7
konstan menggunakan buret. Selama proses presipitasi berlangsung, suhu larutan tetap dikontrol pada 70oC dengan kecepatan stirring sekitar 400 rpm. Setelah proses presipitasi selesai, larutan kitosan diteteskan dengan menggunakan pipet. Selama penetesan, suhu larutan dan kecepatan stirring tetap dikontrol masing-masing pada 70oC dan 400 rpm. Larutan kemudian diagging selama 24 jam kemudian dipanaskan dalam inkubator pada suhu 50oC selama 48 jam.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1. Analisa XRD Karakterisasi XRD dilakukan untuk mengetahui fasa yang terbentuk pada sampel, derajat kristanilitas sampel, parameter kisi kristal dan ukuran kristal sampel. Analisa yang dilakukan dengan mencocokkan data JCPDS (Joint Committee on Powder Diffraction Standards). Berikut ini adalah pola XRD yang didapat dari masing-masing sampel. 600
3.2.5. Karakterisasi XRD Alat yang digunakan pada karakterisasi XRD ini adalah Shimidzu XRD 7000 dengan sumber target CuK α (λ= 1.54056 Angstrom). Sampel yang akan dikarakterisasi berbentuk serbuk yang diletakkan dalam holder yang berukuran 2x2 cm2 pada difraktometer.
Intensitas
500 400 300
Kitosan Kitosan
200 100 0 5
15
25
200
35 45 Sudut 2
55
65
75
Kontrol Intensitas (arb. unit)
3.2.6. Karakterisasi FTIR Sampel yang akan diuji dengan FTIR dibuat dalam bentuk pelet inframerah (IR). Pelet dibuat dengan mencampurkan dua mg sampel dengan 100 mg KBr yang kemudian di IR dengan jangkauan bilangan gelombang 4000 – 400 cm-1. Pada setiap pengukuran, pelet KBr selalu dijadikan satu agar latar belakang absorpsi dapat dihilangkan.
Hap AKA AKB OKF Kitosan
150
100
50
0
Tabel 4 Kode Sampel Kode Sampel
Komposisi
10
20
30
40
50
60
70
80
Sudut 2 (deg) 200 IN-SITU
Intensitas (arb.unit)
3.2.7. Karakterisasi SEM/EDXA Sampel diletakkan pada plat aluminium yang memiliki dua sisi. Sampel tersrbut kemudian dilapisi dengan lapisan emas setebal 48 nm. Sampel yang telah dilapisi tersebut dikarakterisasi SEM dengan tegangan 22 kV dan perbesaran 5000x, 10.000x dan 20.000x.
Penambahan Kitosan
Hap AKA AKB OKF Kitosan
150
100
50
0 10
20
30
40
50
60
70
80
Sudut 2 (deg)
CaCl2.2H2O + Na2HPO4.2H2O
200
-
B (In-situ)
CaCl2.2H2O + Na2HPO4.2H2O
Sebelum presipitasi
C (Ex-situ)
CaCl2.2H2O + Na2HPO4.2H2O
Setelah presipitasi
EX-SITU
Intensitas (arb.unit)
A (Kontrol)
Hap AKA AKB OKF Kitosan
150
100
50
0 10
20
30
40
50
60
70
Sudut 2 (deg)
Gambar 6 Pola XRD Kitosan murni, sampel kontrol, In-situ dan Ex-situ
80
8
Gambar 6 memperlihatkan pola XRD yang terbentuk pada kitosan murni dan ketiga sampel. Pola XRD kitosan murni memperlihatkan puncak-puncak karakteristik pada 2θ = 9,88o dan 19,86o. Dari pola tersebut juga terlihat bahwa kitosan murni memiliki struktur campuran antara kristalin dan amorf. Pola XRD untuk ketiga sampel memperlihatkan bahwa sebagian besar fasa yang terbentuk pada masing-masing sampel adalah HAP. Fasa lainnya yang terbentuk yaitu apatit karbonat tipe-A (AKA), apatit karbonat tipe-B (AKB), dan okta-kalsium fosfat (OKF). Pada sampel kontrol, puncakpuncak yang terbentuk tidak semuanya hadir dalam fasa HAP. Puncak tertinggi yang didapat pada sampel kontrol merupakan milik OKF. Puncak tertinggi HAP kontrol yaitu pada sudut 2θ = 31,940. Pada sampel in-situ, puncak tertinggi yang terbentuk merupakan milik HAP yakni pada sudut 2θ = 31,840. Puncak tertinggi pada ex-situ, fase yang terbentuk merupakan milik HAP yaitu pada sudut 2θ = 31,740. Hadirnya fase karbonat pada sampel dapat terjadi karena pada struktur HAP karbonat dapat menggantikan ion OHdengan membentuk AKA dan menggantikan ion PO4- dengan membentuk AKB. Pada umumnya presipitasi pada temperatur rendah akan membentuk AKB, sedangkan apatit yang dipresipitasi pada temperatur tinggi akan menghasilkan AKB. Pola XRD sampel komposit apatit-kitosan baik pada in-situ maupun ex-situ, memperlihatkan adanya puncak milik kitosan yang muncul di beberapa titik sudut. Pada sampel in-situ, puncak milik kitosan muncul pada sudut 2θ = 10,160. Sementara pada sampel ex-situ, memiliki puncak bersama yaitu milik kitosan dan HAP yang terletak pada sudut 2θ = 10,820. Munculnya puncak milik kitosan pada komposit apatit-kitosan ini menandakan bahwa apatit telah mengisi matrik kitosan. Rendahnya intensitas yang dimiliki oleh puncak kitosan terjadi karena kitosan telah menyebar dalam sampel dan struktur dari kitosan yang lebih amorf dibandingkan kristal apatit. Pengukuran derajat kristanilitas diperoleh langsung dari program karakterisasi XRD. Derajat kristanilitas merupakan besaran yang menyatakan banyaknya kandungan kristal dalam suatu material dengan membandingkan luasan kurva kristal dengan luasan amorf dan kristal. Penambahan kitosan baik pada metode in-situ dan ex-situ mempengaruhi nilai derajat kristanilitas pada sampel. Pada Tabel 5 terlihat perbedaan derajat kristanilitas yang diperoleh
pada sampel kontrol, in-situ, dan ex-situ. Dari tabel tersebut memperlihatkan bahwa sampel kontrol memiliki derajat kristanilitas paling tinggi yaitu 84,26% dibandingkan dengan sampel in-situ (62,59%) dan sampel ex-situ (73,89%). Hal ini menunjukkan bahwa penambahan kitosan pada komposit Apatitkitosan mengakibatkan menurunnya nilai derajat kristanilitas dibandingkan sampel kontrol yang tanpa penambahan kitosan. Sampel in-situ memiliki derajat kristanilitas lebih rendah dibandingkan sampel ex-situ. Hal ini dapat terjadi karena dalam metode in-situ proses pembentukkan mineral apatit dilakukan dalam matrik kitosan, sehingga kitosan lebih banyak menyebar dan mengakibatkan sampel bersifat lebih amorf. Penambahan kitosan yang mengakibatkan turunnya nilai kristanilitas ini mengindikasikan bahwa kitosan telah berikatan dengan apatit. Pada Tabel 6 memperlihatkan nilai ukuran kristal sampel yang dihitung menggunakan persamaan Scherrer. Ukuran kristal yang diperoleh pada sampel berkisar antara 23-25 nm. Ukuran kristal antara apatit dan komposit apatit-kitosan tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan. Ukuran kristal yang diperoleh ini berbanding terbalik dengan nilai FWHM, sampel yang memiliki FWHM yang rendah akan menghasilkan ukuran kristal yang lebih besar. Parameter kisi dapat dihitung dengan menggunakan jarak antar bidang pada geometri kristal heksagonal dengan menggunakan persamaan (1) dan (2). Hasil parameter kisi dapat dilihat pada Tabel 7. Berdasarkan hasil perhitungan, parameter kisi sampel berada pada kisaran HAp dengan nilai akurasi mencapai 98-99%, sehingga dapat dikatakan bahwa fase yang terbentuk pada sampel adalah HAP. Tabel 5. Derajat kristanilitas sampel Sampel Kristalinitas (%) Kontrol 84,26 In-situ 62,59 Ex-situ 73,89 Tabel 6. Ukuran kristal sampel Kode β (deg) β (rad) Sampel A 0,38 0,00663 B 0,39 0,00681 C 0,39 0,00681
D002 (nm) 24,473728 23,848308 23,825180
9
Tabel 7. Parameter kisi sampel 3439 cm-1. Pada sampel in-situ (B) dan ex-situ (C) telah terbentuk gugus NH2, C-H dan amida I yang merupakan karakteristik dari kitosan. Pada sampel B, gugus NH2 bertumpuk dengan gugus milik OH sehingga pada spektra FTIR terlihat lebih lebar pada daerah bilangan gelombang 3430 cm-1. Gugus C-H juga muncul pada sampel in-situ . Gugus C-H muncul pada bilangan gelombang 2930 cm-1. Gugus amida I pada sampel B muncul pada bilangan gelombang 1634 cm-1. Gugus amida yang hadir ini bertumpukan dengan gugus OH sehingga pita serapan terlihat sedikit lebih lebar. Pada sampel ex-situ (C) gugus NH2 terbentuk pada bilangan gelombang 3152 cm-1 dan 3404 cm-1. Gugus amida muncul pada sampel ex-situ (C). Gugus ini terbentuk bertumpukan dengan gugus OH. Hadirnya gugus NH2, C-H, dan amida pada sampel B dan C yang merupakan karakteristik dari kitosan menandakan bahwa kitosan telah berikatan dengan apatit. Kemunculan gugus fungsi HAp dan gugus fungsi NH2, C-H, dan amida yang merupakan milik kitosan menandakan bahwa komposit apatit-kitosan pada sampel B dan C telah berhasil terbentuk. Penambahan kitosan dengan metode in-situ dan ex-situ tidak memperlihatkan hasil yang terlalu signifikan. Gusus fungsi yang hadir pada kedua sampel sama hanya berbeda pada nilai transmisinya saja. Hal ini bisa dilihat dari bentuk spektra pada Gambar 7.
Parameter Kisi
Kode Sampel
a (Å)
Accuracy
c (Å)
Accuracy
A
9,718
96,872
6,997
98.311
B
9,581
98,321
6,908
99,614
C
9,617
97,936
6,954
98,938
4.2. Analisa FTIR Spektroskopi FTIR mengidentifikasi gugus fungsi yang terbentuk pada sampel. Gugus fungsi yang teridentifikasi pada HAP diantaranya adalah gugus fosfat (PO4), gugus karbonat (CO3), dan gugus hidroksil (OH). Pada komposit apatit-kitosan muncul gugus NH2, C-H, amida I dan amida II yang merupakan karakteristik dari kitosan. Tabel 8 memperlihatkan peta absorpsi FTIR dari keseluruhan sampel. Spektrum IR pada ketiga sampel tersebut menunjukkan adanya pita absorpsi fosfat υ1, υ3, dan υ4, pita absorpsi karbonat υ2 dan υ3, serta pita absorpsi hidroksil. Munculnya ketiga gugus tersebut menandakan bahwa pada sampel kontrol, insitu dan ex-situ telah terbentuk HAP. Pada sampel kontrol (A), pita absorpsi fosfat υ 1 muncul pada bilangan gelombang 961 cm-1. Sementara pita absorpsi fosfat υ3 muncul pada bilangan gelombang 1035 cm-1 dan 1085 cm-1. Gugus fosfat υ4 pada sampel A muncul pada bilangan gelombang 563 cm-1 dan 607 cm-1. Gugus karbonat pada sampel A hadir pada kisaran bilangan gelombang 893 cm-1 dan 896 cm-1. Gugus hidroksil pada sampel A muncul pada bilangan gelombang 1636 cm-1 dan Tabel 8. Peta Absorpsi FTIR sampel
Kode Sampel
Pita Absorpsi (cm-1) PO4 (υ1)
PO4 (υ3)
PO4 (υ4)
CO3 (υ2)
961
1035
563
893
1085
607
1032
562
894
605
896
562
869
CO3 (υ3)
OH
NH2
C-H
Amida I
Amida II
1636
-
-
-
-
3430
2930
1634
-
A
960
3439 1402
1634
B
960
1030
3430 1403
1633
3404
3404
3152
C 605
1633
10 Pola FTIR
Transmitansi
Kontrol In-situ Ex-situ Kitosan
4500
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
Bilangan Ge lombang (cm-1)
Gambar 7. Pola Spektra FTIR sampel 4.3. Analisa Morfologi SEM dan EDXA Karakterisasi SEM dilakukan untuk mengetahui morfologi sampel pada skala mikro. Untuk mengetahui kandungan Ca dan P yang dimiliki pada sampel apatit dan komposit apatit-kitosan maka dilakukan karakterisasi EDXA. Gambar 8 memperlihatkan hasil analisa SEM pada keenam sampel dan morfologi kitosan murni.
c
a
d
b
Gambar 8. Struktur morfologi SEM sampel (a) Kontrol, (b) In-situ, (c) Exsitu, dan (d) kitosan murni.
11
Tabel 9 Rasio Molaritas Ca/P Sampel Kode Sampel Ca/P A
1,752
B
1,723
C
1,622
Partikel apatit dalam komposit menyebar seragam, dapat terlihat melalui matriks kitosan yang telah saling berhubungan antar sel. Bentuk pori-pori terlihat berubah dibandingkan sampel HAP sendiri, dalam sampel kitosan murni pori-pori lebih datar dan ketika HAP bergabung pori-pori terlihat lebih banyak membulat [30] . Morfologi sampel kitosan murni pada Gambar 8d memperlihatkan struktur kitosan dengan pori-pori yang tampak kecil dan permukaan yang halus dan datar. Pada sampel kontrol (a) yang merupakan HAP tanpa penambahan kitosan, permukaannya terlihat datar dan butiran-butiran yang terbentuk berukuran relatif kecil dan halus. Sementara pada sampel in-situ (b) morfologi permukaannya terlihat lebih kasar dan berbentuk bongkahan-bongkahan sehingga pori-pori yang terbentuk menjadi lebih besar. Pada sampel ex-situ (c), morfologi yang terbentuk juga berupa bongkahan dan permukaannya terlihat kasar dibandingkan dengan kontrol. Secara umum morfologi sampel (b) dan (c) tidak terlihat berbeda secara signifikan. Morfologi komposit apatit-kitosan yang berupa bongkahan pada sampel (b) dan (c) menunjukkan bahwa telah terbentuk komposit apatit-kitosan, dimana kitosan berperan sebagai matrik tempat apatit tumbuh. Rasio molaritas Ca/P diperoleh dengan pengukuran EDXA yang dilakukan bersamaan dengan karakterisasi SEM. Rasio Ca/P pada HAp adalah 1,67 [4]. Rasio Ca/P yang diperoleh relatif lebih besar, kecuali pada sampel ex-situ dimana rasio Ca/P sedikit lebih kecil. Nilai rasio Ca/P yang diperoleh dapat dipengaruhi oleh munculnya gugus karbonat seperti yang terlihat dari hasil analisa FTIR dan XRD. Pada FTIR menunjukkan adanya pita absorpsi milik karbonat dan pada analisa XRD menunjukkan bahwa terdapat fasa lain yang terbentuk selain HAP yaitu AKA, AKB dan OKF. Kehadiran karbonat ini akan mempengaruhi jumlah Ca dan P pada sampel, sehingga rasio yang didapatkan tidak tepat 1,67. Rasio Ca/P didapatkan dengan membandingkan persentasi massa dibagi dengan massa relatif Ca dan P, sehingga akan
didapatkan perbandingan molaritas antara Ca dan P. 4.4. Uji Kekerasan Vickers Uji kekerasan sampel diukur dengan perangkat uji vickers. Alat yang digunakan adalah shimadzu micro hardness tester tipe M, Shimadzu Corporation Kyto-Jepang. Untuk melakukan uji kekerasan, sampel yang akan diuji permukaannya harus rata. Salah satu cara yang digunakan untuk mendapatkan sampel yang memiliki permukaan rata adalah dengan metode molding. Proses molding dilakukan dengan cara menambahkan epoxy resin dan hardener pada sampel di suatu cetakan. Setelah itu cetakan sampel tersebut dibiarkan sampel mengering. Setelah mengering kemudian dipoles dengan ampelas hingga permukaannya rata dan sampel siap dikarakterisasi. Uji kekerasan sampel dilakukan pada tiga titik yang berbeda posisi. Namun setelah dilakukan pengujian kekerasan ternyata sampel kontrol, in-situ dan ex-situ tidak dapat terukur. Hal ini dikarenakan struktur sampel yang terlalu lunak. 4.5. Massa Komposit Apatit-Kitosan Massa komposit merupakan massa yang dihasilkan dari penambahan massa apatit dan massa kitosan. Tabel 10 memperlihatkan massa komposit yang dihasilkan. Massa sampel A (apatit) yang dihasilkan yaitu 1,8784 g. Sementara pada sampel B (insitu) dan C (ex-situ) yang merupakan komposit apatit-kitosan dihasilkan massa yang lebih banyak. Massa sampel B yang dihasilkan yaitu 2,0257 g dan sampel C sebesar 2,2095 g. Hal ini menunjukkan telah terjadi ikatan antara apatit dan kitosan. Tabel 10. Kitosan
Massa Komposit ApatitMassa
Kode Sampel
(Na)2HPO4 (gram)
CaCl2 (gram)
Kitosan (gram)
Komposit (gram)
A
3,5602
4,9108
-
1,8784
B
3,5599
4,9105
1,1950
2,0257
C
3,5599
4,9103
1,1953
2,2095
