6 Dilanjutkan dengan sintering pada suhu 900⁰C dengan waktu penahanannya 5 jam. Timbang massa sampel setelah proses sintering, lalu sampel dikarakterisasi dengan menggunakan XRD dan FTIR.
dengan panjang a. Ukuran kristal dapat ditentukan dengan menggunakan Persamaan Debye Scherrer.
Metode wise drop Presipitasi dengan menggunakan wise drop dilakukan dengan meneteskan 0.5 M larutan dari cangkang telur oleh 0.3 M larutan (NH4)2HPO4 sambil dilakukan stirring. Proses tersebut dilakukan selama 90 menit. Setelah kedua larutan tercampur, larutan di stirring kembali selama 60 menit. Kemudian sampel di aging selama 12 jam. Sampel hasil presipitasi kemudian disaring dengan menggunakan kertas saring dan dicuci dengan menggunakan aquades yang kemudian dilanjutkan dengan proses pengeringan dengan menggunakan furnace pada suhu 110⁰C dengan waktu penahanan 5 jam. Dilanjutkan dengan sintering pada suhu 900⁰C dengan waktu penahanannya 5 jam. Timbang massa sampel setelah proses sintering, lalu sampel dikarakterisasi dengan menggunakan XRD dan FTIR.
D merupakan ukuran kristal (nm), λ adalah panjang gelombang yang digunakan pada XRD ( 0,154060 nm), β adalah FWHM (full width at half maximum) dari garis difraksi skala 2θ, dan cos θ merupakan nilai kosinus sudut sinar X pada bidang (0 0 2) dan (3 0 0).
Karakterisasi XRD sampel hidroksiapatit Karakterisasi difraksi sinar-x ini dilakukan untuk mengidentifikasi fasa, menghitung parameter kisi, dan ukuran kristal yang terdapat pada sampel hidroksiapatit. Pengujian fasa dengan teknik difraksi sinar-x ini dilakukan pada sudut 2θ dari 10⁰ hingga 80⁰. Parameter kisi untuk sampel HAp ditentukan dengan menggunakan metode Cohen (Lampiran 23). Ketepatan parameter kisi ditentukan dengan membandingkan hasil yang didapat sampel dengan literaturnya dan dinyatakan dalam persen. Ukuran kristal pada sampel hidroksiapatit ditentukan pada bidang (0 0 2) yang bersesuaian dengan panjang c, dan bidang ( 3 0 0 ) yang bersesuaian
...........................................(2)
Karakterisasi FTIR sampel hidroksiapatit Karakterisasi FTIR dilakukan untuk mengetahui kandungan gugus kompleks dalam sampel hidroksiapatit. 1 mg sampel dicampur dengan 100 mg KBr, dibuat pelet kemudian diukur dengan spektrum FTIR dengan skala bilangan gelombang 4000 – 400 cm-1. HASIL DAN PEMBAHASAN Persiapan sampel Serbuk cangkang telur diperoleh dari hasil kalsinasi cangkang telur ayam, bebek, dan puyuh pada suhu 1000⁰C selama 5 jam. Kalsinasi dilakukan untuk menghasilkan prekursor kalsium dalam bentuk kalsium oksida (CaO). Sebelum dilakukan kalsinasi, senyawa kalsium dalam cangkang telur berbentuk CaCO3. Reaksi pembentukan CaO melalui proses kalsinasi dapat dilihat pada persamaan di bawah ini. Pada proses kalsinasi terjadi pengurangan massa cangkang telur baik cangkang telur ayam, bebek, maupun puyuh. Hal tersebut ditunjukkan dengan massa setelah kalsinasi lebih kecil dari massa sebelum kalsinasi. Persentase rata-rata efisiensi massa hasil kalsinasi dapat dilihat pada Tabel 3. Efisiensi massa hasil kalsinasi terbesar terdapat pada cangkang telur bebek dengan nilai 55,03%, sedangkan efisiensi terkecil didapatkan dari hasil kalsinasi cangkang telur puyuh dengan nilai 53,19%.
7 Tabel 3 Persentase Rata-Rata Efisiensi Proses Kalsinasi Cangkang Telur Ayam, Bebek, dan Puyuh pada Suhu 1000⁰C selama 5 Jam Sumber Kalsium Cangkang telur ayam Cangkang telur bebek Cangkang telur puyuh
Persentaase Rata-rata efisiensi massa hasil kalsinasi 54,04
1,00
55,03
1,30
53,19
3,00
Karakterisasi XRD serbuk kalsium Pola XRD serbuk kalsium dari ketiga cangkang telur diperlihatkan pada Gambar 3. Identifikasi material tersebut dibandingkan dengan pola XRD dari Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS) untuk CaO (37-1497) dan CaCO3 (47-1743). Senyawa kalsium yang terdapat pada ketiga cangkang telur hasil kalsinasi menunjukkan fasa CaO, namun pada hasil kalsinasi dari cangkang telur ayam dan puyuh masih terdapat fasa CaCO3. Puncak difraksi CaO untuk cangkang telur ayam yaitu pada nilai 2θ 32,48⁰, 37,64⁰, 54,16⁰, 64,4⁰, dan 67,6⁰, serta puncak difraksi milik CaCO3 yaitu pada
nilai 2θ 18,24⁰, dan 34,36⁰. Puncak difraksi CaO untuk cangkang telur bebek yaitu pada nilai 2θ 32,28⁰, 37,38⁰, 53,92⁰, 64,34⁰, dan 67,6⁰. Puncak difraksi CaO untuk cangkang telur puyuh yaitu pada nilai 2θ 37,38⁰, 32,24⁰, 53,94⁰, 64,14⁰, dan 67,4⁰, serta puncak difraksi CaCO3 yaitu pada nilai 2θ 18⁰, 28,66⁰, 34,1⁰, dan 50,8⁰. Kalsium karbonat masih terdapat pada cangkang telur puyuh dikarenakan waktu yang digunakan untuk kalsinasi cangkang telur puyuh belum optimum sehingga masih terdapat kandungan CaCO3 yang cukup banyak. Dapat dikatakan bahwa kemurnian CaO dari hasil kalsinasi cangkang telur bebek lebih tinggi dibandingkan dengan hasil kalsinasi cangkang telur ayam dan cangkang telur puyuh. Karakterisasi AAS serbuk cangkang telur Karakterisasi dengan AAS dilakukan untuk mengetahui kadar Ca pada masing-masing serbuk cangkang telur hasil kalsinasi. Persentase kadar kalsium pada cangkang telur dapat dilihat pada Tabel 4 Hasil pengukuran AAS menunjukkan kadar kalsium dari cangkang telur ayam sebesar 70,84%.
Keterangan: CaCO3 CaO
Gambar 3 Pola XRD serbuk cangkang telur ayam, bebek, dan puyuh hasil kalsinasi pada suhu 1000⁰C selama 5 jam.
8 Tabel 4 Persentase kadar kalsium pada serbuk cangkang telur oleh AAS No
Cangkang Telur
Kadar Ca (%)
1
Ayam
70,84
2
Bebek
53,60
3
Puyuh
55,46
Sintesis Hidroksiapatit Senyawa kalsium dan fosfat yang digunakan pada sintesis HAp dilakukan dengan perbandingan konsentrasi sebesar 1,67 pada temperatur ruang. Perbandingan konsentrasi tersebut digunakan karena menyesuaikan dengan perbandingan Ca terhadap P pada hidroksiapatit. Efisiensi massa hasil sampel HAp dengan sumber Ca cangkang telur ayam, bebek, dan puyuh dapat dilihat pada Tabel 5, Tabel 6, dan Tabel 7. Dari Tabel 5, Tabel 6, dan Tabel 7 diatas dapat dilihat bahwa massa yang diperoleh dari proses sintering lebih kecil dari massa yang digunakan. Nilai efisiensi massa sampel HAp tertinggi sumber kalsium cangkang telur ayam yaitu pada sampel HAp-A24 sebesar 67,5%, efisiensi massa sampel HAp terbesar dengan sumber kalsium cangkang telur bebek yaitu pada sampel HAp-B3 sebesar 54,7%, sedangkan efisiensi massa sampel HAp terbesar dengan sumber kalsium cangkang telur puyuh yaitu sampel HAp-P12 sebesar 61,7%.
Kadar kalsium hasil pengukuran AAS terhadap cangkang telur bebek adalah 53,60%. Pada cangkang telur puyuh kadar kalsium hasil pengukuran AAS yaitu 55,46%. Dari ketiga cangkang telur tersebut, kadar kalsium terbanyak berasal dari cangkang telur ayam. Cangkang telur ayam ini berpotensi menjadi prekursor alami untuk senyawa kalsium. Hasil pengukuran AAS terhadap kadar kalsium dari ketiga cangkang telur tersebut kemudian digunakan untuk perhitungan stoikiometri sintesis hidroksiapatit.
Tabel 5 Efisiensi Sampel HAp dengan sumber Ca Cangkang Telur Ayam Kode sampel HAp-A3 HAp-A6 HAp-A12 HAp-A18 HAp-A24 HAP-AWD
Massa Ca (gram)
Massa (NH4)2HPO4 (gram)
Massa hasil sintering (gram)
Efisiensi (%)
2,829 2,829 2,828 2,827 2,829 2,826
3,962 3,961 3,961 3,962 3,962 3,962
4,041 3,582 4,121 4,122 4,582 3,795
59,5 52,7 60,7 60,7 67,5 55,9
Tabel 6 Efisiensi Sampel HAp dengan sumber Ca Cangkang Telur Bebek Kode sampel HAp-B3 HAp-B6 HAp-B12 HAp-B18 HAp-B24 HAp-BWD
Massa Ca (gram) 3,735 3,732 3,733 3,734 3,733 3,735
Massa (NH4)2HPO4 (gram) 3,961 3,961 3,960 3,961 3,961 3,961
Massa hasil sintering (gram)
Efisiensi (%)
4,212 3,946 3,849 3,363 3,835 2,041
54,7 51,3 50,0 43,7 49,8 26,5
9 Tabel 7 Efisiensi Sampel HAp dengan sumber Ca Cangkang Telur Puyuh Kode sampel HAp-P3 HAp-P6 HAp-P12 HAp-P18 HAp-P24 HAp-WD
Massa Ca (gram) 3,614 3,617 3,612 3,614 3,615 3,615
Massa (NH4)2HPO4 (gram) 3,961 3,961 3,960 3,961 3,960 3,961
Karakterisasi XRD sampel hidroksiapatit Gambar 4, Gambar 5, dan Gambar 6 menunjukkan hasil pola XRD sampel HAp dengan sumber Ca cangkang telur ayam, bebek, dan puyuh masing-masing dengan metode presipitasi single drop dan wise drop. Identifikasi fasa tersebut mengacu pada data JCPDS dengan nomor 09-0432 (Lampiran 4) untuk material HAp. Puncak difraksi HAp yang tertera pada data JCPDS tersebut yaitu pada nilai 2θ 25,879⁰, 31,773⁰, dan 32,902⁰. Pada Gambar 4 terlihat bahwa pada sampel HAp-A3 puncak difraksi HAp terlihat pada nilai 2θ 25,88⁰, 31,78⁰, dan 32,92⁰. Puncak difraksi HAp-A6 yaitu pada nilai 2θ 25,86⁰, 31,78⁰, dan 32,92⁰. Puncak difraksi HAp-A12 yaitu pada nilai 2θ 25,90⁰, 31,84⁰, dan 32,98⁰. Pada HAp-A18 puncak difraksi HAp berada pada nilai 2θ 25,90⁰, 31,78⁰, dan 32,98⁰, serta pada HAp-A24 puncak difraksi HAp berada pada nilai 2θ 26,00⁰, 31,90⁰, 33,03⁰. Pada HAp yang disintesis dengan metode presipitasi single drop menunjukkan, semakin lama waktu stirring, puncak difraksinya semakin bergeser namun tidak terlalu signifikan karena semua pola difraksi telah menunjukkan fasa hidroksiapatit. Begitupun dengan sampel yang disintesis dengan metode presipitasi
Massa hasil sintering (gram)
Efisiensi (%)
3,499 3,036 4,672 3,882 3,835 1,823
46,2 40,1 61,7 51,3 50,6 24,1
wise drop, pola difraksi sampel menujukkan fasa HAp. Puncak difraksi pada sampel HAp-AWD berada pada nilai 2θ 25,90⁰, 31,76⁰, 32,94⁰. Gambar 5 menunjukkan pola difraksi HAp dengan sumber kalsium cangkang telur bebek. Puncak difraksi HAp pada HAp-B3 yaitu pada nilai 2θ 25,90⁰, 31,78⁰, 32,96⁰. Pada HAp-B6 puncak difraksi HAp terletak pada nilai 2θ 25,94⁰, 31,82⁰, dan 32,94⁰. HAp-B12 mempunyai puncak difraksi HAp pada nilai 2θ 25,90⁰, 31,84⁰, dan 32,98⁰. Pada HAp-B18 puncak difraksi HAp terletak pada nilai 2θ 25,86⁰, 31,88⁰, dan 32,96⁰, sedangkan HAp-B24 memiliki puncak difraksi HAp pada nilai 2θ 25,96⁰, 31,88⁰, dan 33,00⁰. Seperti halnya sampel HAp dengan sumber Ca cangkang telur ayam yang disintesis dengan metode presipitasi single drop, pada sampel HAp dengan sumber kalsium cangkang telur bebek ini semakin lama waktu stirring puncak difraksi HAp semakin bergeser namun tidak terlalu signifikan karena semua sampel menunjukkan fasa hidroksiapatit. Begitu juga pada sampel yang disintesis dengan metode presipitasi wise drop, pola difraksi telah menunjukkan fasa hidroksiapatit. Puncak difraksi pada sampel HAp-BWD yaitu pada nilai 2θ 25,90⁰, 31,80⁰, dan 32,96⁰.
10
Gambar 4 Pola XRD sampel HAp dengan sumber Ca cangkang telur ayam.
Gambar 5 Pola XRD sampel HAp dengan sumber Ca cangkang telur bebek.
11
Gambar 6 Pola XRD sampel HAp dengan sumber Ca cangkang telur puyuh. Gambar 6 menunjukkan pola XRD sampel HAp dengan sumber Ca cangkang telur puyuh. Puncak difraksi HAp pada sampel HAp-P3 berada pada nilai 2θ 25,90⁰, 31,78⁰, dan 32,92⁰. Puncak difraksi HAp-P6 yaitu pada nilai 2θ 25,92⁰, 31,80⁰, dan 32,92⁰. Puncak difraksi HAp-P12 yaitu pada nilai 2θ 25,88⁰, 31,80⁰, dan 32,96⁰. Pada HApP18 puncak difraksi HAp berada pada nilai 2θ 25,84⁰, 31,78⁰, dan 32,94⁰, serta pada HAp-P24 puncak difraksi HAp berada pada nilai 2θ 25,88⁰, 31,78⁰,
32,90⁰. Semua sampel dengan sumber kalsium cangkang telur puyuh telah menunjukkan fasa hidroksiapatit. Puncak difraksi HAp pada sampel HAp-PWD berada pada nilai 2θ 25,94⁰, 31,84⁰, dan 32,98⁰. Pergeseran yang terjadi pada puncak-puncak difraksi dengan metode presipitasi single drop tidak terlalu signifikan. Tabel 8, Tabel 9, dan Tabel 10 menunjukkan parameter kisi dan persentase ketepatan parameter kisi sampel HAp dari cangkang telur ayam, bebek, dan puyuh.
Tabel 8 Parameter Kisi dan Persentase Ketepatan Sampel HAp dengan sumber Ca Cangkang Telur Ayam Kode Sampel HAP-A3 HAP-A6 HAP-A12 HAP-A18 HAP-A24 HAP-AWD
Parameter Kisi a (A) 9,438 9,418 9,432 9,445 9,473 9,483
Ketepatan c (A) 6,896 6,884 6,897 6,895 6,821 6,919
a (%) 99,79 100,00 99,86 99,72 99,42 99,31
c (%) 99,82 100,00 99,81 99,84 99,47 99,49
12 Tabel 9 Parameter Kisi dan Persentase Ketepatan Sampel HAp dengan sumber Ca Cangkang Telur Bebek Kode Sampel
Parameter Kisi
Ketepatan
a (A)
c (A)
a (%)
c (%)
HAP-B3
9,416
6,883
99,98
99,99
HAP-B6
9,424
6,897
99,94
99,81
HAP-B12
9,421
6,885
99,97
99,98
HAP-B18
9,423
6,883
99,95
99,99
HAP-B24
9,507
6,947
99,06
99,08
HAP-BWD
9,416
6,885
99,97
99,98
Tabel 10 Parameter Kisi dan Persentase Ketepatan Sampel HAp dengan sumber Ca Cangkang Telur Puyuh Kode Sampel
Parameter Kisi
Ketepatan
a (A)
c (A)
a (%)
c (%)
HAP-P3
9,440
6,903
99,77
99,73
HAP-P6
9,422
6,887
99,96
99,96
HAP-P12
9,454
6,911
99,62
99,60
HAP-P18
9,417
6,879
99,99
99,93
HAP-P24
9,417
6,881
99,99
99,96
HAP-PWD
9,439
6,893
99,78
99,87
Secara keseluruhan, sampel HAp yang disintesis dengan metode presipitasi single drop telah menunjukkan parameter kisi diatas 99%. Pada Tabel 8 terlihat bahwa parameter kisi HAp-A6 memiliki nilai yang sama dengan data JCPDS yaitu a = b = 9,418 Å dan c = 6,884 Å, dan memiliki ketepatan hinggga 100%. Pada Tabel 9 terlihat bahwa sampel HAp-B3 mempunyai parameter kisi yang mendekati data JCPDS yaitu a = b = 9,416 Å, dan c = 6,883 Å, serta mempunyai ketepatan untuk nilai a sebesar 99,98%, dan c sebesar 99,99%. Pada Tabel 10 sampel HAp-P24 memiliki parameter kisi a = b = 9,417 Å, dan c = 6,881 Å, serta memiliki ketepatan untuk nilai a sebesar 99,99%, dan c sebesar 99,96%. Pada metode single drop ini yang memiliki parameter kisi dan ketepatan yang terbaik dimiliki oleh sampel yang berasal dari sintesis berbahan dasar cangkang telur ayam.
Ukuran kristal sampel dapat dilihat pada Tabel 11, Tabel 12, dan Tabel 13. Pada Tabel 11 ukuran kristal yang paling besar terdapat pada sampel HApA3 yaitu mempunyai ukuran bidang ( 0 0 2 ) sebesar 50,63 nm, dan ukuran bidang ( 3 0 0 ) sebesar 51,78 nm. Tabel 11 Ukuran Kristal Sampel HAp dengan sumber Ca Cangkang Telur Ayam Kode Sampel HAp-A3 HAp-A6 HAp-A12 HAp-A18 HAp-A24 HAp-AWD
Ukuran Kristal (nm) D (002) D (300) 50,63 51,78 45,04 48,73 43,59 43,38 36,39 37,15 40,57 39,84 42,68 43,83
13 Tabel 12 Ukuran Kristal Sampel HAp dengan sumber Ca Cangkang Telur Bebek Kode Sampel HAp-B3 HAp-B6 HAp-B12 HAp-B18 HAp-B24 HAp-BWD
Ukuran Kristal (nm) D (002) D (300) 38,45 40,81 43,14 41,22 38,09 38,18 38,27 42,06 40,16 42,02 42,46 38,54
Tabel 13 Ukuran Kristal Sampel HAp dengan sumber Ca Cangkang Telur Puyuh Kode Sampel HAp-P3 HAp-P6 HAp-P12 HAp-P18 HAp-P24 HAp-PWD
Ukuran Kristal (nm) D (002) D (300) 42,02 41,42 37,06 41,01 45,54 42,49 39,38 41,63 47,12 43,60 37,74 36,99
Pada Tabel 12 sampel HAp-A6 mempunyai ukuran krital terbesar diantara sampel yang berbahan dasar cangkang telur bebek lainnya yaitu dengan ukuran ( 0 0 2 ) sebesar 43,14 nm, dan bidang ( 3 0 0 ) sebesar 41,22 nm. Sedangkan pada Tabel 13 ukuran kristal terbesarnya terdapat pada sampel HAp-P24 yaitu dengan ukuran bidang ( 0 0 2 ) sebesar 47,12 nm, dan bidang ( 3 0 0 ) sebesar 43,60 nm. Karakterisasi FTIR sampel hidroksiapatit Identifikasi gugus kompleks pada hidroksiapatit dilakukan dengan karakterisasi FTIR. Gambar 7, Gambar 8, dan Gambar 9 menunjukkan spektra FTIR dari HAp dengan sumber Ca berasal dari cangkang telur ayam, bebek, dan puyuh.
Gambar 7 Spektra FTIR sampel HAp dengan sumber Ca cangkang telur ayam.
14
Gambar 8 Spektra FTIR sampel HAp dengan sumber Ca cangkang telur bebek.
Gambar 9 Spektra FTIR sampel HAp dengan sumber Ca cangkang telur puyuh. Gambar 7, Gambar 8, dan Gambar 9 menunjukkan spektra FTIR sampel HAp dengan sumber Ca cangkang telur ayam, bebek, dan puyuh. Pada masing-masing gambar terdapat 2 spektra yaitu sampel dengan menggunakan single drop dan wise drop. Hidroksiapatit dapat terdeteksi dengan pita serapan gugus OH- dan PO43-. Jika terdapat gugus CO32- dalam sampel, bisa disebabkan 2 kemungkinan yaitu adanya AKA (Apatit Karbonat tipe-A) atau AKB (Apatit Karbonat tipe-B). Pada gambar 7, spektra metode wise drop hanya
memiliki gugus fungsi PO43- dan OHsesuai dengan spektra hidroksiapatit. Tetapi, spektra single drop memiliki gugus fungsi PO43-, OH-, dan CO32- . Pada Gambar 8, baik wise drop maupun single drop keduanya memiliki gugus fungsi PO43-, OH-, dan CO32-. Begitu pula dapat dilihat pada gambar 9, kedua sampel memiliki gugus fungsi PO43-, OH-, dan CO32-. Karbonat yang terdapat pada sampel berada pada bilangan gelombang 1460 cm-1 yang dapat diindikasikan sebagai apatit karbonat tipe-B. Karbonat tersebut tidak
