i SINTESIS NANOPARTIKEL PERAK MENGGUNAKAN EKSTRAK
KAYU MANIS (Cinnamomum sp.) SEBAGAI BIOREDUKTOR
JAMALUDIN NUR H311 09 259
JURUSAN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS HASANUDDIN
MAKASSAR 2014
ii SINTESIS NANOPARTIKEL PERAK MENGGUNAKAN EKSTRAK
KAYU MANIS (Cinnamomum sp.) SEBAGAI BIOREDUKTOR
Skripsi ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
Oleh
JAMALUDIN NUR H311 09 259
MAKASSAR 2014
iii SKRIPSI
SINTESIS NANOPARTIKEL PERAK MENGGUNAKAN EKSTRAK KAYU MANIS (Cinnamomum sp.) SEBAGAI BIOREDUKTOR
Disusun dan diajukan oleh JAMALUDIN NUR
H 311 09 259
Skripsi ini telah diperiksa dan disetujui oleh:
Pembimbing Utama
Dra. Rohani Bahar, M.Si NIP. 19490902 198601 2 001
Pembimbing Pertama Pembimbing Kedua
Dr. Maming, MS Ir. Abdul Hayat Kasim, MT NIP. 19631231 198903 1 031 NIP. 19570216 198702 1 001
iv Katakanlah: "Siapakah Tuhan langit dan bumi?" Jawabnya: "Allah".
Katakanlah: "Maka patutkah kamu mengambil pelindung-pelindungmu dari selain Allah, padahal mereka tidak menguasai kemanfaatan dan tidak (pula) kemudharatan bagi diri mereka sendiri?." Katakanlah: "Adakah sama orang buta dan yang dapat melihat, atau samakah gelap gulita dan terang benderang; apakah mereka menjadikan beberapa sekutu bagi Allah yang dapat menciptakan seperti ciptaan-Nya sehingga kedua ciptaan itu serupa menurut pandangan mereka?" Katakanlah: "Allah adalah Pencipta segala sesuatu dan Dia-lah Tuhan Yang Maha Esa lagi Maha Perkasa.”
(QS. Ar-Ra'd [13] : ayat 16)
Kupersembahkan karya kecil ini untuk kalian . . .
v PRAKATA
Alhamdulillah, segala puji bagi Allah Subhanahu Wa Ta’ala, Tuhan seluruh alam yang telah menciptakan semesta beserta keteraturannya. Rasa syukur penulis panjatkan pada-Nya, yang telah melimpahkan rahmat dan nikmat sehingga penulis dapat menyelesaikan sebuah karya kecil berjudul
“Sintesis Nanopartikel Perak Menggunakan Ekstrak Kayu Manis (Cinnamomum sp.) Sebagai Bioreduktor,” yang mana menjadi syarat guna memperoleh gelar Sarjana Sains Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Hasanuddin.
Bukan jalan luas nan lurus yang memberikan banyak pembelajaran dan pengalaman, melainkan jalan terjal nan sempit dan penuh bebatuan. Penulis menyadari bahwa betapa banyak hambatan dan beratnya rintangan dalam menyelesaikan tulisan ini namun dengan adanya berbagai macam bentuk dukungan dan bantuan dari banyak pihak yang diberikan kepada penulis menjadi pemicu semangat untuk merampungkan tulisan ini. Tiada hal yang dapat membalasnya selain doa yang penulis bisa haturkan semoga kebahagiaan dan kesuksesan senantiasa menyertai. Oleh karena itu, melalui tulisan ini pula, penulis menyampaikan penghargaan dan ucapan terima kasih yang setinggi- tingginya kepada:
1. Kedua orang tuaku, ayahanda Nur Alam dan ibunda Jurmiah atas curahan kasih sayangnya selama ini, kesabaran dalam mendidik ketiga buah hatinya dan motivasi yang tiada henti kepada penulis. Kakak dan adikku, Nasrudin dan Alvian Nur Ramadhani, we are different one another but we are completing each others.
vi
2. Ibu Dra. Rohani Bahar, M.Si selaku pembimbing utama, Bapak Dr. Maming, MS selaku pembimbing pertama, dan Bapak Ir. Abdul Hayat
Kasim, MT selaku pembimbing kedua yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pikirannya dalam mengarahkan penulis mulai dari penyusunan proposal hingga rampungnya skripsi ini.
3. Ketua Jurusan Kimia, Bapak Dr. Firdaus Zenta, MS dan Sekretaris Jurusan Kimia, Ibu Dr. Seniwati Dali, M.Si serta seluruh dosen yang telah membagi ilmunya kepada penulis selama menempuh pendidikan, juga para staff Jurusan Kimia Fakultas MIPA Unhas terima kasih atas bantuan dan kerja samanya.
4. Bapak Dr. Syarifuddin Liong, M.Si, Bapak Dr. Firdaus Zenta, MS, dan Ibu Dr. Seniwati Dali, M.Si sebagai Tim Penguji yang telah banyak memberikan arahan dan masukan kepada penulis.
5. Seluruh analis di Jurusan Kimia FMIPA Unhas yang telah banyak membantu penulis selama melakukan penelitian.
6. Keluarga Pelajar Mahasiswa Balikpapan (KPMB) Makassar yang menjadi keluarga baru penulis di Makassar. Terima kasih telah memberikan fasilitas yang mendukung penulis dalam menyelesaikan studinya, pengalaman dan pembelajaran dalam berorganisasi yang penulis tidak banyak dapatkan dalam perkuliahan, persaudaraan, dan nuansa yang mana membuat penulis serasa tidak pernah pergi jauh dari kota kelahiran.
7. Teman - teman sejurusan, Kimia 2009 alias “309” atas keakraban yang terjalin hingga saat ini. Kita pernah berjuang bersama melewati masa-masa sulit di kampus merah ini. Kalian cukup menginspirasi penulis dalam banyak hal, thanks.
vii 8. Teman - teman KKN Tematik Padang-Sumatera Barat Gelombang 85 atas kebersamaannya yang telah terjalin dan juga teman-teman KKN dari Universitas Andalas atas kebersamaan dan kerja samanya selama kurang lebih sebulan di Nagari Batu Bulek, Batu Sangkar, Sumatera Barat.
9. My partner in Research of Nanoparticles, Esty Y. Lembang. Terima kasih atas solusi dan kerja samanya selama melakukan penelitian. Senang bisa lolos seleksi PKM-Dikti walaupun tidak sampai ke Pimnas, never give up!
10. Bapak Wisnu Ari Adi yang telah membantu penulis dalam analisa sampel penelitian di Laboratorium Nanotech Indonesia.
11. Kakak - kakak dan adik - adikku di jurusan kimia angkatan 2004 – 2013 atas motivasi dan kerja samanya hingga kini.
12. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan namanya satu - persatu, terima kasih telah memberikan dukungan kepada penulis.
Penulis hanyalah manusia biasa yang tidak luput dari kesalahan sehingga penulis menyadari bahwa apa yang penulis berikan melalui karya kecil ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati, penulis mengharapkan kritikan dan saran konstruktif dari semua pihak.
Penulis
2014
viii ABSTRAK
Sintesis nanopartikel perak dilakukan dengan metode reduksi menggunakan ekstrak kayu manis (Cinnamomum sp.) yang berperan sebagai agen pereduksi dan AgNO3 sebagai prekursor. Proses pembentukan nanopartikel perak dimonitoring dengan mengamati spektrum serapan UV-Vis. Hasil pengamatan menunjukkan nilai absorbansi semakin meningkat seiring dengan bertambahnya waktu reaksi.
Serapan maksimum UV-Vis dari sampel sintesis tanpa pengadukan, dengan pengadukan, dan dengan penambahan larutan PAA 0,5% masing-masing pada panjang gelombang 418 – 431 nm, 421,5 – 433,5 nm, dan 402 - 406,5 nm selama 7 hari. Proses sintesis dengan pengadukan mempercepat pembentukan nanopartikel perak. Ukuran nanopartikel perak ditentukan menggunakan PSA dengan distribusi rata-rata ukuran untuk sampel sintesis tanpa pengadukan, dengan pengadukan dan dengan penambahan larutan PAA 0,5% masing-masing adalah 40,2 nm, 42,8 nm dan 32,3 nm. Nanopartikel perak dianalisis dengan SEM-EDX untuk mengamati morfologi dan menentukan komposisi elemental yang terkandung di dalamnya.
Kata kunci: nanopartikel perak, metode reduksi, kayu manis, PAA, karakterisasi
ix ABSTRACT
Synthesis of silver nanoparticles was made by using the reduction method with kayu manis bark extract (Cinnamomum sp.) which acts as a reducing agent and as a precursor is AgNO3. The formation process of silver nanoparticles monitored by UV-Vis absorbance. The results showed absorbance values increased along with increasing reaction time. UV-Vis absorbtion maximum of the sample synthesis without stirring, with stirring, and the addition of PAA 0,5%
respectively at a wavelength of 418 – 431 nm, 421,5 – 433,5 nm, and 402 – 406,5 nm for 1 week. Synthetic process by stirring accelerates the formation of silver nanoparticles. Silver nanoparticle size is determined using PSA with an average size distribution for sample synthesis without stirring, with stirring and the addition of 0,5% PAA respectively 40,2 nm, 42,8 nm and 32,3 nm. Silver nanoparticles was analyzed by using SEM-EDX as an instrument to observe the morphology of the silver nanoparticles and determined its elemental composition.
Keywords: silver nanoparticles, methods of reduction, kayu manis, PAA, characterization
x DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ... i
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
LEMBAR PERSEMBAHAN ... iv
PRAKATA ... v
ABSTRAK ... viii
ABSTRACT ... ix
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ... xv
DAFTAR SIMBOL DAN SINGKATAN ... xvi
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang Masalah ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 4
1.3 Maksud dan Tujuan Penelitian ... 4
1.3.1 Maksud Penelitian ... 4
1.3.2 Tujuan Penelitian ... 5
1. 4 Manfaat Penelitian ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1 Taksonomi dan Morfologi Kayu Manis ... 6
2.2 Ekstrak Kayu Manis Sebagai Bioreduktor ... 8
2.3 Tinjauan Umum Nanopartikel Perak ... 11
xi
2.4 Sintesis Nanopartikel Perak ... 14
2.5 Karakterisasi Nanopartikel Perak ... 17
BAB III METODE PENELITIAN ... 18
3.1 Bahan Penelitian ... 18
3.2 Alat Penelitian ... 18
3.3 Waktu dan Tempat Penelitian ... 18
3.4 Prosedur Penelitian... 19
3.4.1 Dekontaminasi Material Organik dan Anorganik pada Alat Gelas ... 19
3.4.2 Pembuatan Larutan AgNO3 0,1 mM, 0,5 mM, 1 mM, 1,5 mM, 2 mM, 2,5 mM, 3 mM, 5 mM, 7,5 mM, dan 10 mM ... 19
3.4.3 Pembuatan Larutan PAA 0,5%, 1%, dan 1,5% ... 19
3.4.4 Pembuatan Ekstrak Kayu Manis ... 20
3.4.5 Sintesis Nanopartikel Perak ... 20
3.4.6 Karakterisasi Produk ... 21
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 22
4.1 Sintesis Nanopartikel Perak ... 22
4.1.1 Penentuan Konsentrasi Optimum Larutan AgNO3 ... 22
4.1.2 Penentuan Waktu Optimum ... 24
4.1.3 Karakterisasi Warna dan pH ... 25
4.1.4 Karakterisasi Nanopartikel Perak dengan Spektrofotometer UV-Vis ... 29
4.1.5 Karakterisasi Nanopartikel Perak dengan PSA ... 34
4.1.6 Karakterisasi Nanopartikel Perak dengan SEM-EDX .. 37
xii
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 39
5.1 Kesimpulan ... 39
5.2 Saran ... 39
DAFTAR PUSTAKA ... 40
LAMPIRAN ... 44
xiii DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
1. Aplikasi Nanopartikel Perak pada Bidang Pangan dan Kemasan 13 2. Nilai λmaks dan Absorbansi Larutan Nanopartikel Perak dengan
Variasi Konsentrasi Larutan AgNO3 ... ... 24
xiv DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
1. Pohon Induk Kayu Manis dan Buah Kayu Manis ... 8 2. Struktur Molekul Sinamaldehid ... 10 3. Mekanisme Terbentuknya Nanopartikel Menggunakan Fasa
Cairan atau Koloid ... 15 4. Struktur Molekul Asam Poliakrilat ... 16 5. Spektrum Serapan UV-Vis Larutan Nanopartikel Perak dengan
Konsentrasi AgNO3 0,1 – 10 mM ... 23 6. Spektrum Serapan UV-Vis pada Waktu Optimum ... 25 7. Karakterisasi Warna Sampel A, Sampel B, dan Sampel C Selama
7 Hari ... 26 8. Larutan AgNO3 2 mM dan Ekstrak Kayu Manis ... 27 9. Warna Larutan Sampel A, Sampel B, dan Sampel C pada Waktu
Awal Sintesis ... 28 10. Spektrum Serapan UV-Vis Ekstrak Kayu Manis, Larutan AgNO3
2 mM dan Larutan PAA 0,5% pada Rentang Panjang Gelombang
200 - 600 nm ... 30 11. Spektrum Serapan UV-Vis Sampel A, Sampel B, dan Sampel C
pada Rentang Panjang Gelombang 330 – 600 nm ... 33 12. Perbandingan Kestabilan Koloid Nanopartikel Perak pada Sampel
A, Sampel B, dan Sampel C Selama 7 Hari ... 34 13. Hasil Analisa PSA Sampel A, Sampel B, dan Sampel C
Berdasarkan Distribusi Ukuran Partikel dan Distribusi Volume ... 36 14. Pola SEM dari Nanopartikel Perak Sampel A pada Skala 2 µm,
Skala 5 µm, Skala 20 µm, dan Skala 200 µm ... 38
xv DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran Halaman
1. Mekanisme Reaksi pada Proses Bioreduksi AgNO3 oleh
Sinamaldehid ... 44
2. Bagan Kerja ... 45
3. Kondisi Larutan Nanopartikel Perak dengan Variasi Larutan AgNO3 ... 51
4. Penentuan Waktu Optimum ... 52
5. Perbandingan Kestabilan Sintesis Nanopartikel Perak dengan Penambahan Larutan PAA 0,5%, 1%, dan 1,5% ... 56
6. Perbandingan Kestabilan Sintesis Nanopartikel Perak antara Sampel A, Sampel B, dan Sampel C ... 57
7. Gambar Sampel A, Sampel B, dan Sampel C ... 58
8. Hasil Analisa dengan Spektrofotometer UV-Vis ... 59
9. Hasil Analisa dengan PSA ... 67
10. Hasil Analisa dengan SEM-EDX ... 79
xvi BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Para peneliti dari dunia akademik maupun dari dunia industri seakan-akan sedang berlomba untuk mewujudkan karya baru sebagai bentuk upaya dalam hal mengembangkan nanoteknologi. Nanoteknologi menghasilkan produk dan sistem paling tidak memiliki satu sifat superior. Suatu bahan tergolong nano jika berada pada ukuran 1-100 nm. Ukuran yang begitu kecil jika dibandingkan dengan ukuran sehelai rambut 100.000 nm (Rochani dan Wahyuni, 2010).
Salah satu bidang yang menarik minat banyak peneliti adalah pengembangan dalam metode-metode sintesis nanopartikel (Abdullah dkk., 2008).
Pembentukan nanopartikel dengan keteraturan yang tinggi dapat menghasilkan pola yang lebih seragam dan ukuran yang seragam pula. Kebanyakan penelitian telah mampu menghasilkan nanopartikel yang lebih bagus dengan menggunakan metoda-metoda yang umum digunakan, yaitu seperti kopresipitasi, sol-gel, mikroemulsi, hidrotermal atau solvotermal, menggunakan cetakan (templated synthesis), sintesis biomimetik, metoda cairan superkritis dan sintesis cairan ionik (Fernandez, 2011).
Cara yang sangat populer karena alasan faktor kemudahan, biaya yang relatif murah serta kemungkinannya untuk diproduksi dalam skala besar adalah dengan metode reduksi kimia (Lu dan Chou, 2008). Prinsip biosintesis dengan metode reduksi dalam preparasi nanopartikel ialah memanfaatkan tumbuhan dan mikroorganisme seperti bakteri, jamur, dan khamir sebagai agen pereduksi.
Pemanfaatan mikroorganisme sebagai bioreduktor dalam sintesis nanopartikel
xvii memiliki beberapa kelemahan seperti pemeliharaan kultur yang sulit dan waktu sintesis yang lama sehingga tumbuhan menjadi alternatif dalam sintesis nanopartikel (Bakir, 2011 dalam Mohanpuria dkk., 2008).
Salah satu nanopartikel yang dapat disintesis dengan cara reduksi kimia adalah nanopartikel perak. Sintesis nanopartikel perak dengan cara ini dilakukan dengan menggunakan reduktor dan larutan perak nitrat sebagai prekursor.
Nanopartikel perak memiliki beberapa potensi antara lain sebagai katalis, detektor sensor optik dan juga agen antimikroba (Haryono dkk., 2008).
Indonesia merupakan negara dengan sumber daya alam melimpah dan keanekaragaman hayati yang tinggi sehingga memiliki potensi untuk penelitian yang terkait dengan eksplorasi pemanfaatan tumbuhan dalam sintesis nanopartikel. Penggunaan senyawa organik tumbuhan dalam sintesis nanopartikel merupakan metode yang ramah lingkungan dan lebih sederhana (Handayani dkk., 2010).
Tanaman kayu manis (Cinnamomum sp.) merupakan tanaman tahunan yang menjadi salah satu komoditas ekspor penting Indonesia. Kulit batang, dahan dan rantingnya dapat digunakan untuk bahan minyak dan obat, juga dapat dihasilkan minyak atsiri yang banyak digunakan dalam industri kosmetika, farmasi dan industri makanan (Widiyanti, 2012). Senyawa organik yang terkandung di dalam kulit kayu manis memiliki kemampuan mereduksi ion perak sehingga berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai bioreduktor dalam sintesis nanopartikel perak yang ramah lingkungan atau disebut dengan Green Synthesis (Sathishkumar dkk., 2009).
Nanopartikel perak dapat dibuat dari perak nitrat (AgNO3) dengan menggunakan larutan natrium borohidrida (NaBH4) sebagai pereduksi dan larutan
xviii asam poliakrilat (PAA) sebagai penstabil seperti yang telah dilakukan oleh Wahyudi dkk. (2011). Sintesis nanopartikel perak dengan cara reduksi kimia yang ramah lingkungan adalah dengan menggunakan ekstrak kayu manis sebagai pereduksi (Sathishkumar dkk., 2009). Nanopartikel perak cenderung mengalami agregasi membentuk ukuran besar. Stabilitas nanopartikel perak memegang peranan yang sangat penting ketika akan dikarakterisasi dan diaplikasikan ke dalam sebuah produk (Haryono dkk., 2008).
Penambahan material atau molekul pelapis partikel adalah upaya untuk menstabilkan nanopartikel sehingga terjadinya agregat antar nanopartikel dapat dicegah (Haryono dkk., 2008). Senyawa yang biasa digunakan untuk menstabilkan ukuran nanopartikel adalah polimer. Polimer diharapkan mampu menjadi dinding penghalang terjadinya proses aglomerasi dan proses oksidasi yang tidak diinginkan. Selain menggunakan jenis polimer PAA, nanopartikel perak juga dapat distabilkan dengan beberapa jenis polimer lainnya seperti PVP, PAH, CMC (Bae dkk., 2011) dan PVA (Bakir, 2011).
Menurut penelitian diketahui bahwa rempah-rempah adalah tumbuhan yang pada umumnya mengandung komponen bioaktif yang bersifat antioksidan (Nely, 2007). Senyawa antioksidan memiliki kemampuan untuk mereduksi.
Kayu manis adalah salah satu rempah-rempah yang berpotensi sebagai sumber antioksidan alami (Cholisoh dan Utami, 2007). Dengan mengacu kepada beberapa penelitian terkait, maka akan dilakukan sintesis nanopartikel perak dengan cara reduksi kimia menggunakan ekstrak kayu manis sebagai bioreduktor dan menentukan pengaruh waktu kontak serta penambahan asam poliakrilat (PAA) terhadap sifat dan ukuran nanopartikel perak yang dihasilkan.
xix 1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang dapat dirumuskan masalah, yaitu:
1. Bagaimana potensi ekstrak kayu manis (Cinnamomum sp.) sebagai bioreduktor dalam sintesis nanopartikel perak?
2. Bagaimana pengaruh waktu kontak terhadap sifat dan ukuran yang dihasilkan dalam sintesis nanopartikel perak menggunakan ekstrak kayu manis (Cinnamomum sp.)?
3. Bagaimana pengaruh penambahan PAA terhadap sifat dan ukuran yang dihasilkan dalam sintesis nanopartikel perak menggunakan ekstrak kayu manis (Cinnamomum sp.)?
1.3 Maksud dan Tujuan Penelitian 1.3.1 Maksud Penelitian
Maksud dilakukan penelitian ini, yaitu:
1. Mengetahui potensi ekstrak kayu manis (Cinnamomum sp.) sebagai bioreduktor dalam sintesis nanopartikel perak.
2. Mengetahui pengaruh waktu kontak dan penambahan PAA terhadap sifat dan ukuran nanopartikel perak yang dihasilkan dari proses bioreduksi Ag+ menggunakan ekstrak kayu manis (Cinnamomum sp.).
1.3.2 Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukan penelitian ini,yaitu:
1. Melakukan sintesis nanopartikel perak melalui proses bioreduksi Ag+ menggunakan ekstrak kayu manis (Cinnamomum sp.).
xx 2. Menentukan pengaruh waktu kontak terhadap sifat dan ukuran yang dihasilkan dalam sintesis nanopartikel perak melalui proses bioreduksi Ag+ menggunakan ekstrak kayu manis (Cinnamomum sp.).
3. Menentukan pengaruh penambahan PAA terhadap sifat dan ukuran yang dihasilkan dalam sintesis nanopartikel perak melalui proses bioreduksi Ag+ menggunakan ekstrak kayu manis (Cinnamomum sp.).
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian ini adalah memberikan informasi mengenai potensi ekstrak kayu manis (Cinnamomum sp.) sebagai agen pereduksi dan PAA sebagai penstabil dalam sintesis nanopartikel perak serta diharapkan dapat menjadi alternatif produksi nanopartikel perak yang ramah lingkungan (green synthesis) karena mampu meminimalisir penggunaan bahan-bahan kimia yang berbahaya dan sekaligus limbahnya.
xxi BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Taksonomi dan Morfologi Kayu Manis
Menurut Rismunandar dan Paimin (2001), taksonomi kayu manis adalah sebagai berikut:
Kingdom : Plantae
Divisi : Gymnospermae Subdivisi : Spermatophyta Kelas : Dicotyledonae Subkelas : Dialypetalae Ordo : Policarpicae Famili : Lauraceae Genus : Cinnamomum
Spesies : Cinnamomum burmanni
Jenis kayu manis yang dikenal di dunia sebanyak 300 klon dan 12 klon diantaranya berada di Indonesia. Dari berbagai jenis kayu manis, hanya empat
jenis yang terkenal dalam perdagangan ekspor maupun lokal (Rismunandar dan Paimin, 2001), yaitu:
1. Cinnamomum burmanni
Tanaman ini tumbuh baik pada ketinggian 600-1.500 mdpl dan banyak dijumpai di Sumatera Barat, Jambi, Sumatera Utara, Bengkulu, Jawa Barat, Jawa Tengah, Jawa Timur dan Maluku. Tinggi tanaman dapat mencapai 15 m, berdaun kecil dan kaku dengan pucuk berwarna merah. Kulit berwarna abu-abu dengan
xxii aroma khas, rasanya manis, dan dipanen (berupa kulit batang dan ranting) setelah tanaman berumur 10 tahun dengan lingkar batangnya mencapai 1 meter
2. Cinnamomum zeylanicum
Jenis ini merupakan tanaman asli Srilanka (pulau Ceylon) yang tidak dapat tumbuh baik di Indonesia karena kualitas kulit kayu yang dihasilkan kurang baik (lebih tipis). Tanaman ini sangat cocok bila ditanam di dataran rendah sampai 500 mdpl. Tinggi tanaman mencapai 5-6 m dan bercabang. Panen dapat dilakukan pada umur 3 tahun, kulit kayu berwarna abu-abu.
3. Cinnamomum cassia
Kayu manis dengan nama lain C. aromaticum ini merupakan tanaman asli dari Birma dan banyak dijumpai di daerah Jawa Tengah (Kebumen, Baturaden dan Purwokerto). Cinnamomum cassia punya karakter yang berbeda dengan Cinnamomum zeylanicum maupun Cinnamomum burmanni dengan pucuk berwarna hijau muda sampai hijau kemerahan dan tajuk berbentuk piramida.
Kandungan atsiri jenis ini lebih banyak pada kulit cabang dibanding kulit batang, ranting dan daun. Kulit batang agak tebal tetapi mudah dikelupas. Panen pertama saat tanaman berumur 10-15 tahun.
4. Cinnamomum cullilawan
Kayu manis ini hanya dikenal di daerah Maluku (Ambon dan Pulau Seram). Kayunya termasuk jenis kayu lunak dan berwarna putih dengan kulit batang dan akar mengandung minyak atsiri. Kulit batangnya berbau minyak kayu putih yang dalam perdagangan disebut dengan kulitlawan. Minyak kulitlawan umumnya dimanfaatkan untuk pengobatan sakit maag (gangguan pencernaan) dan penyakit kolera. Sampai saat ini minyak kulitlawan dijual dengan nama minyak lawang yang sering digunakan untuk obat gosok.
xxiii Gambar 1. Pohon induk kayu manis (kiri) dan buah kayu manis (kanan)
(Widiyanti, 2012)
2.2 Ekstrak Kayu Manis Sebagai Bioreduktor
Buah dan sayuran adalah sumber pangan yang kaya akan komponen antioksidan. Selain buah dan sayuran, bahan alami lainnya yang banyak mengandung antioksidan adalah rempah-rempah. Rempah-rempah umumnya mengandung komponen bioaktif yang bersifat antioksidan dan memiliki kandungan antioksidan yang lebih banyak dibandingkan dengan buah dan sayuran (Nely, 2007). Antioksidan adalah zat yang melindungi tubuh dari efek radikal bebas yang merusak sel-sel tubuh dan menyebabkan berbagai penyakit degeneratif. Mekanisme senyawa antioksidan adalah senyawa tersebut memiliki kemampuan untuk mereduksi (Cholisoh dan Utami, 2007). Selain itu, antioksidan dapat berperan sebagai penangkap radikal bebas, pengkelat logam dan peredam terbentuknya singlet oksigen (Sukarnawan, 2008).
Senyawa tertentu yang terkandung di dalam tumbuhan mempunyai peran dalam sintesis nanopartikel perak. Tumbuhan diketahui memiliki senyawa- senyawa organik yang berfungsi sebagai reduktan yang dapat digunakan untuk substitusi ataupun komplemen reduktan anorganik (Handayani dkk., 2010). Pada tumbuhan Ocimum sanctum yang berperan sebagai pereduksi sekaligus penstabil
xxiv H
O
Sinamaldehid
diduga adalah protein dan senyawa metabolit sekunder seperti terpenoid serta adanya gugus fungsi alkohol, keton, aldehid dan asam karboksilat (Mallikarjuna dkk., 2011). Pada tumbuhan Azadirachta indica, flavonoid dan terpenoid diduga berperan dalam proses reduksi karena memiliki surface active molecule stabilizing (Shankar dkk., 2004 dalam Bakir, 2011).
Salah satu rempah-rempah yang cukup banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari yaitu kayu manis. Daun dan kulit kayu manis mengandung senyawa kimia yang dapat berpotensi sebagai sumber antioksidan alami (Cholisoh dan Utami, 2007). Antioksidan pada daun kayu manis didominasi oleh senyawa eugenol sedangkan pada kulit batang kayu manis didominasi oleh senyawa sinamaldehid. Ekstrak daun dan kulit kayu manis serta campurannya menunjukkan adanya aktivitas antioksidan (Rohmah, 2010). Selain itu, juga terdapat senyawa metabolit sekunder lainnya seperti tanin, flavonoid, triterpenoid dan saponin. Menurut Robinson (1995) dan Sastrohamidjojo (1996), tanin dan flavonoid merupakan senyawa yang banyak berperan sebagai antioksidan sedangkan triterpenoid dan saponin kemungkinan dapat berperan sebagai anti agregasi platelet. Struktur molekul senyawa utama yang terkandung di dalam kulit kayu manis dapat dilihat pada Gambar 2.
xxv Gambar 2. Struktur molekul sinamaldehid (Ngadiwiyana dkk., 2003)
Flavonoid, polifenol dan tanin merupakan senyawa yang berfungsi sebagai antioksidan karena ketiga senyawa tersebut adalah senyawa-senyawa fenol, yaitu senyawa dengan gugus –OH yang terikat pada karbon cincin aromatik, berfungsi sebagai antioksidan yang efektif. Produk radikal bebas senyawa-senyawa ini terstabilkan secara resonansi dan karena itu tak reaktif dibandingkan dengan kebanyakan radikal bebas lain (Fessenden dan Fessenden, 1994).
Uji aktivitas isolat kulit kayu manis yang telah dilakukan oleh Ekaprasada (2010), membuktikan bahwa ekstrak kasar etanol dan isolatnya memberikan aktivitas antioksidan yang kuat. Sifat antioksidan itu diduga disebabkan oleh senyawa ester dan fenolik, seperti 4-vinilfenol, 4-vinil-2-metoksi fenol, metil sinamat, etil laurat dan etil tetradekanoat. Senyawa sinamaldehida yang diisolasi dari minyak kulit kayu manis diuji aktivitas antioksidannya dengan menggunakan metode 1,1-difenil-2-pikrilhidrazil (DPPH). Hasil pengujian aktivitas antioksidan menggunakan kontrol positif butil hidroksi toluena (BHT) yaitu aktivitas antioksidan senyawa sinamaldehida lebih tinggi dibandingkan senyawa antioksidan sintetik (BHT) (Pebrimadewi, 2011).
2.3 Tinjauan Umum Nanopartikel Perak
Nanoteknologi adalah teknologi yang menekankan pada pemahaman dan perubahan struktur suatu material dalam skala lebih kecil daripada sepersejuta milimeter atau pada skala yang lebih kecil dari 100 nanometer (Jaya, 2010).
Dua hal utama yang membuat nanopartikel berbeda dengan material sejenis dalam ukuran besar yaitu: (a) karena ukurannya yang kecil, nanopartikel memiliki nilai perbandingan antara luas permukaan dan volume yang lebih besar jika dibandingkan dengan partikel sejenis dalam ukuran besar. Hal ini membuat
xxvi nanopartikel bersifat lebih reaktif. Reaktivitas material ditentukan oleh atom- atom di permukaan, karena hanya atom-atom tersebut yang bersentuhan langsung dengan material lain; (b) ketika ukuran partikel menuju orde nanometer, maka hukum fisika yang berlaku lebih didominasi oleh hukum-hukum fisika kuantum (Abdullah dkk., 2008).
Dengan nanoteknologi, dimungkinkan untuk membuat partikel perak pada skala nano sehingga, secara kimia akan lebih reaktif dan lebih mudah terionisasi dibandingkan partikel perak yang berukuran lebih besar. Selain itu, rasio luas permukaan terhadap volume juga akan meningkat dengan semakin kecilnya ukuran partikel (Haryono dkk., 2008).
Sifat-sifat yang berubah pada nanopartikel biasanya berkaitan dengan fenomena-fenomena berikut ini; pertama, fenomena kuantum sebagai akibat keterbatasan ruang gerak elektron dan pembawa muatan lainnya dalam partikel.
Fenomena ini berimbas pada beberapa sifat material seperti perubahan warna yang dipancarkan, transparansi, kekuatan mekanik, konduktivitas listrik, dan magnetisasi dan yang kedua, perubahan rasio jumlah atom yang menempati permukaan terhadap jumlah total atom. Fenomena ini berimbas pada perubahan titik didih, titik beku dan reaktivitas kimia (Abdullah dkk., 2008).
Beberapa metode telah dikembangkan dalam preparasi nanopartikel perak untuk mendapatkan kontrol yang baik terhadap bentuk dan ukuran partikel perak yang dihasilkan (Haryono dan Harmami, 2010). Menurut Haryono dkk. (2008), penentuan jenis atau konsentrasi reduktor memegang peranan penting dalam upaya pengontrolan terhadap ukuran nanopartikel perak. Reaksi reduksi yang cepat akan membentuk nanopartikel yang banyak pada permulaan proses sintesisnya. Jumlah nanopartikel yang banyak ini akan menghambat nanopartikel
xxvii yang besar. Konsentrasi larutan yang homogen akan membantu terbentuknya nanopartikel perak yang homogen.
Aplikasi material perak memiliki beberapa manfaat seperti potensinya sebagai senyawa antimikroba. Penggunaan perak dengan mengaplikasikan teknologi nano akan meningkatkan daya penetrasi dari perak terutama ion-ion perak tersebut. Partikel-partikel perak dapat mempengaruhi metabolisme bakteri sehingga pertumbuhan bakteri tersebut dapat terhambat (Handayani dkk., 2009).
Nanopartikel perak memiliki aktivitas antibakteri terhadap Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa (Jain dkk., 2009) dan hasil sintesis larutan koloid nanopartikel perak yang juga dilakukan oleh Wahyudi dkk. (2011) memperlihatkan kemampuan dalam menghambat pertumbuhan bakteri dan daya hambat terhadap Staphylococcus aureus ditemukan 30% lebih kuat dibanding terhadap bakteri Escherichia coli. Kemampuan antimikroba perak dapat membunuh semua mikroorganisme patogenik (Haryono dkk., 2008). Tabel 1 menunjukkan aplikasi nanopartikel perak pada bidang pangan dan kemasan.
Tabel 1. Aplikasi nanopartikel perak pada bidang pangan dan kemasan (Haryono dkk., 2008)
Perusahaan/Institusi Aplikasi
Sharper Image Kemasan plastik penyimpanan makanan Bluemonn Goods, A.
DO. Global, Quan Zhou
Hu Zheng Wadah penyimpanan makanan
Daewco, Samsung dan
LG Lemari es
Baby Dream Co Cangkir bayi
A. DO. Global Talenan (alas potong)
Songsing Nano Cangkir teh
xxviii Technology Co
Nano Care Technology Peralatan dapur
Nanopartikel perak yang diimobilisasi pada silika telah diuji kemampuan katalisnya untuk mereduksi zat warna menggunakan NaBH4. Luas permukaan nanopartikel perak yang besar menjadikan fungsinya optimal sebagai katalis (Haryono dkk., 2008). Menurut Liang dkk. (2010), nanopartikel perak yang dipasangkan pada nanotube TiO2 atau Ag-TiO2 dapat berperan sebagai katalisator dalam elektrokatalitik oksidasi etanol dalam media alkali.
Logam mulia seperti perak memiliki kemampuan untuk mengikat senyawa organik dengan suatu ikatan kovalen yang relatif kuat. Kemampuan inilah yang menyebabkan nanopartikel perak dapat berfungsi sebagai sensor. Dengan menggunakan Surface Plasmon Resonance (SPR) effect, nanopartikel perak memiliki sensitivitas tinggi yang dapat digunakan sebagai detektor pada sensor optis (Haryono dkk., 2008).
2.4 Sintesis Nanopartikel Perak
Nanopartikel dapat terjadi secara alamiah ataupun melalui proses sintesis oleh manusia. Sintesis nanopartikel berarti pembuatan nanopartikel dengan ukuran yang kurang dari 100 nm sekaligus mengubah sifat atau fungsinya (Fernandez, 2011).
Sifat kimia dan fisika dari material yang berukuran nanometer lebih unggul dari material berukuran besar (bulk) karena material tersebut dapat menghasilkan sifat yang tidak dimiliki oleh material berukuran besar. Sejumlah sifat dapat diubah-ubah dengan melalui pengontrolan ukuran material, pengaturan
xxix komposisi kimiawi, modifikasi permukaan dan pengontrolan interaksi antar partikel (Astuti, 2007).
Nanopartikel dapat dibuat dari beranekaragam material kimia seperti logam, oksida logam, silikat, non-oksida keramik, polimer, zat organik dan biomolekul (Nagarajan dan Hatton, 2008). Pembentukan nanopartikel logam secara umum dapat dilakukan dengan metoda top down (fisika) dan bottom up (kimia). Metoda kimia (bottom up) dilakukan dengan cara menumbuhkan partikel-partikel nano mulai dari atom logam yang didapat dari prekursor molekular atau ionik (Fernandez, 2011). Gambar 3 menunjukkan bagaimana nanopartikel dapat terbentuk.
Gambar 3. Mekanisme terbentuknya nanopartikel menggunakan fasa cairan atau koloid (Nagarajan dan Hatton, 2008)
Sintesis nanopartikel dengan metode bottom up, dapat menggunakan bahan-bahan anorganik maupun organik sebagai agen pereduksi (Handayani dkk., 2010). Contoh agen pereduksi adalah natrium sitrat, natrium tetrahidroborat, borohidrat dan alkohol (Fernandez, 2011). Teknik yang ramah lingkungan dan hemat biaya untuk mensintesis nanopartikel perak adalah dengan menggunakan agen pereduksi dari ekstrak tumbuhan (Jain dkk., 2009).
Menurut Hakim (2008), nanopartikel cenderung mengalami agregasi membentuk bulk kembali. Penambahan material atau molekul pelapis partikel dapat dilakukan sebagai upaya untuk mencegah terjadinya agregat antar
xxx nanopartikel. Modifikasi permukaan nanopartikel memiliki beberapa tujuan seperti pasivator untuk nanopartikel yang sangat reaktif, stabilisasi nanopartikel yang sangat agregatif dalam media (yang mungkin pelarut atau lelehan polimer) di mana nanopartikel harus tersebar, fungsionalisasi nanopartikel untuk aplikasi seperti pengenalan molekul atau perakitan nanopartikel. Metode modifikasi permukaan nanopartikel yang paling umum menggunakan surfaktan, polimer dan molekul biologis seperti DNA, peptida, protein, streptavidin atau antigen (Nagarajan dan Hatton, 2008).
Menurut Haryono dan Harmami (2010), nanopartikel perak mempunyai karakteristik mudah mengalami aglomerasi antar sesamanya dan mudah teroksidasi sehingga pada umumnya pada proses pembentukan nanopartikel perak ditambahkan penstabil. Beberapa jenis surfaktan seperti NaDDBS, SDS, TW80, CTAB dan juga beberapa polimer seperti PVP, PAA, PAH, CMC telah digunakan sebagai penstabil nanopartikel perak (Bae dkk., 2011).
Sintesis larutan koloid nanopartikel perak dari perak nitrat (AgNO3) dengan menggunakan larutan natrium borohidrida (NaBH4) sebagai pereduksi, asam poliakrilat (PAA) 1% dan larutan polivinil pirolidon (PVP) 17% sebagai penstabil telah dilakukan. Wahyudi dkk. (2011) memperoleh hasil bahwa penambahan zat penstabil PAA memiliki kemampuan yang relatif lebih baik dalam menstabilkan partikel perak daripada PVP. Jumlah zat penstabil PAA 1%
yang semakin besar menyebabkan partikel perak teraglomerasi. Struktur molekul asam poliakrilat yang merupakan polimer anionik terdapat pada gambar 4.
xxxi Gambar 4. Struktur molekul asam poliakrilat (Swantomo dkk., 2008)
2.5 Karakterisasi Nanopartikel Perak
Analisis kualitatif dan untuk mendapatkan deskripsi morfologi serta ukuran dari nanopartikel perak dilakukan dengan karakterisasi nanopartikel menggunakan beberapa instrumen. Instrumen yang biasa digunakan adalah PSA (Particle Size Analyzer) (Hasan, 2012), spektrofotometer UV-Vis, dan SEM (Scanning Electron Microscope) (Bakir, 2011).
Analisis dengan PSA digunakan untuk menentukan ukuran partikel. Data ukuran partikel yang didapatkan berupa tiga distribusi yaitu intensitas, nomor, dan volume distribusi sehingga dapat diasumsikan menggambarkan keseluruhan kondisi sampel (Nikmatin dkk., 2011).
Spektrofotometer UV-Vis digunakan untuk mengetahui apakah nanopartikel yang disintesis telah terbentuk. Nanopartikel perak memiliki absorbsi yang kuat pada panjang gelombang antara 400-500 nm (Solomon dkk., 2007). Dari hasil spektrofotometer, spektrum absorbansi maksimum (nm) dapat diperkirakan ukuran nanopartikel yang dihasilkan. Semakin besar λmaksimum, semakin besar pula ukuran nanopartikel (Bakir, 2011).
Analisis dengan SEM bertujuan untuk menentukan morfologi partikel hasil sintesis dan alat ini dapat digabungkan menjadi satu unit dengan EDX (Energy Dispersive X-ray) sehingga dapat pula ditentukan komposisi elemental yang terkandung di dalamnya (Hasmiah, 2012).
O
OHC H
CH3 CH2
H3C
n
xxxii BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Bahan Penelitian
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu kulit batang kayu manis (Cinnamomum sp.), AgNO3 (Merck), PAA (Sigma Aldrich), akuades, akuabides, etanol 95%, NaOH, Na2EDTA, kertas saring whatman no. 41, aluminium foil, dan cling wrap.
3.2 Alat Penelitian
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu oven, freezer, timbangan analitik, spektrofotometer UV-Vis T60, spektrofotometer UV-Vis 2600 Series, SEM-EDX Tescan Vega3SB Analytical SEM, PSA Beckman Coulter Delsa Nano Series, freeze dryer, hot plate, magnetic stirrer, mikropipet skala 1-5 mL, pipet tetes, pH specialized indicator (kisaran pH 1-14), batang pengaduk, sentrifius, botol vial 30 mL, cawan petri, corong, botol semprot, bulb, dan peralatan gelas yang umum digunakan di laboratorium kimia.
3.3 Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Kimia Anorganik Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Hasanuddin Makassar, pada bulan Mei - November 2013. Analisis sampel dilakukan di Laboratorium Kimia Terpadu Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Hasanuddin Makassar, Laboratorium Mikrostruktur Jurusan Fisika Universitas Negeri Makassar dan Laboratorium Nanotech Indonesia Kawasan PUSPIPTEK Serpong Tangerang.
xxxiii 3.4 Prosedur Penelitian
3.4.1 Dekontaminasi Material Organik dan Anorganik pada Alat Gelas Alat-alat gelas dicuci dengan sabun, kemudian untuk menghilangkan material organik digunakan larutan NaOH-alkohol, yaitu berupa campuran etanol (95%) 1 L dengan 120 mL H2O yang mengandung 120 gram NaOH. Selanjutnya dibilas dengan akuades. Dekontaminasi residu logam pada peralatan gelas, digunakan larutan yang mengandung 2% NaOH dan 1% Na2EDTA. Peralatan gelas direndam selama 2 jam dalam larutan tersebut, kemudian dibilas beberapa kali dengan akuades.
3.4.2 Pembuatan Larutan AgNO3 0,1 mM, 0,5 mM, 1 mM, 1,5 mM, 2 mM, 2,5 mM, 3 mM, 5 mM, 7,5 mM, dan 10 mM
Larutan AgNO3 dengan variasi konsentrasi dibuat dengan melarutkan 0,425 gram serbuk AgNO3 ke dalam akuabides hingga volume 50 mL maka diperoleh larutan induk AgNO3 50 mM. Selanjutnya, larutan induk tersebut digunakan untuk membuat larutan AgNO3 dengan variasi konsentrasi tersebut.
3.4.3 Pembuatan Larutan PAA 0,5%, 1%, dan 1,5%
Larutan PAA 0,5%, 1%, dan 1,5% dibuat dari larutan PAA 2% yaitu 3 gram PAA ditimbang dan dilarutkan dengan akuabides 150 mL. Selanjutnya, larutan PAA 2% diambil masing-masing sebanyak 12,5 mL, 25 mL dan 37,5 mL dan diencerkan menjadi larutan PAA 0,5%, 1% dan 1,5% dengan menambahkan akuabides masing-masing sebanyak 50 mL. Larutan PAA 0,5%, 1%, 1,5%
dipanaskan selama 5 menit. Setelah mencapai suhu ruang, larutan PAA dengan variasi konsentrasi tersebut dapat digunakan untuk proses sintesis nanopartikel perak.
xxxiv 3.4.4 Pembuatan Ekstrak Kayu Manis
Tumbuhan yang digunakan dalam penelitian ini adalah kayu manis (Cinnamomum sp.). Tumbuhan ini diperoleh di Pasar Tradisional Daya, Makassar, Sulawesi Selatan. Bagian yang digunakan dalam penelitian ini adalah kulit batang kayu manis. Kulit batang kayu manis sebanyak 2,5 gram dimasukkan ke dalam gelas kimia 250 mL dan ditambahkan akuabides hingga volume 100 mL lalu dipanaskan selama 5 menit. Air rebusan kulit batang kayu manis dituang dan disaring menggunakan kertas saring whatman no. 41. Air rebusan disimpan di dalam lemari es ketika tidak dipakai.
3.4.5 Sintesis Nanopartikel Perak (Bakir, 2011)
Sintesis nanopartikel perak dilakukan dengan mencampur larutan AgNO3
dan ekstrak kayu manis. Sintesis nanopartikel perak dimulai dengan penentuan konsentrasi optimum larutan AgNO3 dan waktu optimum pembentukan nanopartikel perak. Konsentrasi optimum larutan AgNO3 yang diperoleh akan digunakan untuk proses sintesis nanopartikel perak berikutnya. Ada 3 macam proses sintesis nanopartikel perak yang dilakukan, yaitu sintesis tanpa pengadukan, sintesis dengan pengadukan, dan sintesis dengan penambahan larutan PAA 0,5%.
Sampel A (tanpa pengadukan): 100 mL ekstrak kayu manis dicampurkan ke dalam 250 mL larutan AgNO3 2 mM, kemudian larutan campuran tersebut dibiarkan bereaksi. Karakterisasi larutan campuran berupa warna, spektrum serapan UV-Vis dan pH pada waktu 0,5 jam, 6 jam, 24 jam, 168 jam. Penentuan ukuran partikel dalam larutan campuran dilakukan dengan PSA. Setelah diukur dengan PSA, larutan campuran disentrifius sehingga diperoleh endapannya lalu endapan tersebut dikeringkan dengan freeze dryer.
xxxv Sampel B (dengan pengadukan): 100 mL ekstrak kayu manis dicampurkan ke dalam 250 mL larutan AgNO3 2 mM, kemudian larutan campuran tersebut diaduk selama 6 jam dengan menggunakan magnetic stirrer. Karakterisasi larutan campuran berupa warna, spektrum serapan UV-Vis dan pH pada waktu 0,5 jam, 6 jam, 24 jam, 168 jam. Penentuan ukuran partikel dalam larutan campuran dilakukan dengan PSA.
Sampel C (dengan penambahan larutan PAA 0,5%): 100 mL ekstrak kayu manis dicampurkan ke dalam 250 mL larutan AgNO3 2 mM. Larutan dibiarkan bereaksi selama 1 jam. Setelah itu, ke dalam larutan tersebut ditambahkan 10 mL larutan PAA 0,5% dan diaduk selama 2 jam dengan menggunakan magnetic stirrer. Karakterisasi larutan campuran berupa warna, spektrum serapan UV-Vis dan pH pada waktu 0,5 jam, 6 jam, 24 jam, 168 jam. Penentuan ukuran partikel dalam larutan campuran dilakukan dengan PSA.
3.4.6 Karakterisasi Produk
Endapan hasil sintesis dikarakterisasi dengan SEM-EDX untuk analisis kualitatif dan kuantitatif dalam mendapatkan deskripsi morfologi serta komposisi elemental yang terkandung di dalamnya.
xxxvi BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Sintesis Nanopartikel Perak
4.1.1 Penentuan Konsentrasi Optimum Larutan AgNO3
Sintesis nanopartikel perak dimulai dengan menentukan konsentrasi optimum AgNO3 sebagai prekursor dalam pembentukan nanopartikel perak.
Penentuan konsentrasi optimum dilakukan untuk mendapatkan perbandingan yang tepat antara prekursor dengan bioreduktor ekstrak kayu manis. Konsentrasi AgNO3 dibuat bervariasi yaitu pada konsentrasi 0,1 mM, 0,5 mM, 1 mM, 1,5 mM, 2 mM, 2,5 mM, 3 mM, 5 mM, 7,5 mM, dan 10 mM sedangkan ekstrak kayu manis sebagai variabel tetap yaitu 2,5 gram kulit batang kayu manis dalam 100 mL akuabides.
Larutan AgNO3 dengan variasi konsentrasi masing-masing dipipet sebanyak 25 mL kemudian dimasukkan ke dalam labu ukur 50 mL. Selanjutnya, masing-masing larutan ditambahkan dengan 10 mL ekstrak kayu manis dan dibiarkan bereaksi selama empat hari.
Ekstrak kayu manis dapat mereduksi larutan AgNO3 pada semua konsentrasi tersebut membentuk nanopartikel perak dalam campurannya. Hal ini dibuktikan dengan perubahan warna yang terjadi ketika larutan dibiarkan bereaksi hingga empat hari. Larutan berwarna kuning cerah menandakan nanopartikel perak telah terbentuk dan warnanya semakin pekat hingga kecokelatan seiring bertambahnya waktu. Menurut Moores dan Goettmann (2006) koloid nanopartikel perak berwarna kuning. Pada pengukuran dengan spektrofotometer UV-Vis, Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) memiliki hubungan dengan warna larutan
xxxvii nanopartikel perak dimana LSPR merupakan gabungan dari elektron konduksi pada nanopartikel.
Larutan nanopartikel perak masing-masing diukur absorbansinya dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis setelah dibiarkan bereaksi selama empat hari. Pada waktu reaksi empat hari, konsentrasi larutan AgNO3 5 mM, 7,5 mM, dan 10 mM telah terbentuk endapan yang menandakan bahwa larutan telah jenuh.
Spektrum serapan UV-Vis larutan tersebut dapat dilihat pada Gambar 5.
0,1 mM 0,5 mM 1,0 mM 1,5 mM 2,0 mM
2,5 mM 3,0 mM 5,0 mM
7,5 mM 10,0 mM
Gambar 5. Spektrum serapan UV-Vis larutan nanopartikel perak dengan konsentrasi AgNO3 0,1 – 10 mM
Berdasarkan spektrum serapan UV-Vis, dapat ditentukan bahwa sintesis nanopartikel perak pada kondisi optimum yaitu dengan menggunakan larutan AgNO3 2 mM yang mana larutan tersebut memiliki nilai absorbansi paling tinggi, yaitu 0,971. Nilai absorbansi memiliki korelasi dengan jumlah nanopartikel yang terbentuk dalam larutan dimana semakin besar nilai absorbansi maka jumlah nanopartikel yang terbentuk lebih banyak. Sintesis nanopartikel perak menggunakan larutan AgNO3 dengan konsentrasi di bawah 2 mM memberikan
0.000 1.000
0.500
330.00 400.00 500.00 600.00
λ A
xxxviii nilai absorbansi yang lebih kecil. Panjang gelombang maksimum (λmaks) yang dihasilkan dari semua larutan adalah 399,50 – 441,50 nm menunjukkan bahwa nanopartikel perak telah terbentuk. Nilai λmaks dan absorbansi dari masing-masing larutan nanopartikel perak ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Nilai λmaks dan absorbansi larutan nanopartikel perak dengan variasi konsentrasi larutan AgNO3
4.1.2 Penentuan Waktu Optimum
Metode penentuan waktu optimum adalah dengan mengamati spektrum serapan spektrofotometer UV-Vis dari beberapa sampel yang akan dianalisis. Tiga jenis sampel yang dimaksud adalah sampel A (sintesis tanpa pengadukan), sampel B (sintesis dengan pengadukan), dan sampel C (sintesis dengan penambahan PAA 0,5%) dimana masing-masing sampel diukur absorbansinya pada waktu yang telah ditentukan, yaitu 3 jam, 6 jam, 9 jam, 12 jam, 18 jam, 24 jam, 48 jam, 72 jam, 96 jam, 120 jam, 144 jam, dan 168 jam. Spektrum serapan UV-Vis ketiga sampel dipantau pada panjang gelombang tertentu, yaitu antara 320 - 600 nm dengan interval 20 nm.
Larutan AgNO3
(mM) λmaks (nm) Absorbansi
0,1 417,5 0,321
0,5 421,5 0,434
1 431,5 0,743
1,5 433,5 0,875
2 434,5 0,971
2,5 438,5 0,967
3 441,5 0,898
5 406 0,198
7,5 402,5 0,123
10 399,5 0,133
xxxix Menurut Handayani dkk. (2010), spektrum serapan UV-Vis saat terbentuknya nanopartikel perak yaitu pada panjang gelombang antara 400-500 nm.
Spektrum serapan UV-Vis ketiga sampel tersebut ditunjukkan pada Gambar 6.
Berdasarkan spektrum tersebut diketahui bahwa pada sampel A, waktu optimum terbentuknya nanopartikel perak yaitu pada waktu 72 jam dengan absorbansi sebesar 0,985, sampel B pada waktu 48 jam dengan absorbansi sebesar 0,931, adapun sampel C pada waktu 120 jam dengan absorbansi sebesar 0,758.
Gambar 6. Spektrum serapan UV-Vis pada waktu optimum
4.1.3 Karakterisasi Warna dan pH
Karakterisasi warna larutan dilakukan untuk mengetahui pengaruh waktu kontak terhadap pembentukan nanopartikel perak pada sampel A, sampel B, dan sampel C. Ketiga sampel tersebut dikarakterisasi dengan mengamati perubahan warna larutan campuran selama tujuh hari seperti pada Gambar 7.
Sampel A dan sampel B merupakan larutan yang terdiri dari campuran 100 mL ekstrak kayu manis dan 250 mL larutan AgNO3 2 mM. Perbedaan sintesis
xl nanopartikel perak antara kedua sampel tersebut adalah adanya perlakuan mekanis yang diberikan pada sampel B yaitu berupa pengadukan selama enam jam dengan menggunakan magnetic stirrer setelah prekursor ditambahkan bioreduktor.
Sampel C merupakan larutan campuran yang terdiri atas 100 mL ekstrak kayu manis dan 250 mL larutan AgNO3 2 mM. Larutan campuran ini dibiarkan bereaksi selama satu jam lalu ditambahkan 10 mL larutan PAA 0,5%. Larutan terlebih dahulu dibiarkan bereaksi selama satu jam yaitu waktu dimana nanopartikel perak mulai terbentuk di dalam larutan campuran tersebut. Larutan diaduk dengan magnetic stirrer selama 2 jam setelah ditambahkan larutan PAA 0,5% agar larutan homogen atau bercampur sempurna. Warna larutan sampel C adalah kuning cerah setelah bereaksi selama 6 jam.
Gambar 7. Karakterisasi warna sampel A, sampel B, dan sampel C selama 7 hari Ekstrak kayu manis berwarna jingga sedangkan larutan AgNO3 2 mM tidak berwarna seperti pada Gambar 8. Pada awal pencampuran, larutan belum
A (6 jam)
A (1 hari)
A (3 hari)
A (5 hari)
A (7 hari)
B (6 jam)
B (1 hari)
B (3 hari)
B (5 hari)
B (7 hari)
C (6 jam)
C (1 hari)
C (3 hari)
C (5 hari)
C (7 hari)
xli menunjukkan warna yang jelas, warna larutan pada sampel A dan sampel B adalah bening kekuningan. Larutan mengalami perubahan warna menjadi kuning setelah 30 menit dan mulai berwarna jingga setelah 6 jam. Perubahan ini menunjukkan proses reduksi ion perak, sehingga terbentuk nanopartikel perak (Bakir, 2011).
(i) (ii)
Gambar 8. (i) larutan AgNO3 2 mM, (ii) ekstrak kayu manis
Larutan semakin bertambah pekat seiring bertambahnya waktu, tampak dari warna larutan ketiga sampel yang bertambah gelap selama pengamatan hingga 7 hari. Hal ini mengindikasikan semakin banyaknya nanopartikel perak yang terbentuk (Handayani dkk., 2010). Pada awalnya semua larutan berwarna bening kekuningan (Gambar 9) setelah proses pencampuran namun seiring bertambahnya waktu, warna larutan pada sampel A, sampel B, dan sampel C tampak berbeda.
Hal ini dikarenakan adanya perbedaan perlakuan yang diberikan pada ketiga sampel tersebut. Warna larutan pada sampel B tampak lebih pekat dan gelap daripada sampel A karena adanya perlakuan mekanis yang menyebabkan larutan campuran pada sampel B lebih cepat bereaksi sehingga nanopartikel perak juga semakin cepat terbentuk. Pada waktu 6 jam, sampel A berwarna kuning kejinggaan sedangkan sampel B berwarna jingga kecokelatan, namun pada waktu 7 hari tidak ada perbedaan yang signifikan antara kedua sampel dimana larutan
xlii campuran tersebut berwarna cokelat tua. Warna larutan pada sampel C pada waktu 6 jam berwarna kuning cerah sedangkan pada sampel A dan sampel B warna larutan yang dihasilkan lebih pekat dan berwarna jingga. Perubahan warna larutan pada sampel C lebih lambat daripada sampel lainnya karena adanya penambahan larutan PAA 0,5%. Larutan PAA 0,5% tidak mereduksi Ag+ tetapi menstabilkan ukuran nanopartikel perak yang telah terbentuk.
Gambar 9. Warna larutan sampel A, sampel B, dan sampel C pada waktu awal sintesis
Nilai pH larutan pada sampel A, sampel B, dan sampel C diukur selama pengamatan hingga 7 hari. Ketiga sampel tersebut memiliki nilai pH yang stabil selama waktu pengamatan dimana nilai pH pada sampel A dan sampel B adalah 6 sedangkan pada sampel C adalah 5. Nilai pH pada sampel C lebih rendah karena adanya penambahan larutan PAA 0,5% yang bersifat asam dengan nilai pH adalah 4. Menurut Satishkumar (2009), nilai pH ikut berperan dalam mengendalikan bentuk dan ukuran dalam sintesis nanopartikel perak. Nilai pH yang rendah, dalam dispersi larutan yang tinggi cenderung terbentuk nanopartikel perak dengan ukuran yang lebih besar, nanopartikel perak berukuran kecil terbentuk pada nilai pH yang tinggi. Pada nilai pH yang rendah, agregasi nanopartikel perak untuk membentuk nanopartikel yang lebih besar diyakini lebih disukai dibanding nukleasi untuk membentuk nanopartikel baru. Pada nilai pH
xliii yang tinggi, sejumlah besar gugus fungsi yang tersedia untuk mengikat perak memfasilitasi jumlah yang lebih tinggi dari Ag (I) untuk diikat dan kemudian membentuk sejumlah besar nanopartikel perak dengan diameter yang lebih kecil.
Selain itu, pada nilai pH yang lebih tinggi bentuk nanopartikel perak yang terbentuk cenderung lebih spherical daripada ellipsoidal.
4.1.4 Karakterisasi Nanopartikel Perak dengan Spektrofotometer UV-Vis Spektrofotometer UV-Vis adalah salah satu instrumen yang digunakan dalam analisis nanopartikel. Spektrum UV-Vis yang diperoleh dari suatu sampel dapat digunakan untuk mengetahui apakah nanopartikel perak yang disintesis telah terbentuk. Nilai spektrum puncak absorbansi nanopartikel perak yang spesifik menunjukkan karakter dari resonansi permukaan plasmon (Surface Plasmon Resonance - SPR) partikel berukuran nano. Resonansi permukaan plasmon merupakan hasil eksitasi dari plasmon permukaan oleh cahaya terhadap suatu struktur yang berukuran nanometer. Resonansi yang terjadi akan memberi serapan pada pengukuran menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Serapan pada panjang gelombang antara 400 - 500 nm dapat menunjukkan adanya partikel berukuran nano (Shankar dkk., 2004).
Pengukuran dimulai dengan mengukur panjang gelombang maksimum ekstrak kayu manis, larutan AgNO3 2 mM, dan larutan PAA 0,5%. Berdasarkan spektrum serapan UV-Vis (Gambar 10), ekstrak kayu manis menyerap energi pada panjang gelombang maksimum 226 - 392,5 nm, larutan AgNO3 2 mM pada panjang gelombang 217,5 – 299,5 nm, adapun larutan PAA 0,5% pada panjang gelombang maksimum 219 nm. Pola serapan dan panjang gelombang maksimum menjadi dasar monitoring pembentukan nanopartikel perak pada sampel A, sampel B, dan
xliv sampel C. Larutan koloid nanopartikel perak memberikan puncak absorpsi pada panjang gelombang di sekitar 400 nm yang menunjukkan puncak serapan permukaan plasmon khas nanopartikel perak (Wahyudi dkk., 2011).
Gambar 10. Spektrum serapan UV-Vis ekstrak kayu manis, larutan AgNO3 2 mM dan larutan PAA 0,5% pada rentang panjang gelombang 200 - 600 nm
Berdasarkan pengamatan dengan menggunakan spektrofotometer UV-Vis, pada waktu 30 menit ketiga sampel menghasilkan panjang gelombang maksimum sebesar 392,50 nm. Setelah ketiga sampel bereaksi selama 6 jam, semua sampel tersebut menunjukkan adanya nanopartikel perak yang terbentuk. Hal ini dapat dilihat dari panjang gelombang maksimum yang dihasilkan dari sampel A, sampel B, dan sampel C selama pengamatan hingga 7 hari adalah masing-masing 418 – 431 nm, 421,5 – 433,5 nm, dan 402 - 406,5 nm.
A
λ
8.000
6.000
2.000 4.000
0.000
300.00
200.00 400.00 500.00 600.00
ekstrak kayu manis
larutan PAA 0,5%
larutan AgNO3 2 mM
xlv Pembentukan nanopartikel dipengaruhi oleh waktu reaksi. Nilai absorbansi ketiga sampel terus meningkat dengan pertambahan waktu dan selama waktu pengamatan terjadi pergeseran posisi λmaks. Menurut Bakir (2011), jumlah nanopartikel yang terbentuk secara kualitatif dapat ditentukan berdasarkan nilai absorbansi yang diperoleh dari hasil analisa menggunakan spektrofotometer UV-Vis. Semakin tinggi nilai absorbansi maka nanopartikel yang terbentuk semakin banyak. Solomon dkk. (2007) menyatakan bahwa nilai λmaks berkaitan dengan ukuran nanopartikel yang terbentuk. Pergeseran posisi λmaks dapat disebabkan karena nanopartikel yang terus mengalami pertumbuhan atau terjadi agregasi antar partikel.
Perlakuan dalam sintesis nanopartikel perak yang diberikan pada sampel A (tanpa pengadukan), sampel B (dengan pengadukan), dan sampel C (dengan penambahan larutan PAA 0,5%) mempengaruhi pola spektrum serapan UV-Vis. Proses pengadukan pada sampel B dapat mempercepat pembentukan nanopartikel perak dimana proses sintesis nanopartikel perak pada sampel B memiliki waktu optimum yang paling singkat serta sampel B cenderung memiliki nilai λmaks dan absorbansi yang lebih besar. Hal ini sesuai dengan penelitian sebelumnya yang pernah dilakukan oleh Bakir (2011), adanya efek mekanik yang diberikan pada sampel saat proses sintesis sedang berlangsung cenderung mempercepat terbentuknya nanopartikel perak. Proses pengadukan dapat mempercepat reaksi antara prekursor (larutan AgNO3 2 mM) dengan bioreduktor (ekstrak kayu manis) sehingga nilai absorbansi yang diperoleh pada sampel B lebih tinggi daripada sampel lainnya, namun perbedaan nilai λmaks dan absorbansi pada sampel A dan sampel B tidak terlalu signifikan jika dibandingkan dengan sampel C. Spektrum serapan UV-Vis ketiga sampel tersebut ditunjukkan pada Gambar 11.
xlvi
(i)
(ii)
1.000
0.800
0.600
0.400
0.200
0.000
330.00 400.00 λ 500.00 600.00
A
330.00 400.00 λ 500.00 600.00
0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000
A
330.00 400.00 500.00 600.00
λ 0.000
0.200 0.400 0.600 1.000
0.800
A
0,5 jam 6 jam 24 jam 168 jam
168 jam 24 jam 6 jam 0,5 jam
168 jam 24 jam 6 jam 0,5 jam
xlvii Gambar 11. Spektrum serapan UV-Vis (i) sampel A, (ii) sampel B, dan (iii) sampel C pada rentang panjang gelombang 330 – 600 nm
Penambahan larutan PAA 0,5% dalam sintesis nanopartikel perak pada sampel C menyebabkan reaksi berjalan lambat terbukti dengan waktu optimum yang lebih lama daripada sampel lainnya. Larutan PAA 0,5% mempengaruhi spektrum serapan UV-Vis sampel C dimana nilai λmaks dan absorbansi yang dihasilkan jauh lebih kecil pada waktu 6 jam hingga 7 hari. Pengaruh penambahan larutan PAA 0,5% terhadap kestabilan koloid nanopartikel perak yang disintesis dapat diketahui dengan melakukan pengukuran spektrum serapan menggunakan spektrofotometer UV-Vis berdasarkan fungsi waktu. Peningkatan konsentrasi larutan PAA yang lebih besar yaitu 1% dan 1,5% kurang efektif dalam menstabilkan nanopartikel perak. Menurut Wahyudi dkk. (2011), larutan PAA dapat menstabilkan koloid nanopartikel perak. Perubahan puncak serapan yang terjadi menggambarkan kestabilan koloid nanopartikel perak. Pergeseran puncak serapan ke panjang gelombang yang lebih besar menunjukkan bahwa kestabilan koloid nanopartikel perak rendah dikarenakan terjadi peristiwa aglomerasi.
Gambar 12 menunjukkan perbandingan kestabilan koloid nanopartikel perak dari tiga sampel tersebut selama 7 hari.
xlviii Gambar 12. Perbandingan kestabilan koloid nanopartikel perak pada sampel A, sampel B, dan sampel C selama 7 hari
4.1.5 Karakterisasi Nanopartikel Perak dengan PSA
Metode pengukuran partikel dengan PSA menggunakan prinsip hamburan cahaya dinamis, yaitu diameter dari lingkaran partikel yang terdifusi dengan kecepatan yang sama pada saat pengukuran. Pengukuran gerak brown partikel pada sampel yang kemudian diinterpretasikan dengan perangkat lunak. Gerak brown adalah gerak acak pada partikel di dalam cairan yang disebabkan oleh tumbukan antar molekul di sekitarnya. Kecepatan pergerakan ini digunakan untuk menganalisis ukuran partikel. Partikel berukuran kecil akan bergerak lebih cepat dibandingkan partikel berukuran besar. Metode pengukuran partikel dengan PSA dinilai lebih akurat dalam menentukan distribusi ukuran partikel dibandingkan dengan metode analisa gambar (Hasan, 2012).
Hasil penentuan distribusi ukuran nanopartikel perak dengan menggunakan PSA di dalam sampel A, sampel B, dan sampel C ditunjukkan pada Gambar 13.
Sintesis nanopartikel perak pada sampel A diperoleh diameter rata-rata nanopartikel perak sebesar 40,2 nm dengan nilai polydispersity index (PI) sebesar 0,329. Pada sampel B diameter rata-rata nanopartikel perak yang diperoleh
xlix sebesar 42,8 nm dengan nilai PI sebesar 0,377. Diameter rata-rata nanopartikel perak yang paling kecil diperoleh pada sampel C yaitu 32,3 nm dengan nilai PI sebesar 0,452.
(i)
(ii)
(iii)
Gambar 13. Hasil analisa PSA (i) sampel A, (ii) sampel B, dan (iii) sampel C berdasarkan distribusi ukuran partikel (kiri) dan distribusi volume (kanan)
Berdasarkan analisa PSA pada sampel A, sampel B, dan sampel C, terbukti bahwa terdapat korelasi antara nilai λmaks dengan ukuran nanopartikel perak. Semakin besar nilai λmaks maka ukuran nanopartikel perak yang diperoleh juga semakin besar. Sampel B memiliki nilai λmaks dan absorbansi yang cenderung lebih besar daripada sampel lainnya sehingga nilai distribusi ukuran partikel dan distribusi
l volume yang diperoleh lebih besar. Sampel C merupakan sintesis nanopartikel perak dengan penambahan larutan PAA 0,5%. Hasil analisa dengan PSA menunjukkan bahwa larutan PAA 0,5% dapat menstabilkan koloid nanopartikel perak sehingga diperoleh ukuran partikel yang lebih kecil daripada sampel A dan sampel B. Nilai polydispersity index (PI) atau indeks polidispersitas yang diperoleh menggambarkan keseragaman ukuran partikel dalam koloid nanopartikel perak. Ketiga sampel memiliki nilai PI berkisar 0,3 - 0,4 sehingga dapat disimpulkan bahwa nanopartikel perak yang terbentuk monodispersi atau relatif homogen.
Setelah ketiga sampel tersebut diukur dengan PSA, sampel A disentrifius dengan kecepatan 12.000 rpm selama 1 jam untuk karakterisasi produk. Endapan yang diperoleh dikeringkan dengan menggunakan freeze dryer selama 5 jam.
Karakterisasi endapan digunakan SEM-EDX untuk analisis kualitatif dan kuantitatif dalam mendapatkan deskripsi morfologi serta komposisi elemental yang terkandung di dalamnya.
4.1.6 Karakterisasi Nanopartikel Perak dengan SEM - EDX
Analisa dengan SEM bertujuan untuk menunjukkan morfologi produk nanopartikel perak hasil sintesis pada sampel A dan analisis EDX untuk penentuan komposisi elemental (wt%) produk. Perbesaran gambar atau SEM image diambil pada skala 2 µm, 5 µm, 20 µm dan 200 µm dengan HV 15 kV dan Working Distance (WD) 7,04 mm dan 7,11 mm. Perbesaran gambar pada skala yang lebih kecil dari 2 µm menyebabkan SEM image yang dihasilkan kabur sehingga ukuran produk tidak dapat ditentukan dengan menggunakan SEM. Hasil SEM image produk ditunjukkan pada Gambar 14.
li
(i) (ii)
(iii)
(iv)
Gambar 14. Pola SEM dari nanopartikel perak sampel A pada (i) skala 2 µm, (ii) skala 5 µm, (iii) skala 20 µm, dan (iv) skala 200 µm
Komposisi elemental (wt%) berdasarkan analisa dengan EDX yang dilakukan untuk produk dari sintesis nanopartikel perak pada sampel A terdiri dari perak (Ag) sebesar 86,69 dan oksigen 4,80 serta unsur-unsur lainnya seperti silikon (Si), aluminium (Al), natrium (Na), kalium (K), kalsium (Ca), magnesium (Mg) dan klorin (Cl) yang nilainya berkisar antara 0,31 – 1,95.
Pola SEM menunjukkan morfologi nanopartikel perak yang diperbesar pada skala tertentu. Pada skala yang paling besar yaitu 200 µm, butiran nanopartikel perak tampak menggumpal dengan bentuk seperti serat-serat yang tidak beraturan. Hal
lii ini disebabkan oleh endapan yang dihasilkan setelah proses pengeringan dengan freeze dryer tidak membentuk butiran halus terpisah seperti yang diharapkan melainkan membentuk gumpalan seperti serat kapas berwarna hitam.
