OPTIMALISASI SINTESIS DAN KAJIAN ADSORPSI GEL KITOSAN-ALGINAT TERHADAP ION Cu(II)
DWI WAHYONO
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2006
ABSTRAK DWI WAHYONO. Optimalisasi Sintesis dan Kajian Adsorpsi Gel Kitosan-Alginat Terhadap Ion Cu(II). Dibimbing oleh PURWANTININGSIH SUGITA dan AHMAD SJAHRIZA. Limbah kulit udang dapat dimanfaatkan untuk membuat kitosan. Sifat reologi kitosan diperbaiki dalam bentuk gel dengan penambahan glutaraldehida dan hidrokoloid alami, seperti alginat. Sifat reologi gel yang diukur adalah kekuatan, titik pecah, ketegaran, pembengkakan, dan pengerutan gel, sedangkan parameter kitosan yang diukur ialah kadar air, kadar abu, derajat deasetilasi (DD), dan bobot molekul (BM). Pembuatan gel dilakukan dengan mencampurkan larutan kitosan 2.50% (b/v), glutaraldehida 4.00, 5.00, dan 6.00% (v/v), serta alginat 0.00, 0.75, dan 1.00% (b/v). Berdasarkan analisis proksimat, kitosan memiliki kadar air 5.89%, kadar abu 0.15%, DD 73.61%, dan BM 4.30 × 105 g mol-1. Kondisi gel optimum untuk menjerap logam terjadi pada konsentrasi glutaraldehida 4.00% dan alginat 0.83% yang memberikan kekuatan, titik pecah, ketegaran, sifat pembengkakan, dan pengerutan gel berturut-turut 881.4385 g cm-2, 1.0267 cm, 8.5179 g cm-1, 4.5313 g, dan 1.6280 g. Spektrum fourier transform infrared gel kitosanglutaraldehida, dan gel kitosan-glutaraldehida-alginat menunjukkan puncak serapan spesifik pada 1563 cm-1 yang diduga sebagai gugus imina yang tidak terdapat pada spektrum kitosan. Kajian adsorpsi gel kitosan-alginat terhadap ion Cu(II) dengan konsentrasi 500 dan 1000 ppm dilakukan pada kondisi pH 3 dan 6. Kapasitas adsorpsi ion Cu(II) paling besar pada kondisi pH 6 dan konsentrasi logam 1000 ppm. Tetapan persamaan isoterm Langmuir adalah k1 = 6.42 × 10-3 ± 8.87 × 10-4 dan k2 = 1.18 × 10-3 ± 3.88 × 10-4, dengan nilai linearitas 97.57%. Tetapan persamaan isoterm Freundlich adalah k = 2.94 × 10-2 ± 1.61 × 10-2 dan 1/n = 1.48 ± 0.19, dengan nilai linearitas 96.18%.
ABSTRACT DWI WAHYONO. Synthesis Optimization and Adsorption Study of Chitosan-Alginate Gel toward Cu(II) Ion. Supervised by PURWANTININGSIH SUGITA and AHMAD SJAHRIZA. Shrimp shell can be used to make chitosan. Rheological properties of chitosan were improved by gelation using glutaraldehyde and alginate. Rheological properties of gel measured were strength, break point, rigidity, swelling, and shrinking, while chitosan parameters measured were moisture content, ash content, deacetylation degree (DD), and molecular weight (MW). The gel was made by mixing 2.50% (w/v) chitosan solution, 4.00, 5.00, and 6.00% (v/v) glutaraldehyde, and 0.00, 0.75, and 1.00% (b/v) alginate. Based on proximate analysis, the chitosan had 5.89% of moisture content, 0.15% of ash content, 73.61% of DD, and 4.30 × 105 g mol-1 of MW. The optimum gel condition for metal adsorption was at 4.00% of glutaraldehyde and 0.83% of alginate, with gel strength, break point, rigidity, swelling, and shrinking properties were 881.4385 g cm-2, 1.0267 cm, 8.5179 g cm-1, 4.5313 g, dan 1.6280 g, respectively. Fourier transform infrared spectrum of chitosan-glutaraldehyde gel and chitosan-glutaraldehyde-alginate gel showed specific absorption at 1563 cm-1 indicating imine groups which was not found in chitosan spectrum. Adsorption of chitosan-alginate gel toward Cu(II) ion with concentrations of 500 and 1000 ppm were studied at pH 3 and 6. The best adsorption capacity of Cu(II) was at pH 6 and 1000 ppm of Cu(II). The equation constants of the Langmuir isotherm were k1 = 6.42 × 10-3 ± 8.87 × 10-4 and k2 = 1.18 × 10-3 ± 3.88 × 10-4, with linearity 97.57%. The equation constants of the Freundlich isotherm were k = 2.94 × 10-2 ± 1.61 × 10-2 and 1/n = 1.48 ± 0.19, with linearity 96.18%.
OPTIMALISASI SINTESIS DAN KAJIAN ADSORPSI GEL KITOSAN-ALGINAT TERHADAP ION Cu(II)
DWI WAHYONO
Skripsi Sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2006
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas rahmat dan karuniaNya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Penelitian ini berjudul Optimalisasi Sintesis dan Kajian Adsorpsi Gel Kitosan-Alginat Terhadap Ion Cu(II). Penulis mengucapkan terima kasih kepada Dr. Purwantiningsih Sugita, MS dan Drs. Ahmad Sjahriza, selaku pembimbing yang telah memberikan bimbingan dan pengarahan dalam penyusunan karya ilmiah ini. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada Prof. Dr. Suminar S. Achmadi dan Budi Arifin S.Si. yang banyak memberi saran dan arahan. Ungkapan terima kasih penulis berikan kepada Mama, Papa, dan keluarga atas dukungan baik moril maupun materil, serta kasih sayang dan doanya. Penghargaan penulis sampaikan kepada seluruh staf dan laboran Kimia Organik, Pak Taufik, Mas Heri, Om Eman atas bantuannya. Selain itu, ucapan terima kasih kepada rekan-rekan sepenelitian (Dwi Wahyu, Rahma, Anti), Riki, Soele, teman-teman kost (Rossi, Om Asep, Mas Waluyo, Satria, Clauduo, Mas Kholil, Hisam), serta teman-teman Kimia 38 yang tidak dapat disebutkan semua atas persahabatan, ilmu, semangat yang diberikan serta kebersamaan yang indah. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, April 2006 Dwi Wahyono
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Tangerang pada tanggal 21 Agustus 1983 dari ayah Saino Sudibyo dan ibu Siti Nurjanah. Penulis merupakan anak kedua dari empat bersaudara. Tahun 2001 penulis lulus dari SMUN 2 Tangerang dan pada tahun yang sama penulis diterima sebagai mahasiswa Departemen Kimia IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah menjadi asisten praktikum mata kuliah Kimia Dasar II, Kimia Organik, dan Kimia untuk mahasiswa Tingkat Persiapan Bersama (TPB). Pada tahun 2004 penulis melaksanakan Praktik Kerja Lapangan di Laboratorium Quality Qontrol PT Indocement Tunggal Prakarsa, Tbk.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL........................................................................................................... ix DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................... ix DAFTAR LAMPIRAN...................................................................................................
x
PENDAHULUAN ......................................................................................................... 1 TINJAUAN PUSTAKA Kitosan ................................................................................................................ Gel Kitosan-Alginat ........................................................................................... Tautan Silang Kitosan ........................................................................................ Sifat Reologi Gel ............................................................................................... Isoterm Adsorpsi ................................................................................................
1 2 3 4 4
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat .................................................................................................. 5 Metode Penelitian ............................................................................................. 5 HASIL DAN PEMBAHASAN Pencirian Kitosan ............................................................................................... Optimalisasi dan Analisis Sifat Reologi Gel....................................................... Analisis Gugus Fungsi ....................................................................................... Validasi Gel ....................................................................................................... Pembuatan Kurva Standar .................................................................................. Adsorpsi Logam Oleh Gel Kitosan-Alginat ...................................................... Isoterm Adsorpsi ................................................................................................
8 8 10 11 11 11 12
SIMPULAN DAN SARAN ............................................................................................ 13 DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................................... 13 LAMPIRAN ................................................................................................................... 15
DAFTAR TABEL Halaman 1
Parameter mutu kitosan niaga .................................................................................. 2
2
Parameter kitin, kitosan, dan kitosan niaga ............................................................... 8
3
Persamaan alginat, glutaraldehida, dan interaksinya terhadap respons .................... 10
4
Hasil validasi gel optimum ....................................................................................... 11
DAFTAR GAMBAR Halaman 1
Struktur kitosan ........................................................................................................ 1
2
Struktur alginat ......................................................................................................... 2
3
Kelat kitosan dengan ion Cu(II) ................................................................................ 3
4
Struktur glutaraldehida ............................................................................................. 3
5
Struktur tautan silang kitosan dengan glutaraldehida................................................ 3
6
Struktur dari hidrogel kitosan (a) tautan silang antarkitosan, (b) jaringan polimer hibrida, (c) jaringan semi-IPN, (d) tautan silang ionik kitosan ................... 4
7
Metode garis-dasar untuk analisis derajat deasetilasi kitosan .................................. 6
8
Kurva 2 dimensi pengaruh alginat dan glutaraldehida terhadap nilai kekuatan pecah gel ................................................................................................... 8
9
Kurva 2 dimensi pengaruh alginat dan glutaraldehida terhadap titik pecah gel ....... 9
10 Kurva 2 dimensi pengaruh alginat dan glutaraldehida terhadap nilai ketegaran gel ............................................................................................................. 9 11 Kurva 2 dimensi pengaruh alginat dan glutaraldehida terhadap nilai pembengkakan gel .................................................................................................... 9 12 Kurva 2 dimensi pengaruh alginat dan glutaraldehida terhadap nilai pengerutan gel .......................................................................................................... 10 13 Spektrum FTIR (a) kitosan, (b) gel kitosan-glutaraldehida, dan (c) gel kitosan-glutaraldehida-alginat .................................................................................. 11 14 Hubungan antara absorbans dan konsentrasi CuSO4.5H2O ....................................... 11 15 Hubungan antara waktu dan kapasitas adsorpsi maksimum pada (a) pH 3 dan (b) pH 6............................................................................................................... 12 16 Isoterm adsorpsi Langmuir ion Cu(II)....................................................................... 12 17 Isoterm adsorpsi Freundlich ion Cu(II) ..................................................................... 12
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1. Diagram alir sintesis kitin dan kitosan ..................................................................... 16 2. Diagram alir penelitian ............................................................................................. 17 3. Data hasil pengukuran kadar air dan abu kitin dan kitosan, serta reologi gel kitosan-alginat ........................................................................................................... 18 4. Spektrum FTIR dan derajat deasetilasi kitin dan kitosan .......................................... 20 5. Penentuan bobot molekul kitosan ............................................................................. 22 6. Grafik tiga dimensi hubungan glutaraldehida dengan alginat terhadap sifat reologi gel .................................................................................................................. 23 7. Data hasil uji ANOVA dan koefisien kuadratik ........................................................ 26 8. Kurva adsorpsi pada penentuan panjang gelombang maksimum larutan CuSO4.5H2O............................................................................................................... 29 9. Kapasitas adsorpsi maksimum larutan ion Cu(II) pada pH 3 .................................... 29 10. Kapasitas adsorpsi maksimum larutan ion Cu(II) pada pH 6 .................................... 29
PENDAHULUAN Udang merupakan salah satu hasil perikanan Indonesia yang banyak dikonsumsi oleh masyarakat. Selain dikonsumsi, udang juga banyak dimanfaatkan dalam dunia industri sebagai salah satu komoditas ekspor non-migas. Udang diekspor dalam bentuk udang beku yang sudah dibuang bagian kepala dan kulitnya. Ekspor udang Indonesia ke Amerika pada triwulan pertama tahun 2005 mencapai 14 ribu ton, sedangkan pada periode yang sama tahun 2004 hanya mencapai 6 ribu ton (Kustiani 2005). Semakin meningkatnya ekspor udang Indonesia dari tahun ke tahun berakibat pada bertambahnya limbah udang. Selama ini di Indonesia, limbah udang baru dimanfaatkan sebagai campuran ransum pakan ternak atau sebagai bahan campuran dalam pembuatan terasi, petis, dan kerupuk udang. Sementara di negara maju, seperti Amerika dan Jepang, limbah udang telah banyak dimanfaatkan sebagai bahan baku pembuatan kitin, kitosan, atau turunan dari keduanya yang berdaya guna dan bernilai tinggi di berbagai bidang industri modern, seperti farmasi, biokimia, kosmetika, industri kertas, industri pangan, dan industri tekstil. Salah satu kegunaan kitosan adalah afinitasnya dalam menjerap ion logam berat. Besarnya afinitas kitosan dalam mengikat logam sangat bergantung pada ciri makrostruktur kitosan yang dipengaruhi oleh sumber dan kondisi pada proses isolasi (Schmuhl et al. 2001). Bentuk serpihan kitosan telah diuji coba afinitasnya terhadap ion Pb2+, Ni2+, dan Cr6+ dengan persentase pengikatan berturut-turut (84–98)%, (40– 92)%, dan (17–46)% (Jamaludin 1994). Adsorpsi ion Cu(II) dan Cr(VI) pada kitosan yang berbentuk serpihan dan butiran juga telah dilaporkan mengikuti pola isoterm Langmuir dan Freundlich (Nurdiani 2005). Modifikasi kimiawi kitosan menjadi gel dapat meningkatkan kemampuan dan kapasitas adsorpsinya terhadap ion logam berat (Guibal 1997). Hal ini disebabkan bentuk gel mempunyai volume pori yang lebih besar dibandingkan dengan bentuk serpihan. Kemampuan adsorpsi gel kitosan sangat dipengaruhi oleh kestabilan sifat gel yang terbentuk. Telah dilaporkan bahwa penambahan polivinil alkohol (PVA) pada pembentukan gel kitosan dapat memperbaiki sifat gel yang terbentuk, yaitu menurunkan waktu gelasi dan meningkatkan kekuatan mekanik gel (Wang et al. 2004 dan Aisyah 2005). Setelah itu, semakin banyak dilakukan
modifikasi kimiawi terhadap kitosan agar kegunaannya semakin luas. Salah satu bentuk modifikasi terhadap kitosan adalah penambahan hidrokoloid alami, misalnya dengan alginat membentuk gel kitosanalginat. Sejauh ini, kitosan telah dimodifikasi dengan alginat membentuk membran kompleks polielektrolit (PEC) (Cardenas et al. 2003). Alginat dapat memperbaiki struktur dasar makromolekul kitosan dengan membentuk tautan silang pada proses gelasi sehingga dihasilkan sifat gel kitosan yang berbeda. Modifikasi kimiawi kitosan dengan alginat (PEC) telah dikembangkan dalam bidang pangan, kosmetik, dan industri farmasi. Kompleks polielektrolit dibentuk dengan mencampurkan larutan makromolekul yang berbeda muatan (Cardenas et al. 2003). Penelitian ini bertujuan mensintesis gel kitosan-alginat, melakukan optimalisasi gel tersebut dilihat dari sifat reologinya, dan menentukan kapasitas adsorpsi gel kitosanalginat terhadap logam Cu(II) dalam larutan tunggal ion logam. Gel kitosan-alginat yang terbentuk diharapkan dapat digunakan untuk mengadsorpsi logam Cu(II).
TINJAUAN PUSTAKA Kitosan Kitosan merupakan biopolimer polikationik linear dengan unit berulang 2-amino2-deoksi-D-glukopiranosa yang terhubung oleh ikatan β-(1→4) (Thatte 2004). Struktur kimia kitosan disajikan pada Gambar 1.
n Gambar 1 Struktur kitosan. Kitosan memiliki rumus molekul (C6H11NO4)n dan merupakan salah satu dari sedikit polimer alam yang berbentuk polielektrolit kationik dalam larutan asam organik (Hirano 1986 dalam Jamaludin 1994). Berbeda dengan kitin yang tidak larut dalam larutan asam dan basa encer, serta kebanyakan pelarut organik, kitosan larut dalam pelarut organik, HCl encer, HNO3 encer, dan H3PO4 0,5%, tetapi tidak larut dalam basa kuat dan H2SO4. Sifat kelarutan kitosan ini dipengaruhi
2
oleh bobot molekul dan derajat deasetilasi yang beragam bergantung pada sumber dan metode isolasi (Muzi 1990 dalam Jamaludin 1994). Kitosan tidak beracun dan mudah terbiodegradasi. Bobot molekul kitosan beragam, bergantung pada degradasi yang terjadi selama proses deasetilasi (Purwantiningsih 1992). Parameter mutu kitosan biasanya dilihat dari nilai derajat deasetilasi, kadar air, kadar abu, bobot molekul, dan viskositas. Kitosan niaga memiliki bobot molekul sekitar 1 × 105– 1.2 × 106 g/mol. Viskositas kitosan dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti derajat deasetilasi, bobot molekul, konsentrasi pelarut, dan suhu. Parameter mutu kitosan niaga dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1 Parameter mutu kitosan niaga* Parameter Ciri Ukuran partikel Serpihan sampai bubuk Kadar air ≤ 10% Kadar abu ≤ 2% Derajat ≥ 70% deasetilasi Warna larutan tidak berwarna Viskositas (cps): Rendah < 200 Medium 200–799 Tinggi 800–2000 Sangat tinggi >2000 * Sumber: Anonim (1987) dalam Jamaludin (1994)
Deasetilasi kitosan merupakan proses penghilangan gugus asetil pada kitin menjadi gugus amino bebas menggunakan basa kuat. Kondisi basa dimaksudkan untuk memutuskan ikatan antara amina dan gugus asetil yang terdapat pada kitin. Waktu deasetilasi yang panjang dengan suhu yang tinggi akan menurunkan rendemen, bobot molekul, viskositas, dan kemampuan mekanik lembaran kitosan (Bastaman 1989). Salah satu metode yang dapat digunakan untuk menentukan derajat deasetilasi kitosan ialah spektroskopi inframerah (IR). Gel Kitosan-Alginat Hidrokoloid adalah polimer berantai panjang yang larut atau terdispersi di dalam air dan dapat mengental dalam medium tersebut (Fardiaz 1989). Oleh karena itu, hidrokoloid dapat digunakan sebagai komponen pembentuk gel. Berdasarkan sumber asalnya, hidrokoloid dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu hidrokoloid alami, hidrokoloid alami termodifikasi, dan hidro-
koloid sintesis. Alginat merupakan salah satu contoh hidrokoloid alami. Alginat merupakan polimer rantai lurus yang terdiri atas residu-residu asam β-(1→4)D-manuronat (M) dan asam α-(1→4)-Lguluronat (G) yang membentuk blok homopolimer M atau G dan blok heteropolimer MG (Cardenas et al. 2003). Meskipun residu-residu tersebut merupakan epimer (residu asam D-manuronat secara enzimatik diubah menjadi L-guluronat setelah polimerisasi) dan hanya berbeda pada atom C5, keduanya memiliki konformasi yang sangat berbeda. Asam D-manuronat memiliki posisi tautan diekuatorial antarresidu, sedangkan asam L-guluronat memiliki posisi tautan diaksial antarresidu (Chaplin 2005). Alginat dapat dibuat dengan kisaran bobot molekul yang lebar (50–100.000 residu). Rumus struktur alginat ditunjukkkan pada Gambar 2.
Gambar 2 Struktur alginat (Chaplin 2005). Sifat utama alginat yang diperoleh dari strukturnya adalah kemampuannya untuk membentuk gel dengan adanya kation divalen (Cardenas et al. 2003). Gel didefinisikan sebagai jaringan polimerik yang dapat menampung sejumlah tertentu air di dalam strukturnya dan mengembang tanpa melarut di dalamnya (Wang et al. 2004). Gel yang terbentuk dari alginat stabil terhadap panas dan dapat dibentuk pada suhu ruang. Gel tersebut terjadi dengan adanya sedikit ion kalsium atau ion logam divalen atau trivalen lainnya, atau dapat juga terbentuk tanpa adanya ion-ion tersebut pada pH lebih kecil dari 3. Gel alginat dapat terbentuk pada suhu ruang sampai 100 oC dan gel ini tidak dapat mencair dengan pemanasan (McHugh 1987 dalam Rahayu 2000). Fungsi utama alginat adalah sebagai zat pengatur kestabilan termal pada proses pembentukan gel. Pembentukan gel alginat terjadi pada konsentrasi yang jauh lebih rendah daripada gelatin. Meskipun gel ini cepat terdegradasi, ia dapat dipanaskan tanpa meleleh. Laju pembentukan gel alginat bergantung pada ion yang terikat (Mg2+ << Ca2+ < Sr2+ < Ba2+) jika penambahan kation
3
divalen dikendalikan sehingga menghasilkan gel yang homogen (Chaplin 2005). Kelarutan dan kapasitas mengikat-air alginat bergantung pada pH (mengendap di bawah pH 3.50), bobot molekul, kekuatan ionik, panjang rantai (semakin panjang rantai akan menurunkan kelarutan), dan sifat alami ion-ion yang ada. Secara umum alginat menunjukkan adsorpsi air yang tinggi (Chaplin 2005). Alginat dapat digunakan untuk memperbaiki struktur dasar kitosan. Kitosan mudah terputus dalam asam mineral encer, maka perlu modifikasi kimia pada strukturnya, yaitu dengan membuat gel di antaranya dengan penambahan alginat. Interaksi kitosan dengan alginat menghasilkan pembentukan kompleks polielektrolit menurut persamaan reaksi berikut (Cardenas et al. 2003): ~COO-Na++Cl-+NH3~ ~COO-+NH3~+ NaCl Gel kitosan-alginat terjadi karena terbentuknya jaringan tiga dimensi antara molekul kitosan dan alginat yang terentang pada seluruh volume gel yang terbentuk dengan menangkap sejumlah air di dalamnya. Sifat jaringan serta interaksi molekul yang mengikat keseluruhan gel menentukan kekuatan, stabilitas, dan tekstur gel. Untuk memperkuat jaringan di dalam gel biasanya digunakan molekul lain sebagai pembentuk tautan silang. Kemampuan gel kitosan-alginat dalam mengadsorpsi ion logam disebabkan bentuk butiran gel mempunyai volume pori lebih besar dibandingkan dengan bentuk serpihan. Akan tetapi, daya adsorpsi butiran gel kitosanalginat dipengaruhi oleh kestabilan sifat gel yang dibentuk. Di bawah kondisi pengukuran yang dinamis, waktu pembentukan gel menurun dengan meningkatnya konsentrasi kitosan dalam campuran reaksi (Thatte 2004). Pengikatan ion logam oleh kitosan terjadi melalui mekanisme pertukaran ion, adsorpsi, dan pengkelatan, yang mekanismenya beragam pada setiap spesies ion logam. Sebagai contoh adalah pembentukan kelat kitosan dengan ion Cu(II) seperti pada Gambar 3.
Tautan Silang Kitosan Kitosan dicirikan oleh cepat terputusnya rantai struktur dalam kebanyakan asam mineral encer. Dengan demikian untuk menstabilkan kitosan secara kimia untuk keperluan pemulihan ion logam dalam larutan asam, diperlukan tautan silang. Adanya tautan silang akan menurunkan kapasitas adsorpsi dari kitosan karena terjadi pembentukan tautan kimia baru pada sisi adsorpsi (Schmuhl et al. 2001). Pembentuk tautan silang merupakan molekul yang memiliki bobot molekul (BM) lebih kecil daripada BM kedua senyawa yang akan diikat (Berger et al. 2004). Senyawa yang lazim digunakan untuk menghasilkan tautan silang pada kitosan adalah glutaraldehida. Glutaraldehida mempunyai rumus molekul C5H8O2 (Gambar 4) dengan bobot molekul sebesar 100.1 g/mol, titik didih sebesar 100 ºC, titik beku -15 ºC, pH 3.2–4.2, berupa larutan berwarna kuning, dan larut dalam air, alkohol, dan benzena. Glutaraldehida dapat berfungsi sebagai perantara tautan silang untuk PVA dan beberapa polisakarida lain seperti kitosan (Wang et al 2004). Hal ini disebabkan adanya aktivitas gugus aldehida yang tinggi dalam bentuk basa Schiff dengan gugus amina dari protein. O O H C (CH2)3 C H Gambar 4 Struktur glutaraldehida. Tautan silang glutaraldehida terjadi melalui reaksi pembentukan basa Schiff antara gugus aldehida-ujung pada glutaraldehida dengan gugus amino pada kitosan membentuk imina (Gambar 5).
kitosan
glutaraldehida tautan silang
o o
Gambar 3 Kelat kitosan dengan ion Cu(II) (Schmuhl et al. 2001).
Gambar 5 Struktur tautan silang kitosan dengan glutaraldehida.
4
Yang dan Zall (1984) dan Masri et al. (1978) menunjukkan bahwa sifat heterogen tautan silang kitosan dengan glutaraldehida akan menurunkan kapasitas adsorpsi, tetapi mempertahankan kelarutan kitosan. Koyama dan Taniguchi (1986) mencoba memperlakukan sifat homogen tautan silang kitosan dengan glutaraldehida dalam larutan asam asetat. Dihasilkan pengendapan produk dan ditemukan bahwa tautan silang meningkatkan kapasitas adsorpsi ion Cu(II). Tautan silang kovalen dalam gel kitosan dapat dibedakan menjadi 3 bagian, yaitu tautan silang antarkitosan, jaringan polimer hibrida atau hybrid polymer network (HPN), dan semi- atau full-interpenetrating network (IPN) (Gambar 6).
Gambar 6 Struktur hidrogel kitosan (a) tautan silang antarkitosan, (b) jaringan polimer hibrida, (c) jaringan semiIPN, (d) tautan silang ionik kitosan (Berger et al. 2004). Tautan silang antarkitosan merupakan tautan silang antara dua unit struktur pada rantai polimer kitosan yang sama. Pada HPN, tautan silang terjadi antara unit dari struktur rantai kitosan dan unit lain dari struktur polimer tambahan. Semi-IPN atau IPN-penuh terjadi jika ada penambahan polimer lain yang tidak bereaksi dengan larutan kitosan sebelum terbentuk tautan silang. Pada semi-IPN, polimer yang ditambahkan hanya melilit, sementara pada IPN-penuh, ada penambahan dua senyawa penaut silang yang terlibat pada jaringan (Berger et al. 2004).
Sifat Reologi Gel Reologi merupakan ilmu yang mempelajari sifat-sifat aliran suatu bahan dan perubahan bentuk suatu fluida (Billmeyer 1984). Sifat fisik dalam reologi meliputi kekentalan (viskositas), kelengketan, elastisitas, plastisitas, kelenturan, dan kekenyalan. Parameter pencirian umum suatu cairan atau larutan adalah viskositas, yaitu indeks hambatan alir suatu cairan. Viskositas dicari dengan cara mengukur laju aliran cairan yang melalui tabung berbentuk silinder (Bird 1993). Faktor-faktor yang memengaruhi viskositas adalah konsentrasi, suhu, dan keberadaan elektrolit dalam larutan. Sifat fisik utama dari suatu bahan yang dapat membentuk gel adalah kekuatan gel (gel strength). Kekuatan gel merupakan gaya yang diperlukan untuk menghancurkan susunan gel. Selain kekuatan gel, sifat fisik lainnya yang terdapat pada gel adalah pengerutan (shrinking), pembengkakan (swelling), titik pecah, dan ketegaran (rigidity). Pengerutan adalah peristiwa pelepasan medium terdispersi secara spontan pada gel yang disimpan sekalipun pada kelembapan yang tinggi dan suhu yang rendah. Penyebab terjadinya pengerutan adalah kontraksi gel akibat terbentuknya tautan-tautan baru antarpolimer dari struktur gel (Rahayu 2000). Gel dapat membengkak jika direndam dalam larutan bufer asetat pH 4. Pembengkakan gel terjadi karena masuknya cairan ke dalam struktur gel akibat adanya perbedaan aktivitas pelarut yang ada di dalam dan di luar gel. Pembengkakan merupakan kebalikan dari pengerutan. Kemampuan gel untuk menyimpan air di dalam strukturnya disebut pembengkakan. Menurut Wang et al. (2004), faktor-faktor lingkungan yang memengaruhi terjadinya pembengkakan gel adalah pH, suhu, kekuatan ionik, jenis garam yang digunakan pada saat pembuatan bufer, dan pelarut yang digunakan sebagai medianya. Dalam kondisi asam, gel mampu membengkak 5 kali lebih besar daripada dalam kondisi netral (Cardenas et al. 2003). Titik pecah menunjukkan dalamnya penetrasi pada saat gel pecah, sedangkan ketegaran menunjukkan besarnya beban yang diperlukan untuk memecah matriks gel atau tingkat kekakuan dari gel. Isoterm Adsorpsi Hubungan antara partikel yang terjerap (adsorbat) dengan penjerapnya (adsorben)
5
digambarkan dengan isoterm adsorpsi yang merupakan gambaran keadaan setimbang antara konsentrasi zat terlarut yang terjerap pada permukaan padatan dan jumlah penjerap pada suhu tetap (Muhammad et al. 1998). Ada dua jenis persamaan yang sering digunakan untuk menjelaskan proses adsorpsi pada permukaan padatan. Yang pertama adalah persamaan Langmuir yang berlaku untuk adsorpsi satu-lapisan (monolayer) pada permukaan padatan yang homogen. Persamaan Langmuir digambarkan sebagai berikut (Ho et al 2005): Q=
k1 k2 C 1 + k2 C
(1)
Persamaan Langmuir dapat diturunkan dengan memperkirakan kesetimbangan antarmolekul yang diadsorpsi dan molekul yang masih bebas. Persamaan Langmuir menjadi C 1 1 (2) Q = k1 k2 + k1 C dengan Q = jumlah adsorbat per unit adsorben = tetapan isoterm adsorpsi k1, k2 C = konsentrasi adsorbat dalam larutan Isoterm Langmuir biasanya digunakan untuk menggambarkan proses kimisorpsi dan jarang digunakan untuk sistem yang heterogen. Sistem yang menjalani isoterm Langmuir akan terus melakukan adsorpsi sampai tercapai lapisan tunggal. Persamaan yang kedua ialah persamaan Freundlich yang biasanya berlaku untuk proses adsorpsi dari cairan pada permukaan padatan. Isoterm ini paling umum digunakan karena dapat mencirikan kebanyakan proses adsorpsi dengan baik (Pope 2004). Persamaan untuk isoterm Freundlich adalah Q = kC1/n
(3)
Apabila persamaan tersebut diubah ke dalam bentuk logaritmik akan diperoleh log Q = log k + 1/n log C
(4)
Isoterm Freundlich menganggap bahwa pada sisi permukaan adsorben akan terjadi proses adsorpsi di bawah kondisi yang diberikan. Isoterm Freundlich tidak mampu memperkirakan adanya sisi-sisi permukaan yang mampu mencegah adsorpsi pada saat
kesetimbangan tercapai, dan hanya ada beberapa sisi aktif saja yang mampu mengadsorpsi molekul terlarut (Pope 2004).
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat Alat-alat yang digunakan antara lain termometer, viskometer Ostwald 3137R, neraca analitik, fourier transform infrared (FTIR) Bruker jenis Tentor 37, spektrofotometer Spectronic-20D+, oven, hot plate, cawan porselen, penganalisis tekstur (texture analyzer) Stevens LFRA, pengaduk magnetik, pH-meter, stopwatch, dan alat-alat kaca lainnya. Bahan-bahan yang digunakan adalah kitosan (hasil isolasi limbah kulit udang pancet dari Muara Angke Jakarta Utara, Lampiran 1), NaOH 3.50% dan 50% (b/v), HCl 1 N, air suling, asam asetat 1%, glutaraldehida, alginat, larutan bufer (asam asetat-natrium asetat) pH 4, larutan bufer (natrium fosfat) pH 7, etilenadiamina, larutan ion logam Cu(II), dan KBr 1%. Metode Penelitian Tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini adalah isolasi kitosan dan penciriannya, pembuatan gel kitosan-alginat dan pengukuran sifat reologinya, optimalisasi untuk mencari gel optimum, analisis gugus fungsi gel optimum dengan FTIR, serta studi adsorpsi logam Cu(II) oleh gel tersebut dan pembuatan isoterm adsorpsi dengan metode spektrofotometri. Bagan alir penelitian diberikan pada Lampiran 2. Pencirian Kitin dan Kitosan Analisis Kadar Air (AOAC 1999) Penentuan kadar air kitin atau kitosan dilakukan dengan metode gravimetri. Sebanyak kira-kira 1.0000 g contoh dimasukkan ke dalam cawan porselen yang telah diketahui bobotnya, kemudian cawan dan isinya dipanaskan dalam oven bersuhu 105 oC sampai bobotnya konstan. Setelah itu, dimasukkan ke dalam desikator dan ditimbang. Kadar air dihitung dengan cara: Kadar air = dengan
X – Y × 100% X
6
X = bobot contoh mula-mula (g) Y = bobot contoh kering (g) Analisis Kadar Abu (AOAC 1999) Penentuan kadar abu kitin atau kitosan dilakukan dengan metode gravimetri. Cawan porselen dibersihkan dan dimasukkan ke dalam tanur untuk menghilangkan sisa-sisa kotoran yang menempel dalam cawan, kemudian didinginkan dalam desikator dan ditimbang. Sebanyak kira-kira 0.5000 g kitin/kitosan dimasukkan ke dalam cawan tersebut dan dipanaskan sampai tidak berasap, kemudian dibakar dalam tanur pengabuan dengan suhu 600 oC sampai diperoleh abu berwarna putih. Setelah itu, cawan beserta isinya dimasukkan ke dalam desikator dan ditimbang. Kadar abu contoh dihitung dengan persamaan: Kadar abu =
Bobot abu (g) × 100% Bobot contoh (g)
Penentuan Derajat Deasetilasi (Khan et al. 2002) Untuk penentuan derajat deasetilasi digunakan FTIR. Kitin dan kitosan yang diperoleh dibuat pelet dengan KBr 1%, kemudian dilakukan pemayaran pada daerah frekuensi 4000 cm-1 sampai 400 cm-1. Derajat deasetilasi ditentukan dengan metode garisdasar (Gambar 7).
Po Transmitans (%)
⎡ A1655 1 ⎤ × ⎥ × 100% ⎣ A3450 1.33 ⎦
% DD = 1 – ⎢
Penentuan Bobot Molekul Kitosan (Tarbojevich dan Cosani 1996) Bobot molekul kitosan ditentukan dengan menggunakan metode viskometer Ostwald. Sekitar 0.10 g kitosan dilarutkan dalam 100 mL asam asetat 0.50 M, kemudian diambil sebanyak 5 mL dan dimasukkan ke dalam viskometer untuk ditentukan waktu alirnya. Pengukuran juga dilakukan untuk beberapa konsentrasi kitosan. Persamaan-persamaan yang digunakan ialah sebagai berikut: Viskositas relatif ηr = η/ηo ≅ t/to Viskositas spesifik ηsp =ηr -1 Viskositas intrinsik [η] = (ηsp/c)c=0 ηsp/c = [η] + k’[η]2 c, dengan k’ 0.3–0.7 [η] = KMa, dengan K = 3.5 × 10-4 dan a = 0.76 t = waktu alir zat M = bobot molekul zat = waktu alir pelarut t0 η = viskositas zat η0 = viskositas pelarut Pembuatan Gel Kitosan-Alginat
Po
P
P
Bilangan gelombang (cm-1)
Gambar 7 Metode garis-dasar untuk analisis derajat deasetilasi kitosan Nilai absorbans dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut: A = log
Kitin yang terdeasetilasi sempurna (100%) memiliki nilai A1655 = 1.33. Dengan membandingkan nilai absorbans pada bilangan gelombang 1655 cm-1 (serapan pita amida I) dengan absorbans pada bilangan gelombang 3450 cm-1 (serapan gugus hidroksil) (Domszy dan Roberts 1985 dalam Khan et al 2002), %DD dapat dihitung dengan persamaan:
P0 P
Po = % transmitans pada garis-dasar P = % transmitans pada puncak minimum A = absorbans
Gel kitosan-alginat dibuat dengan meragamkan konsentrasi alginat dan glutaraldehida. Konsentrasi alginat yang digunakan adalah 0.00, 0.75, dan 1.00% (b/v), sedangkan konsentrasi glutaraldehida 4.00, 5.00, dan 6.00% (v/v). Konsentrasi kitosan dibuat tetap, yaitu 2.50% (b/v). Sebanyak 2.50 g kitosan dilarutkan dalam 100 mL asam asetat 1.00% (v/v) kemudian 30 mL larutan kitosan tersebut ditambahkan 5.00 mL larutan alginat dengan ragam konsentrasi 0.00, 0.75, dan 1.00% (b/v). Campuran diaduk sampai homogen. Setelah homogen ditambahkan 1 mL glutaraldehida dengan ragam konsentrasi 4.00, 5.00, dan 6.00% (v/v). Larutan yang terbentuk kemudian didiamkan selama semalam. Gel kitosan-alginat yang terbentuk kemudian dianalisis dengan FTIR dan diukur
7
sifat reologinya yang meliputi kekuatan gel, titik pecah, ketegaran, pembengkakan, dan pengerutan dengan menggunakan penganalisis tekstur. Pengukuran Sifat Reologi Gel Kekuatan pecah gel ditentukan dengan menggunakan alat penganalisis tekstur. Contoh dalam cetakan diletakkan dalam tempat sampel, selanjutnya alat dioperasikan untuk melihat gaya maksimum yang diperlukan untuk memecahkan gel. Nilai kekuatan pecah dihitung dengan persamaan berikut (Angalett 1986):
Beban pecah (g)
B
A
Penetrasi pecah (mm)
C Kekuatan gel (g/cm2) = beban pecah (BC) x nilai kalibrasi luas bidang penekan beban penekan Nilai kalibrasi = jarak penekan ke gel Titik pecah (cm) = penetrasi pecah (AC) beban pecah (BC) Rigiditas (g/cm) = penetrasi pecah (AC)
Pembengkakan gel dilakukan dengan merendam sekitar 1.0000 g gel dalam 30 mL larutan bufer asetat pH 4 selama 24 jam pada suhu kamar. Selama proses pembengkakan, wadah ditutup untuk mencegah menguapnya larutan bufer. Setelah 24 jam, gel ditimbang kembali untuk mengetahui bobot air yang terserap (Wang et al. 2004). Pengerutan dilakukan dengan merendam sekitar 2.0000 g gel dalam 30 mL larutan bufer fosfat pH 7 selama 24 jam pada suhu 10 o C. Setelah itu, gel ditimbang kembali untuk mengetahui bobot air yang dikeluarkan oleh gel (Wang et al. 2004).
Rancangan Percobaan
Hasil penelitian diolah dengan menggunakan perangkat lunak Modde 5.0 untuk mengetahui kombinasi konsentrasi alginat dan glutaraldehida yang terbaik, serta melihat pengaruh dari perubahan konsentrasi alginat dan glutaraldehida terhadap nilai kekuatan pecah, titik pecah, ketegaran, pembengkakan, dan pengerutan gel kitosanalginat. Nilai konsentrasi alginat dan glutaraldehida yang terbaik digunakan untuk studi adsorpsi. Pembuatan Kurva Standar Ion Cu(II)
Kurva standar diukur pada panjang gelombang maksimum yang ditentukan terlebih dahulu dengan mengukur absorbans larutan ion Cu(II) 100 ppm pada panjang gelombang antara 400–600 nm. Larutan logam CuSO4.5H2O dibuat dengan konsentrasi 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, dan 1000 ppm. Sebanyak 7.00 mL dari setiap larutan dipipet ke dalam tabung reaksi kemudian ditambahkan 0.50 mL etilenadiamina sehingga larutan berwarna ungu. Larutan diukur pada panjang gelombang maksimum. Adsorpsi Logam Oleh Gel Kitosan-Alginat
Ion logam yang digunakan adalah Cu(II) yang berasal dari larutan CuSO4.5H2O. Adsorpsi dilakukan untuk konsentrasi logam 500 dan 1000 ppm pada pH 3 dan 6. Sebanyak kira-kira 1.0000 g gel kitosan-alginat dimasukkan ke dalam 50 ml larutan logam Cu(II) konsentrasi 500 ppm pada kondisi pH 3 dan 6 kemudian campuran diaduk dengan pengaduk magnetik selama 2, 4, 6, 8, 10, dan 12 menit. Setelah itu, larutan disaring dan sebanyak 7.00 mL filtrat dimasukkan ke dalam tabung reaksi, ditambahkan 0.50 mL etilenadiamina, dan diukur absorbansnya dengan spektrofotometer Spectronic-20D+ pada panjang gelombang maksimum. Prosedur yang sama dilakukan untuk konsentrasi ion logam Cu(II) 1000 ppm. Konsentrasi ion logam dihitung dengan menggunakan kurva standar. Selisih konsentrasi awal dan akhir dari larutan logam merupakan jumlah logam yang dapat diadsorpsi oleh gel. Selanjutnya kapasitas adsorpsi dapat dihitung dengan persamaan:
8
V ( C0 − C a ) m
Keterangan: Q = kapasitas adsorpsi per bobot gel (mg/g) V = volume larutan (L) = konsentrasi awal larutan (ppm) C0 Ca = konsentrasi akhir larutan (ppm) m = massa gel (g)
FTIR untuk penentuan derajat deasetilasi diberikan pada Lampiran 4. Bobot molekul kitosan beragam bergantung pada proses isolasinya. Dari percobaan diperoleh bobot molekul kitosan sebesar 4.30 × 105 g mol-1 (Data lengkap pada Lampiran 5). Jadi, kitosan yang diperoleh masih memenuhi syarat sebagai kitosan niaga karena bobot molekulnya di bawah 1 × 106 g mol-1.
Isoterm Adsorpsi
Optimalisasi dan Analisis Sifat Reologi Gel
Sebanyak kira-kira 1.0000 g gel kitosanalginat dimasukkan ke dalam 50 mL larutan ion Cu(II) dengan konsentrasi 100, 250, 350, 500, 650, dan 850 ppm pada kondisi pH 6, kemudian diaduk menggunakan pengaduk magnetik. Reaksi dihentikan pada menit ke-8. Setelah itu, larutan disaring dan sebanyak 7.00 mL filtrat dimasukkan ke dalam tabung reaksi, ditambahkan 0.50 mL etilenadiamina, dan diukur absorbansnya dengan spektrofotometer Spectronic-20D+ pada panjang gelombang maksimum. Kapasitas adsorpsi (Q) dan tetapan isoterm adsorpsi (k) dihitung dengan model isoterm adsorpsi Langmuir dan Freundlich.
Sifat reologi gel kitosan-alginat yang meliputi kekuatan gel, titik pecah, ketegaran, pembengkakan, dan pengerutan diamati untuk melihat pengaruh konsentrasi alginat (alg) dan glutaraldehida (glut) terhadap sifat reologi tersebut. Gambar 8 menunjukkan kurva 2 dimensi pengaruh alginat dan glutaraldehida terhadap nilai kekuatan pecah gel. (Data langkap disajikan pada Lampiran 3 dan kurva 3 dimensinya pada Lampiran 6). Semakin tinggi konsentrasi glutaraldehida yang ditambahkan, semakin besar kekuatan gel. Hal ini disebabkan fungsi glutaraldehida dalam pembuatan gel adalah sebagai pembentuk tautan silang. Semakin besar jumlah glutaraldehida, semakin banyak tautan silang yang dapat dibentuk dan menyebabkan gel semakin keras. Penguatan gel juga terjadi pada konsentrasi alginat yang semakin tinggi. Penambahan alginat dapat memperbaiki struktur tautan silang kitosan dalam gel sehingga tautan silang menjadi lebih kaku dan gel menjadi lebih kuat. Makin tinggi nilai kekuatan pecah gel, makin kaku dan makin kuat tautan yang terjadi antarpolimer yang membentuk jaringan gel tersebut (Rahayu 2000).
Q=
HASIL DAN PEMBAHASAN Pencirian Kitosan
Hasil penelitian menunjukkan nilai kadar air dan kadar abu kitosan seperti disajikan pada Tabel 2 (Data lengkap pada Lampiran 3). Tabel 2. Parameter kitin, kitosan, dan kitosan niaga Kitosan Parameter Kitin Kitosan niaga Kadar air 8.53% 5.89% ≤ 10% Kadar abu 0.44% 0.15% ≤ 2% Derajat 58.27% 73.61% ≥ 70% deasetilasi Dengan membandingkan parameter kitosan hasil penelitian dengan kitosan niaga (Tabel 2), kitosan yang diperoleh dapat dikategorikan sebagai kitosan niaga. Deasetilasi kitosan bertujuan mengubah gugus asetamido yang terdapat pada kitin menjadi gugus amino bebas pada kitosan. Nilai derajat deasetilasi (Tabel 2) menunjukkan bahwa kitin telah mengalami penghilangan gugus asetil selama proses deasetilasi sedangkan pada kitosan tidak seluruhnya terdeasetilasi. Spektrum
Gambar 8 Kurva 2 dimensi pengaruh alginat dan glutaraldehida terhadap nilai kekuatan pecah gel.
9
Gambar 9 menunjukkan kurva 2 dimensi pengaruh alginat dan glutaraldehida terhadap nilai titik pecah. (Data langkap disajikan pada Lampiran 3 dan kurva 3 dimensinya pada Lampiran 6). Dari Gambar 9 terlihat bahwa nilai titik pecah mengalami penurunan dengan bertambahnya konsentrasi glutaraldehida. Hal ini disebabkan glutaraldehida membentuk tautan silang dengan jumlah yang banyak sehingga gel menjadi rapuh dan gerakan segmen di dalamnya menjadi berkurang akibatnya titik pecah semakin kecil. Adanya penambahan alginat ke dalam struktur gel pada konsentrasi 0.75% sampai 1.00% akan menurunkan titik pecah gel kitosan-alginat. Hal ini disebabkan alginat memiliki sifat menyerap air sehingga sekalipun struktur tautan silang diperbaiki pada saat konsentrasi alginat yang tinggi titik pecah gel mengecil.
Gambar 9 Kurva 2 dimensi pengaruh alginat dan glutaraldehida terhadap titik pecah gel. Gambar 10 menunjukkan kurva 2 dimensi pengaruh alginat dan glutaraldehida terhadap nilai ketegaran gel. (Data langkap disajikan pada Lampiran 3 dan kurva 3 dimensinya pada Lampiran 6). Dari Gambar 10 dapat dilihat bahwa semakin tinggi konsentrasi alginat dan glutaraldehida, semakin besar nilai ketegaran gel kitosan-alginat. Seperti telah dijelaskan, penambahan glutaraldehida meningkatkan jumlah tautan silang dalam gel sehingga gel menjadi lebih kaku. Akibatnya, nilai ketegarannya meningkat. Demikian juga halnya dengan penambahan alginat yang dapat memperbaiki struktur tautan silang gel sehingga menjadi lebih kaku dan nilai ketegaran gel pun meningkat.
Gambar 10 Kurva 2 dimensi pengaruh alginat dan glutaraldehida terhadap nilai ketegaran gel. Gambar 11 menunjukkan kurva 2 dimensi pengaruh alginat dan glutaraldehida terhadap nilai pembengkakan gel. (Data langkap disajikan pada Lampiran 3 dan kurva 3 dimensinya pada Lampiran 6). Dari Gambar 11 terlihat bahwa semakin banyak glutaraldehida yang ditambahkan, pembengkakan gel semakin kecil. Hal ini disebabkan struktur gel semakin rapat sehingga semakin sulit air berpenetrasi ke dalam struktur gel seiring bertambahnya tautan silang oleh glutaraldehida. Berger et al. (2004) menyebutkan bahwa penambahan senyawa pembentuk tautan silang menurunkan nisbah pembengkakan pada gel kitosan. Penambahan alginat akan menurunkan nilai pembengkakan gel karena alginat dapat bereaksi dengan kitosan dan membuat struktur gel menjadi semakin rapat sehingga air sulit masuk.
Gambar 11 Kurva 2 dimensi pengaruh alginat dan glutaraldehida terhadap nilai pembengkakan gel.
10
Gambar 12 menunjukkan kurva 2 dimensi pengaruh alginat dan glutaraldehida terhadap nilai pengerutan gel. (Data langkap disajikan pada Lampiran 3 dan kurva 3 dimensinya pada Lampiran 6). Dari Gambar 12 dapat dilihat bahwa semakin tinggi konsentrasi alginat dan glutaraldehida yang digunakan, semakin besar nilai pengerutan gel. Pengerutan yang ini meningkat disebabkan oleh reaksi antara glutaraldehida dan kitosan merupakan reaksi kondensasi yang mengeluarkan air. Selain itu, penggunaan bufer fosfat dalam proses pengerutan juga besar pengaruhnya, yaitu dapat menarik keluar air dari dalam gel karena ukuran molekulnya yang besar. Peningkatan nilai pengerutan juga disebabkan oleh terbentuknya tautan hidrogen antara gugus amino kitosan yang tidak bertautan silang dengan glutaraldehida sehingga struktur gel menjadi lebih rapat dan memeras air keluar.
samaan pada Tabel 3, yang memberikan pengaruh nyata terhadap kekuatan gel adalah konsentrasi glutaraldehida (Lampiran 7). Tabel 3 Persamaan alginat, glutaraldehida, dan interaksinya terhadap respons Respon Persamaan Kekuatan gel 983.052 + 84.0158 alg + 105.321 glut – 48.8751 alg*alg Titik pecah 0.986753 – 0.014561 alg 0.054043 glut – 0.0314747 alg*alg Ketegaran 4.98687 + 0.414784 alg + 0.60503 glut – 0.146354 alg*alg Pembengkakan 3.7099 – 0.238856 alg – 0.265837 glut + 0.176441 alg*alg Pengerutan 1.53869 + 0.0463741 alg + 0.0294892 glut -0.0589481 alg*alg Keterangan: glut = glutaraldehida alg = alginat alg*alg = interaksi antara alginat dan alginat Analisis Gugus Fungsi
Gambar 12 Kurva 2 dimensi pengaruh alginat dan glutaraldehida terhadap nilai pengerutan gel. Hasil analisis keragaman atau ANOVA (Lampiran 7) menghasilkan persamaan glutaraldehida, alginat, dan interaksi keduanya terhadap respons yang diukur, yaitu kekuatan gel, titik pecah, ketegaran, pembengkakan, dan pengerutan gel. Menurut Lindblad (2003), gel yang baik adalah gel yang elastis, lembut, dan mudah membengkak dalam air. Nilai optimum gel kitosan-alginat yang diperoleh menggunakan perangkat lunak Modde 5.0 adalah pada konsentrasi glutaraldehida 4.00 % dan konsentrasi alginat 0.83% yang memenuhi syarat gel untuk aplikasi sebagai penjerap logam, yaitu nilai pembengkakan yang maksimum. Persamaan alginat dan glutaraldehida terhadap nilai kelima parameter tersebut disajikan pada Tabel 3. Berdasarkan per-
Analisis FTIR dimaksudkan untuk melihat perubahan gugus fungsi dari kitosan, gel kitosan-glutaraldehida, dan gel kitosanglutaraldehida-alginat. Pada Gambar 13, dapat dilihat adanya perubahan intensitas transmitans di satu daerah yang sama. Perubahan transmitans ini menunjukkan adanya interaksi antara kitosan, glutaraldehida, dan alginat. Reaksi tautan silang antara kitosan dan glutaraldehida melibatkan gugus amino primer pada kitosan dan gugus aldehida pada glutaraldehida. Reaksi tersebut merupakan reaksi kondensasi yang melepaskan air menghasilkan imina (C=N) (Gambar 5). Adanya gugus imina sebagai hasil reaksi menyebabkan munculnya puncak serapan baru pada bilangan gelombang 1563 cm-1 pada spektrum kedua gel itu.
11
(a)
C=N
(c)
(b)
Gambar 13 Spektrum FTIR (a) kitosan, (b) gel kitosan-glutaraldehida, dan (c) gel kitosanglutaraldehida-alginat. 0,30
Validasi Gel
y = 0.0003x + 0.0115 r2 = 0.9982
Tabel 4 Hasil validasi gel optimum Respons Modde 5.0 Validasi Kekuatan pecah 891.3160 881.4385 Titik pecah 1.0247 1.0267 Ketegaran 4.5973 8.5179 Pembengkakan 4.0691 4.5313 Pengerutan 1.4561 1.6280
Pembuatan Kurva Standar
Kurva standar ion Cu(II) diukur pada panjang gelombang 550 nm (Lampiran 8). Kurva standar untuk larutan Cu(II) memiliki linearitas yang tinggi yang ditunjukkan dengan nilai r2 yang hampir mendekati 1 (Gambar 14). Dari grafik diperoleh persamaan garis y = 0.0003x + 0.0115 dengan r2 = 99.82%.
Absorbans
0,25
Konsentrasi alginat 0.83% dan glutaraldehida 4.00% hasil optimalisasi dari perangkat lunak Modde 5.0 kemudian diperiksa dengan melakukan validasi terhadap hasil yang diperoleh. Hasil validasi gel dapat dilihat pada Tabel 4. Dari hasil validasi dapat dilihat bahwa nilai seluruh respons sesuai dengan nilai Modde 5.0 kecuali untuk nilai ketegaran gel.
0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0
200
400
600
800
1000
1200
Konsentrasi Cu (ppm)
Gambar 14 Hubungan antara absorbans dan konsentrasi CuSO4.5H2O Adsorpsi Logam Oleh Gel Kitosan-Alginat
Adsorpsi ion Cu(II) oleh gel kitosanalginat dilakukan pada kondisi pH 3 dan 6 (Data lengkap pada Lampiran 9 dan 10). Pemilihan nilai pH ini didasarkan pada kisaran nilai pH air limbah yang umum terdapat di perairan. Selain itu, untuk mencegah terbentuknya hidroksida logam yang mungkin terjadi pada pH tinggi. Nilai pH yang terlalu rendah juga dihindari untuk mencegah terjadinya persaingan antara proton dan ion logam. Konsentrasi logam yang digunakan untuk adsorpsi adalah 500 ppm dan 1000 ppm. Gambar 15 menunjukkan kapasitas adsorpsi maksimum (Q) gel kitosan-alginat terhadap ion Cu(II) pada pH 3 dan 6.
5,0000 4,5000 4,0000 3,5000 3,0000 2,5000 2,0000 1,5000 1,0000 0,5000 0,0000
Cu/1000 Cu/500
Q (mg/g)
Q (mg/g)
12
0
2
4
6
8
10
12
5,0000 4,5000 4,0000 3,5000 3,0000 2,5000 2,0000 1,5000 1,0000 0,5000 0,0000
14
Cu/1000 Cu/500
0
2
4
w aktu (menit)
6
8
10
12
14
w aktu (menit)
(a) (b) Gambar 15 Hubungan antara waktu dan kapasitas adsorpsi maksimum pada (a) pH 3 dan (b) pH 6 Gambar 15 memperlihatkan bahwa kapasitas adsorpsi gel kitosan-alginat dipengaruhi oleh konsentrasi logam yang digunakan dengan pola yang relatif sama pada konsentrasi 500 ppm. Diperoleh bahwa kapasitas adsorpsi pada konsentrasi 1000 ppm lebih besar daripada 500 ppm. Dari Gambar 15, juga dapat disimpulkan bahwa jumlah ion Cu(II) yang teradsorpsi pada kondisi pH 3 lebih kecil daripada kondisi pH 6. Penyebabnya, pada kondisi asam (pH 3) jumlah ion H+ lebih besar sehingga persaingan antara ion H+ dan ion Cu(II) untuk berikatan dengan gugus amino kitosan menjadi lebih besar. Apalagi, ukuran ion H+ lebih kecil daripada ion Cu(II) sehingga lebih mudah berikatan dengan gugus amino kitosan.
Dari Gambar 16 dapat dilihat bahwa nilai kapasitas adsorpsi semakin bertambah dengan bertambahnya konsentrasi ion Cu(II). Hal ini disebabkan oleh konsentrasi yang tinggi meningkatkan jumlah ion Cu(II) dalam larutan sehingga ion Cu(II) yang teradsorpsi juga semakin besar. Penggunaan isoterm Langmuir, yaitu plot kapasitas adsorpsi terhadap konsentrasi menghasilkan nilai k1 dan k2 dari persamaan (2) berturut-turut sebesar 6.42 × 10-3 ± 8.87 × 10-4 dan 1.18 × 10-3 ± 3.88 × 10-4, dengan nilai linearitas 97.57%. Tetapan k1 dapat digunakan untuk menentukan jumlah yang teradsorpsi yang berhubungan dengan entalpi adsorpsi sedangkan tetapan k2 dapat menggambarkan mutu adsorpsi yang berhubungan dengan kekuatan adsorben dalam mengikat adsorbat.
Isoterm Adsorpsi 2.5 2.0 Q (mg/g)
Pembuatan isoterm adsorpsi dilakukan pada pH 6 karena ion Cu(II) lebih banyak teradsorpsi pada kondisi pH tersebut. Gambar 16 dan 17 menunjukkan model isoterm adsorpsi ion Cu(II) pada pH 6.
1.5 1.0
2.5
0.5
2.0 Q (mg/g)
0 1.5
112.5
225.0
337.5
450.0
562.5
675.0
787.5
Konsentrasi (ppm)
Gambar 17 Isoterm adsorpsi Freundlich ion Cu(II)
1.0 0.5
0
112.5
225.0
337.5
450.0
562.5
675.0
787.5
Konsentrasi (ppm)
Gambar 16 Isoterm adsorpsi Langmuir ion Cu(II)
Dengan menggunakan isoterm Freundlich (Gambar 17), juga dapat dilihat bahwa semakin besar konsentrasi ion Cu(II), jumlah yang diadsorpsi akan semakin banyak. Nilai k dan 1/n yang diperoleh [Persamaan (4)] berturut-turut adalah 2.94 × 10-2 ± 1.61 × 10-2 dan 1.48 ± 0.19, dengan nilai linearitas 96.18%. Tetapan k pada persamaan isoterm
13
Freundlich digunakan untuk menentukan kapasitas adsorpsi sedangkan tetapan 1/n merupakan energi yang dikeluarkan oleh permukaan gel kitosan-alginat saat mengadsorpsi logam. Berdasarkan data linearitas kedua kurva (Gambar 16 dan 17), dapat disimpulkan bahwa adsorpsi gel kitosan-alginat terhadap ion Cu(II) dapat terjadi melalui pola isoterm Langmuir maupun Freundlich.
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan
Sintesis gel kitosan-alginat dengan konsentrasi kitosan 2.50% memberikan nilai konsentrasi alginat dan glutaraldehida optimum berturut-turut sebesar 0.83% dan 4.00%. Gel optimum memberikan kekuatan, titik pecah, ketegaran, pembengkakan, dan pengerutan gel berturut-turut 881.4385 g cm-2, 1.0267 cm, 8.5179 g cm-1, 4.5313 g, dan 1.6280 g. Kondisi optimum diarahkan untuk aplikasi gel sebagai penjerap logam. Kapasitas adsorpsi ion Cu(II) lebih besar pada kondisi larutan logam pH 6 dan konsentrasi logam 1000 ppm dibandingkan dengan kondisi pH 3 dan konsentrasi logam 500 ppm. Isoterm adsorpsi Langmuir dan Freundlich dapat digunakan untuk adsorpsi ion Cu(II) oleh gel kitosan-alginat. Saran
Perlu meragamkan konsentrasi kitosan yang digunakan sehingga dapat dilihat interaksi antara kitosan dengan alginat dalam penentuan nilai konsentrasi optimum. Selain itu, perlu dilakukan adsorpsi terhadap ion logam yang berbeda valensi sehingga dapat diketahui kemampuan menjerap dari gel kitosan-alginat.
International. 5th Revision. Volume 2. Maryland: AOAC International.
Angalett SA. 1986. Evaluation of the VolandStevens LFRA texture analyzer for measuring the strength of pectin sugar jellies. J Texture Studies 17:87-96. Bastaman S. 1989. Studies on degradation and extraction of chitin and chitosan from prawn shell (Nephrops norvegious) [tesis]. Belfast: The Department of Chemical Engineering, The Faculty of Engineering, The Queen’s University of Belfast. Berger J et al. 2004. Structure and interactions in covalently and ionically crosslinked chitosan hydrogels for biomedical applications. Eur J of Pharmaceutics and Biopharmaceutics 57: 19-34. Billmeyer. 1984. Textbook of Polymer Science. Ed ke-3. New York: A WilleyInterscience Publications. Bird T. 1993. Kmia Fisika Untuk Universitas. Jakarta: Gramedia Pustaka Utama. Cardenas A, Monal WA, Goycoolea FM, Ciapara IH, Peniche C. 2003. Diffusion through membranes of the polyelectrolyte complex of chitosan and alginate. Macromol Biosci 3:535539. Chaplin M. 2005. Alginate. London: South Bank University. http://chem.skku.ac. kr/~wkpark/tutor/mirror/www.martin.c haplin.btinternet.co.uk/hygua.html. [1 Desember 2005] Fardiaz D. 1989. Hidrokoloid. Bogor: Pusat Antar Universitas Pangan dan Gizi, Institut Pertanian Bogor.
DAFTAR PUSTAKA
Guibal E, Milot C, Roussy J. 1997. Chitosan gel beads for metal ion recovery. European Chitin Society. France.
Aisyah IN. 2005. Pembengkakan hidrogel kitosan-polivinil alkohol [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Ho YS et al. 2005. Regression analysis for the sorption isoterm of basic dyes on sugarcane dust. Taipei. Bioresource Technology 96: 1285-1291.
AOAC, Cunnif P, editor. 1999. Official Methods of Analysis of AOAC
Jamaludin MA. 1994. Isolasi dan pencirian kitosan limbah udang windu (Penaeus monodon fabricus) dan afinitasnya
14
terhadap ion logam Pb2+, Cr6+, dan Ni2+ [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Khan TA, Peh KK, Ch’ng HS. 2002. Reporting degree of deacetylation values of chitosan: the influence of J Pharm analytical methods. Pharmaceut Sci 5:205-212. Kustiani R. 2005. 25 Juni 2005. 11 Eksportir Udang Diperiksa Amerika. Koran Tempo: A22 (1-4). Lindblad MS. 2003. Strategies for building polymers from renewable source: using prepolymers from steam treatment of wood and monomers from fermentation of agricultural products [Tesis]. Swedia: KTH Fibre and Polymer Technology, Royal Institute of Technology Stockholm. Muhammad N, Parr J, Smith MD, Wheatley AD. 1998. Adsorption of heavy metal in slow sand filters. Proceedings of the 24th WEDC International Conference on Water Supply and Sanitation. Durban, South Africa. 346-349. Muzzarelli RAA, Peter MG, editor. 1997. Chitin Handbook. Grotammare: European Chitin Society. Nurdiani D. 2005. Adsorpsi logam Cu(II) dan Cr(VI) pada kitosan bentuk serpihan dan butiran [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Pope JP. 2004. Activated carbon and some application for the remediation of soil and groundwater pollution. http//www.cee.vt.edu/program_areas/e nvironmental/teach/gwprimer/group23. webpage.html. [8 Juni 2004]. Purwantiningsih. 1992. Isolasi kitin dan komposisi senyawa kimia limbah udang windu (Panaeus monodon) [tesis]. Bandung: Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. Rahayu Sri. 2000. Mempelajari pengaruh pH, penambahan CaCl2, dan alginat terhadap karakteristik gel cincau hijau (Cyclea barbata L. Miers) [skripsi].
Bogor: Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. Schmuhl R et al. 2001. Adsorption of Cu(II) and Cr(VI) ions by chitosan: kinetics and equilibrium studies. Studies Water SA 27 (1). Tarbojevich M, Cosani A. 1996. Molecular weight determination of chitin and chitosan. Di dalam Muzarelli RAA & Peter MG (Editor) 1997. Chitin Handbook. Grotammare: European Chitin Society 85-108. Thatte MR. 2004. Synthesis and antibacterial assessment of water-soluble hydrophobic chitosan derivatives bearing quaternary ammonium functionality [disertasi]. India: The Louisiana State University. Wang T, Turhan M, Gunasekaram S. 2004. Selected properties of pH-sensitive, biodegradable chitosan-poly(vinyl alcohol) hydrogel. Society of Chemical Industry. Polym Int 53: 911-918.
11
LAMPIRAN
16
Lampiran 1 Diagram alir sintesis kitin dan kitosan
Kulit udang
Deproteinasi
NaOH 3.5% (b/v) dengan nisbah 1:20 (b/v), T = 65 oC, 2 jam.
Penyaringan, pencucian, dan pengeringan
Demineralisasi
HCl 1 N dengan nisbah 1:20 (b/v), suhu kamar, 2 jam.
Penyaringan, pencucian, dan pengeringan
Kitin
Deasetilasi
Penyaringan, pencucian, dan pengeringan
Kitosan
NaOH 50% (b/v) dengan nisbah 1:20 (b/v), T = 100 oC, 4 jam
17
Lampiran 2 Diagram alir penelitian
Isolasi dan pencirian Kitosan
Ukur: kadar air, kadar abu, derajat deasetilasi, dan bobot molekulnya
Pembuatan Gel
Penganalisis tekstur
Pembengkakan
Optimalisasi
Gel Optimum
FTIR
Studi adsorpsi logam Cu(II)
Pembuatan isoterm adsorpsi
Pengerutan
18
Lampiran 3 Data hasil pengukuran kadar air dan abu kitin dan kitosan, serta reologi gel kitosanalginat Kadar air dan abu kitin dan kitosan Ulangan keSampel Kadar air (%) 1 kitin 9.3747 2 kitin 8.1772 8.0511 3 kitin Rata-rata 8.5343 1 kitosan 4.2599 4.6189 2 kitosan 8.7882 3 kitosan Rata-rata 5.8890
Kadar abu (%) 0.4160 0.5349 0.3756 0.4422 0.1396 0.2177 0.0999 0.1524
Data tinggi dan lebar kurva (cm) hasil pengukuran dengan penganalisis tekstur [Glutaraldehida] Ulangan [Alginat] 4% 5% 6% keT L T L T 0.00% 1 2.438 1.213 3.775 1.395 4.175 2 2.063 1.083 4.813 0.740 4.974 3 3.083 0.830 5.053 0.733 4.555 1 0.75% 6.185 1.154 2.967 0.905 4.308 2 4.642 1.153 4.083 0.995 3.912 3 4.167 1.121 6.515 0.922 6.055 1 1.00% 4.770 1.142 4.858 0.872 4.642 2 3.312 1.035 4.895 0.877 5.523 3 5.678 0.898 6.555 0.938 7.510 Keterangan: T = Tinggi kurva (cm) L = Lebar kurva (cm)
Ulangan ke1 2 3 1 2 3 1 2 3
Ulangan ke1 2 3 1 2 3 1 2 3
Data nilai kekuatan pecah (g/cm2) gel kitosan-alginat [Glutaraldehida] [alginat] 4% 5% 0.00% 486.941 739.490 412.027 942.727 615.792 989.741 0.75% 1235.580 592.652 927.434 886.481 832.376 1301.504 1.00% 952.905 970.385 661.573 977.876 1134.196 1309.495 Data nilai titik pecah (cm) gel kitosan-alginat [Glutaraldehida] [alginat] 4% 5% 0.00% 1.213 0.698 1.083 0.740 0.830 0.733 0.75% 1.154 0.905 1.153 0.995 1.121 0.922 1.00% 1.142 0.872 1.035 0.877 0.898 0.938
L 1.023 0.865 1.000 0.839 0.868 0.936 0.935 0.808 0.858
6% 834.042 994.357 909.954 860.511 781.602 1209.610 927.434 1103.232 1681.734
6% 1.023 0.865 1.000 0.839 0.868 0.936 0.935 0.808 0.858
19
Ulangan ke1 2 3 1 2 3 1 2 3
Data nilai ketegaran (g/cm) gel kitosan-alginat [Glutaraldehida] [alginat] 4% 5% 0.00% 2.010 5.469 1.906 6.493 3.788 6.913 0.75% 5.360 3.284 4.026 4.095 3.725 7.070 1.00% 4.175 5.568 3.200 5.588 6.324 6.977
6% 4.086 5.750 4.546 6.054 3.002 4.306 4.966 6.836 10.053
Data nilai pembengkakan gel kitosan-alginat [Glutaraldehida] Ulangan [alginat] 4% 5% kea b c a b c 1 0.00% 1.0633 4.1357 3.0724 0.9460 3.8816 2.9356 2 0.9824 4.2152 3.2328 1.1460 5.1900 4.0440 3 1.1478 4.9845 3.8367 0.9066 3.3568 2.4502 1 0.75% 1.3539 6.1206 4.7667 1.2385 4.7335 3.4950 2 1.8419 7.4919 5.6500 1.0949 3.7478 2.6529 3 1.8301 6.9387 5.1086 1.2389 4.1782 2.9393 1 1.00% 1.0951 4.7048 3.6097 1.4273 4.5717 3.1444 2 1.5397 7.9143 6.3746 1.5345 4.9466 3.4121 3 1.7977 7.3074 5.5097 1.4896 4.7835 3.2939 Keterangan: a = bobot gel awal (g) b = bobot gel setelah direndam dalam bufer (g) c = selisih b-a
a 1.2088 1.4436 1.1150 1.4544 1.4521 1.0277 1.3262 1.3298 1.5798
6% b 7.9848 5.9973 4.9019 4.0757 4.4463 3.2471 4.4827 3.5818 4.0500
c 6.7760 4.5537 3.7869 2.6213 2.9942 2.2194 3.1565 2.2520 2.4702
Data nilai pengerutan gel kitosan-alginat [Glutaraldehida] Ulangan [alginat] 4% 5% kea b c a b c 1 0.00% 1.7976 0.5660 1.2316 1.9002 0.6880 1.2122 2 2.2715 0.7398 1.5317 2.2366 0.7448 1.4918 3 1.9403 0.7639 1.1764 1.8903 0.7030 1.1873 1 0.75% 2.5650 0.7501 1.8149 2.4041 0.7195 1.6846 2 2.7333 0.7579 1.9754 2.1144 0.6050 1.5094 3 2.0403 0.5899 1.4504 2.0744 0.5186 1.5558 1 1.00% 2.3036 0.6996 1.6040 2.0152 0.9365 1.0787 2 2.0930 0.6360 1.4570 2.0495 0.8842 1.1653 3 1.9385 0.7256 1.2129 2.2110 1.0044 1.2066 Keterangan: a = bobot gel awal (g) b = bobot gel setelah direndam dalam bufer (g) c = selisih b-a
a 2.2304 1.7738 1.8608 2.5693 2.3792 2.1073 1.8648 2.6101 2.6004
6% b 0.4901 0.6569 0.5457 0.9411 0.6419 0.8235 0.7257 0.7008 0.4921
c 1.7403 1.1169 1.3151 1.6282 1.7373 1.2838 1.1391 1.9093 2.1083
20
Lampiran 4 Spektrum FTIR dan derajat deasetilasi kitin dan kitosan
Po Po
P
P
Spektrum FTIR kitin Derajat deasetilasi kitin dihitung dengan persamaan: A = log
P0 P
dimana: P0 = % transmitans pada garis-dasar P = % transmitans pada puncak minimum A = absorbans
⎡ A1655 1 ⎤ x ⎥ x 100% ⎣ A3450 1.33 ⎦
% DD = 1 – ⎢
dimana: A1655 = absorbans pada bilangan gelombang 1655 cm -1 (serapan pita amida) A3450 = absorbans pada bilangan gelombang 3450 cm -1 (serapan gugus hidroksil)
85.64 = 1.7452 1.54 62.05 A3450 = log = 0.9686 6.67 ⎡ 0.9686 1 ⎤ x × 100 % = 58.27% % DD = 1 – ⎢ ⎣ 1.7452 1.33 ⎥⎦ A1655 = log
21
Po
Po
P
P
Spektrum FTIR kitosan Derajat deasetilasi kitosan juga dihitung dengan persamaan yang sama
83.0 = 0.5299 24.5 97.0 A3450 = log = 1.5096 3.0 ⎡ 0.5299 1 ⎤ x × 100 % = 73.61% % DD = 1 – ⎢ ⎣ 1.5096 1.33 ⎥⎦ A1655 = log
22
Lampiran 5 Penentuan bobot molekul kitosan Waktu alir larutan kitosan Konsentrasi Waktu alir (detik) Rata-rata 0.00 61 61.67 62 62 0.02 68 68.67 69 69 0.04 82 82.67 83 83 0.06 86 86.67 87 87 0.08 93 93.67 94 94 Bobot molekul kitosan dihitung dengan menggunakan persamaan Mark-Houwink: = η/ηo ≅ t/to Viskositas relatif ηr Viskositas spesifik ηsp =ηr -1 Viskositas intrinsik [η] = (ηsp/c)c=0 ηsp/c = [η] + k’[η]2c, dengan k’ 0.3–0.7 [η] = KMa, dengan K = 3.5 x 10-4 dan a = 0.76 t = waktu alir zat t0 = waktu alir pelarut η = viskositas zat η0 = viskositas pelarut M = bobot molekul zat c = konsentrasi larutan Dengan menggunakan mode regresi linear diperoleh persamaan ηsp/c = [η] + k’[η]2 c sama dengan y = 6.68875 + 3.3625x Jadi [η] = 6.68875 [η] = KMa, maka 6.68875 = 3.5 × 10-4 × M0.76 sehingga diperoleh M = 429792.77 g mol-1 ≈ 4.30 × 105 g mol-1
23
Lampiran 6 Grafik tiga dimensi hubungan glutaraldehida dengan alginat terhadap sifat reologi gel
Hubungan antara glutaraldehida dan alginat dalam gel terhadap kekuatan gel
Hubungan antara glutaraldehida dan alginat dalam gel terhadap titik pecah gel
24
Hubungan antara glutaraldehida dan alginat dalam gel terhadap ketegaran gel
Hubungan antara glutaraldehida dan alginat dalam gel terhadap pembengkakan gel
25
Hubungan antara glutaraldehida dan alginat dalam gel terhadap pengerutan gel
26
Lampiran 7 Data hasil uji ANOVA dan koefisien kuadratik Source Total Constant Total Corrected Regression Residual N = 27 DF = 23
Source Total Constant Total Corrected Regression Residual N = 27 DF = 23
Source Total Constant Total Corrected Regression Residual N = 27 DF = 23
Source Total Constant Total Corrected Regression Residual N = 27 DF = 23
Uji ANOVA untuk kekuatan pecah gel kitosan-alginat DF SS MS F (variance) 27 2,5589e+007 947742 1 2,36539e+007 2,36539e+007 26 3 23 Q2 = R2 = R2 Adj. =
1,93512e+006 612470 1,32265e+006
74427,6 204157 57506,4
3,55015
0.143 0.317 0.227
Cond. no. = Y-miss = RSD =
5,0866 0 239,8050
Uji ANOVA untuk titik pecah gel kitosan-alginat DF SS MS F (variance) 27 25,2679 0,935849 1 24,6992 24,6992 26 3 23 Q2 = R2 = R2 Adj. =
0,568699 0,0815052 0,487194 0.000 0.143 0.032
0,021873 0,0271684 0,0211823 Cond. no. = Y-miss = RSD =
1,2826
Q2 = R2 = R2 Adj. =
97,9009 15,8945 82,0065 0.000 0,162 0.053
3,76542 5,29816 3,5655
1,48595
Cond. no. = Y-miss = RSD =
5,0866 0 1,8883
Uji ANOVA untuk pembengkakan gel kitosan-alginat DF SS MS F (variance) 27 472,845 17,5128 1 406,428 406,428 26 3 23 Q2 = R2 = R2 Adj. =
66,4174 4,84596 61,5714 0.000 0,073 -0,048
SD
0,030
272,814 451,837 239,805
P
SD
0,304
0,147895 0,164828 0,145542
P
SD
0,245
1,94047 2,30177 1,88825
P
SD
0,619
1,59828 1,27095 1,63616
5,0866 0 0,1455
Uji ANOVA untuk ketegaran gel kitosan-alginat DF SS MS F (variance) 27 731,945 27,1091 1 634,044 634,044 26 3 23
P
2,55451 1,61532 2,67702
0,603403
Cond. no. = Y-miss = RSD =
5,0866 0 1.6362
27
Uji ANOVA untuk pengerutan gel kitosan-kitosan DF SS MS F (variance) 27 61,3705 2,27298 1 59,2951 59,2951
Source Total Constant Total Corrected Regression Residual
26 3 23
N = 27 DF = 23
Source Constant Alg Glut alg*alg
2,07541 0,195679 1,87973
Q2 = R2 = R2 Adj. =
0.070 0.094 -0,024
0,0798234 0,0652264 0,0817274 Cond. no. = Y-miss = RSD =
0,798097
P
SD
0,508
0,28253 0,255395 0,28588
5,0866 0 0.2859
Uji koefisien kuadratik untuk kekuatan pecah gel kitosan-alginat Coeff. SC. Std. Err. P Conf. int (± ) 983,052 108,435 4,70313e-009 224,312 84,0158 70,7056 0,246861 146,264 105,321 47,0296 0,0350886 97,2871 -48,8751 101,898 0,636006 210,789
N = 27 DF = 23
Source Constant Alg Glut alg*alg N = 27 DF = 23
Source Constant Alg Glut alg*alg N = 27 DF = 23
Q2 = R2 = R2 Adj. =
0.143 0.317 0.227
Cond. no. = Y-miss = RSD = Conf. lev. =
Uji koefisien kuadratik untuk titik pecah gel kitosan-alginat Coeff. SC. Std. Err. P 0,986753 0,0658108 2,30767e-013 -0,014561 0,0429123 0,737448 -0,054043 0,028543 0,0709546 -0,0314747 0,0618433 0,615641 Q2 = R2 = R2 Adj. =
0,000 0,143 0,032
Cond. no. = Y-miss = RSD = Conf. lev. =
Uji koefisien kuadratik untuk ketegaran gel kitosan-alginat Coeff. SC. Std. Err. P 4,98687 0,853828 5,95184e-006 0,414784 0,556744 0,463807 0,60503 0,370317 0,115913 -0,146354 0,802353 0,856862 Q2 = R2 = R2 Adj. =
0,000 0,162 0,053
Cond. no. = Y-miss = RSD = Conf. lev. =
5,0866 0 239,8050 0,95
Conf. int (± ) 0,136138 0,0887699 0,0590451 0,127931 5,0866 0 0,1455 0,95
Conf. int (± ) 1,76626 1,1517 0,76605 1,65978 5,0866 0 1,8883 0,95
28
Source Constant Alg Glut alg*alg
Uji koefisien kuadratik untuk pembengkakan gel kitosan-alginat Coeff. SC. Std. Err. P Conf. int (± ) 3,7099 0,739837 4,49988e-005 1,53045 -0,238856 0,482415 0,625208 0,99794 -0,265837 0,320877 0,415919 0,663778 0,176441 0,695234 0,801917 1,43819
N = 27 DF = 23
Source Constant Alg Glut alg*alg N = 27 DF = 23
Q2 = R2 = R2 Adj. =
0,000 0,073 -0,048
Cond. no. = Y-miss = RSD = Conf. lev. =
Uji koefisien kuadratik untuk pengerutan gel kitosan-alginat Coeff. SC. Std. Err. P 1,53869 0,129269 2,59814e-011 0,0463741 0,0842906 0,587507 0,0294892 0,0560657 0,60394 -0,0589481 0,121476 0,632077 Q2 = R2 = R2 Adj. =
0,070 0,094 -0,024
Cond. no. = Y-miss = RSD = Conf. lev. =
5,0866 0 1,6362 0,95
Conf. int (± ) 0,26741 0,174366 0,115979 0,251289 5,0866 0 0,2859 0,95
29
Absorbans
Lampiran 8 Kurva adsorpsi pada penentuan panjang gelombang maksimum larutan CuSO4.5H2O 0,080 0,075 0,070 0,065 0,060 0,055 0,050 0,045 0,040 0,035 0,030 0,025 0,020 0,015 0,010 0,005 0,000
λ maksimum
0
50
100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 Panjang gelombang (nm)
Lampiran 9 Kapasitas adsorpsi maksimum larutan ion logam Cu(II) pada pH 3
waktu (menit) 2 4 6 8 10 12
Q (mg/g) logam Cu(II) 1000 ppm gel kitosan-alginat 3.0458 3.5845 4.1918 4.2985 4.7146 4.4468
500 ppm gel kitosan-alginat 1.4277 2.0570 2.8984 3.0529 3.0688 3.3334
Lampiran 10 Kapasitas adsorpsi maksimum larutan ion logam Cu(II) pada pH 6
waktu (menit) 2 4 6 8 10 12
Q (mg/g) logam Cu(II) 1000 ppm gel kitosan-alginat 1.5016 1.7293 2.2000 4.4765 4.1107 4.1796
500 ppm gel kitosan-alginat 1.0435 2.2944 2.8006 2.8853 3.2070 2.7171
