29
BAB III METODE PENELITI
3.1 Proses Penelitian Penelitian ini dilakukan melalui beberapa tahapan, mulai dari persiapan, pembuatan casting solution PES, pembuatan gelatinasi, assembly, dan tes difusi serta pengolahan data. Tahapan penelitian yang dilakukan dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Mulai
Identifikasi Masalah a. Kajian Pustaka 1 . Membran semipermeabel 2 . Microfiltration
Pengadaan Alat dan Bahan a. Pengadaan Alat b. Pengadaan Bahan
Alat
Bahan
Casting solution PES
A
Media Gelatinasi
30
A
Pembuatan Membran
Assembling
Tdk
Keberhasilan Tes Difusi (Tidak bocor)
Ya
Microscope Digital
SEM
Nilai Permeabilitas
Analisis Data dan Pembahasan
Kesimpulan
Selesai
Gambar 3. 1. Diagram alir penelitian
31
3.2 Bahan Penelitian Dalam penelitian ini, bahan – bahan yang digunakan terbagi atas dua jenis yaitu: 1. Bahan Pembuatan membran a. Polyether sulfone (PES) Membran PES yang digunakan pada penelitian ini terbuat dari PES dengan molecular weight 5900 yang diproduksi oleh (Sumitomo Chemical Co., Japan).
Gambar 3. 2. Polyether sulfone (PES) dan Timbangan Digital
b. Polyethylene glycol (PEG)
Gambar 3. 3. Polyethylene glycol (PEG)
32
PEG yang digunakan pada penelitian ini, yang bertindak sebagai zat aditif dengan nama produk Polyethylene glycol 1000 for synthesis yang di produksi oleh (Merck Schuchard OHG 85662 Hohenbrunn Germany).
c. N-Dimethylacetamide (DMAc)
Gambar 3. 4. N-Dimethylacetamide (DMAc) DMAc yang digunakan pada penelitian ini yang bertindak sebagai pelarut dengan nama produk N-Dimethylacetamide for synthesis yang di produksi oleh (Merck Schuchard OHG 85662 Hohenbrunn Germany).
2. Bahan Pembuatan Media Gelatinasi a. N-Methy1-2-Pyrrolidone (NMP) NMP dipilih sebagai media pelarut yang digunakan dalam membuat media gelatinasi selain akuades. NMP yang digunakan dalam penelitian ini dengan nama produk EMPLURA® N-Methy1-2-Pyrrolidone yang di produksi oleh Merck KGaA, 64271 Darmstadt Germany.
33
Gambar 3. 5. N-Methy1-2-Pyrrolidone (NMP)
b. Akuades Selain NMP, akuades juga dipilih sebagai bahan dasar dalam pembuatan gelatinasi karena akuades merupakan hasil dari destilasi yang hampir tidak terdapat mineral lain di dalamnya. Sehingga tidak akan ada mineral lain yang tercampur dalam media gelatinasi. Dari hasil pengujian nilai konduktivitas nya, akuades yang digunakan memiliki nilai konduktivitas sebesar 0 µ/s (Siemens per mikron) diukur menggunakan Conductivity Tester.
Gambar 3. 6. Akuades
34
3. Bahan Pembuatan Cairan Dialysate a. Garam (Sodium Chloride NaCl)
Gambar 3. 7. Garam (Sodium Chloride)
Cairan Dialysate yang digunakan pada pengujian tes difusi menggunakan NaCl. Kadar nilai konduktivitas dari cairan dialysate pada penelitian ini ditentukan yaitu sebesar 380 µ/s (Siemens per micron). NaCl yang digunakan dengan nama produk EMSURE® ACS, ISO, Reag. Ph Eur Sodium Chloride yang di produksi oleh Merck KGaA, 64271 Darmstadt Germany.
3.3 Alat Penelitian 1. Dino Lite Digital Microscope Mikroskop digital yang digunakan pada penelitian ini memiliki spesifikasi sebagai berikut: Spesifikasi Dino-Lite AM4515 Series: Jumlah lampu LED
: 8 buah
Warna lampu
: Putih
Jarak kerja
: Pendek
Pembesaran
: 500x
35
Resolusi Jenis sambungan
: 1.3 MP (1280 x 1024) : USB 2.0
Frame rate
: Hingga 30fps
Format gambar
: BMP, GI, PNG, MNG, TIF, TGA, PCX WBMP, JP2, JPC, JPG, PGX, RAS, PNM, JPEG
Format Video
: WMV, FLV, SWF, MOV
Pengukuran otomatis : Ya Berat
: 100g
Ukuran
: 10.3 cm (H) x 3.2 cm (D)
Gambar 3. 8. Dino-Lite AM4515 Series 2. Micrometer
Gambar 3. 9 Micrometer Sylvac S_Mike Pro IP67
36
Micrometer yang digunakan untuk mengukur ketebalan dari pada membran memiliki rentang ukuran dari 0-0,3mm
3. Magnetic Sitter Pada penelitian ini yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut: Spesifikasi Magnetic heated stirrer HMS-79: Voltage of power
: 220 V 50 Hz
Magnetic Power
: 25 W
Hot Plate Power
: 120 W
Flea Speed Variation : 0-2000 rpm Duration
: 10.000 jam
Construction
: Aluminium Alloy
Gambar 3. 10. Magnetic heated stirrer HMS-79 4. Timbangan Digital Timbangan digital yang digunakan pada penelitian memiliki spesifikasi sebagai berikut: Spesifikasi Timbangan digital ACIS MN: Model Number
: MN-200
37
Capacity
: 200 g
Accuracy
: 0.01 g
Weighing Pan
: 6.8 cm x 6.3 cm
Construction
: Plastic
Color
: Gray
Weight
: 1 kg
Gambar 3. 11. Timbangan digital ACIS MN 5. Syringe Pump
Gambar 3. 12. Syringe Pump SK-500II
38
Technical Specifications : Syringe Type
: 5, 10, 20, 30, 50 ml
Operating Model
: Flow rate mode, rate range: 0.1 - 1500ml/ (increment 0.1ml/h), maximum rate value depends on different syringes : Time mode, time range: 1 - 2000min, 0.1999.9ml : Body weight mode, weight range: 0.1 - 300.0 kg; drug limit: 0.1 - 999.9mg; volume range: 0.1 - 999.9ml
Preset Volume
:0.1 - 999.9ml
Accumulated Infusion Volum
: 0.1 - 999.9ml
Accuracy
: ± 3%
Flow Rate Range
: 5ml syringe: 0.1ml/h - 100ml/h (increment 0.1 ml/h) : 10ml syringe: 0.1ml/h 200ml/h (increment 0.1ml/h) : 20ml syringe: 0.1ml/h - 400ml/h (increment 0.1ml/h) : 30ml syringe: 0.1ml/h - 600ml/h (Increment 0.1ml/h) : 50ml syringe: 0.1ml/h - 1500ml/h (increment 0.1ml/h)
Bolus Rate
: 5ml syringe: 100ml/h; : 10ml syringe: 200ml/h : 20ml syringe: 400ml/h; : 30 ml syringe:400 - 600ml/h; : 50ml syringe: 400 - 1500ml/h
Screen
: 3.5 inch B/W LCD
Battery
: 7.4 V, 1600 mAh lithium polymer
39
Temperature
battery, ore than 6 hours continuous operation@5ml/h flow rate : 5 - 40 C for operating, -20 - 50 C for storage
Air Pressure
: 86 - 106 kPa for operating, 50 - 106 kPa for storage
Humidity
: 20 % - 80 % for operating, 10 % - 95 % for storage
Classification
: Class II, Type BF
Dimension
: 310mm(L) × 125mm(D) ×115mm(H)
Weight
: Approximately 1.8kg
Power Supply
: 100 - 240 VAC, 50/60 Hz
Shell Material
: ABS plastic
6. Conductivity Tester
Gambar 3. 13. Conductivity tester Eutech ECTestr 11 Specification: Model
: Ec Testr 11 dual-range
Range
: 0 to 2000 μS; 0 to 20.00 mS
Resolution
: 10 μS; 0.10 mS
Accuracy
: ±1% full-scale
Calibration standard range : 300 to 1990 μS; 3 to19.90 mS Calibration
: 2-point, manual or auto (1413 μS; 12.88 mS)
40
Temperature display
: 0 to 50°C (32 to 122°F) 0.1°C resolution, ±0.5°C accuracy
Operating temperature : 0 to 50°C (32 to 122°F) Temperature compensation
: automatic (ATC) from 0 to 50°C (32 to 122°F)
ATC coefficient temperature : 2% per °C, 25°C reference Wetted materials
: 316 stainless steel (electrodes) and Valox® housing
Power and battery life
: four 1.5 V alkaline batteries Eveready A76 (included), 100 hrs continuous use (approx 600 tests per battery pack). Alternate replacement model LR44.
Dimensions Unit only
: 61⁄2"L x 11⁄2" dia (165 x 38 mm)
Boxed
: 71⁄4" x 23⁄4” x 17⁄8" (184 x 70 x 48 mm)
Weight
: 3.25 oz (90 g); Boxed: 6.0 oz (170 g)
Gambar 3. 14. Uji coba Conductivity tester
41
3.4 Proses Pembuatan Casting Solution PES
Gambar 3. 15. Casting solution PES Langkah awal yang dilakukan pada proses ini, yaitu menentukan berapa besar perbandingan bahan – bahan yang menjadi komposisi dasar dalam pembuatan casting solution PES. Pada Tabel 3.1. di sajikan rasio perbandingannya.
Tabel 3. 1. Rasio perbandingan bahan dalam pembuatan casting solution PES Bahan Perbandingan
PES (gram)
PEG (gram)
DMAc (ml)
17.5
14.5
68
(Sumber: To, dkk. 2015)
Setelah mengetahui berapa besar perbandingan masing-masing bahan, kemudian dilakukan proses penimbangan sesuai dengan table 3.1. di atas menggunakan timbangan digital. Masing – masing bahan tersebut dimasukan kedalam gelas beker 500 ml dan dipanaskan sampai dengan suhu di atas 50 ℃ sambil diaduk dengan magnetic Sitter, sehingga bahan yang awal berbentuk padatan akan berubah fase menjadi casting solution transparan. Tahapan yang selanjutnya yaitu casting solution PES dipindahkan kedalam botol dengan keadaan tertutup rapat dan disimpan selama 1 x 24 jam sebelum dapat digunakan.
42
Gambar 3. 16. Proses pemanasan casting solution PES menggunakan magnetic sitter 3.5 Pembuatan Media Gelatinasi Media gelatinasi merupakan salah satu poin yang penting pada penelitian ini, hal tersebut dikarenakan karakteristik dan struktur pori – pori serta keseragamannya yang terbentuk pada membran dipengaruhi oleh media gelatinasi tersebut. Untuk dapat membuat larutan media gelatinasi perlu dilakukannya perhitungan berapa persen banyak volume (ml) NMP yang akan di gunakan pada masing – masing media dapat dihitung menggunakan persamaan 3.1 berikut: 𝑉𝑝 100
𝑥 𝑝 = Vt(ml) ………………………..(3.1)
Dimana: Vp
= Volume Pelarut (ml)
P
= Besarnya Presentasi Zat Terlarut
Vt
= Volume Zat Terlarut (ml)
100
= ketetapan
43
Pada penelitian ini, media gelatinasi divariasikan menjadi lima jenis hal tersebut bertujuan untuk mengetahui apa pengaruh dari masing-masing media tersebut. Dari perhitungan menggunakan persamaan 3.1 didapatkan rasio perbandingan berapa banyak volume NMP per masing-masing media gelatinasi di sajikan pada Tabel 3.2.
Tabel 3. 2. Rasio perbandingan dari media gelatinasi Volume non pelarut Presentasi Zat Volume Zat pelarut No Akuades (ml) Pelarut (%) NMP (ml) 1
300
2
6
2
300
4
12
3
300
6
18
4
300
8
24
5
300
0
0
Gambar 3. 17. Media gelatinasi dengan variasi NMP 2%, 4%, 6%, 8%, dan 100% akuades 3.6 Proses Pembuatan Membran Pada proses ini, langkah pertama yang perlu dilakukan adalah menyiapkan plat kaca. Plat kaca yang digunakan pada penelitian ini, memiliki dimensi 7,6 cm x 5,2 cm dengan ketebalan berkisar 1 mm.
44
Pastikan plat kaca yang telah kita siapkan benar-benar bersih dari debu, air, dan juga minyak. Selanjutnya pada bagian pinggir permukaan atas kaca dibingkai menggunakan vinyl cutting sticker Hal tersebut bertujuan sebagai pembatas agar ketika casting solution PES dituangkan pada permukaan kaca tidak tumpah dan juga membran yang didapatkan memiliki ketebalan 100 μm. Casting solution PES yang telah dibuat kemudian dituangkan secara perlahan di atas permukaan plat kaca dengan volume secukupnya Setelah itu, ambil satu buah plat kaca lagi tetapi yang tidak dibingkai menggunakan vinyl cutting sticker. Tempatkan plat kaca tersebut di atas dari pada plat kaca yang berisi
Gambar 3. 18. Tahapan-tahapan yang dilakukan dalam pembuatan membran
45
casting solution PES dengan arah horizontal. Gerakan plat kaca yang tidak dibingkai satu arah ke depan sempai dengan casting solution PES yang terdapat pada permukaan plat kaca yang dibingkai memiliki ketebalan yang seragam. Setelah proses tersebut selesai, dan didapatkan casting solution PES yang telah rata pada bagian atas permukaan kaca, selanjutnya dimasukan pada salah satu media gelatinasi yang telah dibuat secara perlahan sampai terbentuk lembaran tipis berwarna putih susu yang disebut membran dan didiamkan pada suhu kamar selama 24 jam untuk menghilangkan PEG sebelum dapat digunakan.
3.7 Tes Difusi Membran yang telah terbentuk masing-masing memiliki perbedaan struktur dan karakteristiknya sendiri, hal tersebut disesuaikan dari pada media gelatinasi yang digunakan. Untuk mengetahui seberapa besar pengaruh perbedaan tersebut terhadap nilai permeabilitasnya dan koefisien difusi, maka harus dilakukan tes difusi seperti yang ditunjukkan Gambar 3.18.
Gambar 3. 19. Pengujian tes difusi menggunakan satu syringe pump untuk menentukan nilai water flux Tes difusi yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari dua jenis tes difusi yang pertama tes difusi untuk menentukan nilai water flux yaitu jenis pengujian difusi
46
dengan menggunakan satu syringe pump dan satu jenis larutan dialysate berupa NaCl, sedangkan untuk menentukan besarnya nilai koefisiennya menggunakan dua buah syringe pump dan dua jenis larutan dialysate berupa NaCl dan akuades.
Gambar 3. 20. Pengujian difusi tes menggunakan dua syringe pumps untuk menentukan nilai koefisien difusinya Adapun parameter-parameter yang akan dicari pada proses pengujian ini, berapa lama waktu pengujian, seberapa banyak volume yang mampu terdifusi dan berapa besar perubahan nilai konduktivitasnya. Sebelum melakukan proses pengujian, ada beberapa tahapan-tahapan yang dilakukan antara lain: 1. Siapkan 1 buah syringe pump dalam keadaan on, menggunakan 1 syringe pump untuk mencari nilai water flux-nya sedangkan untuk mencari koefisien difusinya harus menyiapkan 2 buah syringe pump. kemudian atur flow rate (kecepatan aliran) 20 ml/h pada syringe pump tersebut sebelum proses running. 2. Siapkan dua buah layer dan juga membran, jepit membran di antara dua layer, dan potong membran sesuai dengan ukuran layer. Selanjutnya beri lubang pada keempat sisi dari membran sebagai tempat masuknya baut sesuai dengan diameter baut yang digunakan.
47
3. Membran yang telah dipotong dan diberi lubang, kemudian dipasang pada chamber Microfiltration. Chamber yang digunakan pada tes difusi ini, adalah hasil dari pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Prihandana, (2013). Adapun struktur geometrical dari chamber Microfiltration seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut:
(a)
(b)
(c)
Gambar 3. 21. (a) Geometrical structural layer (Prihandana, dkk. 2013) (b) Komponen chamber Microfiltration, (c) Microfiltration 4. Siapkan cairan dialysate berupa NaCl 30 ml untuk menentukan besarnya nilai water flux tetapi jika ingin mencari nilai koefisien difusinya harus menggunakan 2 buah larutan dialysate NaCl dan akuades. Selanjutnya dimasukan kedalam suntikan berukuran 60 ml dan dipasang pada syringe pump. 5. Sediakan juga 2 buah gelas beaker berukuran 50 ml yang telah diberi label sebagai tempat larutan yang terdifusi dan tidak terdifusi. Potong selang dengan panjang tertentu sebanyak empat buah, pasang dua buah pada saluran input (masuk) Microfilter yang terhubung pada syringe pump dan dua pada saluran output (keluar) micro filer yang terhubung pada media penampungan hasil difusi. 6. Lama waktu yang ditentukan pada diffusion test ini 01:13 (menit). Set Stop watch pada angka 00:00 (menit) kemudian running bersamaan dengan syringe pump sampai dengan waktu yang telah ditentukan. 7. Setelah proses tes difusi selesai dilakukan, maka membran yang masih berada pada chamber Microfilter dilepas dan ditempatkan sesuai dari pada media
48
gelatinasinya. Hal tersebut dilakukan agar membran tidak rusak, sehingga membran masih dapat digunakan pada proses SEM dan juga contact angle analisi. 3.8 Proses pengambilan data Proses pengambilan data baru dapat dilakukan jika pada proses tes difusi tidak lagi mengalami kebocoran serta percobaan pada seluruh membran telah selesai dilakukan. Hal tersebut dilakukan untuk menjaga keakuratan data yang di ambil. Hasil akhir yang diperoleh pada tes difusi berupa banyaknya volume larutan garam yang telah terdifusi pada satuan menit. Data yang telah diperoleh selanjutnya di olah untuk menggunakan persamaan water flux dan juga koefisien difusinya untuk mengetahui besarnya presentasi perbedaan terhadap masing-masing membran.
Gambar 3. 22. Larutan permeate NaCl hasil tes difusi
3.9 Scanning Electron Microscopy (SEM) SEM adalah salah satu dari beberapa tahap pengujian yang dilakukan pada penelitian ini. Hal tersebut dilakukan untuk mengetahui karakteristik pori-pori yang terbentuk baik ukuran mikro maupun nano serta keteraturannya pada masingmasing. SEM yang digunakan pada penelitian ini menggunakan model JSM-7500.
49
Sedangkan untuk proses pengamatannya sendiri dilaksanakan di jepang. Adapun tahapan-tahapan yang dilakukan pada proses pengujian SEM antara lain: 1. Pastikan APD yang dibutuhkan sudah terpasang sesuai dengan fungsinya. 2. Siapkan mesin SEM yang akan digunakan pastikan pada kondisi ON 3. Siapkan membran yang akan di SEM 4. Melakukan proses analisis membran dengan mengatur perbesaran dan juga fokus sesuai dengan yang di inginkan. 5. Setelah didapatkan gambar yang sesuai simpan gambar dalam bentuk JPEG atau bisa langsung di print.
Gambar 3. 23. Scanning Electron Microscopy JSM 7500
Gambar 3. 24. Cross section dari membran PES (Prihandana, 2013)
50
3.10 Water Contact Angle Analisis Pengujian contact angle yang dilakukan pada penelitian ini menggunakan digital microscope berjenis Dino-lite AM4515 series dengan perbesaran berkisar 483x. Adapun tahapan-tahapan yang dilakukan antara lain: 1. Siapkan membran, pipet, dan juga akuades pada gelas beker sebanyak 20 ml 2. Atur posisi dari microscope secara horizontal agar memperoleh fokus yang tepat 3. Potong membran 2 cm x 2 cm, selanjutnya letakkan membran pada permukaan kaca yang datar, pada bagian ujung-ujung dari membran berikan isolasi bening agar membran tidak mengalami kerutan atau lipatan. 4. Tempatkan membran tersebut tepat di depan dari microscope atur perbesaran dari microscope sehingga memperoleh resolusi yang tepat. 5. Teteskan akuades tepat diatas permukaan membran sebanyak 1 tetes menggunakan pipet 6. Tunggu selama 10 detik setelah itu amati kohesi dari akuades yang terjadi pada permukaan membran. 7. Setelah dirasa gambar yang diperoleh jelas, kemudian simpan gambar yang telah didapat dengan format JPEG
Gambar 3. 25. Water Contact angle dari membran dengan media gelatinasi NMP 4%
51
Gambar 3. 26. Water contact angle dari membran dengan media gelatinasi NMP 6%
