pemanfaatan cangkang kerang darah dalam … · handra hafisko. departemen fisika fakultas...

HANDRA HAFISKO

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUANALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2014

PEMANFAATAN CANGKANG KERANG DARAH

DALAM SINTESIS NANOHIDROKSIAPATIT

HANDRA HAFISKO

PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN

SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi yang berjudul Pemanfaatan

Cangkang Kerang Darah dalam Sintesis Nanohidroksiapatit adalah karya saya

dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun

kepada perguruan tinggi manapun. 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, Juli 2014

Handra Hafisko

NIM G74100053

iv

ABSTRAK

HANDRA HAFISKO. Pemanfaatan Cangkang Kerang Darah dalam

Sintesis Nanohidroksiapatit. Dibimbing oleh KIAGUS DAHLAN dan SETIA

UTAMI DEWI.

Pada penelitian ini telah dilakukan sintesis dan karakterisasi

nanohidroksiapatit dengan sumber kalsium dari cangkang kerang darah

memanfaatkan gelombang ultrasonik dengan metode ultrasonikasi dan presipitasi

untuk sintesis nanohidroksiapatit. Nanohidroksiapatit didapatkan melalui dua

perlakuan yaitu menggunakan serbuk CaO yang diultrasonikasi dan serbuk

Hidroksiapatit yang diultrasonikasi. Proses ultrasonikasi bertujuan untuk

memperkecil sebaran dan rata-rata ukuran partikel dengan memanfaatkan efek

kavitasi gelombang ultrasonik yang merambat pada media cairan. Proses

ultrasonikasi pada penelitian ini dilakukan dengan tiga variasi waktu yaitu 30, 60

dan 120 menit dengan tiga kali sintesis untuk setiap perlakuan. Hasil karakterisasi

XRD memperlihatkan bahwa pada HA dari CaO yang diultrasonikasi terbentuk

fasa selain HA, yaitu TKF dan OKF. Dari hasil karakterisari PSA didapat waktu

optimum untuk ultrasonikasi adalah 60 menit. Hal ini dikarenakan pada waktu

ultrasonikasi 30 dan 120 menit sebaran dan rata-rata ukuran partikel lebih besar.

Kata kunci: Hidroksiapatit, PSA, ultrasonikasi, XRD

ABSTRACT

HANDRA HAFISKO. Utilization of blood clam shells in Synthesis Of

Nanohydroxiapatite. Supervised by KIAGUS DAHLAN and SETIA UTAMI

DEWI.

Research on the synthesis and characterization of nanohydroxyapatite, by

using the source of calcium from the shells of mussles blood has been conducted.

This research used ultrasonic waves through ultrasonication and precipitation

methods for the shyntesis. Nanohydroxyapatite obtained was based on two

treatmens which were CaO powder ultrasonication and hydroxyapatite powder

ultrasonication. Ultrasonication process aims to minimize the spread and average

particel size by using cavitation effect of ultrasonic waves propagating in a liquid

medium. Ultrasonication in this research was counducted in three variation of

time which were 30, 60 and 120 minutes with three replications for each

treatment. The results of XRD characterization showed that for HA from CaO

ultrasonication, appeared other phases whice are TCP and OCP. The result of

optimum time for ultrasonication was 60 minutes. This is because at the time of

ultrasonication 30 and 120 minutes, the distribution and average particle size were

very large.

Keyword : Hydroxyapatite, PSA, ultrasonication, XRD

PEMANFAATAN CANGKANG KERANG DARAH

DALAM SINTESIS NANOHIDROKSIAPATIT

HANDRA HAFISKO

Skripsi

Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Sarjana Sains

pada

Departemen Fisika

DEPARTEMEN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2014

Judul : Pemanfaatan cangkang kerang darah dalam Sintesis

Nanohidroksiapatit

Nama : Handra Hafisko

NIM : G74100053

Disetujui :

Dr Kiagus Dahlan Setia Utami Dewi, M.Si

Pembimbing I Pembimbing II

Diketahui :

Dr Akhiruddin, M.Si

Kepala Departemen Fisika

Tanggal Lulus:

viii

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas

segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini dapat diselesaikan. Judul dari karya

ilmiah ini yaitu Pemanfaatan cangkang kerang darah dalam Sintesis

Nanohidroksiapatit.

Terima kasih penulis ucapkan kepada :

1. Bapak Dr. Kiagus Dahlan dan Ibu Setia Utami Dewi, M.Si selaku

pembimbing, Bapak Heryanto Syahputra, M.Si selaku penguji, serta

dosen Departemen Fisika yang telah memberi masukan dan saran.

2. Ayahanda Haflil dan ibunda Helitepri yang selalu mencurahkan doa,

perhatian dan segalanya untuk terselesaikannya dengan baik penelitian

dan skripsi ini.

3. Untuk adik-adik uda tercinta Fungki Gusmelan Dari, Hartika Srinita dan

Layra Marthfarenza, juga untuk uci yang selalu mendoakan disetiap

sholatnya.

4. Untuk “genk tjantik” dan mbak Ais yang selalu memberi semangat dan

motivasinya (Hani, Ardi, Siska, Ade, Nindya, Jerry, Demos, Iteh, Tia,

Febri, Risal).

5. Untuk Mila, Dini, Ratna, Kamil, Jojo dan Erlan sukses buat kita semua.

6. Untuk teman-teman Kapur IX yang kuliah di IPB, Trixi, Iga, Etri, Willa

dan Helni yang juga selalu memotivasi dan membantu.

7. Dan teman-teman fisika 47 lain yang telah banyak membantu, memberi

saran dan masukan.

Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.

Bogor, April 2014

Handra Hafisko

DAFTAR ISI

DAFTAR TABEL viii

DAFTAR GAMBAR viii

DAFTAR LAMPIRAN viii

PENDAHULUAN 1

Latar Belakang 1

Perumusan Masalah 3

Tujuan Penelitian 3

Manfaat Penelitian 3

Ruang Lingkup Penelitian 3

METODE 3

Bahan 3

Alat 3

Prosedur Penelitian 4

Preparasi dan kalsinasi cangkang kerang darah 4

Sintesis Nanohidroksiapatit 4

- Pertama 4

- Kedua 4

Karakterisasi XRD 5

Karakterisasi PSA 5

HASIL DAN PEMBAHASAN 6

Identifikasi Fasa CaO 6

Fasa HA hasil karakterisasi XRD perlakuan pertama 7

Fasa hidroksiapatit hasil karakterisasi XRD perlakuan kedua 9

Analisis ukuran partikel 12

SIMPULAN DAN SARAN 14

Simpulan 14

Saran 14

DAFTAR PUSTAKA 15

RIWAYAT HIDUP 29

x

DAFTAR TABEL

1. Ukuran kristal hasil perhitungan 11 2. Parameter kisi sampel 12 3. Ukuran partikel CaO dan HA kontrol 12 4. Ukuran partikel CaO yang diultrasonikasi 12 5. Ukuran partikel HA dari CaO yang diultrasonikasi 12 6. Ukuran partikel HA yang diultrasonikasi 13

DAFTAR GAMBAR

1. Prinsip Dynamic Light Scattering (DLS) 5 2. Pola XRD CaO (a) sebelum ultrasonikasi, (b) setelah ultrasonikasi 7 3. Pola XRD hidroksiapatit kontrol 7 4. Pola XRD hidroksiapatit dari CaO yang diultrasonikasi (a) 30

menit (b) 60 menit (c) 120 menit 8 5. Pola XRD hidroksiapatit yang diultrasonikasi (a) 30 menit (b) 60

menit (c) 120 menit 10 6. Grafik ukuran partikel 13

DAFTAR LAMPIRAN

1. Diagram Alir Penelitian 16

2. Prosedur Penelitian 17 3. Database JCPDS (a) HA (b) TKF (c) OKF (d) CaO (e) Ca(OH)2 19 4. Rumus parameter kisi 22 5. Perhitungan parameter kisi untuk sampel Hidroksiapatit 23 6. Tabel sebaran dan rata-rata ukuran sampel 24

7. Gambar Size Dispertion PSA 26

PENDAHULUAN

Latar Belakang

Kerusakan pada tulang manusia dapat disebabkan oleh banyak hal. Salah

satu diantaranya adalah kecelakaan yang terjadi dalam kehidupan sehari-hari

seperti, kecelakaan kerja, kecelakaan lalu lintas, dan kecelakaan lainnya yang

kerap menimbulkan luka dan terjadinya kerusakan pada tulang. Bone implant

merupakan komponen yang digunakan sebagai media pada proses pemulihan

tulang yang retak maupun patah.1

Hidroksiapatit (Ca10(PO4)6(OH)2) memiliki biokompatibilitas yang baik

terhadap kontak langsung dengan tulang. Hidroksiapatit merupakan senyawa

mineral apatit yang memiliki sifat fase paling stabil, tidak korosi, tidak beracun,

dan bioaktif. Hidroksiapatit ini digunakan sebagai pelapis tulang yang

dimasukkan ke dalam tubuh manusia dan merupakan salah satu kristal kalsium

fosfat yang memberikan sifat keras pada tulang.1

Pada penelitian ini disintesis hidroksiapatit dalam struktur ukuran partikel

nanometer dengan menggunakan metode ultrasonikasi. Ultrasonik adalah

gelombang suara yang memiliki frekuensi di atas jangkauan pendengaran manusia.

Frekuensi suara tertinggi yang dapat dideteksi oleh telinga manusia yaitu sekitar

20.000 kHz.2

Penggunaan ultrasonikasi dalam penelitian ini bertujuan untuk

menghindari terkontaminasinya serbuk hidroksiapatit dari material lain seperti

logam, magnesium jika menggunakan proses milling serta memperkecil distribusi

ukuran partikel. Nanopartikel merupakan partikel yang berukuran berkisar 10-

1000 nm.3

Dalam penelitian ini, proses karakterisasi yang dilakukan yaitu

karakterisasi X-Ray diffraction (XRD) dan Particle Size Analyzer (PSA).

Sintesis nanohidroksiapatit pada penelitian ini menggunakan kalsium

sumber alami yaitu dari cangkang kerang darah (Anadara granosa Linn.), karena

kandungan kalsium dalam serbuk cangkang kerang darah sangat tinggi sehingga

berpotensi digunakan sebagai sumber kalsium dalam proses sisntesis

hidroksiapatit. Cangkang kerang darah belum termanfaatkan secara optimal

sehingga berguna untuk mengurangi limbah.4

Berbagai teknik telah diterapkan untuk penyusunan struktur mikro

hidroksiapatit, termasuk konversi hidrotermal dan penyemprotan termal.2,3

Namun, hanya ada beberapa mengenai nanohidroksiapatit. Ultrasonikasi dianggap

metode yang paling tepat dalam menyintesis hidroksiapatit, karena metode ini

tidak menyebabkan adanya material lain tercampur ke dalam material sampel.

Salah satu yang penting dari aplikasi gelombang ultrasonik adalah

pemanfaatannya dalam menimbulkan efek kavitasi akustik. Kavitasi adalah

peristiwa pembentukan, pertumbuhan, dan meledaknya gelembung di dalam

cairan yang melibatkan sejumlah energi yang sangat besar. Fenomena ini yang

dimanfaatkan untuk mereduksi partikel yang dilarutkan dalam cairan antara lain

melalui proses tumbukan antar partikel hingga diperoleh partikel berukuran

nanometer.5

Interaksi gelombang ultrasonik dengan molekul-molekul terjadi melalui

media cairan. Ketika gelombang ultrasonik melalui medium sebagai gelombang

dapat meningkatkan terjadinya reaksi kimia. Meningkatnya reaksi kimia

2

disebabkan terbentuknya ion dan partikel yang teraktivasi akibat pemberian

gelombang ultrasonik yang kemudian terperangkap dalam gelembung. Ketika

gelombang ultrasonik menjalar pada cairan, terjadi siklus rapatan dan regangan.

Tekanan negatif yang terjadi ketika regangan menyebabkan molekul dalam cairan

tertarik dan terbentuk kehampaan, kemudian membentuk gelembung yang akan

menyerap energi dari gelombang suara sehingga dapat memuai. Gelembung

berosilasi dalam siklus rapatan dan regangan.6

Selama osilasi, sejumlah energi berdifusi masuk atau keluar gelembung.

Energi masuk terjadi ketika regangan dan keluar ketika rapatan, dimana energi

yang keluar lebih kecil daripada energi yang masuk, sehingga gelembung memuai

sedikit demi sedikit selama regangan kemudian menyusut selama rapatan. Dalam

kondisi ini, gelembung tidak dapat lagi menyerap energi secara efisien. Tanpa

energi input, gelembung tidak dapat mempertahankan dirinya, cairan di sekitarnya

akan menekannya dan gelembung akan mengalami ledakan hebat, yang

menghasilkan tekanan sangat besar. Gelembung inilah yang disebut sebagai

gelembung kavitasi.6

Hal utama yang membuat nanomaterial memiliki sifat unik yaitu karena

ukurannya yang kecil, nanomaterial memiliki nilai perbandingan antara luas

permukaan dan volume yang lebih besar jika dibandingkan dengan material

sejenis dalam ukuran besar.7 Hal ini membuat nanomaterial bersifat lebih reaktif.

7

Hidroksiapatit dengan struktur nano telah terbukti meningkatkan adhesi sel,

proliferasi dan diferensiasi yang dibutuhkan untuk fungsi jaringan.8 Bahkan,

struktur nano menunjukkan kapasitas pengisian jauh lebih tinggi, yaitu 16 kali

lebih tinggi dibandingkan dengan biokeramik yang tersedia secara komersial yang

masih dalam ukuran mikrometer dan tidak keropos.9

Untuk tingkat kerusakan parah pada tulang biasanya menggunakan

paduan logam sebagai substrat implan tulang untuk penyambungan tulang.Tidak

sembarang jenis logam bisa digunakan sebagai implan pada tulang. Logam yang

digunakan sebagai implan pada tulang harus memiliki sifat non toksik, kuat, tahan

korosi, kadar impuritas rendah dan mudah dibentuk. Namun beberapa sifat dari

logam menjadi kendala dalam biokompabilitas dengan media interaksinya (tubuh

manusia). Kendala tersebut diantaranya korosi lokal, pelarutan dari permukaan,

tidak dapat meregenerasi tulang baru, membatasi fungsi organ, serta

memperngaruhi bioaktifitas dalam tubuh. Selain ini produk hasil korosi akan

bereaksi dengan tubuh dan akan menyebabkan kegagalan implan dini.

Ketahanan korosi dapat ditingkatkan dengan cara melapisi logam dengan

suatu material yang biokompetibel terhadap tubuh. Material tersebut harus

cenderung tidak bereaksi (inert) ketika digunakan sebagai pengganti fungsi dari

jaringan tubuh yang berkontak lansung dengan cairan tubuh. Salah satu material

yang dapat digunakan untuk melapisi logam pen ialah hidroksiapatit.

Hidroksiapatit dalam ukuran nanometer akan membentuk lapisan tipis pada logam

yang aman berkontak langsung dengan tubuh.

3

Perumusan Masalah

1. Apakah kalsium dari cangkang kerang darah dapat digunakan untuk

mensintesis hidroksiapatit berukuran nanometer menggunakan metode

ultrasonikasi?

2. Bagaimana struktur, komposisi dan ukuran nanohidroksiapatit yang

dihasilkan?

3. Bagaimana ukuran hidroksiapatit dari CaO yang diultrasonikasi dan

hidroksiapatit yang diultrasonikasi?

Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan untuk membuat senyawa hidroksiapatit berukuran

nanometer dengan sumber kalsium dari cangkang kerang darah menggunakan

metode ultrasonikasi dan menganalisis nanohidroksiapatit yang dihasilkan.

Manfaat Penelitian

Penelitian ini bermanfaat untuk mebuat material bone implant yang aman

dan ekonomis untuk mempercepat regenerasi kerusakan tulang dan menambah

nilai guna dari pemakaian sumber alami berupa cangkang kerang darah.

Ruang Lingkup Penelitian

Ruang lingkup penelitian ini adalah bidang biofisika material yang

mencakup aspek fisika. Aspek fisika meliputi penggunaan alat ultrasonikasi yang

memanfaatkan gelombang ultrasonik dan penggunakan alat karakterisasi X-ray

diffraction dan Particle Size Analyzer.

METODE

Bahan

Bahan-bahan yang digunakan antara lain cangkang kerang darah,

diamonium hidrogen fospat atau (NH4)2HPO4 dan aquades.

Alat

Alat-alat yang digunakan adalah wadah sampel, gelas ukur, erlenmeyer,

gelas piala ukuran 250 ml, crussible, pipet tetes, magnetic stirrer, plastik wrap,

kertas saring Whatman 41 diameter, furnace nebhertherm controller B-170,

furnace vulcan 3-130 NDI, hot plate Wisestir MHS-20D, neraca digital DJ-A600,

corong, aluminium foil, mortar, ultrasonikator, inkubator, sudip, alat infus, X-ray

diffraction GBC Emma, Particle Size Analyzer Passco.

4

Prosedur Penelitian

Preparasi dan kalsinasi cangkang kerang darah

Cangkang kerang darah dibersihkan dari lumpur yang menempel dengan

menyikatnya. Selanjutnya, cangkang dikeringkan dan diberi perlakuan panas

(kalsinasi) pada suhu 1000 oC dengan waktu penahanan selama 5 jam. Setelah itu

dikarakterisasi XRD dan PSA. Pada penelitian ini dilakukan tiga kali sistesis

untuk masing-masing perlakuan.

Sintesis Nanohidroksiapatit

Pada sintesis nanohidroksiapatit dilakukan dengan dua metode :

- Pertama

Ultrasonikasi serbuk CaO (waktu 30, 60 dan 120 menit)

Siapkan 5 gram serbuk CaO lalu masukkan ke dalam gelas piala dan

ditambahkan 100 ml aquades. Selanjutnya, dilakukan proses ultrasonikasi dengan

tigavariasi waktu. Proses ultrasonikasi dilakukan pada frekuensi 20 kHz, daya 130

watt, dan amplitudo 40%. Setelah proses ultrasonikasi selesai, dikeringkan.

Sintesis hidroksiapatit

Sintesis hidroksiapatit dilakukan menggunakan metode presipitasi.

Siapkan serbuk CaO yang telah diultrasonikasi sebanyak 2.82 gram dilarutkan

dalam 100 ml aquades dan 3.96 gram (NH4)2HPO4 dilarutkan dalam 100 ml

aquades. Selanjutnya, larutan (NH4)2HPO4 diteteskan ke suspensi serbuk CaO

melalui alat infus dan dilakukan stirring selama 90 menit. Selanjutnya, distirring

kembali selama 60 menit untuk homogenesis larutan campuran dan diendapkan

selama 12 jam. Setelah diendapkan, sampel disaring dan dikeringkan pada suhu

110 oC dengan waktu tahan 5 jam dan disintering pada suhu 900

oC dengan waktu

tahan 5 jam.10

Selanjutnya, serbuk hasil presipitasi dikarakterisasi XRD dan PSA.

Sebagai pembanding (kontrol), dilakukan sintesis hidroksiapatit dari CaO yang

tidak diultrasonikasi dan hasil hidroksiapatitnya juga tidak diultrasonikasi.

- Kedua

Sintesis hidroksiapatit

Sintesis hidroksiapatit dilakukan menggunakan metode presipitasi.

Siapkan serbuk CaO hasil kalsinasi sebanyak 2.82 gram dilarutkan dalam 100 ml

aquades dan 3.96 gram (NH4)2HPO4 dilarutkan dalam 100 ml aquades.

Selanjutnya, larutan (NH4)2HPO4 diteteskan ke suspensi serbuk CaO melalui alat

infus dan dilakukan stirring selama 90 menit. Selanjutnya, distirring kembali

selama 60 menit untuk homogenesis larutan campuran dan diendapkan selama 12

jam. Setelah diendapkan, sampel disaring dan dikeringkan pada suhu 110 oC

dengan waktu tahan 5 jam dan disintering pada suhu 900 oC dengan waktu tahan 5

jam.10

Selanjutnya, serbuk hasil presipitasi dikarakterisasi XRD dan PSA.

5

Ultrasonikasi serbuk HA (waktu 30, 60 dan 120 menit)

Lima gram serbuk di masukkan HA ke dalam gelas piala dan ditambahkan

100 ml aquades. Selanjutnya, dilakukan proses ultrasonikasi dengan tiga variasi

waktu. Proses ultrasonikasi dilakukan pada frekuensi 20 kHz, daya 130 watt, dan

amplitudo 40%. Setelah proses ultrasonikasi selesai, lalu dikeringkan. Tabel 4

menujukan HA yang diultrasonikasi.

Karakterisasi XRD

Karakterisasi XRD bertujuan untuk melihat fasa, parameter kisi dan

ukuran kristal (ACS) yang terkandung dalam serbuk cangkang kerang darah dan

HA sebelum dan setelah diultrasonikasi. Karakterisasi ini juga untuk melihat

parameter kisi (Lampiran 4 dan 5) dan ACS (Halaman 11). Sampel diletakkan

pada spesimen holder kemudian diletakkan pada difraktometer. Hasil analisis

dibandingkan dengan Joint Commite on Powder Diffraction Standars (JCPDS).

Karakterisasi PSA

Karakterisasi PSA dilakukan dengan mencampurkan 0,2 gram serbuk

sampel dengan 20 ml aquades. Selanjutnya dilakukan homogenisasi selama tiga

menit menggunakan stirrer.

Penganalisis ukuran partikel dapat menganalisis partikel suatu sampel

bertujuan menentukan ukuran partikel dan distribusinya dari sampel yang

representatif. Prinsip pengukuran particle size adalah Dynamic Light Scattering

(DLS) (Gambar 1). Dynamic Light Scattering juga dikenal sebagai Photon

Correlation Spectroscopy (PCS) telah menjadi teknologi baru dan populer untuk

menyelidiki difusi bahan partikulat baik dalam larutan atau suspensi.11

Dengan

menentukan laju difusi (koefisien difusi), informasi mengenai ukuran partikel,

konformasi rantai makromolekul, interaksi antara berbagai unsur dalam larutan

atau suspensi, dan bahkan hamburan kinetik dapat diperoleh tanpa perlu kalibrasi.

Keuntungan dari PCS adalah teknik non-invasif mutlak hanya membutuhkan

sejumlah kecil sampel, dan tidak memerlukan persiapan sampel yang luas, telah

membuat teknologi ini metode pilihan untuk ukuran partikel submikron. Standar

internasional yang meliputi penggunaan PCS untuk memperoleh ukuran partikel

rata-rata berbentuk suspensi encer telah dibentuk.11

Gambar 1 Prinsip Dynamic Light Scattering (DLS)

6

Secara umum, batas ukuran yang lebih rendah dari jenis pengukuran

ditentukan oleh fluktuasi hamburan partikel terdeteksi versus kebisingan

eksperimental.12

Fluktuasi hamburan diukur harus lebih besar dari suara

eksperimental yang dibuat oleh berbagai sumber, termasuk gangguan lingkungan,

fluktuasi suhu, dan suara elektronik yang melekat, untuk mendapatkan hasil yang

bias. Batas ukuran atas pengukuran ini ditentukan terutama oleh batas

sedimentasi.Partikel yang sedang dianalisis harus stabil. Batas ukuran maksimal

dalam percobaan PCS yaitu dalam skala mikron tergantung pada densitas material,

viskositas medium, dan batas ukuran minimal yaitu dalam skala nanometer

tergantung pada perbedaan indeks bias antara partikel dan medium.12

HASIL DAN PEMBAHASAN

Identifikasi Fasa CaO

Proses kalsinasi pada cangkang kerang darah bertujuan untuk mengambil

komponen kalsium dan membuang komponen lain seperti Na dan Mg yang tidak

diperlukan dalam sintesis nanohidroksiapatit. Cangkang kerang darah yang

dipanaskan pada suhu 1000 oC selama 5 jam menghasilkan senyawa kalsium

oksida (CaO). Analisis hasil XRD dicocokan dengan data JCPDS. Fase yang

terbentuk pada pola difraksi sinar-X cangkang kerang darah sebelum dan sesudah

diultrasonikasi ditunjukkan pada Gambar 2 (a dan b).

Dari analisis hasil XRD sampel CaO sebelum ultrasonikasi pada Gambar 2

(a), cangkang kerang darah setelah kalsinasi pada suhu 1000 oC terbentuk dalam

fasa kalsium oksida (CaO). Dibuktikan dengan sudut 2θ 37.381o dan 53.908

o yang

merupakan sudut 2θ dari kalsium oksida berdasarkan data JCPDS.

Gambar 2 (b) menunjukkan pola difraksi sinar-X setelah ultrasonikasi

selama 2 jam dan dikeringkan dengan inkobator pada suhu 60 oC. Hasil analisis

ini mennjukan terbentuknya puncak selain CaO. Dari data JCPDS puncak yang

terbentuk adalah Ca(OH)2 yang dibuktikan dengan sudut 2θ yaitu 18.144o, 50.858

o

dan 54.407o. Munculnya fase Ca(OH)2 pada serbuk cangkang kerang darah karena

pada saat proses ultrasonikasi, CaO dicampur dengan H2O sehingga menghasilkan

Ca(OH)2.

CaO + H2O Ca(OH)2

7

Gambar 2 Pola XRD CaO (a) sebelum ultrasonikasi, (b) setelah ultrasonikasi

Fasa HA hasil karakterisasi XRD perlakuan pertama

Fase yang terbentuk pada pola difraksi sinar-X hidroksiapatit kontrol

ditunjukan pada Gambar 3 dan hidroksiapatit dari CaO yang diultrasonikasi

ditunjukan pada Gambar 4.

Gambar 3 Pola XRD hidroksiapatit kontrol

8

Gambar 4 Pola XRD hidroksiapatit dari CaO yang diultrasonikasi (a) 30 menit

(b) 60 menit (c) 120 menit

(a)

(b)

(c)

9

Hasil XRD dari Hidroksiapatit kontrol (Gambar 3) dapat dilihat mayoritas

puncak yang terbentuk adalah HA, sesuai dengan data JCPDS HA (Lampiran 3 a)

yang dibuktikan dengan sudut 2θ pada 31.784o, 32.235

o dan 49.494

o. Sedangkan

untuk sampel HA dari CaO yang diultrasonikasi mayoritas yang terbentuk juga

HA, dibuktikan dengan puncak 2θ yang terbentuk pada sampel HA dari CaO yang

diultrasonikasi 30 menit (Gambar 4 a) yaitu 25.905o dan 31.776

o. Sampel HA

dari CaO yang diultrasonikasi 60 menit (Gambar 4 b) yaitu 32.259o, 25.924

o dan

49.504o. Sampel HA dari CaO yang diultrasonikasi 120 menit (Gambar 4 c) yaitu

25.896o, 32.228

o dan 49.482

o. Tapi pada sampel HA dari CaO yang

diultrasonikasi juga terdapat fasa lain diantaranya TKF dibuktikan dengan

terbentuknya puncak yang cukup tinggi pada sudut 2θ yaitu 34.366o dan 53.532

o

untuk sampel HA dari CaO yang diultrasonikasi 30 menit (Gambar 4 a). Pada

sampel HA dari CaO yang diultrasonikasi 60 menit (Gambar 4 b) juga terdapat

fasa ini ditujukan pada sudut 2θ yaitu 18.508o dan 34.975

o. Sama halnya pada

sampel HA dari CaO yang diultrasonikasi 120 menit (Gambar 4 c) terdapat juga

fasa trikalsium fosfat (TKF) dibuktikan dengan puncak yang terbentuk pada sudut

2θ yaitu 33.063o

dan 65.256o. Selain itu pada sampel HA dari CaO yang

diultrasonikasi 30 menit juga terdapat fasa oktakalsium Fosfat (OKF) yang

ditunjukan pada sudut 2θ yaitu 28.176o dan 48.945

o, sampel HA dari CaO yang

diultrasonikasi 60 menit fasa OKF yang ditunjukan pada sudut 2θ yaitu 29.331o

dan 43.439o, dan sampel HA dari CaO yang diultrasonikasi 120 menit fasa ini

ditunjukan pada sudut 2θ yaitu 27.252o dan 49.446

o data ini disesuaikan dengan

data TKF dan OKF pada JCPDS.

Berdasarkan hasil analisis XRD Hidroksiapatit pada sampel HA dari CaO

yang diultrasonikasi masih banyak terdapat fasa lain selain HA dibandingkan

dengan sampel HA kontrol. Salah satu fasa yang terbentuk adalah TKF dan OKF,

fasa ini biasanya terbentuk pada rentang suhu 800 oC sampai dengan 1120

oC.

7

Namun kehadiran fasa ini tidak berbahaya dan tidak memiliki efek samping ketika

diimplankan kedalam tubuh.9

Fasa hidroksiapatit hasil karakterisasi XRD perlakuan kedua

Fase yang terbentuk pada pola difraksi sinar-X hidroksiapatit

diultrasonikasi ditunjukan pada Gambar 5.

10

Gambar 5 Pola XRD hidroksiapatit yang diultrasonikasi (a) 30 menit (b) 60 menit

(c) 120 menit

(a)

(b)

(c)

11

Hasil XRD dari hidroksiapatit yang diultrasonikasi dapat dilihat mayoritas

puncak yang terbentuk adalah HA, sesuai dengan data JCPDS HA (Lampiran 3)

yang dibuktikan dengan sudut 2θ pada sampel HA yang diultrasonikasi 30 menit

(Gambar 5 a) yaitu 25.901o, 32.208

o dan 49.468

o. Sampel HA yang diultrasonikasi

60 menit (Gambar 5 b) yaitu 25.881o, 46.746

o dan 49.495

o. Sampel HA yang

diultrasonikasi 120 menit (Gambar 5 c) yaitu 32.237o dan 49.503

o.

Tabel 1 memperlihatkan ACS sampel hasil perhitungan dengan persamaan

scherrer,

ACS =

ACS = Atomic Crystal Size (nm)

β = FWHM (FullWidth at Half Maximum)

λ = Panjang gelombang Cu = 0.15406 nm

θ = Sudut difraksi

Atomic Crystal Size hasil perhitungan pada sampel berkisar antara 32.93-

40.92 nm (Tabel 1) dan berbanding terbalik dengan nilai FWHM. Jika nilai

FWHM kecil maka ACS sampel akan besar. Secara umum ACS hasil perhitungan

pada semua sampel memiliki ukuran kristal yang hampir sama. Suhu pada proses

sinterring mempengaruhi ukuran kristal sampel, semakin tinggi suhu yang

digunakan menyebabkan semakin teratur susunan atom dalam bahan tersebut,

sehingga semakin tinggi intensitas dan semakin sempit lebar setengah puncak, hal

ini menyebabkan ACS semakin besar.12

Struktur unit kristal HAp berbentuk

heksagonal dengan parameter kisi a=b=9.418 Å dan c=6.881 Å. Dengan pola

difraksi, parameter kisi dapat dihitung dengan menggunakan metode Cohen yang

hasilnya dapat dilihat pada Lampiran 5. Tabel 2 memperlihatkan tingginya

persentase ketepatan parameter kisi yakni kisaran 99% yang dihasilkan hampir di

setiap sampel. Tingginya ketepatan parameter kisi yang dihasilkan dalam setiap

sampel menunjukkan bahwa fase yang terkandung dalam sampel pada umumnya

adalah HA.

Tabel 1 Ukuran kristal hasil perhitungan

Sampel 2θ (deg) β(rad)

ACS(002)

(nm)

HA kontrol 25.926 0.0035 40.40

HA dari CaO yang diultrasonikasi 30 menit 25.905 0.0042 33.95



HA yang diultrasonikasi 30 menit 25.902 0.0037 38.27



12

Tabel 2 Parameter kisi sampel

Sampel

Parameter Kisi

a

(Å)

Ketepatan

(%)

c

(Å)

Ketepatan

(%)

HA kontrol 9.47 99.36 6.92 99.44

HA dari CaO yang diultrasonikasi 30 menit 9.46 99.49 6.92 99.49



HA yang diultrasonikasi 30 menit 9.38 99.68 6.86 99.65



Analisis ukuran partikel

Ukuran partikel sampel CaO dan HA kontrol ditunjukan pada Tabel 3.

Sampel CaO yang diultrasonikasi ditunjukan pada Tabel 4. Sampel HA dari CaO

yang diultrasonikasi ditunjukan pada Tabel 5. Sampel HA yang diultrasonikasi

ditunjukan pada Tabel 6.

Tabel 3 Ukuran partikel CaO dan HA kontrol

No Sampel Ukuran (nm)

1 CaO 517.53

2 HA 450.78

Tabel 4 Ukuran partikel CaO yang diultrasonikasi

No Sampel

Ukuran

(nm)

Standar

Deviasi

1 CaO yang diultrasonikasi 30 menit 427.18 16.82



Tabel 5 Ukuran partikel HA dari CaO yang diultrasonikasi

No Sampel

Ukuran

(nm)

Standar

Deviasi

1 HA dari CaO yang diultrasonikasi 30 menit 353.25 19.83



13

Tabel 6 Ukuran partikel HA yang diultrasonikasi

No Sampel

Ukuran

(nm)

Standar

Deviasi

1 HA yang diultrasonikasi 30 menit 208.67 4.02



Gambar 6 memperlihatkan pengaruh waktu ultrasonikasi dengan ukuran

sampel. Perlakuan ultrasonikasi pada sampel memanfaatkan efek kavitasi yang

mengakibatkan ukuran partikel sampel mengecil seiring bertambah lamanya

waktu ultrasonikasi. Dari data dapat dilihat rata-rata ukuran partikel sampel yang

diultrasonikasi 1 jam lebih kecil dibandingkan yang diultrasonikasi 2 jam hal ini

mungkin disebabkan suhu sintering yang tinggi meningkatkan energi kinetik

atom-atom penyusun sehingga terjadi difusi dengan partikel yang berdekatan atau

bersinggungan satu sama lain dan terjadi pengikatan partikel bersama

(teraglomerasi), hal ini menyebabkan ukuran dari partikel tersebut semakin

besar.14

Selain itu pada proses ultrasonikasi pada cairan memiliki berbagai

parameter, seperti frekuensi, tekanan, temperatur, viskositas, dan konsentrasi.

Frekuensi ultrasonik naik akan mengakibatkan produksi dan intensitas gelembung

kavitasi dalam cairan menurun.6

Perbedaan ukuran rata-rata partikel HA yang dihasilkan oleh dua

perlakuan pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 5 dan 6. Rata-rata partikel

HA yang dihasilkan dari CaO yang diultrasonikasi lebih besar dari rata-rata

partikel HA yang diultrasonikasi. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh pengaruh

suhu tinggi pada saat sinttering untuk hidroksiapatit dari CaO yang diultrasonikasi,

suhu sinttering yang tinggi meningkatkan energi kinetik atom-atom penyusun

sehingga terjadi difusi dengan partikel yang berdekatan atau bersinggungan satu

sama lain dan terjadi pengikatan partikel bersama (teraglomerasi), hal ini

menyebabkan ukuran partikel semakin besar.8

Gambar 6 Grafik ukuran partikel

0

100

200

300

400

500

600

0 0.5 1 1.5 2 2.5

Uk

ura

n (

nm

)

Waktu (jam)

CaO yang

diultrasonikasi

HA dari CaO yang

diultrasonikasi

HA yang

diultasonikasi

HA kontrol

CaO kontrol

14

SIMPULAN DAN SARAN

Simpulan

Serbuk cangkang kerang darah mengandung kalsium dalam bentuk

kalsium oksida CaO yang cukup tinggi, sehingga sangat potensial digunakan

sebagai sumber kalsium dalam menyintesis Hidroksiapatit untuk bone implan

pada kerusakan tulang.

Sintesis hidroksiapatit berukuran nanometer dengan perlakuan

ultrasonikasi pada sumber kalsium (CaO) belum menghasilkan HA 100%, hal ini

dibuktikan dengan terbentuknya fasa selain HA yaitu TKF dan OKF, hal ini

dikarenakan proses ultrasonikasi yang dicampur dengan H2O menyebabkan

munculnya fasa Ca(OH)2. Sedangkan untuk proses sintesis HA terlebih dahulu

baru dilakukan proses ultrasonikasi menghasilkan HA yang lebih tinggi tingkat

kemurnianya, dapat dilihat tidak terbentuknya fasa lain selain HA. Ketepatan

parameter kisi dari hasil analisis XRD didapatkan data berkisar 99% menunjukan

sebagian besar sampel yang terbentuk adalah HA.

Untuk efektifitas pemanfaatan metode ultrasonikasi pada sintesis

nanohidroksiapatit, lebih efektif dengan melakukan sistesis HA terlebih dahulu

baru dilanjutkan dengan proses ultrasonikasi. Karena rata-rata ukuran partikelnya

lebih kecil dibandingan dengan perlakuan sisntesis nanohidroksiapati dengan CaO

yang diultrasonikasi, yaitu rata-rata ukuran partikelnya 115 nm dengan standar

deviasi 1.06.

Saran

Untuk penelitian lebih lanjut perlu diperhatikan parameter untuk metode

ultrasonikasi dan sifat-sifat material berukuran nanometer, sehingga didapat

nanohidroksiapatit dengan kemurnian yang tinggi dan ukuran yang kecil serta

homogen.

15

DAFTAR PUSTAKA

1. Langenati R, dkk. Aplikasi hidroksiapatit di bidang medis. Seminar Teknologi

Material – Universitas Gajah Mada. 2003

2. Xu Y, Wang D, Yang L, Tang H. Hydrothermal conversion of coral into

hydroxyapatite. Mater. Charac., 47, 83. 2001

3. Li H, Khor K A, Cheang P. Thermal sprayed hydroxyapatite splats:

nanostructures, pore formation mechanisms and TEM characterization.

Biomaterials, 25, 3463. 2004

4. Muntamah. 2011. Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit dari Limbah

Cangkang Kerang Darah ( Anadara granosa,sp ). [Tesis]

5. Wahyudi A. Sintesa nanopartikel zeolit secara top down menggunakan

planetary ball mill dan ultrasonikator. http://isjd.pdii.lipi. go.id/admin/jurnal/

81103236.pdf. 2010 [5 November 2013]

6. Suslick K S, Price GJ. Application of ultrasound to materials chemistry. J. of

Annu.Rev. Sci., 29, 295-326. 1999

7. Abdullah, M., Virgus, Y., Khairurijal. Review sintesis nanomaterial.

Nanosains dan Nanoteknologi, 1, 1-25. 2008

8. Webster TJ, Siegel R W, Bizios R. Enhanced functions of osteoblasts on

nanophase ceramics. Biomaterials, 21, 1803. 2000

9. Fan J, Lei J, Yu C, Tu B, Zhao D, Hard-templating synthesis of a novel rod-

like nanoporous calcium phosphate bioceramics and their capacity as

antibiotic carriers. Mater. Chem. Phys., 103, 489. 2007

10. Balgies. Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit dari Cangkang Kerang

(Chicoreusramosus) [Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. 2011

11. Farzaneh R, Tom L, Richard, Bruce E Logan. .Analysis of chitin particle size

on maximum power generation, power longevity, and Coulombic efficiency in

solid–substrate microbial fuel cells. Elsevier. 2009

12. Standards Association of Australia. AS 1289.C6.2-1976 Determination of the

Particle Size Distribution of a Soil: An Analysis by Sieving in Combination

with Hydrometer Analysis.

13. Dahlan K, Prasetyanti F, Sari YW. Sintesis hidroksiapatit dari cangkang telur

menggunakan dry method. J Biofisika 2009; 5 (2) : 71-78.

14. Hermanus Dyah. Sintesis dan Karakterisasi Nanopartikel Ekstrak Kulit Kayu

Mahoni (Swietenia macrophylla King.) Sebagai Bahan Suplemen

Antihiperkolesterolemia. [Skipsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. 2012.

16

Lampiran 1 Diagram Alir Penelitian

Persiapan Alat dan Bahan

Penelusuran Literatur

Kalsinasi cangkang kerang pada

suhu 1000oC selama 5 jam

Karakterisasi XRD

dan PSA

Proses Ultrasonikasi



Proses Ultrasonikasi

Karakterisasi XRD

dan PSA

Pengolahan Data dan

Penyusunan Laporan Hasil

Karakterisasi PSA

17

Lampiran 2 Prosedur Penelitian

1. Preparasi Sampel Cangkang Kerang Darah dan Proses Kalsinasi

(a) (b) (c) (d) (e) (f)

Keterangan :

(a) cangkang kerang darah setelah dibersihkan,

(b) cangkang kerang darah setelah dihancurkan dengan palu

(c) cangkang kerang darah dimasukan ke dalam crussibel

(d) crussibel dimasukan kedalam furnace untuk proses kalsinasi

(e) cangkang kerang darah setelah kalsinasi siap untuk digerus

(f) serbuk cangkang kerang darah

2. Proses Ultrasonikasi

(a) (b) (c) (d)

Keterangan :

(a) serbuk cangkang kerang darah dilarutkan dalam aquades

(b) proses ultrasonikasi sekaligus proses stirring

(c) penyaringan sampel

(d) penggerusan sampel serbuk cangkang kerang darah setelah ultrasonikasi

dan dikeringkan

3. Proses sintesis nanohidroksiapatit

(a) (b) (c) (d)

18

(e) (f) (g) (h)

Keterangan :

(a) gambar CaO yang dilarutkan dalam aquades

(b) posfat yang dilarutkan dalam aquades

(c) proses presipitasi sekaligus stirring

(d) larutan campuran yang telah diagin

(e) proses penyaringan

(f) sampel hasil penyaringan dimasukan dalam crussibel

(g) proses pengeringan dan sinterring menggunakan furnace

(h) serbuk hidroksiapatit

4. Sampel hasil

Keterangan : sampel akhir dalam botol sampel

19

Lampiran 3 Database JCPDS (a) HA (b) TKF (c) OKF (d) CaO (e) Ca(OH)2

(a) JCPDS HA

(b) JCPDS TKF

20

( c ) JCPDS OKF

(d) JCPDS CaO

21

(e) JCPDS Ca(OH)2

22

Lampiran 4 Rumus parameter kisi

(

)

Where,

( )

∑ ∑ ∑ ∑

∑ ∑ ∑ ∑

∑ ∑ ∑ ∑

23

Lampiran 5 Perhitungan parameter kisi untuk sampel Hidroksiapatit

2θ h K l α γ 2θ (rad) θ δ

22,861 1 1 1 3 1 0,398998 0,199499 1,509287

28,133 1 0 2 1 4 0,491012 0,245506 2,223294

31,784 2 1 1 7 1 0,554733 0,277367 2,774304

32,235 1 1 2 3 4 0,562605 0,281302 2,845062

34,098 2 0 2 4 4 0,59512 0,29756 3,142815

39,866 3 1 0 13 0 0,69579 0,347895 4,10871

46,746 2 2 2 12 4 0,815868 0,407934 5,304515

49,494 2 1 3 7 9 0,86383 0,431915 5,781105

53,182 0 0 4 0 16 0,928197 0,464099 6,408659

Σ

Lanjutan

Sin2 θ

α Sin2 θ

ϒ Sin2 θ

σ Sin2 θ

α2

0,039275 0,117824 0,039275 0,059277 9

0,059072 0,059072 0,236287 0,131334 1

0,07498 0,524857 0,07498 0,208016 49

0,077066 0,231197 0,308263 0,219257 9

0,085959 0,343838 0,343838 0,270155 16

0,116226 1,510942 0 0,47754 169

0,157382 1,888583 0,629528 0,834835 144

0,175235 1,226644 1,577114 1,013051 49

0,200361 0 3,205776 1,284045 0

0,985555 5,902957 6,41506 4,49751 446

Lanjutan

ϒ2

σ 2

α ϒ

σ ϒ

α σ

1 2,27795 3 1,50929 4,52786

16 4,94304 4 8,89318 2,22329

1 7,69676 7 2,7743 19,4201

16 8,09438 12 11,3802 8,53519

16 9,87729 16 12,5713 12,5713

0 16,8815 0 0 53,4132

16 28,1379 48 21,2181 63,6542

81 33,4212 63 52,0299 40,4677

256 41,0709 0 102,539 0

403 152,401 153 212,915 204,813

a=b (Å) Ketepatan ( % ) c (Å) Ketepatan ( % )

9,385461 99,6545 6,803595 98,832

24

Lampiran 6 Tabel sebaran dan rata-rata ukuran sampel

Tabel sebaran dan rata-rata ukuran partikel CaO yang diultrasonikasi 30 menit

No Sampel Sebaran (nm) Rata-rata (nm)

1 CaO A1 195.04 - 8130.46 434.46

2 CaO A2 309.11 - 2042.28 439.14

3 CaO A3 223.93 - 1862.58 407.95



1 CaO B1 67.63 - 1071.80 198.75

2 CaO B2 61.68 - 1230.59 292.41

3 CaO B3 61.68 - 1950.36 254.86



1 CaO C1 147.95 - 1479.50 331.13

2 CaO C2 117.52 - 977.50 300.23

3 CaO C3 147.95 - 2042.28 362.21

Tabel sebaran dan rata-rata ukuran partikel HA dari CaO yang diultrasonikasi 30

menit


1 HA A1 81.30 - 3549.07 338.48

2 HA A2 42.67 - 1122.32 345.50

3 HA A3 295.20 - 1175.21 375.79


menit


1 HA B1 81.30 - 407.49 194.85

2 HA B2 22.39 - 2138.53 187.16

3 HA B3 51.30 - 1023.56 157.72


menit


1 HA C1 89.15 - 977.50 215.61

2 HA C2 186.26 - 489.91 239.31

3 HA C3 9.34 - 3,091.11 159.04

25

Tabel sebaran dan rata-rata ukuran partikel HA yang diultrasonikasi 30 menit


1 HA D1 44.68 - 4468.02 211.51

2 HA D2 14.80 - 3389.34 210.44

3 HA D3 10.24 - 2455.36 204.08



1 HA E1 16.22 - 1622.24 114.25

2 HA E2 37.16 - 851.36 116.35

3 HA E3 11.22 -933.50 115.51



1 HA F1 70.81 - 813.05 189.14

2 HA F2 20.42 - 2692.25 157.30

3 HA F3 70.81 - 1230.59 187.29

26

Lampiran 7 Gambar Size Dispertion PSA

(a) CaO ultrasonikasi

27

(b) HA dari CaO ultrasonikasi

28

(c) HA ultrasonikasi

29

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Muaro Paiti, 14

Desember 1991 dari pasanag Haflil dan Helitepri.

Penulis merupakan anak pertama dari empat

bersaudara. Pada tahun 1998, penulis

menyelesaikan pendidikan taman kanak-kanak di

TK Dharma Wanita 2 di Nagari Muaro Paiti. Pada

tahun 2004, penulis menyelesaikan pendidikan

sekolah dasar di SDN 04 Muaro Paiti. Pada tahun

2007, penulis menyelesaikan pendidikan sekolah

menengah pertama di SMP N 1 Kecamatan Kapur

IX. Pada tahun 2010, penulis menyelesaikan

pendidikan sekolah menengah atas di SMA N 1

Kecamatan Kapur IX dan pada tahun yang sama,

penulis melanjutkan pendidikan sarjana di Fisika

IPB melalui jalur seleksi masuk USMI.

Kegiatan penulis selama kuliah di IPB yaitu penulis anggota HIMAFI

(Himpunan Mahasiswa Fisika IPB) divisi kominfo periode 2011-2012. Pada tahun

2014 penulis merupakan asisten praktikum mata kuliah Fisika TPB.

pemanfaatan cangkang kerang darah dalam … · handra hafisko. departemen fisika fakultas...

Documents