SINTESIS DAN KARAKTERISASI HIDROKSIAPATIT
BERBASIS CANGKANG KERANG MENCOS
(Anadara maculosa)
BUDI SETIADI
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit Berbasis Cangkang Kerang Mencos (Anadaramaculosa) adalah benar karya saya dengan arahan dari 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, Maret 2014
Budi Setiadi
ABSTRAK
BUDI SETIADI. Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit Berbasis Cangkang Kerang Mencos (Anadara maculosa). Dibimbing oleh KIAGUS DAHLAN dan AKHIRUDDIN MADDU.
Penelitian sintesis hidroksiapatit (HA) ini menggunakan metode single drop dengan prekursor cangkang kerang mencos (Anadara maculosa) sebagai sumber kalsium dan H3PO4 sebagai sumber fosfat. Proses sintesis HA dilakukan dengan variasi waktu stirring 1 jam, 3 jam, 6 jam, dan 12 jam. Hasil analisis atomic
absorption spectrophotometer (AAS) menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu
kalsinasi cangkang kerang mencos, maka semakin tinggi pula kadar kalsium yang dihasilkan. Analisis x-ray diffractometer (XRD) menunjukkan bahwa pada suhu kalsinasi 800 ºC fase yang terbentuk yaitu CaCO3 dan suhu 900 ºC dan 1000 ºC fase yang terbentuk CaO. Sumber yang digunakan berupa CaCO3 menghasilkan fase TCP, sedangkan CaO menghasilkan fase HA. Suhu kalsinasi merupakan faktor utama dalam proses pembentukan HA, sedangkan pengaruh lama waktu
stirring tidak berpengaruh secara signifikan. Hasil analisis fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) menunjukkan bahwa pada semua sampel terdapat
gugus CO32- yang diindikasikan sebagai BCA (B-type carbonate apatite). Kata kunci: cangkang kerang mencos, hidroksiapatit, single drop, stirring
ABSTRACT
BUDI SETIADI. Synthesis and Characterization of Hydroxyapatite Cockle Shells (Anadara maculosa). Supervised by KIAGUS DAHLAN and AKHIRUDDIN MADDU.
The research about synthesis hydroxyapatite (HA) used a single drop method with a precursor of a cockle shells (Anadara maculosa) as a source of calcium and H3PO4 as a source of phospate. Process of synthesis HA was done using variations of stirring time which were 1 hour, 3 hours, 6 hours, and 12 hours. The analytical results of atomic absorption spectrophotometer (AAS) indicated that higher calcination temperature of cockle shells made higher calcium that was produced. Analysis of x-ray diffractometer (XRD) indicated that the calcination temperature of 800 °C it was formed the phase of CaCO3 and at temperature 900 °C and 1000 °C it was formed the phase of CaO. The CaCO3 used as a source produced a TCP phase, that was different from CaO that produced HA phase. The calcination temperature was the main factor in the creation process of HA, while the long stirring time did not influenced the phases significantly. The analytical results of fourier infrared spectroscopy (FTIR) showed a groups of CO32- that indicated as BCA (B-type carbonate apatite) in all variations of samples.
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains
pada
Departemen Fisika
SINTESIS DAN KARAKTERISASI HIDROKSIAPATIT
BERBASIS CANGKANG KERANG MENCOS
(Anadara maculosa)
BUDI SETIADI
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR 2014
Judul Skripsi : Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit Berbasis Cangkang Kerang Mencos (Anadara maculosa)
Nama : Budi Setiadi NIM : G74090037 Disetujui oleh Dr Kiagus Dahlan Pembimbing I Dr Akhiruddin Maddu Pembimbing II Diketahui oleh Dr Akhiruddin Maddu Ketua Departemen Tanggal Lulus:
...i.-""...~sa5 i Hidroksiapatit Berbasis Cangkang
Kerang _ _W - .c1 ra maculosa)
Nama : Budi Setiadi
NIM : G740900
:-Disetujui oleh
Dr
Akhiru~
Maddu Pembimbing IIDiketahui oleh
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala hidayah, berkah, dan karunia-Nya sehingga penelitian yang berjudul “Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit Berbasis Cangkang Kerang Mencos (Anadara
maculosa)” dapat diselesaikan. Penelitian ini disusun sebagai salah satu syarat
kelulusan program sarjana dari Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Terima kasih penulis ucapkan kepada emak dan bapak sebagai orang tua yang selalu memberikan do’a, dukungan dan motivasi kepada penulis, Bapak Dr Kiagus Dahlan dan Bapak Dr Akhirudin Maddu sebagai pembimbing skripsi, beserta Ibu Setia Utami Dewi MSi yang telah membimbing dan membantu untuk menyusun dan menyelesaikan penelitian ini, Bapak Setyanto Tri Wahyudi MSi, Bapak Heriyanto Syafutra MSi, Ibu Dr Siti Nikmatin yang telah memberikan kesempatan untuk belajar dan melakukan penelitian di Laboratorium Analisis Bahan, serta Bapak Hendi sebagai teknisi x-ray diffractometer (XRD) yang telah memberikan ilmu dan pengalaman tentang perangkat XRD. Ucapan terima kasih juga untuk kak Aisyah, Indri, Mita, Noldy, Upri yang telah membantu dalam melakukan penelitian, dan kakak-kakak, serta teman-teman dan adik-adik fisika angkatan 44, 45, 46, 47, dan 48, serta warga Girma yang selalu memberikan semangat kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa penelitian ini masih jauh dari sempurna, untuk itu kritik dan saran yang membangun sangat diharapkan bagi penulis agar penelitian ini dapat berjalan dengan baik dan dapat bermanfaat.
Bogor, Maret 2014
DAFTAR ISI
DAFTAR ISI v DAFTAR TABEL vi DAFTAR GAMBAR vi DAFTAR LAMPIRAN vi PENDAHULUAN 1 Latar Belakang 1 Perumusan Masalah 2 Tujuan Penelitian 2 Manfaat Penelitian 3Ruang Lingkup Penelitian 3
METODE 3
Bahan 3
Alat 3
Prosedur Penelitian 3
Penentuan suhu optimum kalsinasi 3
Sintesis hidroksiapatit dengan metode single drop 3 Karakterisasi hidroksiapatit dengan XRD dan FTIR 4
ProsedurAnalisis Data 4
HASIL DAN PEMBAHASAN 5
Persiapan Sintesis Hidroksiapatit 5
Karakterisasi XRD Serbuk Cangkang Kerang mencos 5
Karakterisasi AAS Serbuk Cangkang Kerang mencos 6
Sintesis HA dari Cangkang Kerang mencos 7
Karakterisasi XRD Hasil Sintesis HA 8
Karakterisasi FTIR Hasil Sintesis HA 12
SIMPULAN DAN SARAN 14
Simpulan 14 Saran 15 DAFTAR PUSTAKA 15 LAMPIRAN 17 RIWAYAT HIDUP 23 v
DAFTAR TABEL
1 Massa dan nilai efisiensi cangkang kerang mencos 5 2 Hasil karakterisasi AAS cangkang kerang mencos 7
3 Massa dan nilai efisiensi hasil sintesis HA 7
4 Persentase kandungan HA, TCP, OCP, dan ACA 11
5 Parameter kisi dan persentase ketepatan sampel 11
6 Ukuran kristal sampel 12
DAFTAR GAMBAR
1 Hasil karakterisasi XRD serbuk cangkang kerang mencos 5 2 Hasil karakterisasi XRD cangkang kerang mencos setelah dikalsinasi 6 3 Hasil karakterisasi XRD sampel HA dengan waktu stirring 1 jam 8 4 Hasil karakterisasi XRD sampel HA dengan waktu stirring 3 jam 9 5 Hasil karakterisasi XRD sampel HA dengan waktu stirring 6 jam 9 6 Hasil karakterisasi XRD sampel HA dengan waktu stirring 12 jam 10 7 Hasil karakterisasi FTIR sampel HA dengan waktu stirring 1 jam 12 8 Hasil karakterisasi FTIR sampel HA dengan waktu stirring 3 jam 12 9 Hasil karakterisasi FTIR sampel HA dengan waktu stirring 6 jam 12 10 Hasil karakterisasi FTIR sampel HA dengan waktu stirring 12 jam 13
DAFTAR LAMPIRAN
1 Diagram Alir Penelitian 17
2 Keterangan Sintesis HA 18 3 JCPDS CaCO3 19 4 JCPDS Mg0.03Ca0.97CO3 19 5 JCPDS CaO 20 6 JCPDS HA 20 7 JCPDS TCP 21 8 JCPDS OCP 21 9 JCPDS ACA 22 vi
PENDAHULUAN
Latar BelakangKerusakan tulang pada manusia dapat terjadi karena trauma, tumor, kecelakaan atau faktor usia. Pada dasarnya, sel-sel tulang memiliki kemampuan
remodelling sendiri, namun membutuhkan waktu yang cukup lama. Proses remodelling tulang tersebut dapat dipercepat melalui metode bone graft. Bone graft merupakan cara yang baik untuk memperbaiki tulang yang rusak tersebut. Bone graft dapat dilakukan dengan memanfaatkan biomaterial. Biomaterial yang
digunakan haruslah bersifat bioaktif, biokompatibel, tidak mengandung racun, dan kandungannya sama dengan mineral tulang alami.
Pada pembentukan tulang, sel-sel tulang keras membentuk senyawa kalsium fosfat dan senyawa kalsium karbonat. Senyawa kalsium fosfat yang memberikan sifat keras dalam jaringan tulang dikenal sebagai kristal apatit. Implan tulang ke dalam tubuh manusia bisa menggunakan berbagai material sintetik alternatif dari bahan keramik, logam, maupun polimer, contohnya serbuk apatit. Tubuh akan memberikan respon yang berbeda tergantung material sintetik yang diimplankan. Serbuk apatit merupakan salah satu bahan implan yang sangat dibutuhkan untuk medis.1
Rekonstruksi dengan tranplantasi tulang dapat dilakukan dengan metode
allograft, autograft, dan xenograft, namun dari masing-masing tipe tersebut
memiliki kekurangan dan kelebihan. Autograft merupakan cara yang terbaik untuk pembentukan tulang baru, namun ketersediaan secara kualitatif sangat terbatas dan memerlukan bedah untuk mendapatkannya.2 Hal ini dapat mengakibatkan mordibitas risiko situs donor.2,3 Allograft merupakan implantasi dari spesies yang sama, autograft merupakan implantasi dari tulang diri sendiri, dan xenograft merupakan implantasi dari spesies yang berbeda.4
Saat ini, bahan yang banyak digunakan untuk bone graft berupa biomaterial. Biomaterial untuk tulang dikembangkan dan digunakan secara efektif dalam
orthopedic, traumatological, dan odontological.5 Salah satu biomaterial yang dapat digunakan yaitu hidroksiapatit. Hidroksiapatit (HA) merupakan bioceramic yang secara luas digunakan dalam berbagai aplikasi biomedis.6 HA digunakan untuk restorasi dan regenerasi tulang,7 karena mempunyai fase yang mirip dengan mineral tulang dan selama resorpsi memasok ion yang baik dalam pembentukan tulang.8 Unsur penyusun HA berupa kalsium fosfat yang merupakan komponen penyusun terbesar dari jaringan keras. HA bersifat biokompetibel dan tidak beracun bagi tubuh.9
Bentuk rumus umum apatit adalah Ca10(PO4)6X2, dimana X dapat berupa F, Cl, Br, atau OH.10 Hidroksiapatit merupakan mineral alam kalsium apatit dengan rumus Ca5(PO4)3(OH), tetapi bisa juga ditulis Ca10(PO4)6(OH)2 untuk menunjukkan bahwa struktur kristal terdiri dari dua molekul. Diketahui bahwa rasio molar Ca/P yang optimum yaitu 1.667.11 HA mempunyai struktur kristal yaitu heksagonal dengan parameter kisi a = 9.418 Å, c = 6.884 Å, dan α = β = 90⁰,
2
dan γ = 120⁰.12
HA dibentuk melalui titrasi dan pengadukan untuk mencapai partikel HA yang homogen.13
Sintesis HA diperoleh dengan mereaksikan hasil kalsinasi serbuk cangkang kerang mencos (Anadara maculosa) dan sumber fosfat (H3PO4). Penggunaan sumber kalsium dari cangkang kerang mencos dikarenakan terdapat kandungan kalsium serta merupakan limbah. Kerang mencos diperoleh dari daerah Tuban, Jawa Timur. Pada sebagian orang, limbah cangkang kerang mencos ini biasanya dimanfaatkan sebagai pakan ternak. Padahal cangkang kerang mencos ini dapat bernilai ekonomis tinggi jika dimanfaatkan sebagai bahan HA.
Pada penelitian ini dilakukan sintesis HA dari cangkang kerang mencos dengan metode presipitasi single drop. Sintesis HA dapat dilakukan dengan metode presipitasi wise drop dan single drop. Metode wise drop yaitu larutan fosfat diteteskan sedikit demi sedikit pada larutan kalsium. Metode presipitasi
single drop yaitu melakukan pencampuran larutan kalsium dan larutan fosfat
secara langsung.
Perumusan Masalah
1. Bagaimana perubahan fase cangkang kerang mencos setelah di kalsinasi? 2. Berapa kadar kalsium cangkang kerang mencos?
3. Bagaimana pengaruh waktu stirring terhadap proses sintesis HA dengan metode presipitasi single drop?
4. Bagaimana struktur kristal dan fase yang terbentuk dari HA dengan metode presipitasi single drop?
5. Bagaimana pengaruh suhu kalsinasi terhadap HA yang dibuat dengan metode presipitasi single drop?
Tujuan Penelitian
1. Mengetahui dan mempelajari perubahan fase cangkang kerang mencos setelah dikalsinasi.
2. Mengukur kadar kalsium cangkang kerang mencos setelah kalsinasi.
3. Menyintesis hidroksiapatit dari cangkang kerang mencos dengan metode presipitasi single drop.
4. Mengetahui dan mempelajari pengaruh waktu stirring terhadap proses sintesis hidroksiapatit.
5. Karakterisasi fase dan struktur kristal menggunakan x-ray diffraction (XRD), kadar kalsium menggunakan atomic absorption spectrophotometer (AAS), dan gugus fungsi menggunakan fourier transform infrared spectroscopy (FTIR).
3 Manfaat Penelitian
Penelitian ini bermanfaat untuk mendapatkan informasi mengenai cangkang kerang mencos yang dapat dijadikan sebagai bahan (biomaterial) sintesis komposit untuk implantasi tulang. Informasi ini bermanfaat untuk penelitian dan aplikatif selanjutnya sebagai upaya untuk mengembangkan biomaterial sintetik yang harganya dapat lebih terjangkau.
Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dilakukan untuk menyintesis komposit sebagai pengganti tulang dengan bahan alami yang berasal dari cangkang kerang mencos. Komposit yang dihasilkan mempunyai kualitas yang sama atau lebih baik dari yang ada dipasaran, namun dengan harga yang lebih terjangkau.
METODE
BahanBahan yang digunakan untuk penelitian ini adalah serbuk cangkang kerang mencos yang didapat dari daerah Tuban, H3PO4, dan aquades. Disiapkan tiga sampel serbuk cangkang kerang.
Alat
Alat yang digunakan untuk penelitian ini antara lain furnace, crucible,
magnet stirrer, erlenmeyer, labu ukur, pipet, corong, kertas saring, vakum, neraca
analitik, mortar, alumunium foil, perangkat x-ray diffraction (XRD) GBC EMMA,
atomic absorption spectrophotometer (AAS) Shimadzu 7000, dan fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) ABB MB3000.
Prosedur Penelitian Identifikasi fase dengan XRD
Serbuk cangkang kerang dipanaskan pada suhu 110 ⁰C dengan waktu penahanan selama 8 jam. Setelah itu, dilakukan karakterisasi XRD untuk mengidentifikasi fase yang terkandung pada serbuk tersebut.
Kalsinasi
Serbuk cangkang kerang dilakukan kalsinasi untuk menghasilkan kalsium. Kalsinasi menggunakan furnace dengan variasi suhu 800 ⁰C, 900 ⁰C, dan 1000 ⁰C
4
dengan waktu penahanan 5 jam. Setelah itu dihitung penyusutan massanya (dekomposisi) dengan persamaan:
Serbuk hasil kalsinasi dilakukan karakterisasi menggunakan XRD dan AAS. Karakterisasi menggunakan XRD ini bertujuan untuk mengidentifikasi perubahan fase pada cangkang kerang tersebut. Karakterisasi AAS bertujuan untuk mengetahui kadar Ca pada cangkang kerang.
Sintesis hidroksiapatit dengan metode presipitasi single drop
Sintesis HA menggunakan sumber fosfat H3PO4 dan kalsium (Ca) yang berasal dari cangkang kerang mencos. H3PO4 dan serbuk tersebut yang telah di kalsinasi dilarutkan dalam 100 ml aquades pada labu ukur yang berbeda. Rasio konsentrasi Ca/P yang digunakan yaitu sebesar 1.67, dengan Ca cangkang kerang 0.5M dan H3PO4 0.3M. Selanjutnya dilakukan proses single drop, yaitu larutan kalsinasi cangkang kerang ditempatkan pada erlenmeyer, lalu fosfat dimasukkan kedalam larutan tersebut secara langsung. Campuran tersebut di stirer pada kecepatan 300 rpm menggunakan magnet stirer dengan variasi waktu 1 jam, 3 jam, 6 jam, dan 12 jam. Selanjutnya hasil proses presipitasi tersebut dilakukan
aging selama overnight pada suhu ruang, kemudian disaring menggunakan kertas
saring. Lalu hasil saringan tersebut dipanaskan pada suhu 110 ⁰C dengan waktu penahanan 5 jam menggunakan furnace. Setelah itu di sintering pada suhu 900 ⁰C dengan waktu penahanan 5 jam dan hasilnya dihaluskan menggunakan mortar. Selanjutnya nilai efisiensi massa HA dihitung dengan persamaan:
Efisiensi =
Karakterisasi hidroksiapatit dengan XRD dan FTIR
HA yang telah dibuat dengan metode single drop dilakukan karakterisasi menggunakan XRD dan FTIR. Karakterisasi XRD ini bertujuan untuk mengidentifikasi fase dan struktur kristal yang terbentuk dari hasil HA yang dibuat dengan metode presipitasi single drop. Krakterisasi FTIR bertujuan untuk mengidentifikasi gugus fungsi dari HA yang sudah dibuat dengan metode tersebut. Untuk menghitung parameter kisi menggunakan software XPowder dan nilai ketepatannya dengan persamaan:
5 Prosedur Analisis Data
Karakterisasi HA menggunakan XRD EMMA GBC dengan menempatkan sampel pada plat alumunium dengak ukuran dimaeter 2 cm. Sampel tersebut diambil sebanyak 2 gram, lalu dikarakterisasi pada sudut difraksi 2θ dari 10⁰ sampai dengan 80⁰ dengan panjang gelombang 1.54059 Å, dan target CuKa. Arus generator yang digunakan sebesar 28 mA dan tegangan sebesar 35 kV. Analisis hasil karakterisasi XRD menggunakan software X’Pert HighScore Plus, PowderX, dan XPowder.
Karakterisasi serbuk cangkang kerang menggunakan AAS Shimadzu 7000 dengan mengambil sampel sebanyak 1 gram yang dimasukkan ke dalam labu detuksi, ditambahkan 5 ml HCL dan 100 ml aquades, lalu dipanaskan menggunakan hotplate. Kemudian sampel tersebut diambil sebanyak 10 ml untuk diencerkan dengan 100 ml aquades, lalu diambil sebanyak 1 ml untuk dianalisis. Analisis ini dilakukan dengan AAS Simatsu 7000 pada panjang gelombang 422.7 nm dan celah 0.2 nm.
Karakterisasi HA menggunakan FTIR ABB MB3000 dengan mencampurkan 2 mg sampel dengan 200 mg KBR, setelah tercampur dilakukan proses pembuatan pellet dengan cara ditekan. Kemudian dianalisis dengan panjang bilangan gelombang 4000-400 cm-1.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Persiapan Sintesis HidroksiapatitSerbuk cangkang kerang dimasukkan ke dalam crucible lalu dipanaskan pada suhu 110 ⁰C dengan waktu penahanan 8 jam dan dikalsinasi dengan variasi suhu 800 ⁰C, 900 ⁰C, dan 1000 ⁰C dengan waktu penahanan 5 jam. Pemanasan pada suhu 110 ⁰C bertujuan untuk mengurangi kadar air pada serbuk cangkang kerang, dan kalsinasi bertujuan untuk menghasilkan kalsium. Setelah serbuk tersebut dipanaskan pada suhu 110 ⁰C dengan waktu penahanan 8 jam, dilakukan karakterisasi XRD untuk mengetahui fase yang terkandung dalam serbuk tersebut sebelum kalsinasi. Setelah serbuk cangkang kerang dikalsinasi dengan variasi suhu 800 ⁰C, 900 ⁰C, dan 1000 ⁰C dengan waktu penahanan 5 jam dilakukan karakterisasi XRD dan AAS.
6
Karakterisasi XRD
Hasil XRD serbuk cangkang kerang sebelum dikalsinasi dapat dilihat pada Gambar 1.
Gambar 1 Hasil karakterisasi XRD serbuk cangkang kerang
Identifikasi pada sampel tersebut dengan mencari intensitas tinggi 2θ yang
match pada database XRD Joint Committee on Powder Diffraction Standards
(JCPDS), dengan reference code untuk kalsium karbonat (CaCO3) 75-2230 dan magnesium kalsium karbonat (Mg0.03Ca0.97CO3) 89-1304. Pada serbuk cangkang kerang CaCO3 ditunjukkan pada pola difraksi dengan intensitas tinggi pada nilai 2θ yaitu 26.30⁰, 27.36⁰, 31.2⁰, 33.26⁰, 37.96⁰, 38.58⁰, 39.54⁰, 41.20⁰, 42.98⁰, 45.92⁰, 48.40⁰, 50.30⁰, 52.48⁰, dan 53.31⁰. Sedangkan Mg0.03Ca0.97CO3 ditunjukkan pada pola difraksi dengan intensitas tinggi pada nilai 2θ yaitu 29.52⁰, 36.16⁰ dan 47.56⁰.
Setelah serbuk cangkang kerang dikalsinasi dengan variasi suhu 800 ⁰C, 900 ⁰C, dan 1000 ⁰C waktu penahanan 5 jam dan dilakukan karakterisasi XRD. Massa dan nilai penyusutannya (dekomposisi) hasil kalsinasi cangkang kerang dapat dilihat pada Tabel 1. Pada Tabel 1 menunjukkan bahwa massa hasil kalsinasi lebih kecil dari massa sebelum dikalsinasi. Berkurangnya massa cangkang kerang ini dikarenakan adanya perubahan fase yang terjadi akibat suhu kalsinasi.
Tabel 1 Massa dan persentase dekomposisi cangkang kerang Suhu kalsinasi
( ⁰C)
Massa sebelum kalsinasi (gram) Massa setelah kalsinasi (gram) Dekomposisi (%) 800 51.80 47.83 92.33 900 53.77 33.22 61.78 1000 50.60 28.73 56.77 Mg0.03Ca0.97CO3 CaCO3 2θ
7 Hasil karakterisasi XRD serbuk cangkang kerang yang telah dikalsinasi dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 Hasil karakterisasi XRD cangkang kerang setelah dikalsinasi Hasil karakterisasi XRD cangkang kerang yang sudah dikalsinasi pada suhu 800 ⁰C masih berupa CaCO3, dan terdapat fase CaO dengan reference code JCPDS 37-1497. Intensitas tinggi hampir keseluruhan menunjukkan fase CaCO3, namun masih terdapat fase CaO pada intensitas tinggi 2θ 37.44⁰ dan 53.92⁰. Kalsinasi pada suhu 900 ⁰C menunjukkan terjadinya perubahan fase yaitu CaCO3 berubah menjadi CaO, begitu juga dengan hasil kalsinasi pada suhu 1000 ⁰C menunjukkan fase CaO.
Karakterisasi Menggunakan AAS
Karakterisasi menggunakan AAS bertujuan untuk mengukur kadar kalsium (Ca) pada serbuk cangkang kerang yang telah dikalsinasi. Hasil karakterisasi AAS dapat dilihat pada Tabel 2.
Tabel 2 Hasil karakterisasi AAS
No. Suhu kalsinasi ( ⁰C) Kadar Ca (%)
1 800 36.58
2 900 59.26
3 1000 72.70
Berdasarkan hasil karakterisasi AAS, semakin tinggi suhu kalsinasi, maka semakin tinggi kadar Ca yang dihasilkan. Kadar Ca pada kalsinasi suhu 800 ⁰C yaitu 36.58%, suhu 900 ⁰C yaitu 59.26%, dan suhu 1000 ⁰C yaitu 72.20%.
CaCO3 CaO 2θ 800 ⁰C 900 ⁰C 1000 ⁰C
8
Sintesis HA
Sintesis HA dilakukan dengan mereaksikan senyawa kalsium dan senyawa fosfat dengan rasio konsentrasi 1.67. Sumber fosfat yang digunakan yaitu H3PO4, dan kalsium yang digunakan yaitu kalsium karbonat (CaCO3) yang dihasilkan dari kalsinasi serbuk cangkang kerang pada suhu 800 ⁰C, dan kalsium oksida (CaO) yang dihasilkan dari suhu kalsinasi 900 ⁰C dan 1000 ⁰C. Sintesis HA dilakukan dengan variasi waktu stirring 1 jam, 3 jam, 6 jam, dan 12 jam. Massa dan nilai efisiensi hasil sintesis HA dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Massa dan nilai efisiensi hasil sintesis HA Suhu ( ⁰C) Waktu stirring (jam) Massa sumber kalsium (gram) Massa H3PO4 (gram) Massa hasil sintering (gram) Efisiensi (%) 800 1 5.46 2.90 3.90 46.65 3 4.28 2.90 4.14 57.66 6 3.47 2.90 4.62 72.52 12 5.46 2.90 4.68 55.98 900 1 5.46 2.90 4.56 54.54 3 4.28 2.90 3.98 55.43 6 3.47 2.90 4.91 77.08 12 4.28 2.90 4.88 67.96 1000 1 5.46 2.90 4.57 54.66 3 4.28 2.90 4.00 55.71 6 3.47 2.90 3.95 62.00 12 3.47 2.90 3.60 56.46
Karakterisasi XRD Hasil Sintesis HA
Hasil sintesis HA dengan variasi waktu stirring 1 jam dapat dilihat pada Gambar 3.
Gambar 3 Hasil karakterisasi XRD sampel HA dengan waktu stirring 1 jam 2θ
9 Identifikasi hasil karakterisasi XRD pada Gambar 3 dengan menganalisis sampel dengan JCPDS pada refference code Hydroxyapatite (HA) 09-0432, Tri
calcium phosphate (TCP) 09-0169, A-type carbonate apatite (ACA) 35-0180, dan Octa calcium phosphate (OCP) 44-0778. Gambar 3 merupakan sintesis HA
dengan waktu stirring 1 jam dan pada suhu kalsinasi cangkang kerang 800 ⁰C yang menunjukkan fase TCP, namun terdapat fase lainnya yaitu fase HA, ACA, dan OCP. Fase TCP ditunjukkan pada tiga intensitas tertinggi 2θ yaitu 27.86⁰, 31.08⁰, dan 34.44⁰, tiga intensitas tinggi fase HA pada intensitas 2θ 18.02⁰, 25.88⁰, dan 31.80⁰, fase ACA pada intensitas 2θ 32.28⁰, 32.52⁰, dan 41.18⁰, dan fase OCP pada intensitas 2θ 26.56⁰, 39.86⁰, dan 41.82⁰. Hasil sintesis HA pada suhu kalsinasi 900 ⁰C menunjukkan fase HA dan TCP. Fase HA ditunjukkan pada tiga intensitas teringgi 2θ 31.80⁰, 32.26⁰, dan 32.96⁰. Hasil sintesis HA pada suhu kalsinasi 1000 ⁰C menunjukkan fase HA dan TCP, namun fase TCP lebih sedikit dibandingkan dengan suhu kaslinasi 900 ⁰C. Fase HA ditunjukkan pada intensitas tertinggi 2θ 31.74⁰, 32.18⁰, dan 32.94⁰, sedangkan fase TCP pada intensitas 2θ 10.94⁰, 21.82⁰, 25.94⁰, dan 31.10⁰.
Hasil sintesis HA dengan variasi waktu stirring 3 jam dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 4 Hasil karakterisasi XRD sampel HA dengan waktu stirring 3 jam Hasil karakterisasi XRD pada Gambar 4 menunjukkan hasil sampel HA pada suhu kalsinasi 800 ⁰C semua puncak didominasi oleh fase TCP, namun terdapat fase HA pada intensitas 2θ 31.74⁰ saja. Pada sampel HA dengan suhu kalsinasi 900 ⁰C terdapat fase HA, TCP, dan OCP. Fase HA ditunjukkan pada tiga intensitas tinggi 2θ 25.94⁰, 31.80⁰, dan 33.00⁰, fase TCP ditunjukkan pada tiga intensitas tinggi 2θ 31.06⁰, 37.28⁰, dan 39.90⁰, sedangkan fase OCP ditunjukkan pada intensitas 2θ 31.76⁰. Sampel HA dengan suhu kalsinasi 1000 ⁰C menunjukkan fase HA dan TCP. Fase HA ditunjukkan pada tiga intensitas tertinggi 2θ 31.80⁰, 32.26⁰, dan 32.96⁰, sedangkan fase TCP ditunjukkan pada intensitas 2θ 10.92⁰, 17.88⁰, 21.82⁰, dan 39.86⁰. 800 ⁰C 900 ⁰C 1000 ⁰C HA TCP OCP 2θ
10
Hasil sintesis HA dengan variasi waktu stirring 6 jam dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 5 Hasil karakterisasi XRD sampel HA dengan waktu stirring 6 jam Hasil karakterisasi XRD pada Gambar 5 menunjukkan hasil sintesis HA dengan wktu stirring 6 jam, dan pada suhu kalsinasi 800 ⁰C didominasi oleh fase TCP, terdapat fase HA dan OCP. Intensitas tertinggi dimiliki oleh fase HA dan intensitas tinggi selanjutnya adalah fase TCP. Fase HA ditunjukkan pada 2θ 22.94⁰, 31.80⁰, dan 48.06⁰, fase TCP ditunjukkan pada tiga intensitas tinggi 2θ 31.10⁰, 32.98⁰, dan 34.46⁰, sedangkan fase OCP ditunjukkan pada 2θ 25.86⁰. Pada suhu kalsinasi 900 ⁰C intensitas tinggi 2θ sudah didominasi oleh fase HA, namun terdapat fase TCP. Fase HA ditunjukkan oleh tiga intensitas tertinggi pada 2θ 31.76⁰, 32.22⁰, dan 32.96⁰, fase TCP pada 2θ 10.86⁰, 39.84⁰, 49.48⁰ dan 50.52⁰. Pada suhu kalsinasi 1000 ⁰C menunjukkan fase HA dan TCP, namun dibandingkan dengan suhu kalsinasi 900 ⁰C fase TCP lebih banyak. Fase HA ditunjukkan pada intensitas tertinggi 2θ 31.78⁰, 32.24⁰, dan 32.96⁰, sedangkan tiga intensitas tertinggi 2θ fase TCP yaitu 31.08⁰, 39.86⁰, dan 49.98⁰.
TCP 800 ⁰C 900 ⁰C 1000 ⁰C HA OCP 2θ
11 Hasil sintesis HA dengan variasi waktu stirring 3 jam dapat dilihat pada Gambar 4.
Gambar 6 Hasil karakterisasi XRD sampel HA dengan waktu stirring 12 jam Hasil karakterisasi XRD pada Gambar 6 menunjukkan bahwa terdapat tiga fase pada setiap sampel, yaitu HA, TCP, dan OCP. Sampel yang dikalsinasi pada suhu 800 ⁰C suluruh fase didominasi oleh fase TCP yang ditunjukkan oleh tiga fase tertinggi 2θ 27.84⁰, 31.06⁰, dan 34.42⁰, namun terdapat fase HA dan OCP yang lebih sedikit dari waktu stirring lainnya. Fase HA ditunjukkan pada intensitas 2θ 31.78⁰, dan fase OCP di 2θ 48.00⁰. Sampel HA dengan suhu kalsinasi 900 ⁰C menunjukkan bahwa fase didominasi oleh HA, namun terdapat fase TCP dan OCP. Intensitas tertinggi dimiliki oleh fase HA pada 2θ 31.82⁰, sedangkan fase TCP berada pada intensitas tinggi 2θ 31.12⁰, 32.96⁰, 37.28⁰, dan 39.92⁰, serta fase OCP berada pada intensitas 2θ 25.92⁰ dan 32.24⁰. Sampel HA dengan suhu kalsinasi 1000 ⁰C didominasi oleh fase HA, namun terdapat fase TCP. Intensitas tertinggi pada 2θ 31.86⁰ dimiliki oleh fase HA, fase TCP ditunjukkan pada intensitas 2θ 10.88⁰, 33.00⁰, 37.40⁰, 39.88⁰, dan 53.92⁰.
Persentase kandungan HA, TCP, OCP, dan ACA pada semua sampel dapat dilihat pada Tabel 4. Tabel 4 menunjukkan bahwa pada cangkang kerang dengan suhu kalsinasi 800 ⁰C menghasilkan TCP, sedangkan suhu kalsinasi 900 ⁰C dan 1000 ⁰C menghasilkan HA. Hal ini dikarenakan pada suhu kalsinasi 800 ⁰C sumber kalsium yang digunakan berupa CaCO3, sedangkan suhu kalsinasi 900 ⁰C dan 1000⁰C sumber kalsium yang digunakan berupa CaO. Pada suhu kalsinasi 800 ⁰C persentase fase TCP tertinggi yaitu pada waktu stirring 3 jam dengan nilai 97.16%, pada suhu kalsinasi 900 ⁰C persentase fase HA tertingi yaitu pada waktu
stirring 6 jam dengan nilai 84.41%, dan pada suhu kalsinasi 1000 ⁰C persentase HA tertinggi pada waktu stirring 3 jam dengan nilai 89.90%. Hal ini dapat dikatakan bahwa semakin tinggi suhu kalsinasi, semakin cepat dalam pembentukan fase HA.
v v v vvvv HA TCP OCP 800 ⁰C 900 ⁰C 1000 ⁰C 2θ v v
12
Tabel 4 Persentase kandungan HA, TCP, OCP, dan ACA Suhu ( ⁰C) Waktu stirring
(jam) % HA TCP OCP ACA 800 1 25.68 61.98 6.67 5.67 3 2.84 97.16 - - 6 16.47 77.89 5.64 - 12 2.84 94.01 3.15 - 900 1 48.51 51.49 - - 3 62.14 27.40 10.46 - 6 84.41 15.59 - - 12 64.41 18.63 16.96 - 1000 1 83.95 16.05 - - 3 89.90 10.10 - - 6 74.49 25.51 - - 12 68.58 31.42 - -
Parameter kisi dan persentase ketepatannya dapat dilihat pada Tabel 5. Berdasarkan JCPDS, parameter kisi TCP adalah a = b = 10.42 Å, c = 37.38 Å, dan parameter kisi HA adalah a = b = 9.418 Å, c = 6.884 Å. Berdasarkan Tabel 5, persentase ketepatan parameter kisi semua sampel diatas 99%. Hal ini dapat dikatakan bahwa semua sampel cukup baik.
Tabel 5 Parameter kisi dan persentase ketepatan
Suhu ( ⁰C)
Waktu
stirring
(jam)
Parameter kisi Ketepatan
a = b (Å) c (Å) a = b (%) c (%) 800 1 10.4218 37.4006 99.9310 99.9449 3 10.4284 37.4323 99.9942 99.8601 6 10.4250 37.4167 99.9616 99.9018 12 10.4245 37.4045 99.9569 99.9345 900 1 9.4198 6.8693 99.9809 99.7865 3 9.4172 6.8768 99.9915 99.8954 6 9.4230 6.8791 99.9469 99.9288 12 9.4217 6.8762 99.9607 99.8867 1000 1 9.4234 6.8794 99.9427 99.9332 3 9.4260 6.8766 99.9151 99.8925 6 9.4266 6.8845 99.9087 99.9927 12 9.4177 6.8712 99.9968 99.8141
13 Ukuran kristal sampel dapat dilihat pada Tabel 6. Tabel 6 menunjukkan bahwa ukuran kristal sampel terbesar yaitu pada waktu stirring 1 jam.
Tabel 6 Ukuran kristal
Suhu ( ⁰C) Waktu stirring (jam) Ukuran kristal (nm)
800 1 37.071 3 29.247 6 31.072 12 31.206 900 1 41.993 3 29.283 6 31.679 12 28.842 1000 1 41.650 3 28.612 6 30.018 12 29.494
Karakterisasi FTIR Hasil Sintesis HA
Identifikasi gugus fungsi HA dilakukan karakterisasi menggunakan FTIR. Hasil karakterisasi FTIR untuk waktu stirring 1 jam dapat dilihat pada Gambar 7, waktu stirring 3 jam pada Gambar 8, waktu stirring 6 jam pada Gambar 9, dan waktu stirring 12 jam pada Gambar 10.
Gambar 7 Hasil karakterisasi FTIR sampel HA dengan waktu stirring 1 jam
OH
-800 ⁰C
900 ⁰C
1000 ⁰C
14
Gambar 8 Hasil karakterisasi FTIR sampel HA dengan waktu stirring 3 jam
Gambar 9 Hasil karakterisasi FTIR sampel HA dengan waktu stirring 6 jam
v v OH -PO4 3-v CO3 2-800 ⁰C 900 ⁰C 1000 ⁰C v Bilangan gelombang (cm-1) OH -CO3 2-PO4 3-800 ⁰C 900 ⁰C 1000 ⁰C Bilangan gelombang (cm-1)
15
Gambar 10 Hasil karakterisasi FTIR sampel HA dengan waktu stirring 12 jam Gambar 7, Gambar 8, Gambar 9, dan Gambar 10 menunjukkan hasil karakterisasi sampel HA. Sampel dengan suhu kalsinasi 800 ºC menunjukkan gugus PO43- dan CO32- pada waktu stirring 3 jam, 6 jam, dan 12 jam, namun pada waktu stirring 1 jam terdapat gugus OH-. Sedangkan pada sampel dengan suhu kalsinasi 900 ºC dan 1000 ºC terdapat gugus OH-, PO43-, dan CO32-. Terdapatnya gugus OH- ini menunjukkan sampel tersebut masih terdapat kandungan H2O, sedangkan gugus CO32- menunjukkan bahwa masih terdapat kandungan karbonat. Karbonat pada semua sampel ini dapat diindikasikan sebagai B-type carbonate
apatite (BCA) yang tidak dapat terdeteksi oleh XRD karena kadarnya sangat
kecil. Karbonat tersebut terdeteksi oleh FTIR pada bilangan gelombang 1400-1460 cm-1. Oleh karena itu, FTIR ini bermanfaat untuk mendeteksi senyawa yang sangat kecil sekalipun.
SIMPULAN DAN SARAN
SimpulanCangkang kerang mencos memiliki fase CaCO3. Setelah dilakukan proses kalsinasi pada suhu 800 ºC fase cangkang kerang masih berupa CaCO3, dan kalsinasi pada suhu 900 ºC dan 1000 ºC fase cangkang kerang berubah menjadi CaO. Setelah dikalsinasi, serbuk cangkang kerang dikarakterisasi menggunakan AAS untuk mengetahui kadar Ca yang terkandung pada cangkang kerang tersebut. Hasil karakterisasi AAS menunjukkan bahwa semakin tinggi suhu kalsinasi,
PO4 3-OH -CO3 2-800 ⁰C 900 ⁰C 1000 ⁰C
16
semakin tinggi kadar Ca yang dihasilkan. Kadar Ca hasil kalsinasi pada suhu 800 ºC 36.58%, suhu 900 ºC 59.26%, dan suhu 1000 ºC 72.70%.
Sintesis HA dilakukan dengan metode single drop, dengan prekursor sumber kalsium berasal dari serbuk cangkang kerang berupa CaCO3 dan CaO yang direaksikan dengan H3PO4 dengan rasio konsentrasi 1.67. Hasil pereaksian tersebut yaitu pada suhu kalsinasi 800 ºC menghasilkan TCP, dan suhu kalsinasi 900 ºC dan 1000 ºC menghasilkan HA. Hasil karakterisasi XRD menunjukkan bahwa persentase TCP tertinggi yang dihasilkan dari suhu kalsinasi 800 ºC yaitu pada lama waktu stirring 3 jam sebesar 97.16%. Persentase HA tertinggi yang dihasilkan dari suhu kalsinasi 900 ºC yaitu pada lama waktu stirring 6 jam sebesar 84.41%, dan suhu kalsinasi 1000 ºC pada lama waktu stirring 3 jam sebesar 89.90%. Pengaruh lama waktu stirring pada proses sintesis HA tidak terlalu signifikan dalam pembentukan fase dan struktur kristal. Hal ini dapat disimpulkan bahwa yang berpengaruh dalam pembentukan fase dan struktur kristal yaitu suhu kalsinasi. Semakin tinggi suhu kalsinasi, maka semakin cepat dalam pemebentukan HA. Hasil karakterisasi FTIR menunjukkan gugus fungsi pada semua sampel yang dihasilkan terdapat kandungan karbonat, yakni kandungan BCA. Kandungan BCA ini dapat terdeteksi menggunakan FTIR, karena kandungannya sangat kecil.
Saran
Pada penelitian selanjutnya dapat dilakukan sintesis hidroksiapatit dari cangkang kerang mencos menggunakan sumber fosfat dan dengan metode yang lainnya agar HA yang dihasilkan yaitu murni HA tanpa ada impuritas lainnya, serta dapat dilakukan sintesis β-TCP (β-tricalcium phosphate) dengan sumber kalsium berupa CaCO3 dan rasio konsentrasi Ca/P yang tepat. Suhu optimum kalsinasi yang dapat digunakan untuk sinteis HA yaitu suhu 1000 ºC dan untuk sintesis β-TCP yaitu suhu 800 ºC karena lebih cepat dalam pembentukan fase dan struktur kristalnya, yaitu pada waktu stirring 3 jam.
DAFTAR PUSTAKA
1. Prasentyanti F. 2008. Pemanfaatan cangkang telur ayam untuk sintesis hidroksiapatit reaksi kering [skirpsi]. Bogor (ID): Departemen Fisika Institut Pertanian Bogor.
2. I. Sopyan, M. Mel, S. Ramesh, K.A. Khalid. 2007. Porous hydroxyapatite for artificial bone applications. Science and Technology of Advanced Materials Vol. 8, Issues 1-2, Pages 116–123.
3. Ehrler, Douglas M. MD, Vaccaro, Alexander R. MD. 2000. The use of allograft bone in lumbar spine surgery. Clinical Orthopaedics & Related
17 4. M. Anthony Rosales, Merri Bruntz, David G Armstrong. 2004.
Gamma-irradiation human skin allograft: A potential treatment modality for lower extremity ulcers. International Wound Journal. Vol. 1 No 3.
5. J. X. Lu, A. Gallur, B. Flautre, K. Anselme, M. Descamps, B. Thierry, P. Hardouin. 1998. Comparative study of tissue reactions to calcium phosphate rceramics among cancellous, cortical, and medullar bone sites in Rabbits. J
Biomed Mater Res, 42, 357-367.
6. A. K Nayak. 2010. Hydroxiapatite synthesis methodologies: An overview.
Int.J. ChemTech Res. 2 (2).
7. Z. Ajdukovic, S. Najman, L.J. Dordevic, V. Savic, D.Mihailovic, D. Petrovic, N. Ignjatovic and D. Uskokovic. 2005. Repair of bone tissue affected by osteoporosis with hydroxyapatite-poly-l-lactide (HAp-PLLA) with and without blood plasma. J Boimater Appl 20: 179.
8. E. Landi, Federica V, and Anna T. 2008. Porous hydroxyapatite/gelatine scaffolds with ice-designed channel-like porosity for biomedical applications.
Institute of Science and Technology for Ceramics, National Research Council. Acta Biomaterialia 4 1620–1626.
9. Desi L. M, Desy N, Heru S. 2012. Sintesis hydroxyapatite berukuran nano dengan metode elektrokimia sebagai bioimplan tulang dan gigi. Jurnal Teknik
POMITS Vol. 1, No. 1 1-3.
10. Zhao Qin, Alfonso Gautieri, Arun K. Nair, Hadass Inbar, and Markus J. Buehler. 2012. Thickness of hydroxyapatite nanocrystal controls mechanical properties of the collagen-hydroxyapatite interface. Langmuir, 28.
11. Jena, Preetam. 2007. Synthesis and characterization of hydroxiapatite [thesis]. Rourkela (IN): Departemen of Ceramic Engineering, National Institute of Technology Rourkela.
12. Joint Committee on Powder Diffraction Standards.
13. Hong Li, Chang-Ren Zhou, Min-Ying Zhu, Jin-HuanTian, Jian-Hua Rong. 2010. Preparation and characterization of homogeneous hydroxyapatite/chitosan composite scaffolds via in-situ hydration. Journal of
18
Lampiran 1 Diagram Alir Penelitian
Laporan
Pencampuran dengan H3PO4 secara single drop
Kalsinasi serbuk cangkang kerang mencos (800 ºC, 900 ºC, dan 1000 ºC) Siap?
CaCO3 dan CaO
Sintering
Tidak Mulai
Persiapan alat dan bahan
Stirring (1 jam, 3 jam, 6jam, dan 12 jam)
Penyaringan
Serbuk Hidroksiapatit
Analisis
Fase dan struktur kristal Gugus fungsi
Selesai Ya
19 Lampiran 2 Keteputihn Sintesis HA
Keterangan:
(a) Serbuk cangkang kerang mencos (b) Kalsinasi cangkang kerang mencos (c) Hasil kalsinasi cangkang kerang mencos (d) Proses presipitasi single drop
(e) Proses stirring (f) Penyaringan (g) Sintering (h) Serbuk HA
(a) (b) (c) (d)
20
Lampiran 3 JCPDS CaCO3
21 Lampiran 5 JCPDS CaO
22
Lampiran 7 JCPDS TCP
23 Lampiran 9 JCPDS ACA
24
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Serang, pada tanggal 18 Agustus 1991. Penulis merupakan anak kedua dari dua bersaudara. Penulis menyelesaikan masa studi di SD Negeri Panosogan III selama 6 tahun, SMP Negeri 1 Cikeusal selama 3 tahun, dan SMA Negeri 1 Cikeusal selama 3 tahun, serta melanjutkan pendidikan sarjana di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA), Institut Pertanian Bogor (IPB) pada tahun 2009 melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis aktif dalam organisasi kemahasiswaan sebagai anggota Koperasi Mahasiswa (KOPMA) IPB tahun 2009-2010, anggota Lingkungan Seni Sunda Gentra Kaheman IPB 2010-2013, dan Pengurus Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) IPB tahun 2011-2012. Penulis aktif dalam berbagai kegiatan organisasi mahasiswa FMIPA IPB dan seminar atau workshop yang diadakan di dalam kampus atau luar kampus. Penulis juga bekerja sebagai operator XRD di Laboratorium Analisis Bahan Departemen Fisika, FMIPA IPB.
