i
OBSERVASI MORFOLOGI DAN KOMPOSISI HIDROKSIAPATIT YANG TERBUAT DARI CANGKANG TELUR AYAM KAMPUNG DAN AYAM RAS
CUCU CAHYATI
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
ii
iii
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA* Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Observasi Morfologi dan Komposisi Hidroksiapatit yang Terbuat dari Cangkang Telur Ayam Kampung dan Ayam Ras adalah benar karya saya dengan arahan komisi 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, Juni 2014
Cucu Cahyati G74100021
i
ABSTRAK CUCU CAHYATI. Observasi Morfologi dan Komposisi Hidroksiapatit yang Terbuat dari Cangkang Telur Ayam Kampung dan Ayam Ras. Dibimbing oleh KIAGUS DAHLAN dan SETIA UTAMI DEWI. Pada penelitian ini telah dilakukan sintesis hidroksiapatit dengan metode presipitasi wise drop. Hidroksiapatit hasil presipitasi dibuat dengan menggunakan prekursor kalsium yang diperoleh dari cangkang telur ayam kampung dan ayam ras serta sumber fosfat menggunakan (NH4)2HPO4. Hidroksiapatit disintesis dengan variasi pengeringan pada suhu 110 oC selama 5 jam dan tanpa penahanan. Sebelum disintesis menjadi hidroksiapatit, serbuk putih hasil kalsinasi cangkang telur ayam kampung dan ayam ras dikarakterisasi menggunakan spektrometer Fourier Transform Infrared dan SEM-EDX. Serbuk cangkang telur ayam yang telah dikalsinasi menunjukkan serbuk CaO, namun masih terdapat unsur C sebesar 1.54% dan 0.92%, unsur Mg sebesar 0.42% dan 0.62% serta unsur P dengan persentase 0.26% dan 0.49%. Struktur morfologi hasil kalsinasi cangkang telur ayam membentuk matriks seragam. Besar kandungan unsur kalsium dalam sampel hasil kalsinasi cangkang telur ayam kampung yaitu 64.72% sedangkan kandungan unsur kalsium dari hasil kalsinasi cangkang telur ayam ras sebesar 71.11%. Kandungan gugus fungsi dalam hidroksiapatit yang dihaluskan dikarakterisasi Fourier Transform Infrared, terdeteksi bahwa gugus yang terdapat dalam sampel yaitu OH-, PO43- yang menunjukkan karakteristik hidroksiapatit. Struktur morfologi sampel hidroksiapatit terlihat menunjukkan struktur partikel kecil yang berdekatan dan seragam dengan ukuran partikel yang berbeda-beda, dengan panjang partikel sekitar 0.34-0.39 dan lebar partikel sebesar 0,13-0,16. Sementara komposisi unsur rasio Ca/P dari sampel hidroksiapatit yang diperoleh berkisar 1.5-1.62 hampir mendekati rasio Ca/P sebesar 1.67.
Kata kunci: Cangkang telur ayam, FTIR, hidroksiapatit, SEM-EDX. ABSTRACT CUCU CAHYATI. Observation of Hydroxyapatite Morphology and Composition made of Domestic and Broiler Chicken Eggshells. Supervised by KIAGUS DAHLAN and SETIA UTAMI DEWI. This research showed synthesis of hydroxyapatite by wise drop precipitation method. Hydroxyapatite precipitation results was made of calcium precursors derived from domestic and broiler chicken eggshell and a source of phosphate using (NH4)2HPO4. Hydroxyapatite was synthesized at 110 °C for 5 hours and without holding time. Powder of chicken eggshells were characterized using Fourier Transform Infrared spectrometer and SEM-EDX. Chicken eggshell after calcination showed powders of CaO, and elements C of about 1.54% and 0.92%, element Mg about 0.42% and 0.62% and element P about 0.26% and 0.49%. Morphological structure after calcination showed uniform matrix. Content of calcium in the powder of domestic chicken eggshell is 64.72% while broiler chicken eggshell is 71.11%. The content of functional groups in hydroxyapatite characterization by Fourier Transform Infrared have OH-, PO43- bending which shows the characteristics of hydroxyapatite. Morphological structure of hydroxyapatite samples showed visible adjacent structures and small particles with uniform particle size vary with particle length and width of the particle around 0.34 to 0.39 and 0.13 to 0.16. While composition ratio Ca/P of hydroxyapatite sample obtained in range of 1.5 to 1.62. Keywords: Chickens Eggshell, FTIR, hydroxyapatite, SEM-EDX.
ii
OBSERVASI MORFOLOGI DAN KOMPOSISI HIDROKSIAPATIT YANG TERBUAT DARI CANGKANG TELUR AYAM KAMPUNG DAN AYAM RAS
CUCU CAHYATI
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Fisika
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
iv
Judul Skripsi
Nama NRP
: Observasi Morfologi dan Komposisi Hidroksiapatit yang Terbuat dari Cangkang Telur Ayam Kampung dan Ayam Ras : Cucu Cahyati : G74100021
Disetujui oleh
Dr Kiagus Dahlan Pembimbing I
Setia Utami Dewi, MSi Pembimbing II
Dr. Kiagus Dahlan
Diketahui oleh
Dr. Akhiruddin Maddu, MSi Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
v
PRAKATA Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada ALLAH SWT atas segala karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan judul “Observasi Morfologi dan Komposisi Hidroksiapatit yang Terbuat dari Cangkang Telur Ayam Kampung dan Ayam Ras”. Tugas ini disusun sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Dalam penulisan hasil penelitian ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak, oleh karena penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Dr Kiagus Dahlan selaku dosen pembimbing akademik serta pembimbing pertama tugas akhir dan Ibu Setia Utami Dewi, MSi selaku pembimbing kedua yang telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis. 2. Ibu Dr Siti Nikmatin, MSi selaku penguji yang telah memberikan kritik dan saran kepada penulis. 3. Kedua orang tua penulis bapak Asikin dan ibu Enti Rostini, Kakak Jalu Hartono, Nining Sri dan Evi Supriati serta seluruh keluarga atas segala doa, motivasi, semangat dan kasih sayangnya yang tidak pernah berhenti kepada penulis. 4. Mba Ais yang selalu memberi dukungan, kritik dan saran. 5. Teman-teman satu penelitian biofisika material khususnya Tiara, Iteh, Dini, Lia, Roro, Mila dan semuanya yang telah membantu dan saling menyemangati. 6. Teman dekat Helda, Jojo, Vivi, Nofitri dan Andari yang sabar menghadapi sikap penulis dan senantiasa memberikan semangat selama ini. 7. Mahasiswa fisika angkatan 45, 46, 47, 48, 49 khususnya angkatan 47 yang selalu bersama dalam suka maupun duka. 8. Teman-teman Jaikers, Imas, Elin, Mba Suke, Mba Wiwid, Teh Sarah, Avil dan semuanya atas kebersamaan dan kekeluargaannya selama ini. 9. Semua pihak yang telah banyak membantu penulis tidak bisa disebutkan satu per satu terima kasih atas doa dan dukungan. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat.
Bogor, Juni 2014
Cucu Cahyati
vi
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN PENDAHULUAN Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penelitian Ruang Lingkup Hipotesis Penelitian METODE Bahan dan Alat Tempat dan Waktu Prosedur dan Analisis Data kalsinasi Cangkang Telur Ayam Kampung dan Ayam Ras Sintesis Hidroksiapatit dengan Metode Presipitasi (wise drop) Karakterisasi FTIR Serbuk Hasil Kalsinasi dan Hidroksiapatit dari Cangkang Telur Ayam Karakterisasi SEM-EDX Serbuk Hasil Kalsinasi dan Hidroksiapatit dari Cangkang Telur Ayam HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Kalsinasi Cangkang Telur Ayam Kampung dan Ayam Ras Hasil Sintesis Hidroksiapatit Karakteristik Sampel Hidroksiapatit Berdasarkan FTIR Morfologi Sampel Hidroksiapatit Komposisi Sampel Hidroksiapatit SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN RIWAYAT HIDUP
vii vii viii 1 1 3 3 3 4 4 4 4 4 5 5 5 6 6 6 9 11 16 18 19 19 19 20 22 32
vii
DAFTAR TABEL 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.
Efisiensi kalsinasi cangkang telur ayam kampung pada suhu 1000 oC selama 5 jam Efisiensi kalsinasi cangkang telur ayam ras pada suhu 1000 oC selama 5 jam Komposisi unsur serbuk CaO cangkang telur ayam kampung dan ayam ras menggunakan EDX Efisiensi massa sampel hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dengan pengeringan 110 oC selama 5 jam Efisiensi massa sampel hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dengan pengeringan 110 oC tanpa penahanan Efisiensi massa sampel hidroksiapatit dari cangkang telur ayam ras dengan pengeringan 110 oC selama 5 jam Efisiensi massa sampel hidroksiapatit dari cangkang telur ayam ras dengan pengeringan 110 oC tanpa penahanan Data spektra serbuk hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dan ayam ras Data ukuran partikel serbuk hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dan ayam ras Data komposisi unsur serbuk hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dan ayam ras Rasio Molaritas Ca/P
6 7 8 10 10 10 10 15 17 18 18
DAFTAR GAMBAR 1. 2. 3. 4.
5.
Spektra FTIR cangkang telur (a) kalsinasi 900 oC dan (b) kalsinasi 1000 oC penahanan 5 jam. Spektra FTIR Sampel hidroksiapatit dengan sumber Ca cangkang telur ayam Spektra FTIR hasil kalsinasi 1000 oC selama 5 jam: (a) cangkang telur ayam kampung dan (b) cangkang telur ayam ras Karakterisasi SEM sampel serbuk CaO pada suhu 1000 oC dengan penahanan waktu selama 5 jam: (a) cangkang telur ayam kampung, (b) cangkang telur ayam ras Spektra FTIR sampel hidroksiapatit cangkang telur ayam kampung dengan pengeringan suhu 110 oC (a) selama 5 jam dan (b) tanpa penahanan masing-masing 4x pengulangan
2 2 8
9
12
viii
6.
7. 8. 9. 10.
Spektra FTIR pengulangan sampel hidroksiapatit cangkang telur ayam ras dengan pengeringan suhu 110 oC (a) selama 5 jam dan (b) tanpa penahanan masing-masing 4x pengulangan Morfologi sampel hidroksiapatit ayam kampung tanpa ditahan Morfologi sampel hidroksiapatit ayam kampung ditahan Morfologi sampel hidroksiapatit ayam ras tanpa ditahan Morfologi sampel hidroksiapatit ayam ras ditahan
13 16 16 17 17
DAFTAR LAMPIRAN 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
Diagram Alir Penelitian Persiapan cangkang telur Sintesis Hidroksiapatit Morfologi serbuk CaO dari cangkang telur ayam kampung menggunakan SEM Morfologi serbuk CaO dari cangkang telur ayam ras menggunakan SEM Morfologi sampel hidroksiapatit ayam kampung tanpa ditahan menggunakan SEM Morfologi sampel hidroksiapatit ayam kampung ditahan menggunakan SEM Morfologi sampel hidroksiapatit ayamras tanpa ditahan menggunakan SEM Morfologi sampel hidroksiapatit ayam ras ditahan menggunakan SEM
23 24 25 26 27 28 29 30 31
1
PENDAHULUAN
Latar Belakang Kerusakan tulang sangat mengganggu fungsi tubuh manusia karena tulang merupakan komponen yang penting bagi manusia. Sejauh ini pemenuhan akan kebutuhan untuk menangani kerusakan tulang dilakukan dengan menggunakan bahan-bahan impor. Mineral pengganti tulang yang umum digunakan diantaranya allograft, autograft, dan xenograft. Ketiga material ini biasanya tersedia dalam jumlah terbatas, dengan adanya keterbatasan tersebut maka memicu perkembangan riset dalam bidang material dan sampai saat ini studi biomaterial sintetik terus berkembang. Biomaterial sintetik yang telah berhasil diproduksi oleh negara lain masih memiliki harga yang tinggi. Oleh karena itu perlu dikembangkan produksi biomaterial di tanah air.1 Seiring dengan perkembangan teknologi saat ini telah berkembang biomaterial pengganti tulang yang umum digunakan dari limbah-limbah yang ada. Biomaterial pengganti tulang pada umumnya berasal dari senyawa kalsium fosfat diantaranya hidroksiapatit [Ca10(PO4)6OH2] dan trikalsium fosfat [Ca3(PO4)2] karena kedua material ini memiliki komposisi kimia yang mendekati dengan komponen-komponen yang terdapat di dalam tulang.2 Hidroksiapatit ini telah banyak digunakan untuk salah satu bahan biomaterial dalam implan tulang karena merupakan konstituen anorganik alami tulang dan sangat biokompatibel. Sebuah metode alternatif untuk pembuatan hidroksiapatit dapat diekstraksi dari senyawa kalsium alami dan sintetik. Bahkan, beberapa peneliti telah berhasil mensintesis hidroksiapatit dari bahan biologis seperti kerang, cangkang telur ayam dan cangkang telur itik yang digunakan sebagai pengganti tulang. Kalsium dari cangkang telur ayam telah digunakan sebagai starting material dalam pembuatan kalsium fosfat, karena konstituen utama dari cangkang telur ayam adalah kalsium karbonat (94%), kalsium fosfat (1%), 4% senyawa organik dan 1% magnesium karbonat.3 Melihat dari kandungan tersebut, maka cangkang telur ayam memiliki peluang besar menjadi dasar untuk pembuatan hidroksiapatit. Sintesis hidroksiapatit dapat dilakukan dengan 3 metode, yaitu metode kering, basah, dan hidrotermal. Diantara metode ini, teknik metode basah seperti presipitasi merupakan metode yang paling umum digunakan.4 Pada saat ini, presipitasi lebih banyak digunakan karena metode tersebut paling sederhana dan mudah untuk diaplikasikan di bidang industri, serta dapat menghasilkan hidroksiapatit yang murni. Seperti halnya dalam penelitian sebelumnya, cangkang telur ayam dikalsinasi dengan suhu 900 oC dan 1000 oC serta dikarakterisasi menggunakan spektrometer Fourier Transform Infrared (FTIR). Cangkang telur yang dikalsinasi pada suhu 900 oC dengan penahanan selama 5 jam memperlihatkan gugus pita absorbsi OH- pada bilangan 1638 dan 3441 cm-1, serta gugus pita absorbsi CO32- pada bilangan gelombang 871 dan 1420 cm-1. Kalsinasi cangkang telur pada suhu 1000 oC dengan penahanan selama 5 jam memperlihatkan pita absorbsi OH- pada bilangan 1638 dan 3444 cm-1 serta
2 gugus pita absorbsi CO32- pada bilangan gelombang 874 dan 1420 cm-1. Gambar 1 menunjukkan spektra hasil identifikasi cangkang telur ayam setelah kalsinasi.5
Transmitansi (%)
(a)
(b)
Bilangan Gelombang (cm-1) Gambar 1 Spektra FTIR cangkang telur (a) kalsinasi 900 oC dan (b) kalsinasi 1000 oC penahanan 5 jam.5
Transmitansi (%)
Hasil identifikasi dengan menggunakan spektrometer FTIR menunjukkan pada suhu 1000 oC dengan penahanan 5 jam memiliki transmitansi gugus CO32yang lebih tinggi, menandakan rendahnya kandungan CO32-, sehingga dalam sintesa hidroksiapatit digunakan starting material hasil kalsinasi pada suhu 1000 o C dengan penahanan 5 jam. Proses sintesis hidroksiapatit dilakukan setelah kalsinasi selesai dengan menggunakan metode presipitasi single drop. Hidroksiapatit yang disintesis dengan metode single drop mempunyai nilai parameter kisi yang mendekati data JCPDS. Parameter kisi yang dihasilkan dari semua sampel hidroksiapatit mencapai nilai 99% dengan waktu stirring 3 jam dan perlakuan suhu sintering 900 oC, serta memiliki kandungan gugus kompleks hidroksiapatit berupa OH-, PO43-, dan CO32- yang diidentifikasi menggunakan spektrometer FTIR. Munculnya gugus CO32- diindikasikan adanya apatit karbonat tipe-B pada sampel. Spektra FTIR sampel hidroksiapatit dengan sumber Ca cangkang telur ayam ditunjukkan dalam Gambar 2. 6
(a)
(b) Bilangan Gelombang (cm-1)
Gambar 2 Spektra FTIR sampel hidroksiapatit dengan sumber Ca cangkang telur ayam dengan menggunakan metode (a) single drop dan (b) wise drop.6
3 Pada penelitian ini telah dikembangkan hidroksiapatit dengan sumber kalsium dari cangkang telur ayam menggunakan metode wise drop. Cangkang telur ayam yang digunakan adalah cangkang telur ayam kampung dan ayam ras yang merupakan limbah buang dari kehidupan masyarakat dalam kehidupan sehari-hari dan mudah didapatkan di tempat makanan yang ada. Dalam penelitian ini juga ditunjukkan perbedaan atau persamaan hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dan ayam ras, karena pakan ayam kampung memiliki kandungan yang lebih alami dibandingkan dengan pakan ayam ras, sehingga berpengaruh pada morfologi masing-masing cangkang telur ayam tersebut. Oleh karena itu, penelitian ini dilakukan untuk mempelajari morfologi serta komposisi hidroksiapatit dari masing-masing cangkang telur ayam. Hasil sampel hidroksiapatit dikarakterisasi dengan menggunakan spektrometer FTIR untuk mengetahui kandungan gugus kompleks yang terdapat dalam sampel, dan dikarakterisasi dengan Scanning Electron Microscopy-Energy Disverse X-ray (SEM-EDX) untuk mengetahui morfologi dan unsur serbuk hidroksiapatit. Perumusan Masalah 1. Bagaimana kandungan gugus fungsi dalam hidroksiapatit yang terbentuk dari proses presipitasi dengan menggunakan spektrometer FTIR? 2. Bagaimana perbedaan morfologi hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dan cangkang telur ayam ras dengan menggunakan SEM-EDX? 3. Bagaimana pengaruh waktu penahanan selama 5 jam pada proses pengeringan terhadap komposisi dan morfologi dari hidroksiapatit yang dihasilkan? Tujuan Penelitian 1. Menyintesis hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dengan metode presipitasi wise drop dan membandingkan dengan cangkang telur ayam ras. 2. Mengidentifikasi kandungan gugus kompleks dalam senyawa hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dan cangkang telur ayam ras. 3. Menganalisis pengaruh waktu penahan selama 5 jam pada proses pengeringan terhadap komposisi dan morfologi dari hidroksiapatit yang dihasilkan. 4. Menganalisis struktur morfologi dalam senyawa hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dan cangkang telur ayam ras.
Ruang Lingkup Ruang lingkup penelitian ini mencakup rekayasa sintesis biomaterial dari cangkang telur ayam dengan perbedaan waktu penahanan selama proses pengeringan, sehingga memiliki nilai tambah sebagai sumber kalsium untuk sintesis senyawa kalsium fosfat. Biomaterial yang diperoleh dapat dimanfaatkan sebagai material implan tulang dan gigi.
4 Hipotesis Penelitian Cangkang telur ayam kampung mengandung kalsium yang sama dengan cangkang telur ayam ras, sehingga kandungan kalsium tersebut dapat dijadikan sebagai prekursor dalam pembuatan hidroksiapatit yang digunakan untuk implan tulang dan gigi.
METODE Alat dan Bahan Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini antara lain erlenmeyer, pipet tetes, labu takar, gelas ukur, spatula, neraca digital, crusible, botol sampel, kertas saring, alumunium foil, alat inpus, corong, alat vacuum, furnace, magnetic strirrer, spektrometer FTIR, SEM-EDX. Bahan-bahan yang digunakan adalah cangkang telur ayam kampung, cangkang telur ayam ras, aquades, (NH4)2HPO4. Tempat dan Waktu Penelitian ini dilakukan pada bulan September 2013 sampai Februari 2014. Preparasi sampel serta sintesis hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dan cangkang telur ayam ras dilakukan di Laboratorium Biofisika Material Departemen Fisika FMIPA-IPB. Karakterisasi kandungan gugus fungsi dengan menggunakan spektrometer FTIR dilakukan di Laboratorium Analisis Bahan Departeman Fisika FMIPA-IPB, karakterisasi morfologi dan komposisi unsur menggunakan SEM-EDX dilakukan di Sentra Teknologi Polimer, Puspiptek Serpong. Prosedur dan Analisis Data Kalsinasi Cangkang Telur Ayam Kampung dan Ayam Ras Kalsinasi cangkang telur ayam dimulai dengan tahap pembersihan cangkang telur ayam kampung dan ayam ras dari kotoran makro dan mikro yang menempel pada cangkang. Cara membersihkan cangkang telur tersebut yaitu pertama cangkang telur dibersihkan dari kotoran makro kemudian direndam di dalam air selama 2 jam dengan tujuan supaya membran yang menempel dapat terkelupas dan mudah dibersihkan. Setelah dibersihkan membrannya, tahap selanjutnya yaitu cangkang telur dikeringkan di dalam suhu ruangan selama 24 jam. Pengeringan cangkang telur juga dapat dilakukan di udara terbuka pada siang hari selama tiga jam. Pengeringan di dalam suhu ruang memerlukan waktu lebih lama dibanding di udara terbuka. Kemudian cangkang yang telah kering ditimbang dan dimasukan ke dalam crusible, dilanjutkan dengan diberi perlakuan panas (kalsinasi) pada suhu 1000 oC selama 5 jam. Kalsinasi dilakukan menggunakan furnace
5 Nebertherm, setelah selesai kalsinasi cangkang telur digerus dan ditimbang kembali. Hasil cangkang telur yang dikalsinasi berupa serbuk berwarna putih. Sintesis Hidroksiapatit dengan Metode Presipitasi Wise Drop Sintesis hidroksiapatit dalam penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode basah yang sering digunakan yaitu presipitasi berupa wise drop. Dalam metode ini diawali dengan melarutkan serbuk cangkang telur ayam kampung dan ras masing-masing 0.5 M dengan aquades 100 mL dalam labu erlenmeyer. Kemudian (NH4)2HPO4 0.3 M dilarutkan dengan aquades 100 mL dalam gelas piala. Kedua larutan berada dalam wadah yang terpisah dikocok secara bergantian sehingga kedua larutan dalam masing-masing wadah tercampur dengan aquades secara merata. Metode ini dilakukan dengan meneteskan (NH4)2HPO4 yang telah dilarutkan ke dalam larutan dari cangkang telur ayam kampung dan ayam ras yang telah disediakan diikuti dengan perlakuan stirring selama 90 menit. Setelah kedua larutan tercampur, larutan di stirring kembali selama 60 menit. Kemudian di aging ± 24 jam. Sampel hasil presipitasi disaring dengan menggunakan alat vakum dan kertas saring serta dicuci dengan menggunakan aquades, kemudian dilanjutkan dengan proses pengeringan pada suhu 110 oC penahanan selama 5 jam dan tanpa penahanan. Setelah proses pengeringan selesai dilakukan proses sintering pada suhu 900 oC menggunakan furnace vulcan dengan waktu penahanan masingmasing 5 jam. Massa sampel setelah sintering ditimbang dengan menggunakan neraca optik, lalu sampel dikarakterisasi dengan menggunakan spektrometer FTIR dan SEM-EDX.
Karakterisasi FTIR Serbuk Hasil Kalsinasi dan Hidroksiapatit dari Cangkang Telur Ayam Karakterisasi FTIR dilakukan untuk mengetahui kandungan gugus fungsi dalam cangkang telur ayam kampung dan ayam ras yang telah dikalsinasi. Sampel-sampel yang telah dihasilkan dari proses presipitasi kemudian dikarakterisasi juga dengan menggunakan spektrometer FTIR. Karakterisasi FTIR dilakukan untuk mengetahui kandungan gugus kompleks dalam sampel hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dan ayam ras yang telah disintering. Sampel diuji menggunakan spektrometer FTIR ABB MB3000, dua miligram masing-masing sampel dicampur dengan 100 mg KBr, dibuat pelet lalu sampel dikarakterisasi dengan menggunakan bilangan gelombang 400-4000 cm-1. Untuk menghilangkan latar belakang absorpsi, pelet KBr selalu disertakan pada setiap pengukuran.
Karakterisasi SEM-EDX Hasil Kalsinasi dan Hidroksiapatit dari Cangkang Telur Ayam Sintesis hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dan ayam ras dikarakterisasi dengan menggunakan SEM-EDX. Karakterisasi ini dilakukan untuk mengetahui morfologi dan kandungan unsur dari sampel serbuk putih CaO sebelum sintesis dan sampel serbuk hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dan ayam ras. Sampel diletakkan pada plat alumunium yang memiliki dua sisi kemudian dilapisi dengan unsur platina (Pt) selama 60 detik. Proses selanjutnya, sampel yang telah dilapisi platina diamati menggunakan SEM-EDX dengan tegangan 15 kV perbesaran 30.000 kali.
HASIL DAN PEMBAHASAN Proses awal dalam sintesis hidroksiapatit dapat diperoleh dari metode yang optimum yaitu dengan mengkalsinasi masing-masing cangkang telur ayam kampung dan ayam ras pada suhu 1000 oC selama 5 jam untuk menghasilkan prekursor kalsium berupa serbuk putih.5 Ketika proses kalsinasi berlangsung terjadi pengurangan massa cangkang telur ayam kampung dan cangkang telur ayam ras. Hal ini menunjukkan bahwa adanya eliminasi komponen-komponen organik dari masing-masing cangkang telur ayam. Secara umum komponen utama dalam cangkang telur ayam adalah kalsium karbonat CaCO3 sekitar 95%. Sisanya 5% termasuk kalsium fosfat dan magnesium karbonat dan protein larut dan tidak larut. Kalsium karbonat, sebagai komponen utama cangkang, melepaskan karbon dioksida dan membentuk kalsium oksida pada pemanasan (di atas 840 °C) yang biasa disebut kalsinasi. Komponen organik lainnya seperti kalsium fosfat dan magnesium karbonat, dengan melting point pada 100 °C. Pada suhu 350 °C, magnesium karbonat terurai menjadi magnesium oksida dan karbon dioksida.13 Presentase efisiensi massa CaO dari cangkang telur ayam kampung dan ayam ras hasil kalsinasi hampir sama, rata-rata pengurangan massa cangkang telur ayam kampung selama proses kalsinasi adalah 46.21% sedangkan rata-rata pengurangan massa cangkang telur ayam ras pada proses kalsinasi sebesar 46.74%. Ini berarti efisiensi senyawa kalsium cangkang telur ayam kampung sebesar 53.79% sedangkan efisiensi senyawa kalsium cangkang telur ayam ras yaitu 53.26%. Data perubahan massa untuk 4 kali ulangan ditunjukkan pada Tabel 1 dan Tabel 2. Tabel 1 Efisiensi kalsinasi cangkang telur ayam kampung pada suhu 1000 oC selama 5 jam Massa sebelum Massa sesudah Efisiensi kalsinasi Ulangan (gram) (gram) (%) 1 21.84 11.76 53.86 2 24.08 12.90 53.55 3 24.75 13.34 53.91 4 23.45 12.63 53.85 Rata-rata efisiensi massa (%) 53.79 ± 0.17
7 Tabel 2 Efisiensi kalsinasi cangkang telur ayam ras pada suhu 1000 oC selama 5 jam Massa sebelum Massa sesudah Efisiensi kalsinasi Ulangan (gram) (gram) (%) 1 25.83 13.75 53.23 2 23.11 12.31 53.30 3 23.08 12.28 53.21 4 22.97 12.24 53.28 Rata-rata efisiensi massa (%) 53.26 ± 0.04 Dalam proses kalsinasi ini terjadi reaksi pembentukan CaO yang berasal dari senyawa kalsium karbonat dalam cangkang telur ayam berbentuk CaCO3 dan mengeliminasi komponen organik lainnya. Reaksi pembentukan CaO ini dapat dilihat dalam persamaan di bawah ini : CaCO3(s)
CaO(s) + CO2(g)
(1)
Identifikasi FTIR dari cangkang telur ayam kampung yang dikalsinasi suhu 1000 C selama 5 jam pada Gambar 3a memperlihatkan gugus pita absorbsi OHpada bilangan 463 cm-1, 1057 cm-1, 1643 cm-1 dan 3464 cm-1 serta CO32ditunjukkan gugus pita absorpsi pada bilangan gelombang 1458 cm-1. Selain itu, kalsinasi cangkang telur ayam ras pada suhu 1000 oC dengan penahanan selama 5 jam memperlihatkan pita absorbsi OH- pada bilangan 463 cm-1, 1057 cm-1, dan 3441 cm-1 serta terbentuk pula gugus CO32- pada bilangan gelombang 1450 cm-1 yang ditunjukkan dalam Gambar 3b. Berdasarkan hasil identifikasi menggunakan spektrometer FTIR, masingmasing senyawa kalsium cangkang telur ayam masih mengandung karbonat. Hal ini didukung oleh hasil karakterisasi EDX yang memperlihatkan komposisi unsur dari senyawa kalsium yang diperoleh. Komposisi unsur yang diperoleh dari karakterisasi EDX ditunjukkan pada Tabel 3. Dalam Tabel 3 diperlihatkan bahwa serbuk hasil kalsinasi tidak murni CaO, dikarenakan dalam sampel masih terdapat kandungan unsur C, Mg dan P dalam jumlah yang relatif kecil. Hal ini disebabkan titik leleh dari unsur C memiliki titik leleh yang sangat tinggi yaitu 3552 oC, unsur Mg yaitu 650 oC sedangkan unsur P memiliki titik leleh 44 oC.19 Unsur-unsur tersebut merupakan hasil dari pemanasan yang kurang sempurna, sehingga akan mempengaruhi pada komposisi unsur Ca dan O yang diperoleh. Persentase komposisi massa kalsium dan oksigen dari cangkang telur ayam ras yang diperoleh hampir mendekati massa berdasarkan teori, besar persentase komposisi kalsium berdasar teori sebesar 71.57% dan unsur oksigen yaitu 28.57%. persentase komposisi unsur CaO dari cangkang telur ayam kampung dan ayam ras yang ditunjukkan Tabel 3, memperlihatkan bahwa besar persentase unsur kalsium dalam sampel CaO cangkang telur ayam kampung yaitu 64.72% sedangkan persentase unsur kalsium dari CaO cangkang telur ayam ras sebesar 71.11%. Hal ini menunjukkan bahwa persentase unsur kalsium dari CaO cangkang telur ayam kampung lebih sedikit daripada sampel CaO dari cangkang telur ayam ras dikarenakan dalam sampel CaO cangkang telur ayam kampung ini masih memiliki presentase unsur karbonat yang cukup tinggi yaitu 1.54% dan persentase unsur oksigen yang masih tinggi juga yaitu sebesar 33.07% o
8 dibandingkan dengan unsur oksigen dari CaO cangkang telur ayam ras sebesar 26.86%. Hal tersebut terjadi karena pada saat kalsinasi masih ada kandungan kalsium karbonat (CaCO3) yang belum tereliminasi.
Transmitansi (%)
(a)
(b)
Gambar 3 Spektra FTIR hasil kalsinasi 1000 oC selama 5 jam: (a) cangkang telur ayam kampung dan (b) cangkang telur ayam ras
Tabel 3 Komposisi unsur serbuk CaO cangkang telur ayam kampung dan ayam ras menggunakan EDX Komposisi (% massa) cangkang telur hasil kalsinasi Unsur Cangkang telur Ayam Cangkang telur Ayam Kampung Ras C 1.54 0.92 O 33.07 26.86 Mg 0.42 0.62 P 0.26 0.49 Ca 64.72 71.11
9
a b Gambar 4 Karakterisasi SEM sampel serbuk cangkang telur hasil kalsinasi pada suhu 1000 oC dengan penahanan waktu selama 5 jam: (a) cangkang telur ayam kampung, (b) cangkang telur ayam ras Analisis morfologi dan komposisi unsur pada serbuk cangkang telur ayam kampung dan ayam ras dilakukan dengan menggunakan SEM. Gambar 4 menunjukkan morfologi dari permukaan hasil kalsinasi serbuk cangkang telur ayam kampung (a) dan telur ayam ras (b) yang telah dihaluskan. Struktur morfologi dari cangkang telur ayam kampung dan ayam ras membentuk matriks yang seragam, namun masih terdapat partikel-partikel kecil yang menempel. Hal ini menyatakan bahwa kalsinasi cangkang telur pada suhu 1000 °C selama 5 jam mengakibatkan kalsium karbonat yang terkandung di dalam cangkang telur berubah menjadi kalsium oksida dengan reaksi seperti Persamaan (1).
Hasil Sintesis Hidroksiapatit Prekursor kalsium dan fosfat yang digunakan untuk sintesis hidroksiapatit dilakukan dengan menggunakan metode presipitasi wise drop dengan perbandingan massa konsentrasi sebesar 1.67 pada suhu ruang. Hasil sintering pada suhu 900 oC selama 5 jam menghasilkan serbuk putih yang dinamakan hidroksiapatit. Efisiensi massa hasil sintering dari hidroksiapatit dengan Ca cangkang telur ayam kampung dengan variasi suhu pengeringan 110 oC selama 5 jam (dalam Tabel 5) dan tanpa penahanan (dalam Tabel 6), sedangkan efisiensi massa hasil sintering dari hidroksiapatit dengan Ca cangkang telur ayam ras dengan variasi suhu pengeringan 110 oC selama 5 jam (dalam Tabel 7) serta tanpa penahanan (dalam Tabel 8). Pada Tabel 5, Tabel 6, Tabel 7 dan Tabel 8 terlihat bahwa massa prekursor yang digunakan dalam sintesis hidroksiapatit lebih besar dari massa yang dihasilkan setelah proses sintering. Sampel hidroksiapatit cangkang telur ayam kampung dan ayam ras dengan penahanan pengeringan selama 5 jam memiliki efisiensi massa lebih rendah dibandingkan hidroksiapatit dengan pengeringan tanpa penahanan, tetapi nilai efisiensi massa secara keseluruhan nilai yang diperoleh hampir sama. Hal ini menunjukkan bahwa lama waktu pengeringan mempengaruhi massa sampel hidroksiapatit yang terbentuk. Rata-rata efisiensi massa sampel hidroksiapatit dengan sumber kalsium cangkang telur ayam kampung dengan pengeringan 110 oC selama 5 jam sebesar 64.57%. Hal ini
10 berbeda dengan efisiensi massa dengan sumber kalsium yang sama namun pengeringan 110 oC tanpa penahanan, rata-rata efisiensi massa hidroksiapatit yang dihasilkan lebih besar yaitu 68.33%. Berbeda halnya dengan nilai rata-rata efisiensi massa sampel hidroksiapatit dari cangkang telur ayam ras baik dengan pengeringan 110 oC selama 5 jam maupun tanpa penahanan memiliki nilai yang hampir sama yaitu 66.05% dan 66.15%. Tabel 4 Efisiensi massa sampel hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dengan pengeringan 110 oC selama 5 jam Massa CaO Massa (NH4)2HPO4 Massa hasil Efisiensi Ulangan (gram) (gram) sintering (gram) massa (%) 1 2.83 3.96 4.66 68.62 2 2.83 3.96 4.41 64.97 3 2.83 3.96 4.55 67.06 4 2.83 3.96 3.91 57.63 Rata-rata efisiensi massa (%) 64.57 Tabel 5 Efisiensi massa sampel hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dengan pengeringan 110 oC tanpa penahanan Massa CaO Massa (NH4)2HPO4 Massa hasil Efisiensi Ulangan (gram) (gram) sintering (gram) massa (%) 1 2.83 3.96 4.62 68.06 2 2.83 3.96 4.06 59.83 3 2.83 3.96 4.62 68.04 4 2.83 3.96 5.27 77.37 Rata-rata efisiensi massa (%) 68.33 Tabel 6 Efisiensi massa sampel hidroksiapatit dari cangkang telur ayam ras dengan pengeringan 110 oC selama 5 jam Massa CaO Massa (NH4)2HPO4 Massa hasil Efisiensi Ulangan (gram) (gram) sintering (gram) massa (%) 1 2.83 3.96 4.68 68.86 2 2.83 3.96 4.66 68.56 3 2.83 3.96 4.27 62.88 4 2.83 3.96 4.34 63.92 Rata-rata efisiensi massa (%) 66.05 Tabel 7 Efisiensi massa sampel hidroksiapatit dari cangkang telur ayam ras dengan pengeringan 110 oC tanpa penahanan Massa CaO Massa (NH4)2HPO4 Massa hasil Efisiensi Ulangan (gram) (gram) sintering (gram) massa (%) 1 2.83 3.96 4.39 64.68 2 2.83 3.96 4.02 59.22 3 2.83 3.96 4.47 65.82 4 2.83 3.96 5.08 74.87 Rata-rata efisiensi massa (%) 66.15
11 Karakteristik Sampel Hidroksiapatit Berdasarkan FTIR Hidroksiapatit yang dihasilkan dianalisis dengan spektrometer FTIR. Spektra yang dihasilkan untuk hidroksiapatit ayam kampung dan ayam ras dapat dilihat dalam Gambar 5 dan Gambar 6. Dari analisis FTIR yang dihasilkan terbukti bahwa sampel yang dihasilkan benar-benar hidroksiapatit. Terlihat pada gambar bahwa hasilnya menunjukkan pita serapan yang hampir sama, namun yang membedakan dari sampel-sampel tersebut yaitu nilai transmitansi, transmitansi dari hidroksiapatit dengan pengeringan 110 oC tanpa penahanan lebih kecil daripada sampel dengan penahanan selama 5 jam. Hal ini membuktikan bahwa baik pengeringan dengan waktu penahanan selama 5 jam dengan tanpa penahanan tidak ada bedanya. Pada pengeringan dengan suhu 100 oC mengakibatkan kedua senyawa kalsium fase amorf sebagian berubah menjadi fase kristal.8 Seluruh spektra tersebut memperlihat pita serapan gugus OH-, pita serapan k1 gugus PO43-, k2 gugus PO43-, dan k3 gugus PO43-. Gambar 5(a) menunjukkan spektra hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dengan pengeringan 110 oC selama 5 jam dan Gambar 5(b) spektra hidroksiapatit cangkang telur ayam kampung dengan pengeringan tanpa penahanan. Dari spektra terlihat bahwa gugus fosfat terdeteksi paling dominan, gugus fosfat menandakan terbentuknya hidroksiapatit dalam sebuah presipitat.14 Terlihat pada gambar bahwa terdapat puncak-puncak pada bilangan gelombang 1041.48 cm-1 dan 1095.49 cm-1 yang merupakan karakteristik streching mode gugus fosfat, sedangkan serapan pada bilangan gelombang 601.75 cm-1 dan 570.89 cm-1 memperlihatkan bending mode gugus fosfat PO43-. Pita serapan k3 gugus PO43- pada semua sampel terbentuk bahu (belahan) menandakan mulai terbentuknya kristal pada sampel. Belahan ini semakin jelas terlihat pada pita serapan k4 PO43- yang mempunyai dua puncak. Semakin tinggi derajat belah maka menunjukkan bahwa sampel memiliki derajat kristalinitas yang tinggi, kondisi seperti ini menandakan sampel semakin kristal yang memperkuat terjadinya hidroksiapatit pada pita serapan k3 gugus PO43-.10 Pada gambar 5 juga muncul gugus OH- pada bilangan gelombang 633.61 cm-1 dan 3572.90 cm-1 yang merupakan karakteristik hidroksiapatit. Gambar 6 menunjukkan spektra FTIR dari gugus-gugus fungsi pada sampel hidroksiapatit dari cangkang telur ayam ras dengan suhu pengeringan 110 oC selama 5 jam (a) dan tanpa penahanan (b). Terlihat pada gambar 6 bahwa terdapat puncak-puncak pada bilangan gelombang 1041.48 cm-1 dan 1095.49 cm-1 yang merupakan karakteristik streching mode gugus fosfat, sedangkan serapan pada bilangan gelombang 601.75 cm-1 dan 570.89 cm-1 memperlihatkan bending mode gugus fosfat PO4-3. Pada semua spektra muncul gugus OH- pada bilangan gelombang 633.61 cm-1 dan 3572.90 cm-1 yang merupakan karakteristik hidroksiapatit. Selain gugus fungsi hidroksil, pada sampel hidroksiapatit dari cangkang telur ayam ras dengan pengeringan ditahan selama 5 jam ulangan kedua dan ulangan keempat yang ditunjukkan dalam Gambar 6(a) muncul gugus OHyang menunjukkan keadaan H2O pada permukaan sampel dengan panjang gelombang berturut-turut yaitu 3464.90 cm-1 dan 3449.47 cm-1 sedangkan pada gambar 6(b) gugus OH- muncul dalam sampel hidroksiapatit dari cangkang telur ayam ras dengan pengeringan tanpa penahanan ulangan pertama pada bilangan gelombang 1644.23 cm-1 dan pada sampel hidroksiapatit dari cangkang telur ayam
12 ras dengan pengeringan tanpa penahanan ulangan ketiga gugus OH- terdeteksi pada bilangan gelombang 3448.47 cm-1 dan 3503.47 cm-1. Puncak gugus OHyang terbentuk sangat lemah, kondisi ini menunjukkan bahwa H2O dalam sampel semakin sedikit yang ditandai dengan persen transmitansi gugus OH- yang tinggi.15
Transmitansi (%)
(a)
(b) (b) Gambar 5 Spektra FTIR sampel hidroksiapatit cangkang telur ayam kampung dengan pengeringan suhu 110 oC (a) selama 5 jam dan (b) tanpa penahanan masing-masing 4x pengulangan
13
(b)
Gambar 6 Spektra FTIR sampel hidroksiapatit cangkang telur ayam ras dengan pengeringan suhu 110 oC (a) selama 5 jam dan (b) tanpa penahanan masing-masing 4x pengulangan
Pita serapan k3 gugus karbonat pada Gambar 6(a) muncul dalam sampel HA-AR2 pada bilangan gelombang 1411.79 cm-1 dan 1473.51 cm-1 dengan puncak yang lemah. Pita serapan v3 gugus CO32 yang muncul pada kedua peak bentuknya asimetri dan menandakan terjadinya pembentukan kristal pada sampel.10 Kandungan karbonat dalam sintesis senyawa kalsium fosfat dapat menggantikan dua posisi yaitu OH- dan PO43-. Posisi pertama karbonat
Transmitansi (%)
(a)
14 menggantikan OH- membentuk apatit karbonat tipe A, dan posisi kedua menggantikan PO43- membentuk apatit karbonat tipe B.16 Terjadinya karbonat tipe A lebih sulit dibandingkan dengan pembentukan apatit karbonat tipe B. Hal ini terjadi karena OH- dalam hidroksiapatit membutuhkan energi yang lebih besar untuk lepas dari PO43-. Pada bilangan gelombang 1411.79 cm-1 menunjukkan bahwa dalam sampel hidroksiapatit dari cangkang telur ayam ras dengan pengeringan ditahan selama 5 jam ulangan kedua terbentuk kristal apatit tipe B, sedangkan pada bilangan gelombang 1473.51 cm-1 menunjukkan terbentuknya kristal apatit tipe A. Spektra FTIR untuk sampel hidroksiapatit dari cangkang telur ayam ras dengan pengeringan tanpa penahanan ulangan pertama yang ditunjukkan pada Gambar 6(b) terbentuk pita serapan kristal apatit tipe B pada bilangan gelombang 1427.22 cm-1 dan kristal apatit tipe-A yang menggantikan OH- yaitu terbentuk pada bilangan gelombang 1488.94 cm-1. Pembentukan kristal apatit tipe A juga terbentuk pada sampel hidroksiapatit dari cangkang telur ayam ras dengan pengeringan tanpa penahanan ulangan kedua pada bilangan gelombang 1481.22 cm-1. Ion karbonat tersebut merupakan inhibitor pertumbuhan kristal dalam sintesis hidroksiapatit. Puncak yang terbentuk dalam kedua peak ini sangat lemah, hal ini menunjukkan bahwa unsur karbonat yang terbentuk dalam sampel ini sangat sedikit bahkan hampir tidak terlihat. Hasil ini menunjukkan bahwa tingkat kemurnian hidroksiapatit yang cukup tinggi, walaupun masih terdapat gugus karbonat sebagai kalsium karbonat dalam jumlah yang sangat kecil. Perbandingan sampel hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dan ayam ras dengan pengeringan ditahan selama 5 jam dan tanpa penahanan dapat dilihat pada Tabel 8. Dari tabel tersebut terlihat bahwa pada serbuk hidroksiapatit cangkang telur ayam ras terdapat kristal apatit tipe B dan tipe A, sedangkan pada hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung sudah tidak terbentuk gugus karbonat. Dalam hal ini dapat dikatakan bahwa hasil sampel hidroksiapatit yang diperoleh menunjukkan tingkat kemurnian hidroksiapatit yang tinggi, walaupun dalam sampel hidroksiapatit cangkang telur ayam ras masih terdapat gugus karbonat sebagai kalsium karbonat dalam jumlah yang sangat kecil.
15 Tabel 8 Data Spektra serbuk hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dan ayam ras Pita absorbsi Pita Pita absorbsi PO43-(cm-1) CO32- (cm-1) Nama sampel Ulangan absorbsi OH- (cm-1) k1 k3 k4 k3 Hidroksiapatit 1 964.34 1041.48 570.89 633.61 dari cangkang 1095.49 601.75 3572.90 telur ayam 2 964.34 1041.48 570.89 633.61 kampung 1095.49 601.75 3572.90 dengan 3 964.34 1041.48 570.89 633.61 pengeringan ditahan 5 jam 1095.49 601.75 3572.90 4 964.34 1041.48 570.89 633.61 1095.49 601.75 3572.90 Hidroksiapatit 1 972.05 1041.48 570.89 633.61 dari cangkang 1095.49 601.75 3572.90 telur ayam 2 964.34 1041.48 570.89 633.61 kampung 1095.49 601.75 3572.90 dengan 3 972.05 1041.48 570.89 633.61 pengeringan tanpa 3572.90 1095.49 601.75 penahanan 4 972.05 1041.48 570.89 633.61 1095.49 601.75 3572.90 Hidroksiapatit 1 948.91 1041.48 570.89 633.61 dari cangkang 1095.49 601.75 3572.90 telur ayam ras 2 948.91 1041.48 570.89 1411.79 633.61 dengan 1095.49 601.75 1473.51 3464.90 pengeringan 3572.90 ditahan selama 3 5 jam 964.34 1041.48 570.89 633.61 1095.49 601.75 3572.90 4 964.34 1041.48 570.89 633.61 1095.49 601.75 3449.47 3572.90 Hidroksiapatit 1 964.34 1041.48 570.89 1427.22 633.61 dari cangkang 1488.94 1095.49 601.75 1644.23 telur ayam ras 3572.90 dengan 2 964.34 1041.48 570.89 1481.22 633.61 pengeringan 1095.49 601.75 3572.90 tanpa 3 penahanan 964.34 1041.48 570.89 633.61 1095.49 601.75 3448.47 3503.47 3572.90 4 964.34 1041.48 570.89 633.61 1095.49 601.75 3572.90
16 Morfologi Sampel Hidroksiapatit Observasi morfologi sampel hidroksiapatit cangkang telur ayam kampung dengan pengeringan 110 oC selama 5 jam dan tanpa penahanan dapat dilihat dalam Gambar 7 dan Gambar 8, morfologi sampel hidroksiapatit cangkang telur ayam ras baik dengan pengeringan 110 oC selama 5 jam maupun tanpa penahanan ditunjukkan pada Gambar 9 dan Gambar 10 dengan masing-masing perbesaran yang digunakan adalah 30.000x. Observasi sampel diambil berdasarkan sampel yang didapat dari hasil spektrometer FTIR, hasil observasi sampel hidroksiapatit cangkang telur ayam kampung dengan pengeringan selama 5 jam dan hidroksiapatit cangkang telur ayam kampung tanpa penahanan terlihat seperti kelompok partikel kecil yang berdekatan dan seragam. Hal ini menunjukkan bahwa sampel hidroksiapatit telah membentuk ukuran kristal.17 Ukuran butir partikel pada sampel hidroksiapatit ayam kampung dengan penahanan terlihat lebih besar dibandingkan dengan sampel hidrokispatit ayam kampung tanpa penahanan. Kelompok partikel sampel hidroksiapatit dengan penahanan lebih seragam dan berdekatan dibandingkan tanpa penahanan. Proses sintering akan terjadi pada kondisi perlakuan panas yang lebih lunak. Namun bentuk aglomerat sangat tidak diinginkan karena dapat menimbulkan void (rongga) dalam dense material yang akan dibentuk. Hal ini jelas akan meningkatkan porositas dan dengan demikian menurunkan sifat-sifat mekaniknya.12
Gambar 7 Morfologi sampel hidroksiapatit ayam kampung tanpa penahanan
Gambar 8 Morfologi sampel hidroksiapatit ayam kampung dengan penahanan selama 5 jam
17
Gambar 9 Morfologi sampel hidroksiapatit ayam ras tanpa penahanan
Gambar 10 Morfologi sampel hidroksiapatit ayam ras dengan penahanan selama 5 jam
Morfologi sampel hidroksiapatit cangkang telur ayam ras dengan pengeringan selama 5 jam dan hidroksiapatit cangkang telur ayam ras tanpa penahanan hampir menyerupai kelompok partikel pada sampel hidroksiapatit cangkang telur ayam kampung, tetapi ukurannya sedikit lebih kecil. Kelompok partikel sampel hidroksiapatit ayam ras dengan penahanan dan tanpa penahanan berbeda, kelompok partikel hidroksiapatit ayam ras dengan penahanan memiliki partikel lebih tersusun dan lebih rapat daripada kelompok pertikel dari sampel hidroksiapatit ayam ras tanpa penahanan. Dari hasil karakterisasi SEM untuk sampel hidroksiapatit memiliki ukuran celah yang berbeda-beda terlihat dalam Tabel 10, celah antar partikel biasanya dijadikan tempat sirkulasi cairan tubuh dari seluruh lapisan bila digunakan sebagai biomaterial.18 Ukuran diameter celah hidroksiapatit cangkang telur ayam kampung dan ayam ras dengan pengeringan selama 5 jam lebih kecil dibandingkan dengan hidroksiapatit tanpa penahanan. Akan tetapi hidroksiapatit cangkang telur ayam kampung memiliki ukuran diameter celah antar partikel lebih kecil daripada hidroksiapatit cangkang telur ayam ras.. Lama waktu pengeringan mengakibatkan meningkatnya energi getaran termal, yang kemudian mempercepat difusi atom melalui batas butir dan keseragaman butir setiap sampel. Berdasarkan pengukuran yang dilakukan menggunakan perbandingan skala didapat rata-rata panjang dan lebar partikel hidroksiapatit cangkang telur ayam kampung dan ayam ras dengan penahanan dan tanpa penahanan yang ditunjukkan dalam Tabel 9. Tabel 9 Data ukuran partikel serbuk hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dan ayam ras Nama sampel Panjang Lebar Diameter partikel (µm) partikel (µm) celah (µm) Hidroksiapatit ayam kampung 0.39 0.16 0.25 ditahan Hidroksiapatit ayam kampung 0.34 0.13 0.28 tanpa ditahan Hidroksiapatit ayam ras ditahan 0.37 0.16 0.28 Hidroksiapatit ayam ras tanpa ditahan
0.37
0.14
0.34
18 Komposisi Sampel Hidroksiapatit Pengukuran komposisi unsur dilakukan bersamaan dengan observasi morfologi dengan menggunakan SEM-EDX. Komposisi unsur hidroksiapatit yang diperoleh dapat dilihat dalam Tabel 10, dalam tabel memperlihatkan bahwa hidroksiapatit yang dihasilkan masih memiliki unsur pengotor yang relatif kecil, diantaranya unsur C, Mg dan O. Kandungan unsur C yang didapat sebesar 3.613.86, sedangkan unsur Mg berkisar 0.32-0.43, dan unsur O sebesar 34.40-43.60. Unsur-unsur pengotor ini terbentuk dari senyawa kalsium yang masih belum murni ditambah pula unsur-unsur tersebut belum tereliminasi secara sempurna pada saat proses sintering. Hal ini menunjukkan bahwa dengan adanya unsurunsur tersebut mempengaruhi banyaknya unsur Ca dan P yang terbentuk dalam sampel. Tabel 10 Data komposisi unsur serbuk hidroksiapatit dari cangkang kampung dan ayam ras Komposisi unsur (% berat) Nama sampel C O Mg P Hidroksiapatit ayam 3.61 34.40 0.32 20.12 kampung ditahan Hidroksiapatit ayam 3.86 40.34 0.43 18.62 kampung tanpa ditahan Hidroksiapatit ayam ras 3.65 43.60 0.41 17.74 ditahan Hidroksiapatit ayam ras 3.71 35.21 0.36 19.62 tanpa ditahan
Tabel 11 Rasio Molaritas Ca/P Nama Sampel Hidroksiapatit ayam kampung ditahan Hidroksiapatit ayam kampung tanpa ditahan Hidroksiapatit ayam ras ditahan Hidroksiapatit ayam ras tanpa ditahan
telur ayam
Ca 41.55 36.74 34.60 41.10
Ca/P 1.60 1.52 1.51 1.62
Rasio Molaritas Ca/P yang diperoleh dapat dilihat pada Tabel 11. Rasio Ca/P pada sampel relatif lebih kecil dari rasio hidroksiapatit 1.67, dikarenakan produksi hidroksiapatit yang diperoleh rasio Ca/P berkisar antara 1.51-1.62 dan kandungan Ca berkisar 34-41% dan fosfat 17-20%. Nilai rasio Ca/P yang didapat dalam sampel hidroksiapatit cangkang telur ayam kampung tanpa penahanan dan hidroksiapatit cangkang telur ayam ras dengan penahanan lebih kecil yaitu 1.52 dan 1.51, hal ini terjadi karena kandungan Ca pada sampel hidroksiapatit cangkang telur ayam kampung tanpa penahanan dan hidroksiapatit cangkang telur ayam ras dengan penahanan lebih sedikit.15 Nilai perbandingan kalsium dan fosfat dapat dihitung dengan menggunakan mol Ca dan P dari persentase massa hasil EDX dibagi dengan masing-masing massa atom Ca dan P. Pada sampel berdasar
19 Tabel 3 menunjukkan bahwa starting material yang digunakan sebagai prekursor CaO masih mengandung unsur karbonat, magnesium dan kalsium fosfat, sehingga setelah direaksikan dengan (NH4)2HPO4 masih banyak senyawa karbonat dan senyawa lain yang tidak ikut bereaksi pada saat sintering maka dari itu mempengaruhi jumlah Ca dan P yang dihasilkan pada sampel hidroksiapatit.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Cangkang telur ayam yang kaya kalsium dapat menjadi starting material dalam pembuatan hidroksiapatit. Sintesis hidroksiapatit dari cangkang telur ayam kampung dan ayam ras dengan variasi waktu penahanan selama 5 jam pada saat pengeringan dengan suhu 110 oC telah berhasil dilakukan dengan menggunakan metode presipitasi wise drop. Prekursor kalsium yang diperoleh dari hasil kalsinasi cangkang telur ayam kampung berupa serbuk putih CaO dengan efisiensi rata-rata massa yaitu 53.79%, sedangkan prekursor kalsium hasil kalsinasi cangkang telur ayam ras memiliki efisiensi rata-rata massa sebesar 53.25%. Serbuk putih halus dari hasil sintesis hidroksiapatit yang berasal dari cangkang telur ayam kampung dan ayam ras baik yang pengeringannya ditahan selama 5 jam maupun tidak, memiliki efisiensi rata-rata massa secara berturut-turut yaitu 64.57%, 68.33%, 66.05% dan 66.15%. Sampel hidroksiapatit yang dihasilkan baik dari variasi bahan maupun variasi waktu penahanan pada saat pengeringan sudah terbentuk hidroksiapatit murni. Hasil analisis spektra FTIR pada sampel hidroksiapatit dengan variasi bahan dan variasi waktu penahanan dalam pengeringan menunjukkan bahwa sampel memiliki gugus OH- dan PO43-. Hasil ini menunjukkan tingkat kemurnian hidroksiapatit yang cukup tinggi, walaupun masih terdapat gugus karbonat sebagai kalsium karbonat dalam jumlah yang sangat kecil. Pencirian SEM-EDX dalam sampel hidroksiapatit dengan variasi bahan dan variasi waktu penahanan pada prosese pengeringan memperlihatkan telah terbentuknya hidroksiapatit berupa bongkahan kecil yang tersebar secara seragam dengan ukuran panjang partikel sebesar 0.34-0.39 µm serta lebar partikel yaitu 0.13-0.16 µm. Berdasarkan adanya variasi bahan dan variasi waktu pengeringan tidak berpengaruh signifikan terhadap ukuran partikel dan rasio Ca/p. Besar rasio yang dihasilkan dengan menggunakan EDX yaitu 1.5-1.62. Saran Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut untuk penyempurnaan dalam menghasilkan hidroksiapatit yang perbandingan molarnya tepat 1,67, seperti massa prekursor CaO pada pembuatan hidroksiapatit yang berasal dari cangkang telur ayam kampung dan tidak diperlukan penahanan pada proses pengeringan, diperlukan karakterisasi TG-DTA untuk melihat reaksi yang terjadi pada sampel.
20
DAFTAR PUSTAKA 1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8. 9.
10.
11.
12.
13.
14.
Utami S. Pembuatan komposit kalsium fosfat kitosan dengan metode sonikasi [thesis]. Bogor : Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. 2009. Dahlan K. Potensi Kerang Ranga sebagai Sumber Kalsium dalam Sintesis Biomaterial Substitusi Tulang. [Prosiding Semirata FMIPA Universitas Lampung]. Bogor : Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. 2013. Pankaew P, Hoonnivathana E, Limsuwan P, Naemchanthara K. Suhu effect on calcium phosphate synthesized from chicken eggshells and ammonium phosphate. Journal of Applied Sciences 10(24): 3337-3342. 2010. Bahrololoom MJ, Javidi M, Javadpour S, Mab J. Characterisation of natural hydroxyapatite extracted from bovine cortical bone ash. Journal of Ceramic Processing Research. Vol. 10, No. 2, pp. 129~138. 2009. Amrina QH. Sintesa hidroksiapatit dengan memanfaatkan limbah cangkang telur: karakterisasi difraksi sinar-X dan scanning electron microscopy (SEM). [skripsi]. Bogor : Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. 2008. Putri AAP. Metode single drop pada pembuatan hidroksiapatit berbasis cangkang telur [skripsi]. Bogor : Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. 2012. Riyani E, Maddu A, Soejoko DS. Karakterisasi senyawa kalsium fosfat karbonat hasil pengaruh penambahan ion F- dan Mg3+. Jurnal Biofisika 1:8289. 2005. Ahmiatri S, Soejoko DS. Pengaruh ion karbonat dalam proses presipitasi senyawa kalsium fosfat. Makara Sains. 6 : 2. 2002. Saryati, Sulistioso G.S, Ari H, Supardi, Puji U, Bambang U. Hidroksiapatit berpori dari kulit kerang. Jurnal Sains Materi Indonesia. Akreditasi LIPI No: 3/D/2012. ISSN : 1411-1098. 2012. Fifia Z. Spektroskopi inframerah, serapan atomik, serapan sinar tampak dan ultraviolet hidroksiapatit dari cangkang telur [skripsi]. Bogor : Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. 2008. Darmawan D, Yessy W. Sintesis dan karakterisasi komposit hidroksiapatit sebagai graft tulang sintetik. Jurnal Ilmiah Aplikasi Isotop dan Radiasi. Vol. 4 No. 2. ISSN 1907-0322. 2008. Iis S, Myrna A, A.Ali A. Pengembangan Serbuk Hidroksiapatit untuk Aplikasi Medis : Karakterisasi Awal dengan FTIR dan XRD. [Prosiding Pertemuan llmiah lbnu Pengetahuan dan Teknologi Bahan 2002]. Depok : Pusat Pengkajian dan Penerapan Teknologi Material (P3TM)-BPP Teknologi. 2002. Solihat R. Hydrothermal synthesis of hydroxyapatite from eggshell: XRD, FTIR and SEM-EDXA characterization [skripsi]. Bogor : Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Bogor Agricultural University. 2008. Gergely G, Weber F, Lukacs I, Attila L, Toth, Zsolt E, Horvath, Mihaly J, Balazsi C. Preparation and characterization of hydroxyapatite from eggshell. Ceramics International 36 (2010) 803–806. 2009.
21 15. Ahmed S, Ahsan M. Synthesis of Ca-hydroxyapatite bioceramic from egg shell and its characterization. Bangladesh journal of scientific and Industrial research. 43(4), 501-512. 2008. 16. Dahlan K, Utami S, Nurlaila A. Soejoko D. Synthesis and characterization of calcium phosphate/chitosan composites. International Journal of Basic & Applied Sciences (IJBAS-IJENS) Vol: 12 No: 01. 2012. 17. Hanumantharaju H. Shivanand K. Prashanth K. Kumar S. Jagadish P. Study on hydroxyapatite coating on biomaterial by plasma spray method. International Journal of Engineering Science and Technology (IJEST). Vol. 4 No.09 September 2012. ISSN : 0975-54. 2012. 18. Hui P, Meena S, Singh G, Agarawal R, Prakash S. Synthesis oh hydroxyapatite bio-ceramic powder by hydrothermal method. Journal of Minerals & Materials Characterization & Engineering. Vol. 9, No.8, pp.683692. 2010. 19. [Djamuddin S]. 116 unsur kimia. [Terhubung berkala] http:// 116 unsur kimia.htm// [20 Mei 2014].
22
LAMPIRAN
23 Lampiran 1 Diagram Alir Penelitian
Mulai Persiapan alat dan bahan
Pembersihan cangkang terlur
Kalsinasi cangkang telur ayam kampung dan ayam ras (pada suhu 1000 oC selama 5 jam)
Serbuk putih
Karakterisasi FTIR dan SEM-EDX Sintesis hidroksiapatit (metode wise drop)
Pengeringan 110 oC selama 5 jam
Pengeringan 110 oC tanpa penahanan
Sintering pada suhu 900 oC selama 5 jam
Serbuk
Karakterisasi FTIR dan SEM-EDX Analisis
Penulisan laporan
Selesai
24 Lampiran 2 Proses Kalsinasi Cangkang Telur
(a)
(b)
(c)
(f)
(e)
(d)
(g) Karakterisasi FTIR dan SEM-EDX (h)
Keterangan : (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h)
Perendaman cangkang telur ayam selama 2 jam Pengeringan cangkang telur ayam pada suhu ruang Penimbangan cangkang telur ayam sebelum kalsinasi Kalsinasi 1000 oC selama 5 jam Hasil kalsinasi sebelum digerus Penggerusan hasil kalsinasi Serbuk cangkang telur ayam hasil kalsinasi Karakterisasi FTIR dan SEM-EDX
25 Lampiran 3 Sintesis Hidroksiapatit
(a) Presipitasi
(f) Sintering
(g) Penggerusan
(b) Stirring
(c) Aging
(e) hasil penyaringan
(d) Penyaringan
(h) Serbuk Hidroksiapatit
(i) Coating
(j) Karakterisasi MENGGUNAKAN spektrometer FTIR dan SEM EDX
26
26
Lampiran 4 Morfologi serbuk CaO dari cangkang telur ayam kampung menggunakan SEM
Serbuk CaO Perbesaran 100x
Serbuk CaO Perbesaran 200x
Serbuk CaO Perbesaran 1000x
Serbuk CaO Perbesaran 2500x
Serbuk CaO Perbesaran 5000x
Serbuk CaO Perbesaran 10000x
27
Lampiran 5 Morfologi Serbuk CaO dari cangkang telur ayam ras menggunakan SEM
Serbuk CaO Perbesaran 100x
Serbuk CaO Perbesaran 200x
Serbuk CaO Perbesaran 1000x
Serbuk CaO Perbesaran 2500x
Serbuk CaO Perbesaran 5000x
Serbuk CaO Perbesaran 10000x
27
28
Perbesaran 200x
Perbesaran 5000x
Perbesaran 500x
Perbesaran 10000x
28
Lampiran 6 Morfologi sampel hidroksiapatit ayam kampung tanpa ditahan menggunakan SEM
Perbesaran 1000x
Perbesaran 2500x
Perbesaran 30000x
29
Lampiran 7 Morfologi sampel hidroksiapatit ayam kampung ditahan menggunakan SEM
Perbesaran 200x
Perbesaran 500x
Perbesaran 5000x
Perbesaran 1000x
Perbesaran 10000x
Perbesaran 2500x
Perbesaran 30000x
29
30
Perbesaran 200x
Perbesaran 5000x
Perbesaran 500x
Perbesaran 1000x
Perbesaran 10000x
30
Lampiran 8 Morfologi sampel hidroksiapatit ayam ras tanpa ditahan menggunakan SEM
Perbesaran 2500x
Perbesaran 30000x
31
Lampiran 9 Morfologi sampel hidroksiapatit ayam ras ditahan menggunakan SEM
Perbesaran 200x
Perbesaran 500x
Perbesaran 5000x
Perbesaran 1000x
Perbesaran 10000x
Perbesaran 2500x
Perbesaran 30000x
31
32
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Tasikmalaya, Jawa Barat pada tanggal 10 September 1991. Penulis merupakan putri bungsu dari Bapak Asikin dan Ibu Enti Rostini. Penulis penyelesaikan pendidikan dasar pada tahun 2004 di SDN 6 Rajapolah, kemudian melanjutkan ke sekolah menengah yaitu di SLTPN 1 Rajapolah dan lulus pada tahun 2007. Tahun 2010 penulis lulus dari SMAN 6 Tasikmalaya dan diterima di IPB pada tahun yang sama melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI) sebagai mahasiswa Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan program sarjana di IPB, penulis aktif dalam berbagai organisasi diantaranya organisasi Himpunan Mahasiswa Tasikmalaya (HIMALAYA), organisasi Himpunan Mahasiswa Fisika (HIMAFI) IPB 20112012 sebagai Bendahara II, organisasi SERUM-G serta penulis juga aktif mengikuti berbagai kegiatan organisasi mahasiswa FMIPA IPB dan seminarseminar baik di dalam maupun di luar kampus. Penulis juga aktif mengajar pada bimbingan belajar untuk siswa SD dan SMP di BTA, penulis pernah memperoleh penghargaan yaitu menjadi penerima hibah Dikti PKM bidang Kewirausahaan 2013 dan penulis juga aktif sebagai asisten praktikum Fisika TPB IPB pada tahun ajaran 2013/2014.
