.115 0.5847 0.2924 0.9576 0.0020 72.1422 33.6353 0.133 0.5870 0.2935 0.9572 0.0023 62.2132 33.8351 0.040 0.5905 0.2953 0.9567 0.0007 207.5908 34.4881 0.169 0.6019 0.3010 0.9551 0.0030 49.1328 34.9942 0.080 0.6108 0.3054 0.9537 0.0014 104.1211 35.3672 0.187 0.6173 0.3086 0.9527 0.0033 44.6614 35.6569 0.127 0.6223 0.3112 0.9520 0.0022 65.8646 35.9984 0.030 0.6283 0.3141 0.9511 0.0005 278.4361 36.1782 0.070 0.6314 0.3157 0.9506 0.0012 119.3908 37.4723 0.160 0.6540 0.3270 0.9470 0.0028 52.4302
28
29
lanjutan Lampiran 5b
2θ (°) β (°) 2θ (rad)
θ
(rad) cos θ
β
(rad) L (nm)
70.5226 0.127 1.2309 0.6154 0.8165 0.0022 76.7905 70.9092 0.180 1.2376 0.6188 0.8146 0.0031 54.1815 71.2641 0.030 1.2438 0.6219 0.8128 0.0005 325.8093 72.0589 0.040 1.2577 0.6288 0.8087 0.0007 245.5838 72.4189 0.160 1.2639 0.6320 0.8069 0.0028 61.5369 72.7088 0.060 1.2690 0.6345 0.8054 0.0010 164.4033 73.4586 0.160 1.2821 0.6410 0.8015 0.0028 61.9509 73.6935 0.090 1.2862 0.6431 0.8002 0.0016 110.3039 74.1084 0.040 1.2934 0.6467 0.7981 0.0007 248.8607 74.7783 0.160 1.3051 0.6526 0.7945 0.0028 62.4921 75.2182 0.160 1.3128 0.6564 0.7922 0.0028 62.6764 75.4781 0.120 1.3173 0.6587 0.7908 0.0021 83.7150 75.6331 0.030 1.3200 0.6600 0.7900 0.0005 335.2114 76.0280 0.140 1.3269 0.6635 0.7879 0.0024 72.0241 76.2779 0.120 1.3313 0.6657 0.7865 0.0021 84.1718 76.4129 0.110 1.3337 0.6668 0.7858 0.0019 91.9089 76.6978 0.040 1.3386 0.6693 0.7842 0.0007 253.2457 77.5726 0.070 1.3539 0.6769 0.7795 0.0012 145.5954 78.1675 0.220 1.3643 0.6821 0.7762 0.0038 46.5205 79.7171 0.200 1.3913 0.6957 0.7676 0.0035 51.7456
30
c. Hasil sintesis pada suhu 1200 °C
31
lanjutan Lampiran 5c
32
lanjutan Lampiran 5c
Diketahui salah satu data sampel hasil sintesis pada suhu 800 °C.
2θ (°) β (°) 2θ
20.2756 0.1200 0.3539 0.1769 0.9844 0.0021 67.2524
Ukuran kristal dicari dengan menggunakan persamaan Scherrer:
. λ
θ = Setengah sudut difraksi
33
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bojonegoro pada tanggal 14 September 1985 dari Ayah Haryono dan Ibu Kiswati. Penulis merupakan anak pertama dari 2 bersaudara.
Tahun 2006 penulis melaksanakan praktik kerja lapangan di PT Frisian Flag Indonesia. Di tahun yang sama penulis lulus dari D3 Analis Kimia, Akademi Kimia Analisis Bogor. Tahun 2007 hingga 2009 penulis bekerja di PT Heinz ABC Indonesia. Tahun 2008 penulis melanjutkan pendidikan pada Program S1 Kimia Penyelenggaraan Khusus, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, IPB. Tahun 2010 hingga saat ini penulis bekerja sebagai PNS di Balai Besar Teknik Kesehatan Lingkungan dan Pengendalian Penyakit Jakarta, Kementerian Kesehatan RI.
