PELAPISAN HIDROKSIAPATIT BERBASIS CANGKANG TELUR PADA LOGAM STAINLESS STEEL 316 DENGAN METODE DEPOSISI ELEKTROFORETIK
CARYONO
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Pelapisan Hidroksiapatit Berbasis Cangkang Telur pada Logam Stainless Steel 316 dengan Metode Deposisi Elektroforetik adalah benar karya saya dengan arahan dari 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, Sepetember 2014 Caryono NIM G74100052
ABSTRAK CARYONO. Pelapisan Hidroksiapatit Berbasis Cangkang Telur pada Logam Stainless Steel 316 dengan Metode Deposisi Elektroforetik. Dibimbing oleh AKHIRUDDIN MADDU dan KIAGUS DAHLAN. Stainless steel (SS) 316 merupakan logam yang banyak digunakan untuk tujuan implantasi tulang. Namun, logam ini masih memiliki biokompatibilitas yang rendah dalam tubuh makhluk hidup. Biokompatibilitas pada logam SS 316 dapat ditingkatkan melalui pelapisan logam menggunakan material hidroksiapatit (HAp). Tujuan penelitian ini adalah melapisi permukan logam SS 316 dengan HAp menggunakan metode deposisi elektroforetik. Pada penelitian ini dilakukan variasi konsentrasi suspensi koloid HAp dan waktu pelapisan (2 menit dan 3 menit) serta tegangan yang digunakan yaitu 120 V, dengan harapan dapat memperoleh hasil pelapisan yang terbaik. Analisis sampel dengan menggunakan FTIR menunjukkan adanya kandungan gugus kompleks HAp berupa PO43-, CO32-, dan OH-. Pola difraksi untuk hasil presipitasi single drop menunjukan fasa yang terbentuk adalah HAp. Pola difraksi hasil pelapisan menunjukan bahwa permukaan logam SS 316 terlapisi oleh HAp. Hasil uji SEM-EDX menunjukan bahwa diantara penggunaan peubah konsentrasi suspensi 1 dan suspensi 2 selama 2 menit dan 3 menit, penggunaan suspensi 2 selama 2 menit (sampel 2a) menunjukan hasil pelapisan yang terbaik. Kata kunci: Deposisi elektroforetik, hidroksiapatit, pelapisan logam, SS 316 ABSTRACT CARYONO. Coating hydroxyapatite based on egg shells on metal Stainless Steel 316 with a method Electrophoretic Deposition. Supervised by AKHIRUDDIN MADDU and KIAGUS DAHLAN. Stainless steel (SS) 316 metal is much used for purposes implantation bone. However, this metal still have low biocompatibility in the living body. Biocompatibility of SS 316 metal can be improved through coating metal using material hydroxyapatite (HAp). The purpose of this research is to coat metal surface SS 316 with HAp used electrophoretic deposition method. On the research is done variation the concentration of a HAp colloidal suspension and time a coating (2 minutes and 3 minutes) with the voltage used is 120V, in hopes of gaining the best coating results. Analysis of a sample of by using FTIR indicates the presence of the womb a cluster of complex HAp form PO43-, CO32-, and OH-. Diffraction pattern for a single drop of precipitation results showed that the phase formed was HAp. Diffraction pattern of the coating results showed that metal surface SS 316 coated by HAp. The test results SEM-EDX show that the between the use of variable concentrations of suspensions 1 and suspension 2 for 2 minutes and 3 minutes, use suspension 2 for 2 minutes (sample 2a) shows the results of coating the best. Key word: Electrophoretic deposition, hydroxyapatite, metal coating, SS 316
PELAPISAN HIDROKSIAPATIT BERBASIS CANGKANG TELUR PADA LOGAM STAINLESS STEEL 316 DENGAN METODE DEPOSISI ELEKTROFORETIK
CARYONO
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
Judul Skripsi : Pelapisan Hidroksiapatit Berbasis Cangkang Telur pada Logam Stainless Steel 316 dengan Metode Deposisi Elektroforetik Nama : Caryono NIM : G74100052
Disetujui oleh
Dr Akhiruddin Maddu, MSi Pembimbing I
Dr Kiagus Dahlan Pembimbing II
Diketahui oleh
Dr Akhiruddin Maddu, MSi Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan. Judul yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan februari 2014 ini ialah Pelapisan Hidroksiapatit Berbasis Cangkang Telur pada Logam Stainless Steel 316 dengan Metode Deposisi Elektroforetik . Pada kesempatan ini, penulis juga ingin mengucapkan terimakasih kepada : 1. Dr Akhirudin Maddu, MSi dan Dr Kiagus Dahlan sebagai dosen pembimbing yang banyak memberikan bimbingan, dorongan, semangat dan ilmu yang telah diberikan kepada peneliti selama penelitian dan penyusunan tugas akhir ini. 2. Dr Ir Irzaman, MSi sebagai dosen penguji yang banyak memberikan masukan dan kritikan yang sangat membangun. 3. Seluruh Dosen Pengajar, staf dan karyawan di Departemen Fisika FMIPA IPB. 4. Kedua orang tua tercinta Bapak Kasmadi dan Ibu Suminah atas segala doa dan kasih sayangnya. 5. Ibu Raminih atas doa, kasih sayang, dan dukungannya, layaknya ibu kedua bagi saya. 6. Kakak tercinta Sunarto dan Sarinih yang tak kenal lelah memberikan dukungan dan motivasinya. 7. Keponakanku tersayang Kamelia dan Nanik Leonita yang selalu memberikan semangat. 8. Saudaraku Kak Budi Taryono, Apri Damayanti, Putri Etika Sari, dan Kokom Komalasari. 9. Sahabat karibku Suwandi, Suwanda, Dita Sunjaya, dan Karil Nurjaya, sahabat yang tak kenal lelah menebar inspirasi dan semangat kehidupan. 10. Dian Apriyanti, atas segala dukungan, motivasi dan semangatnya. 11. Sahabat seperjuangan fisika 47: Hani, Handra, Siska, Jerry, Ardi, Nindya, Ade, Rayteh, Demos, Ribut, Lutfi, Muhammad Lutfi, Rey, Febri, Risal, Afgan dkk. Terima kasih atas persahabatan yang telah dijalin dalam sebuah ikatan keluarga. 12. Seluruh Sahabat DPM FMIPA IPB tahun 2012/2013, atas support dan motivasinya. 13. Keluarga besar Ikatan Keluarga dan Mahasiswa Darma Ayu (IKADA) Bogor. 14. Beasiswa Bidik Misi IPB atas bantuan pendidikannya selama 4 tahun. Semoga karya ilmiah ini dapat bermanfaat. Saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan untuk pengembangan penelitian yang lebih baik. Bogor, Sepetember 2014
Caryono
DAFTAR ISI DAFTAR TABEL
viii
DAFTAR GAMBAR
viii
DAFTAR LAMPIRAN
ix
PENDAHULUAN
1
Latar Belakang
1
Perumusan Masalah
2
Tujuan Penelitian
2
Manfaat Penelitian
2
METODE
3
Tempat dan Waktu
3
Alat dan Bahan
3
Prosedur
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
8
Hasil Preparasi Cangkang Telur
8
Hasil Karakterisasi AAS Serbuk Cangkang Telur
9
Hasil Karakterisasi XRD Serbuk Cangkang Telur
9
Hasil Sintesis Hidroksiapatit
9
Hasil Karakterisasi XRD Hidroksiapatit
10
Hasil Karakterisasi FTIR Hidroksiapatit
13
Hasil Karakterisasi XRD Logam SS 316 Sebelum Pelapisan
14
Hasil Karakterisasi SEM-EDX Logam SS 316 Sebelum pelapisan
14
Hasil Karakterisasi XRD dan SEM-EDX Logam SS 316 Setelah pelapisan
15
SIMPULAN DAN SARAN
21
Simpulan
21
Saran
21
DAFTAR PUSTAKA
21
LAMPIRAN
23
RIWAYAT HIDUP
44
DAFTAR TABEL 1 Variasi konsentrasi suspensi HAp dan lama waktu pelapisan pada permukaan logam SS 316 menggunakan metode deposisi elektroforetik 2 Efisiensi massa pada proses kalsinasi cangkang telur pada temperatur 1000 oC selama 5 jam 3 Efisiensi massa HAp pada suhu pemanasan 900 oC dengan waktu penahanan selama 5 jam 4 Parameter kisi kristal dan ketepatan sintesis HAp dengan sumber kalsium cangkang telur 5 Ukuran kristal sampel hasil sintesis HAp dengan sumber kalsium cangkang telur 6 Nilai bilangan gelombang sampel hasil presipitasi pada setiap pita absorbsi berdasarkan hasil spektra inframerah 7 Analisis frekuensi dan konstanta harmonik pada FTIR 8 Analisis vibrasi, konstanta anharmonik dan konstanta gaya ikatan pada FTIR dengan mengasumsikan proses stretching asimetri 9 Analisis data XRD logam SS 316 sebelum dilakukan pelapisan 10 Komposisi unsur penyusun logam SS 316
7 8 10 11 12 13 13 13 14 15
DAFTAR GAMBAR 1 2 3 4 5
6 7 8 9 10 11 12 13
Pergerakkan partikel dalam suspensi ke arah elektroda 7 Pola XRD sampel cangkang telur ayam setelah proses kalsinasi pada temperatur 1000 oC selama 5 jam 9 Pola XRD hidroksiapatit sintesis yang dilakukan pemanasan pada temperatur 900 oC selama 5 jam 11 Spektra inframerah hidroksiapatit sintesis yang dipanaskan pada 12 temperatur 900 oC selama 5 jam Pola XRD permukaan logam SS 316 sebelum dilapisi hidroksiapatit 14 Hasil pencitraan SEM permukaan logam SS 316 sebelum dilakukan pelapisan dengan a. perbesaran 100 kali dan b. perbesaran 200 kali 15 Pola XRD hasil pelapisan pada permukaan logam SS 316 menggunakan suspensi 1 pada sampel 1a 16 Pola XRD hasil pelapisan pada permukaan logam SS 316 menggunakan suspensi 1 pada sampel 1b 16 Pola XRD hasil pelapisan pada permukaan logam SS 316 menggunakan 17 suspensi 2 sampel 2a Pola XRD hasil pelapisan pada permukaan logam SS 316 menggunakan suspensi 2 pada sampel 2b 17 Hasil pencitraan SEM permukaan sampel 1b setelah dilakukan pelapisan selama 3 menit dengan a. perbesaran 100 kali b. perbesaran 200 kali 19 Hasil pencitraan SEM permukaan sampel 2a setelah dilakukan pelapisan selama 2 menit dengan a. perbesaran 100 kali b. perbesaran 200 kali 20 Hasil pencitraan SEM ketebalan lapisan HAp pada permukaan sampel 1b setelah dilakukan pelapisan dengan perbesaran 200 kali pada a. sampel 1b dan b. sampel 2a 20
DAFTAR LAMPIRAN 1 Bagan alir penelitian 2 Perhitungan kadar kalsium standar 3 Perhitungan nisbah Ca/P HAp hasil sintesis pada proses presipitasi menggunakan metode single drop 4 Dokumentasi kegiatan penelitian 5 Tabel Joint Cristal Powder Difraction Standard (JCPDS) 6 Tabel analisis fasa cangkang telur setelah kalsinasi pada temperatur 1000 oC selama 5 jam 7 Tabel analisis fasa hidroksiapatit 8 Perhitungan parameter kisi dan ukuran kristal HAp 9 Tabel analisis data XRD SS 316 sebelum dan setelah pelapisan 10 Spektra inframerah HAp 11 Keadaan ketika dua molekul terikat atau diatomik 12 Analisis nilai bilangan gelombang, frekuensi vibrasi, dan konstanta ikatan pada gugus fungsi HAp dengan osilasi harmonik sederhana 13 Analisis nilai bilangan gelombang, konstanta anharmonik, dan konstanta ikatan pada gugus fungsi HAp dengan osilasi anharmonik sederhana 14 Hasil EDX pada logam SS 316 sebelum dilapisi (kontrol) 15 Hasil EDX pada sampel 1b 16 Hasil EDX pada sampel 2a
23 24 25 26 28 31 32 33 34 37 38 40 41 42 43 44
PENDAHULUAN Latar Belakang Kerusakan pada jaringan tubuh manusia dapat disebabkan oleh banyak hal. Salah satu diantaranya adalah kecelakaan yang terjadi dalam kehidupan seharihari, seperti kecelakaan kerja, kecelakaan lalu lintas, dan kecelakaan lainnya yang kerap menimbulkan luka dan hilangnya beberapa serpihan tulang.1 Kerusakan tulang dapat diatasi melalui pemasangan pen (implantasi) pada bagian tulang yang patah untuk mengembalikan posisi patahan tulang ke posisi semula dan mempertahankan posisi itu selama masa penyembuhan patah tulang.2 Namun, penanganan ini masih menimbulkan masalah, yaitu logam yang disimpan didalam tubuh memiliki tingkat biokompatibilitas yang masih rendah, sehingga menimbulkan rasa sakit dan memar pada daging di sekitar logam tersebut.3 Logam implan harus memiliki sifat biokompatibilitas yang tinggi agar logam yang diimplankan ke dalam tubuh tidak mengalami reaksi penolakan, sehingga saat bahan ini dimasukkan ke dalam tulang, maka badan tidak menganggap sebagai bahan asing. Material yang umum digunakan dan memenuhi persyaratan sebagai material implan adalah paduan titanium, paduan cobalt dan austenitic stainless steel. Tipe stainless steel (SS) 316 banyak digunakan untuk tujuan implantasi dalam operasi bedah ortopedis karena bersifat non toksik, kuat, impuritas rendah, ketahanan korosi dan propertis mekanik yang baik serta harga yang murah. Permasalahan yang timbul adalah implan dengan bahan SS 316 tidak dapat digunakan untuk jangka waktu lama karena pada lingkungan cairan tubuh terjadi korosi lokal serta adanya peristiwa pelepasan ion menuju jaringan di sekitar implan. Selain itu produk korosi akan berinteraksi dengan tubuh dan akan menyebabkan kegagalan implan dini.4 Ketahanan korosi dapat ditingkatkan melalui pelapisan logam oleh suatu material yang biokompatibel terhadap tubuh. Material tersebut harus cenderung tidak bereaksi (inert) ketika digunakan sebagai pengganti fungsi dari jaringan tubuh yang berkontak langsung dengan cairan tubuh. Salah satu material yang dapat digunakan untuk melapisi logam pen adalah hidroksiapatit (HAp).5 HAp merupakan salah satu senyawa kalsium fosfat, termasuk dalam kelompok mineral apatit dengan rumus molekul Ca10(PO4)6(OH)2 dan mempunyai struktur heksagonal dengan parameter kisi a = 9.418 Å dan c = 6.884 Å.6 HAp juga termasuk material keramik bioaktif dengan bioafinitas tinggi, bersifat biokompatibel serta memiliki kesamaan komposisi dan biologis dengan tulang.7 Proses pelapisan logam dengan HAp dapat dilakukan dengan berbagai macam metode seperti dip coating, spin coating dan deposisi elektroforetik. Penelitian ini menggunakan metode deposisi elektroforetik untuk melapisi logam SS 316. Kelebihan penggunaaan metode deposisi elektroforetik adalah murah, pelapisan yang tipis dan merata, proses pada temperatur rendah, rate deposisi lebih cepat, tanpa fasa transformasi selama pelapisan dan kekuatan pelapisan yang tinggi.8
2 Penelitian mengenai pelapisan logam stainless steel menggunakan HAp sebelumnya telah dilakukan, seperti pada tahun 2009, Bowo9 menyebutkan bahwa senyawa apatit telah berhasil melapisi permukaan logam 316L menggunakan metode deposisi elektroforetik. Sumber tegangan yang digunakan adalah 90 V, 120 V, dan 150 V, dan peubah waktu selama 1 dan 2 menit serta konsentrasi suspensi koloid yang digunakan yaitu 1 gram HAp, 50 ml etanol dan 5 ml Trietanolamina (TEA), menunjukkan bahwa pelapisan terbaik diperoleh dengan menggunakan tegangan listrik 120V selama 2 menit. Penelitian selanjutnya dilakukan oleh Nurbainah10 yang telah berhasil melapisi logam baja tahan karat 316L dengan senyawa HAp menggunakan deposisi elektroforetik. Sumber tegangan yang digunakan adalah 30 V, 60 V, dan 90 V selama 1 menit, 2 menit dan 3 menit dengan konsentrasi suspensi koloid yang digunakan yaitu 1 gram HAp, 50 ml etanol dan 5 ml TEA menginformasikan bahwa diantara penggunaan tegangan 30 V, 60 V, dan 90 V, hasil pelapisan yang terbaik yaitu menggunakan variabel tegangan 60 V selama 2 menit. Namun terdapat beberapa kekurangan dalam penelitian tersebut yaitu bahwa HAp yang menempel pada permukaan logam belum merata, hal ini dimungkinkan karena konsentrasi suspensi koloid yang digunakan memiliki tingkat homogenitas yang rendah, selain itu juga hasil lapisan HAp yang menempel pada logam tidak dianalisis menggunakan instrumen SEM, sehingga tidak bisa melihat topografi dan ketebalan lapisan secara detail. Berdasarkan informasi tersebut, peneliti akan melakukan pelapisan logam SS 316 dengan HAp menggunakan metode deposisi elektroforetik dengan memvariasikan konsentrasi suspensi koloid .
Perumusan Masalah 1. Apakah hidroksiapatit dapat melapisi logam SS 316 menggunakan metode deposisi elektroforetik ? 2. Bagimana metode dan perbandingan konsentrasi dalam pembuatan suspensi koloid HAp, agar diperoleh larutan yang lebih homogen dan memiliki partikel yang lebih halus untuk mendapatkan hasil pelapisan yang terbaik ? Tujuan Penelitian Melapisi logam SS 316 dengan hidroksiapatit berbasis cangkang telur ayam menggunkan metode deposisi elektroforetik dan menentukan peubah konsentrasi suspensi koloid HAp yang terbaik untuk menghasilkan lapisan yang terbaik. Manfaat Penelitian Hasil penelitian ini diharapkan dapat dimanfaatkan di bidang medis dan memberikan informasi bahwa logam SS 316 dapat dilapisi dengan material hidroksiapatit menggunakan metode deposisi elektroforetik untuk meningkatkan biokompatibilitas terhadap jaringan tubuh makhluk hidup.
3
METODE Tempat dan Waktu Preparasi sampel dan pelapisan SS 316 dilakukan di Laboratorium Biofisika Material, Departemen Fisika FMIPA IPB. Karakterisasi x-ray diffraction (XRD) dan fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) dilakukan di Laboratorium Analisis Bahan, Departemen Fisika FMIPA IPB. Karakterisasi dengan menggunakan Atomic absorption spectroscopy (AAS) dilakukan di Laboratorium Departemen Kimia FMIPA IPB dan karakterisasi scanning electron microscope dan energy dispersive x-ray spectroscopy (SEM-EDX) dilakukan di Badan Penelitian dan Pengembangan Kehutanan Gunung Batu, Bogor. Waktu penelitian dilaksanakan pada bulan Februari 2014 sampai dengan Juni 2014. Alat dan Bahan Alat-alat yang digunakan adalah pipet tetes, pinset, crussible, gelas ukur, gelas piala, cawan petri, mortar, spatula, kertas saring, corong, almunium foil, magnetic stirer, furnace, neraca digital, perlengkapan deposisi elektroforetik (alat deposisi elektroforetik PS-520, elektroda platina, sumber tegangan 120V), peralatan analisis seperti AAS, FTIR, XRD merk Shimadzu tipe XRD-6000, dan SEM-EDX. Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah cangkang telur ayam, aquabides, (NH4)2 HPO4, logam SS 316, etanol, TEA sebagai dispersan
Prosedur Metode yang digunakan dalam penelitian ini meliputi: preparasi cangkang telur, sintesis hidroksiapatit, karakterisasi XRD dan FTIR HAp, preparasi logam SS 316, karakterisasi XRD logam SS 316, pembuatan suspensi koloid hidroksiapatit, pelapisan logam SS 316 dengan metode deposisi elektroforetik, proses pemanasan hasil pelapisan, kemudian tahap terakhir adalah karakterisasi SEM-EDX pada logam SS 316 sebelum dan sesudah dilakukan pelapisan. Metode pelapisan yang digunakan adalah deposisi elektroforetik. Peubah yang digunakan dalam penelitian ini adalah waktu pelapisan dan konsentrasi suspensi koloid HAp, dengan tegangan yang digunakan yaitu sebesar 120 V. Bagan alir penelitian dapat dilihat pada Lampiran 1.
4 Preparasi Cangkang Telur Sumber kalsium yang digunakan dalam penelitian ini adalah cangkang telur ayam. Proses perlakuan cangkang telur ayam meliputi pembersihan, pengeringan dan kalsinasi. Perlakuan diawali dengan pembersihan cangkang telur ayam dari kotoran makro kemudian dikeringkan di udara terbuka selama 24 jam. Cangkang yang telah kering kemudian di kalsinasi pada suhu 1000 oC dengan waktu penahan selama 5 jam hingga diperoleh serbuk berwarna putih. Serbuk cangkang telur kemudian dihaluskan untuk selanjutnya dilakukan analisis XRD untuk pencirian CaO dan AAS untuk penentuan kadar kalsium, kemudian juga dilakukan analisis FTIR untuk meliat gugus karbonat. Hal tersebut didasarkan pada penelitian sebelumnya, dimana suhu dan waktu pemanasan untuk kalsinasi cangkang telur ayam tersebut adalah yang optimal.8,11 Sintesis Hidroksiapatit Sintesis hidroksiapatit pada penelitian ini dilakukan dengan menggunakan metode presipitasi single drop. Cangkang telur yang telah di kalsinasi dilarutkan dalam 400 ml akuades. Kemudian ditambahkan larutan (NH4)2HPO4. Massa cangkang telur dan (NH4)2HPO4 yang dilarutkan ditentukan berdasarkan hasil perhitungan stoikiometri sehingga menghasilkan rasio konsentrasi Ca/P sebesar 1.67. Presipitasi dengan menggunakan single drop dilakukan dengan mencampurkan secara langsung 0.5M (10,58 gram) larutan dari cangkang telur dengan 0.3M (15,846 gram) larutan dari (NH4)2HPO4. Perhitungan nisbah Ca/P HAp hasil sintesis pada proses presipitasi dapat dilihat pada Lampiran 3. Setelah kedua larutan tercampur, larutan diaduk menggunakan magnetic stirer selama 3 jam dengan kecepatan 500 rpm. Selanjutnya campuran didiamkan selama 24 jam dalam wadah tertutup. Sampel hasil presipitasi kemudian disaring dengan menggunakan kertas saring dan dicuci dengan menggunakan akuades yang kemudian dilanjutkan dengan proses pengeringan dengan menggunakan furnace pada suhu 110 °C dengan waktu penahanan 5 jam. Dilanjutkan dengan proses pemanasan pada suhu 900 °C dengan waktu penahanannya 5 jam. Kemudian massa sampel ditimbang setelah proses pemanasan selasai, lalu sampel dikarakterisasi dengan mengunakan XRD dan FTIR.12 Karakterisasi XRD Hidroksiapatit Karakterisasi XRD digunakan untuk mengidentifikasi fasa dari hidroksiapatit sintesis, mengetahui parameter kisi, dan ukuran kristal. Sekitar 200 mg sampel dicetak langsung pada aluminium ukuran 2x2 cm dengan bantuan perekat. Sampel dikarakterisasi menggunakan alat XRD Shimadzu XRD 610 dengan sumber CuKα yang memiliki panjang gelombang 1.5406 Ǻ. Jenis fasa yang terkandung didalam HAp ditentukan melalui perbandingan terhadap data Joint Committee on Powder Diffraction Standards (JCPDS).
5 Karakterisasi FTIR Hidroksiapatit Karakterisasi spektroskopi FTIR dilakukan untuk mengetahui kandungan gugus karbonat dalam hidroksiapatit. Dua miligram sampel dicampur dengan KBr, dibuat pelet lalu di cek dalam jangkauan bilangan gelombang 4000-400 cm-1 untuk menghilangkan latar belakang absorpsi, pelet KBr selalu disertakan pada setiap pengukuran. FTIR memanfaatkan energi vibrasi gugus fungsi penyusun senyawa kalsium fosfat , yaitu gugus PO43-, gugus CO32-, dan gugus OH- . Gugus PO43- memiliki 4 mode vibrasi, yaitu : 1. Vibrasi simetri stretching (υ1), dengan bilangan gelombang sekitar 956 cm-1. 2. Vibrasi simetri bending (υ2), dengan bilangan gelombang sekitar 430 - 460 cm-1. 3. Vibrasi asimetri stretching (υ3), dengan bilangan gelombang sekitar 1040 1090 cm-1. 4. Vibrasi asimetri bending (υ4), dengan bilangan gelombang sekitar 575 - 610 cm-1. Pita absorbsi OH- dapat juga terlihat pada spektrum kalsium fosfat, yaitu pada bilangan gelombang sekitar 3576 cm-1 dan 632 cm-1. Pita absorbsi CO32terlihat pada bilangan gelombang 865 cm-1, 875 cm-1, dan 1400 - 1460 cm-1. Kristal apatit tipe B mempunyai daerah pada bilangan gelombang 1465 cm-1, 1412 cm-1, dan 873 cm-.13 Analisis frekuensi dan konstanta harmonik pegas ikatan molekul dalam spektrum FTIR untuk model harmonik sederhana dapat menggunakan hukum Hooke pada persamaan (1).
= =
dimana :
+
√
(1)
µ=
.
(2)
keterangan : : frekuensi k : kontanta pegas μ : massa tereduksi Analisis frekuensi, konstanta anharmonik dan konstanta pegas ikatan molekul dalam spektrum FTIR untuk model anharmonik sederhana dirumuskan sesuai persamaan (5) (6) (7). 14 𝟏
𝟏
𝜺𝒗 = 𝒗 + 𝟐 𝝎𝒆 −(𝒗 + 𝟐)𝟐 𝝎𝒆 𝒙𝒆 cm-1 dengan (𝒗 = 𝟏, 𝟐, … ), 𝟏
𝝎𝒐𝒔𝒄. = 𝝎𝒆 𝟏 − 𝒙𝒆 𝒗 + 𝟐 (i)v=0→v=1, ∆v=+1, ωe (1-2xe ) cm-1 (ii)v=0→v=2, ∆v=+2, 2ωe (1-3xe ) cm-1 (iii)v=0→v=3, ∆v=+3, 3ωe (1-4xe ) cm-1 keterangan : ωe = frekuensi vibrasi xe = konstanta anharmonik 𝒗 = tingkatan energi
(3) (4) (5) (6) (7)
6 Preparasi Logam SS 316 Logam stainleess steel yang digunakan pada penelitian ini adalah logam SS 316. Logam SS 316 dengan tebal 2 mm terlebih dahulu dipotong membentuk kepingan bujur sangkar dengan ukuran 15 mm sebanyak 9 buah keping, kemudian sampel dipoles dengan amplas grid 1000 sampai permukaan halus tanpa goresan. Sampel yang telah dipoles kemudian dicuci dengan etanol dalam ultrasonic cleaner selama 30 menit. Sebelum pelapisan, logam SS 316 yang akan dijadikan elektroda juga dipanaskan pada suhu 120 °C. Hal ini dilakukan untuk membersihkan kotoran yang mungkin ada pada permukaan logam.8 Selanjutnya sampel dikarakterisasi menggunakan XRD dan SEM-EDX Pembuatan Suspensi Koloid Hidroksiapatit Penelitian ini menggunakan metode suspensi koloid, dalam pembuatan lapisan HAp pada permukaan logam SS 316. Pembuatan suspensi koloid ini digunakan sebagai media untuk gerak muatan listrik, akibat pemberian medan listrik eksternal. Langkah awal untuk membuat suspensi koloid HAp yaitu dengan menyiapkan bahan-bahan yang akan digunakan, meliputi: HAp, etanol, dan TEA. Kemudian untuk membuatnya, campurkan serbuk hidroksiapatit kedalam larutan etanol. Setelah diaduk sebentar, tambahkan larutan pendispersi TEA dengan pH yang terukur yaitu 9.5. Kemudian tempatkan campuran tersebut diatas magnetic stirer untuk diaduk selama 30 menit dengan kecepatan 300 rpm. Setelah itu terbentuklah suspensi koloid HAp yang digunakan untuk melapisi logam SS 316. Pengadukan campuran menggunakan magnetic stirer dilakukan agar suspensi koloid yang dihasilkan dapat lebih homogen dan memiliki partikel yang lebih halus. Suspensi yang digunakan dalam penelitian ini dibuat dalam 2 suspensi, yang masing-masing memiliki perbandingan konsentrasi yang berbeda, yaitu: suspensi 1 dan suspensi 2. Suspensi 1 terdiri atas: 1 gram HAp, 50 ml etanol dan 5 ml TEA dan suspensi 2 terdiri atas: 2 gram HAp, 50 ml etanol dan 10 ml TEA. Larutan pendispersi TEA berfungsi menambah kestabilan sistem koloid hidroksiapatit dalam larutan.15 Pelapisan SS 316 dengan Hidroksiapatit Menggunakan Metode Deposisi Elektroforetik Logam SS 316 yang akan menjadi target pelapisan HAp pada permukaannya menggunakan metode deposisi elektroforetik, bertindak sebagai katoda, dan logam platina bertindak sebagai anoda. Proses elektrodeposisi merupakan proses pelapisan bahan berupa media koloid atau media larutan, pada suatu substrat dengan cara pemberian medan listrik eksternal. Dalam proses deposisi elektroforetik, serbuk HAp yang terdispersi pada larutan akan digerakkan arus listrik yang bermuatan secara elektroforetik. HAp yang terbawa akan menempel pada permukaan logam SS 316 yang bermuatan negatif dengan membentuk deposisi pada permukan logam.16 Pergerakan partikel dalam suspensi pada proses deposisi elektroforetik dapat dilihat pada Gambar 1.
7
Gambar 1 Pergerakkan partikel dalam suspensi ke arah elektroda.17 Sumber tegangan yang digunakan adalah 120 V dengan menggunakan dua peubah yaitu waktu pelapisan dan konsentrasi suspensi koloid HAp dengan arus konstan (DC). Waktu pelapisan yang digunakan yaitu 2 dan 3 menit dan suspensi koloid yang digunakan yaitu suspensi 1 dan suspensi 2 yang telah dibuat pada proses sebelumnya. Pengamatan dilakukan sebanyak dua kali pengulangan pada masing-masing perlakuan. Variasi konsentrasi suspensi HAp dan lama waktu pelapisan pada permukaan logam SS 316 ditunjukkan pada Tabel 1. Tabel 1
Variasi konsentrasi suspensi HAp dan lama waktu pelapisan pada permukaan logam stainless steel 316 menggunakan metode deposisi elektroforetik Tegangan Etanol HAp Waktu Kode Sampel (V) (ml) (gram) (menit) TEA (ml) 5 10 1 2 1a 3 1b 120 50 2 2 2a 3 2b
Pemanasan Logam SS 316 Setelah dilakukan Pelapisan Setelah dilakukan pelapisan pada permukaan logam SS 316 menggunakan metode deposisi elektroforetik, kemudian dilakukan pemanasan pada temperatur 120 0C selama 1 jam. Proses pemanasan ini dilakukan untuk menguatkan partikel yang menempel pada permukaan logam SS 316.18 Pemanasan juga dilakukan untuk menguapkan pendispersi TEA yang mungkin menempel pada logam SS 316.19 Karakterisasi XRD Logam SS 316 Sebelum dan Setelah Pelapisan Karakterisasi XRD digunakan untuk mengidentifikasi fasa logam SS 316 sebelum dan setelah dilakukan pelapisan. Sekitar 200 mg sampel dicetak langsung pada aluminium ukuran 2x2 cm dengan bantuan perekat. Sampel dikarakterisasi menggunakan alat XRD Shimadzu XRD 610 dengan sumber CuKα yang memiliki panjang gelombang 1.5406 Ǻ. Jenis fasa yang terkandung didalam lapisan HAp pada permukaan logam SS 316 ditentukan melalui perbandingan terhadap data JCPDS.
8 Karakterisasi SEM-EDX Logam SS 316 Karakterisasi SEM-EDX digunakan untuk melihat mikrostruktur atau morfologi dari sampel SS 316 sebelum dan setelah dilapisi hidroksiapatit. Sampel HAp diletakkan pada pelat aluminium yang memiliki 2 sisi. Selanjutnya pengamatan dilakukan dengan tegangan 2.50 kV pada perbesaran 100, 200, 250 dan 500 kali. Gambar yang dihasilkan berupa topografi dengan segala tonjolan, lekukan, dan lubang pada permukaan.
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Preparasi Cangkang Telur Serbuk cangkang telur diperoleh dari hasil kalsinasi cangkang telur ayam pada suhu 1000 oC selama 5 jam. Serbuk kalsium oksida (CaO) cangkang telur sebanyak 78.96 gram dihasilkan dari hasil kalsinasi cangkang telur sebanyak 142.37 gram. Reaksi yang terjadi akibat proses kalsinasi tersebut adalah sebagai berikut: CaCO3 CaO + CO2 Hasil kalsinasi berupa serbuk putih halus kalsium oksida. Kalsium karbonat (CaCO3) adalah salah satu penyusun utama cangkang telur ayam. Kalsinasi yang dilakukan akan mengubah kalsium karbonat menjadi kalsium oksida dan melepaskan karbon dioksida (CO2) ke udara. Oleh karena itu pada proses kalsinasi tersebut terjadi pengurangan massa cangkang telur. Hal ini ditunjukkan dari massa setelah kalsinasi lebih kecil daripada massa sebelum kalsinasi. Hasil kalsinasi kemudian dikarakterisasi menggunakan XRD dan AAS. XRD digunakan untuk menganalisis fasa kalsium dan AAS digunakan untuk mengetahui kadar kalsium (Ca2+) yang terkandung dalam serbuk cangkang telur hasil kalsinasi. Efisiensi massa hasil kalsinasi cangkang telur diperoleh sebesar 55%. Efisiensi massa hasil kalsinasi dapat dilihat pada Tabel 2. Tabel 2 Efisiensi massa pada proses kalsinasi cangkang telur pada temperatur 1000 oC selama 5 jam Massa cangkang telur Massa cangkang telur Efesiensi hasil kalsinasi (gram) (gram) (%) 142.37 78.96 55
9 Hasil Karakterisasi AAS Serbuk Cangkang Telur Kadar kalsium dalam sampel hasil kalsinasi pada temperatur 1000 oC selama 5 jam diukur dengan menggunakan AAS. Dari hasil analisis AAS, diketahui bahwa cangkang telur ayam yang telah dikalsinasi memiliki kadar CaO yang tinggi, yaitu sebesar 75%. Berdasarkan hasil ini cangkang telur ayam dapat dijadikan sumber kalsium untuk pembuatan hidroksiapatit. Hasil pengukuran AAS terhadap kadar kalsium dari cangkang telur tersebut kemudian digunakan untuk perhitungan stokiometri sintesis HAp. Perhitungan kadar kalsium menggunakan AAS dapat dilihat pada Lampiran 2.
Hasil Karakterisasi XRD Serbuk Cangkang Telur Hasil kalsinasi serbuk cangkang telur dianalisis menggunakan XRD. Pola XRD serbuk cangkang telur diperlihatkan pada Gambar 2. Identifikasi material disesuaikan dengan data JCPDS dengan nomor 43-1001 untuk CaO dan 04-0636 untuk CaCO3. Dari hasil XRD menunjukan bahwa kalsinasi cangkang telur pada temperatur 1000 oC selama 5 jam dapat membentuk fasa CaO untuk keseluruhan puncak. Puncak difraksi tertinggi yaitu ditunjukan pada nilai 2θ: 32.28o, 37.4o, 53.9o, 64.14o, 67.4o, dan 79.68o. Dapat dikatakan bahwa cangkang telur dalam penelitian ini memiliki kemurnian CaO yang tinggi.
Gambar 2 Pola XRD sampel cangkang telur ayam setelah proses kalsinasi pada suhu 1000 oC selama 5 jam Hasil Sintesis Hidroksiapatit Pembuatan HAp dilakukan dengan metode presipitasi single drop. Senyawa kalsium dan fosfat yang digunakan pada sintesis HAp dilakukan dengan perbandingan konsentrasi sebesar 1.67 pada suhu ruang.
10 Sampel hasil presipitasi dikeringkan pada temperatur 110 °C dengan waktu penahanan selama 5 jam kemudian diilanjutkan dengan pemanasan pada temperatur 900 °C dengan waktu penahanan selama 5 jam, selanjutnya sampel dikarakterisasi dengan mengunakan XRD dan FTIR. XRD digunakan untuk menganalisis fasa, menghitung parameter kisi, dan menghitung ukuran kristal serbuk HAp sedangkan FTIR digunakan untuk menganalisis keberadaan gugus PO43-, CO32, dan OH -. Dari hasil sintesis HAp diperoleh data massa Ca dan fosfat penyusun hidroksiapatit sebelum dilakukan pemanasaan dan massa hasil pemanasan, hasil tersebut dapat dilihat pada Tabel 3. Tabel 3 Efisiensi massa hidroksiapatit dengan temperatur pemanasan 900 oC dengan waktu penahanan selama 5 jam Massa Ca Massa Massa hasil Efesiensi (NH4)2HPO4 pemanasan (gram) (gram) (gram) (%) 10.58 15.85 14.56 55 Tabel 3 memperlihatkan bahwa nilai efisiensi massa hidroksiapatit sumber kalsium cangkang telur ayam adalah sebesar 55%. Hal ini menunjukan, massa hasil pemanasan lebih kecil dari massa awalnya, dikarenakan adanya pelepasan uap air selama proses pemanasan berlangsung. Efisiensi pada Tabel 3 diperoleh dari persamaan (8). E = [(
]
)
(8)
Hasil Karakterisasi XRD Hidroksiapatit Gambar 3 menunjukan pola XRD sampel hidroksiapatit dengan sumber kalsium cangkang telur menggunakan metode presipitasi berupa single drop yang dipanaskan pada temperatur 900 oC. Identifikasi fasa tersebut mengacu pada data JCPDS dengan nomor 09-0432 untuk material hidroksiapait (HAp), dan nomor 09-0169 untuk Tri-Calcium Phosphate (TCP). Secara umum pola difraksi telah menunjukkan fasa hidroksiapatit. Puncak difraksi hidroksiapatit tertinggi yang tertera sesuai dengan data JCPDS muncul pada nilai 2θ: 25.94o, 31.74o, 31.8o, 33o, 34.14o, 39.9o, 46.78o, dan 49.5o. Hasil analisis XRD juga menunjukkan bahwa produk hasil sintesis yang terbentuk bukan hidroksiapatit murni, akan tetapi juga terdapat senyawa apatit lainnya, yaitu TCP yaitu pada nilai 2θ: 10.92o, 18.12o, 21.88o, 57.16o, 59.94o, dan 66.14o. Namun, keberadaan senyawa tersebut tidak mengganggu fungsi dari hidroksiapatit sebab senyawa paduan Ca/P yang telah mengalami pemanasan di atas temperatur 900 °C memiliki struktur yang stabil dan tidak berbahaya jika ikut diimplankan ke dalam tubuh makhluk hidup.10
11
Gambar 3 Pola XRD HAp sintesis yang dilakukan pemanasan pada suhu 900 oC selama 5 jam Selain mengetahui fasa, hasil analisis XRD juga dapat mengetahui parameter kisi dan ukuran kristal hidroksiapatit yang memiliki struktur heksagonal. Parameter kisi dihitung menggunakan metode Cohen yang dapat dilihat pada Lampiran 8. Berdasarkan hasil perhitungan dengan menggunakan metode Cohen sampel hidroksiapatit yang disintesis menggunakan metode presipitasi single drop telah menghasilkan parameter kisi kristal hidroksiapatit dengan tingkat akurasi (ketepatan) diatas 99% setelah disesuaikan dengan data JCPDS nomor 090432 yang mempunyai struktur heksagonal dengan parameter kisi a = 9.418 Å dan c = 6.884 Å yang memiliki ketepatan 100%, sehingga dapat dikatakan bahwa fasa yang terkandung dalam sampel umumnya adalah material hidroksiapatit.7 Ukuran kristal pada bidang 0 0 2 dihitung menggunakan persamaan Scherrer yang dapat dilihat pada Lampiran 8. Ukuran kristal yang diperoleh dari hasil sintesis hidroksiapatit menggunakan metode presipitasi single drop yaitu sebesar 46.2 nm. Ukuran kristal yang dihasilkan berbanding terbalik dengan nilai full weight half modulation (FWHM). Nilai FWHM yang semakin kecil menunjukan ukuran kristal yang semakin besar, begitupun sebaliknya. Suhu pemanasan yang lebih tinggi mengakibatkan nilai FWHM semakin kecil, sehingga ukuran kristal semakin besar.8 Hasil parameter kisi kristal dan ketepatan hidroksiapatit yang disintesis menggunakan metode presipitasi single drop dapat dilihat pada Tabel 4. Ukuran kristal yang diperoleh dari hasil sintesis hidroksiapatit menggunakan metode presipitasi single drop yang dipanaskan pada temperatur 900 oC ditunjukkan pada Tabel 5. Tabel 4 Parameter kisi kristal dan ketepatan sintesis HAp dengan sumber kalsium cangkang telur Parameter kisi Ketepatan (%) a (Å) c (Å) a (Å) c (Å) 9.458326
6.9049668
99.57182
99.69543
12 Tabel 5 Ukuran kristal sintesis HAp dengan sumber kalsium cangkang telur Suhu 2θ 2θ θ FWHM FWHM D002 pemanasan sampel (deg) (rad) ( rad) ß (deg) ß (rad) (nm) o ( C) 900 25.94 0.45274 0.2264 0.1459 0.003 46.2
Hasil Karakterisasi FTIR Hidroksiapatit Data hasil XRD didukung oleh spektroskopi FTIR. Analisis FTIR digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsi OH−, PO43−,dan CO32− yang terbentuk pada sampel. Hasil analisis FTIR menunjukkan bahwa pada sampel HAp telah terbentuk gugus fungsi OH−, PO43−, dan CO32− yang masing-masing muncul pada bilangan gelombang tertentu. Vibrasi gugus OH−, PO43−, dan CO32− terjadi akibat penyerapan inframerah sehingga terjadi transisi energi yang terdeteksi sebagai bilangan gelombang serap. Pita serapan untuk gugus fosfat (υ1) terdapat pada bilangan 960 cm-1, pada bilangan gelombang 474 cm-1 terdapat gugus fosfat (υ2). Gugus fosfat (υ3) ditunjukan pada bilangan gelombang 1045 cm-1 dan 1092 cm-1. Sedangkan gugus fungsi fosfat (υ4) terdapat pada bilangan gelombang 571 cm-1 dan 602 cm-1. Sedangkan pita serapan CO32− terdapat pada bilangan gelombang 876 cm-1, dan 1501 cm-1. Keberadaan ion karbonat merupakan inhibitor dalam pembuatan hidroksiapatit. Gugus fungsi OH- terbentuk pada bilangan gelombang 3645 cm-1. Munculnya gugus fungsi OH- pada sampel menunjukan bahwa di dalam sampel masih terkandung H2O. Spektrum FTIR hidroksiapatit hasil sintesis menggunakan metode presipitasi single drop ditunjukkan pada Gambar 4 dan nilai biilangan gelombang dari hidroksiapatit hasil sintesis pada setiap pita serapan yang dihasilkan spektra inframerah pada Gambar 4 dipaparkan pada Tabel 6.
Gambar 4 Spektra inframerah HAp dengan pemanasan pada temperatur 900 oC selama 5 jam
13 Tabel 6 Nilai bilangan gelombang sampel hasil presipitasi pada setiap pita absorbsi berdasarkan hasil spektra inframerah Suhu Pita Absorbsi (cm-1) Pemanasan PO43CO32OHo Sampel ( C) υ1 υ2 υ3 υ4 υ2 υ3 900 960 474 1045 571 876 1501 3645 1092 602 -
Berdasarkan persamaan (4), (5), (6), (7), (8), (9) dapat dihitung nilai frekuensi, konstanta anharmonik, dan konstanta gaya ikatan dari gugus fungsi yang terbentuk pada senyawa HAp, seperti yang tertera pada Tabel 7 dan 8. Perhitungan lengkap nilai frekuensi, konstanta anharmonik, dan konstanta gaya ikatan dapat dilihat pada Lampiran 12 dan 13. Tabel 7 Analisis frekuensi dan konstanta harmonik pada FTIR Molekul
Vibrasi (cm-1)
Frekuensi (Hz)
Konstanta gaya ikatan (Nm-1)
Konstanta gaya ikatan literatur (Nm-1).14
O-H C=O
3645 1501
10.945 x 1013 4.503 x 1013
742.27 910.26
500 1000
Tabel 8 Analisis vibrasi, konstanta anharmonik dan konstanta gaya ikatan pada FTIR dengan mengasumsikan proses stretching asimetri
Molekul Vibrasi (cm-1)
P≡O
1045 1092
Frekuensi (Hz)
Konstanta anharmonik (Xe)
Konstanta gaya ikatan (Nm-1)
Konstanta gaya ikatan literatur (Nm-1).14
6.12 x 1013
0.2442
2589.6
1500
Berdasarkan hasil data eksperimen dan data hasil pengolahan spektrum FTIR pada Gambar 4 dan Tabel 7 dan 8, diperoleh bahwa energi serapan pada gugus fosfat (PO43−) lebih besar dari energi serapan pada gugus fungsi lainnya yang terbentuk pada senyawa HAp, ini menyebabkan nilai konstanta gaya ikatan gugus molekul P≡O pada HAp lebih besar dari konstanta gaya ikatan gugus molekul O-H, dan C=O.
14 Hasil Karakterisasi XRD Logam SS 316 Sebelum Pelapisan Gambar 5 menunjukan pola difraksi SS 316 sebelum dilakukan pelapisan. Berdasarkan hasil XRD sampel SS 316 memiliki 4 puncak utama yang dominan. Identifikasi tersebut mengacu pada data JCPDS dengan nomor 35-0772 milik Fe3C (Lampiran 5). Puncak difraksi sampel logam SS 316 yang tertera sesuai dengan data JCPDS muncul pada nilai 2θ: 29.3o, 44.36o, 51.22o, dan 75,02o. Analisis data XRD pada permukaan logam SS 316 sebelum dilakukan pelapisan oleh material HAp ditunjukkan pada Tabel 9.
Gambar 5 Pola XRD permukaan logam SS 316 sebelum dilapisi hidroksiapatit Tabel 9 Analisis data XRD logam SS 316 sebelum pelapisan Sampel SS 316 2θ int int-f 2θ int 29.3 55 75.34246575 29.513 3 44.36 26 35.61643836 44.569 56 51.22 28 38.35616438 51.813 19 75.02 73 100 75.372 60
%Δ2θ 99.27828 99.03745 99.87715 98.8555
Hasil Karakterisasi SEM-EDX Logam SS 316 Sebelum Pelapisan Pencitraan SEM pada permukaan logam SS 316 sebelum dilakukan pelapisan hidroksiapatit dilakukan dengan perbesaran 100 kali dan 200 kali. Pengamatan dilakukan dengan tegangan sebesar 2.50 kV. Hasil pencitraan SEM memperlihatkan bahwa permukaan logam SS 316 sebelum dilakukan pelapisan, tampak permukaan yang rata dan halus, belum ada lapisan material. Hasil EDX menunjukkan kandungan unsur atau komposisi (wt.%) penyusun logam SS 316. Dari hasil EDX pada permukaan logam SS 316 sebelum dilakukan pelapisan, didapatkan tiga unsur yang dominan yaitu Fe (62.07%), Cr (14.41%) dan Ni (9.00% )dengan karbon rendah yaitu sebesar 1.71%. Hasil pencitraan SEM pada permukaan logam SS 316 sebelum dilakukan pelapisan HAp ditunjukkan pada Gambar 6 dan hasil EDX komposisi unsur penyusun logam SS 316 sebelum dilakukan pelapisan HAp ditunjukkan pada Tabel 10.
15
a b Gambar 6 Hasil pencitraan SEM permukaan logam Stainless Steel 316 sebelum dilakukan pelapisan a. perbesaran 100 kali b. perbesaran 200 kali
Tabel 10 Komposisi unsur penyusun logam SS 316 hasil EDX Unsur
C O F Cr Fe Co Ni Mo Mn
Komposisi (at.%) 6.99 3.88 6.56 13.59 54.50 3.94 7.52 1.07 1.94
(wt.%) 1.71 1.27 2.54 14.41 62.07 4.74 9.00 2.09 2.18
Hasil Karakterisasi XRD dan SEM-EDX Logam Stainless Steel 316 Setelah Pelapisan Proses pelapisan HAp pada permukaan logam SS 316 meliputi 2 tahap, yaitu elektroforetik partikel HAp dan deposisi HAp pada permukaan logam. Partikel HAp yang terdispersi dalam larutan etanol membentuk sistem koloid yang memiliki muatan positif. Partikel senyawa apatit membentuk sistem koloid yang bermuatan positif sebab nisbah Ca lebih besar dari P sehingga partikel lebih cenderung bermuatan positif. Oleh karena itu, dengan pengaruh medan listrik, HAp akan bergerak ke arah logam SS 316 yang diposisikan sebagai elektroda negatif. Pergerakan HAp ini dapat berlangsung karena adanya aliran listrik pada sistem koloid HAp.
16 Hal yang penting dalam proses ini adalah HAp harus dalam keadaan terdispersi dalam sistem koloid sebab jika HAp mengendap akan sulit digerakkan menuju permukaan logam.19 pengamatan visual terhadap sampel hasil pelapisan. Hidroksiapatit yang larut pada suspensi menempel pada permukaan logam dan melapisi permukaan logam dengan ketebalan tertentu, hal ini ditandai dengan perubahan warna pada permukaan logam setelah proses deposisi elektroforetik, yaitu menjadi berwarna putih susu dari warna logam sebelumnya yang hitam keabu-abuan. Analisis menggunakan XRD dilakukan untuk memastikan bahwa yang menempel pada logam stainlees steel adalah partikel HAp atau senyawa apatit lainya. Selain itu analisis XRD juga dilakukan untuk melihat kemungkinan adanya reaksi kimia yang mungkin terjadi saat partikel hidroksiapatit menempel pada logam SS 316. Jika dalam proses pelapisan terjadi reaksi kimia maka akan terbentuk produk baru. Jika terbentuk produk baru maka difraktogram XRD akan menghasilkan puncak 2θ yang mengidentifikasikan produk tersebut, yaitu produk selain SS 316 dan senyawa apatit.10 Hasil karakterisasi XRD pada logam SS 316 setelah dilakukan pelapisan oleh hidroksiapatit pada sampel 1a, 1b, 2a, dan 2b ditunjukkan pada Gambar 7, 8, 9 dan 10.
Gambar 7 Pola XRD hasil pelapisan HAp pada permukaan logam SS 316 menggunakan suspensi 1 pada sampel 1a
Gambar 8 Pola XRD hasil pelapisan HAp pada permukaan logam SS 316 menggunakan suspensi 1 pada sampel 1b
17
Gambar 9 Pola XRD hasil pelapisan HAp pada permukaan logam SS 316 menggunakan suspensi 2 pada sampel 2a
Gambar 10 Pola XRD hasil pelapisan HAp pada permukaan logam SS 316 menggunakan suspensi 2 pada sampel 2b
Pola XRD sampel 1a, dan 1b diperlihatkan pada Gambar 7 dan 8. Identifikasi tersebut mengacu pada data JCPDS dengan nomor 35-0772 untuk SS 316, nomor 09-0432 untuk material HAp, dan nomor 09-0169 untuk TCP. Hasil pelapisan pada sampel 1a (Gambar 7) menunjukan bahwa terdapat 8 puncak milik hidroksiapatit yaitu pada 2θ: 22.98o, 29.16o, 29.38o, 32.34o, 33.46o, 40.36o, 49.920, dan 51.10. Kemudian terdapat juga 5 puncak milik TCP yaitu pada 2θ: 11.42o, 13.36o, 26.4o, 35.8o, dan 47.16o. Dalam Gambar 7 juga ditunjukkan 3 puncak milik SS 316 yaitu pada 2θ: 44.14o, 44.26o dan 74.88o. Gambar 8 menunjukan hasil pelapisan pada sampel 1b dimana hidroksiapatit muncul secara dominan, ini ditunjukkan pada pola difraksi sampel 1b bahwa terdapat 11 puncak milik hidroksiapatit, yaitu pada 2θ: 26.4o, 29.4o, 32.26o, 32.3o, 33.46o , 34.62o, 47.24o, 48.38o, 49.94o, 51.02o , dan 74.86o.
18 Selain HAp juga masih ditemukan adanya 2 puncak milik TCP yaitu pada 2θ: 29.9o dan 40.32o, serta terdapat satu puncak milik SS 316 yaitu pada 2θ: 44.080. Sementara Pada sampel 2a yang ditunjukkan pada Gambar 9 diperoleh hasil pelapisan yang berbeda dengan hasil yang diperoleh pada sampel 1a dan 1b. Pada sampel 2a, hidroksiapatit sangat mendominasi hasil pelapisan, hal ini ditandai dengan munculnya 13 puncak milik hidroksiapatit, yaitu pada 2θ: 26.34o, 29.36o, 29.46o, 32.22o, 33.42o, 32.22o, 34.88o, 49.08o, 50.32o, 50.34o, 64.56o, 72.16o, dan 74.76o. Kemudian terdapat juga 2 puncak milik TCP yaitu pada 2θ: 11.64o dan 47.22o, serta muncul 1 puncak milik SS 316 yaitu pada 2θ: 44.04o. Sedangkan pada sampel 2b yang ditunjukan pada Gambar 10 terdapat 10 puncak milik hidroksipatit yang teridentifikasi, yaitu pada 2θ: 26.36o, 29.18o, 32.3o, 33.4o, 34.54o, 47.24o, 50.6o, 53.64o, 64.38o, dan 74,94o. Selain HAp masih ditemukan juga 3 puncak milik TCP yang teridentifikasi yaitu pada 2θ: 35.98o , 40.32o, dan 49.96o. Kemudian fasa SS 316 yang teridentifikasi yaitu pada 2θ: 44.00o. Pola XRD hasil pelapisan pada sampel memberikan informasi bahwa hidroksiapatit dan TCP yang menempel pada permukaan logam SS 316 memiliki intensitas yang rendah. Hal ini menunjukkan bahwa hidroksiapatit dan TCP yang menempel pada logam SS 316 membentuk lapisan yang sangat tipis. Data hasil penelitian ini didukung oleh hasil penelitian pada tahun 2008, Javidi et al.19 melaporkan bahwa senyawa apatit yang menempel pada permukaan SS 316L membentuk lapisan tipis dengan ketebalan beberapa mikrometer.19 Dari hasil analisis XRD tersebut juga menunjukkan tidak ada senyawa baru yang terbentuk sebagai akibat penempelan hidroksiapatit pada permukaan logam SS 316 tersebut. Hal ini diperkuat dengan tidak adanya puncak baru selain puncak hidroksiapatit, TCP dan permukaan logam SS 316 itu sendiri yang terbentuk setelah pelapisan logam dilakukan. Selain dilakukan analisis XRD, pada penelitian ini juga dilakukan analisis mikrostruktur menggunakan SEM dan EDX untuk menunjang dan menguatkan hasil yang diperoleh dari analisis data sebelumnya. Analisis mikrostruktur menggunakan SEM-EDX ini hanya dilakukan pada sampel sebelum dilapisi hidroksiapatit (kontrol), sampel 1b dan sampel 2a. Hal ini didasarkan atas hasil pengujian dan analisis XRD yang menunjukan bahwa sampel 1b dan 2a memliki karakteristik hasil pelapisan yang baik, dimana hidroksiapatit yang menempel pada permukaan logam SS 316 lebih dominan, serta puncak SS 316 yang teridentifikasi lebih sedikit dibandingkan dengan sampel lainnya. Sementara kontrol digunakan sebagai pembanding terhadap sampel yang telah dilakukan pelapisan hidroksiapatit. Pengamatan dilakukan dengan tegangan 2.50 kV pada perbesaran 100, 200, 250 dan 500 kali. Gambar 11 menunjukan foto hasil SEM pada permukaan logam stainlees steel 316 yang telah dilapisi hidroksiapatit (suspensi 1) dengan tegangan 120 V selama 3 menit. Kondisi ini memperlihatkan adanya partikel hidroksiapatit yang menempel dan melapisi hampir pada seluruh permukaan logam. Namun, lapisan hidroksiapatit yang terbentuk masih belum merata, hal ini ditandai dengan munculnya rongga-rongga kecil yang nampak pada permukaaan, terlebih pada hasil pencitraan SEM dengan perbesaran 500 kali, rongga-rongga yang muncul dari lapisan hidroksiapatit tampak jelas.
19 Munculnya rongga-rongga tersebut dikarenakan lapisan hidroksiapatit yang melapisi permukaan kurang menutup rapat permukaan logam, sehingga lapisan hanya membentuk tonjolan dan lekukan saja dan tidak menutupi seluruh bagian permukaan. Hal ini juga diakibatkan karena konsentrasi larutan suspensi koloid hidroksiapatit yang terlalu rendah sehingga pada saat pelapisan larutan suspensi yang terdeposisi pada logam tidak menempel dengan kuat pada sisi permukaan logam yang menjadi target, akibatnya lapisan menjalar ke seluruh permukaan logam dan ketika mengering lapisan membentuk tonjolan dan lekukan yang terkonsentrasi pada beberapa bagian permukaan. Hasil pengamatan terbaik dengan pelapisan yang merata didapat pada sampel 2a yaitu hasil pelapisan HAp (suspensi 2) dengan tegangan 120 V selama 2 menit. Hampir seluruh permukaan logam SS 316 terlapisi merata oleh partikel hidroksiapatit dengan sedikit rongga yang muncul pada permukaan logam. Pada sampel 2a konsentrasi suspensi larutan hidroksiapatit cukup tinggi dan stabil, sehingga pada saat dilakukan pelapisan larutan suspensi dalam hal ini partikelpartikel HAp pada logam akan menempel dengan kuat dan melapisi seluruh sisi permukaan dengan membentuk ketebalan lapisan yang homogen. Pada sampel 2a konsentrasi suspensi larutan hidroksiapatit cukup tinggi dan stabil, sehingga pada saat dilakukan pelapisan larutan suspensi dalam hal ini partikel-partikel hidroksiaptit pada logam akan menempel dengan kuat dan melapisi seluruh sisi permukaan dengan membentuk ketebalan lapisan yang homogen. Hasil pencitraan SEM pada permukaan sampel 2a ditunjukkan pada Gambar 12
a b Gambar 11 Hasil pencitraan SEM permukaan sampel 1b setelah dilakukan pelapisan selama 3 menit dengan a. perbesaran 250 kali b. perbesaran 500 kali
20
a b Gambar 12 Hasil pencitraan SEM permukaan sampel 2a setelah dilakukan pelapisan selama 2 menit dengan a. perbesaran 250 kali dan b. perbesaran 500 kali Hasil analisis EDX menunjukan bahwa pada sampel 1b (Lampiran 15) terdapat kandungan tiga unsur utama yamg memiliki persentase lebih tinggi dari unsur-unsur lainnya, yaitu Ca: 38.23 %, O: 31.21% dan P: 14.8%. Sedangkan pada sampel 2a (Lampiran 16) juga terdapat kandungan unsur yang sama dengan sampel 1b, namun Ca yang dihasilkan lebih besar daripada sampel 1b yaitu sebesar 38.56%, O (34.32%) dan P (15.05%). Munculnya unsur Ca yang dominan dari unsur lainnya pada sampel 1b dan 2a mengindikasikan adanya senyawa HAp yang menempel pada permukaan logam yang sebelumnya tidak ditemukan pada sampel kontrol. Ketebalan lapisan yang menempel pada permukaan sampel juga dapat diukur menggunakan analisis SEM. Berdasarkan hasil analisis SEM diperoleh bahwa ketebalan lapisan pada sampel 1b adalah sekitar 46.96 μm dan pada sampel 2a yaitu sekitar 37.86 μm. Ketebalan lapisan hidroksiapatit yang menempel pada permukaan logam SS 316 dengan perbesaran 200 kali pada sampel 1b dan sampel ditunjukkan pada Gambar 13. .
a b Gambar 13 Hasil SEM ketebalan lapisan HAp pada permukaan logam SS 316 dengan perbesaran 200 kali (a) sampel1b (b) sampel 2a
21
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan Secara umum pola difraksi pada sampel telah menunjukkan fasa HAp. Hal ini dibuktikkan dengan munculnya puncak-puncak milik HAp yang sangat dominan. Akan tetapi produk HAp yang terbentuk bukan HAp murni, karena masih terdapat senyawa apatit lainnya, yaitu TCP. Hasil analisis FTIR menunjukkan bahwa pada sampel senyawa apatit terbentuk gugus fungsi OH−, PO43−, dan CO32− yang masing-masing muncul pada bilangan gelombang tertentu. Hasil ini mengindikasikan bahwa material yang terbentuk adalah HAp. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa, material HAp menempel dan melapisi permukaan logam SS 316 setelah dilakukan proses pelapisan dengan metode deposisi elektroforetik. Hal ini ditandai dengan perubahan warna pada permukaan logam, yaitu menjadi berwarna putih susu (lapisan HAp) dari warna logam sebelumnya yang hitam keabu-abuan, berdasarkan pengamatan visualnya. Hasil pelapisan terbaik diperoleh dengan menggunakan konsentrasi 1 gram HAp, 50 ml etanol, dan 5 ml TEA, dengan tegangan sebesar 120 V selama 2 menit.
Saran Penelitian lebih lanjut dibutuhkan untuk menyempurnakan sintesis HAp menggunakan metode ini, agar diperoleh HAp yang lebih murni serta memiliki ukuran kristal yang lebih kecil, sehingga material lebih mudah untuk menempel dan melapisi secara merata pada seluruh permukaan logam. Selanjutnya perlu dilakukan lagi pembuatan suspensi dengan variasi konsentrasi yang berbeda dari suspensi yang sudah dibuat sebelumnya agar suspensi yang dihasilkan lebih homogen dan stabil untuk mendapatkan hasil pelapisan yang terbaik.
DAFTAR PUSTAKA 1 2
3
4
5
Murugan R, Ramakrishna S. Bioresorbable composite bone paste using polysaccharide based nano hydroxiapatite. Biomaterials 25:3829-3835, 2004. Oktavia D. Menyambung tulang dengan logam, amankah? [terhubung berkala] http://beta.padang-today.com/?mod= artikel&today=detil&id=286 [26 Mei 2014], 2009. Fatur. Angka Kecelakaan tahun 2008 Meningkat Tajam. [terhubung berkala].http://trijayafmplg.wordpreSS.com/2008/12/16/angka-kecelakaan tahun- 2008-meningkat-tajam.[26 Mei 2014], 2008. Manivasagam G, Dhinasekaran D, Rajaminickam A. Biomedical implants: corrosion and its prevention–a review. Recent Patents on Corrosion Science 2: 40-54, 2010. Putri, Ajeng AM. Metode Single Drop pada Pembuatan Hidroksiapatit Berbasis Cangkang Telur. Skripsi. Departemen Fisika, FMIPA IPB, 2012.
22 6 Balmurugan A, Michel J, Farue J, Benhayoune H, Wortham L, Sockalingum G, Banchet, Bouthours S, Maquin DL, Balosseir G. Synthesis and structural analysis of solgel derived stoichiometric monophasic hydroxyapatite. Ceramics-Silikaty. 50(1):27-31, 2006. 7 Dahlan K, Prasetyanti F, Sari YW. Sintesis Hidroksiapatit dari Cangkang Telur Menggunakan Dry Metode. J. Biofisika 5(2):71-78, 2009. 8 Tazaki J, Murata M, Akazawa T, Yamamoto M, Ito K, Arisue M, Shibata T, Tabata Y. BMP-2 release and dose-response studies in hydroxyapatite and βtricalcium phosphate. Bio Med Mat & Eng. 19:141-146, 2009. 9 Bowo , H. Pelapisan senyawa apatit pada permukaan baja tahan karat 316 L dengan metode deposisi elektroforetik [skripsi]. Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor, 2009. 10 Nurbainah, E. Pelapisan Stainless Steel AISI 316L dengan Hidroksiapatit Menggunakan Teknik Electrophoretic Deposition . Skripsi. Departemen Fisika, FMIPA IPB, 2009. 11 Nurlaela A. Penumbuhan Kristal Apatit dari Cangkang Telur Ayam dan Bebek pada Kitosan dengan Metode Presipitasi [tesis]. Bogor: FMIPA IPB, 2009. 12 Pramanik S, Agarwal AK, Rai KN. Development of high strength hydroxyapatite for hard tissue replacement. Trends Biomater Artif Organs 19(1): 46-51, 2005. 13 Walendra,Y. Sintesis dan Karakterisasi Hidroksiapatit berpori dari Cangkang Kerang Darah (Anadara granosa Linn.) dengan Porogen Lilin Lebah. Skripsi. Departemen Fisika, FMIPA IPB, 2012. 14 Thomas N, Sorrell. Interpreting Spectra of Organic Molecules. University of North Ccarolina at Chapel Hill : University Science Books Mill Valley California, 1988. 15 Xiao XF, Liu RF. Effect of Suspension Stability on Electrophoretic Deposition of Hydroxyapatite Coatings. Mater Lett 60: 2627-2632, 2006. 16 Corni I, Ryan MP, Boccaccini AR. Electrophoretic Deposition: From Traditional Ceramics to Nanotechnology. J Eur Ceramic Soc 28: 1353-1367, 2008. 17 Yousefpour M, Afshar A, Chen J, Zhang X. Electrophoretic Deposition of Porous Hydroxyapatite Coatings Using Polytetrafluoroethylene Particles as Templates. Mater Sci Eng C 27: 1482-1486, 2007. 18 Aoki H. Science Medical Applications of Hydroxyapatite. Tokyo: JAAS, 1991. 19 Javidi M, Javadpour S, Bahrololoom ME, Ma J. Electrophoretic deposition of natural hydroxyapatite on medical grade 316 L stainless steel. Mater Sci Eng C. articles in press, 2008.
23 Lampiran 1 Bagan alir penelitian
Pencarian literatur dan persiapan bahan Tidak Siap
Penentuan kadar Ca (AAS)
Preparasi cangkang telur
Karakterisasi XRD
Sintesis Hidroksiapatit
Karakterisasi XRD Karakterisasi FTIR
Karakterisasi XRD Pembuatan suspensi koloid HAp (HAp + Etanol+ TEA) Preparasi Logam Stainlees Steel 316 Pelapisan HAp pada permukaan SS 316 dengan deposisi elektroforetik Karakterisasi SEM-EDX
Pemanasan pada suhu120 0C selama satu jam
Karakterisasi mengunakan XRD dan SEM-EDX
Pengolahan dan analisis data
Penyusunan laporan hasil penelitian
24 Lampiran 2 Perhitungan kadar kalsium menggunakan AAS KODE BLK Standar 1 Standar 2 Standar 3 Standar 4 Standar 5
Concentration (ppm) 0 2 4 8 12 16
ABS 0 0.1183 0.2363 0.4454 0.6642 0.8685
Kurva deret standar kalsium Bobot contoh (g) : 0.1089 gram : 100 mL Volume contoh (v) Faktor pengenceran (fp) : 100 Absorbansi contoh (y) : 0.3290 Konsentrasi contoh (x) : y = 0.0541 x + 0.01 .
X= . X= 5,8965 ppm Kadar kalsium
: % Kalsium =
.
X=
.
.
.
.
.
.
% Kalsium=
.
% Kalsium = 54.15 % Kadar CaO
.
: % CaO = % Kalsium .
% CaO = 54.15 % . % CaO = 75.77 %
.
. . .
.
.
25 Lampiran 3 Perhitungan nisbah Ca/P hiroksiapatit hasil sintesis pada proses presipitasi menggunakan metode single drop
Konsentrasi Ca = 0.5 M Konsentrasi P = 0.3 M
; Ar CaO = 40.08 ; Ar (NH4)2HPO4= 132.05
Ca/P = 1.67 Massa Ca gr Ca = [Ca] x Ar Ca x L = 0.5 x 40.08 x 0.4 = 8.016 gram Massa CaO = 75.77 % Massa hasil kalsinasi yang dibutuhkan
= =
7 .77
x gr Ca
x 8.016 gram 7 .77 = 10.58 gram Massa P dari (NH4)2HPO4 gr P = [P] x Mr (NH4)2HPO4 x L = 0.3 x 132.05 x 0.4 = 15.846 gram
26 Lampiran 4 Dokumentasi kegiatan penelitian
a
d
g
b
c
e
f
h
i
Keterangan gambar : a. b. c. d. e. f. g. h. i.
Pembersihan dan pengeringan cangkang telur ayam Kalsinasi pada furnace Penghalusan serbuk cangkang telur dengan mortar Larutan hasil presipitasi hidroksiapatit dengan metode single drop Pengadukan larutan hidroksiapatit Endapan larutan hidroksiapatit yang telah disaring Serbuk hidroksiapatit hasil presipitasi single drop Logam stainless steel 316 sebelum dilapisi hidroksiapatit Pembersihaan logam dengan ultrasonic cleaner
27 Lampiran 4 Lanjutan
i
j
l
k
m
n
Keterangan gambar : i. Proses pelapisan hidroksiapatit pada perumkaan logam stainless steel 316 menggunakan metode deposisi elektroforetik j. Alat deposisi elektroforetik PS-520 k. Hasil pelapisan hidroksiapatit pada sampel 1a l. Hasil pelapisan hidroksiapatit pada sampel 1b m. Hasil pelapisan hidroksiapatit pada sampel 2a n. Hasil pelapisan hidroksiapatit pada sampel 2b
28 Lampiran 5 Data Joint Cristal Powder Difraction Standard (JCPDS)
Data JCPDS fasa CaO
Data JCPDS fasa CaCO3
29 Lampiran 5 Lanjutan Data JCPDS fasa Hidroksiapatit
Data JCPDS fasa Tri Calcium Phosphate
30
Lampiran 5 Lanjutan
Data JCPDS Stainlees Steel 316
31 Lampiran 6 Tabel analisis fasa cangkang telur setelah kalsinasi pada suhu 10000 C selama 5 jam
Sampel
CaO
CaCO3
2θ
int
int-f
2θ
int
%Δ2θ
32.28
475
36.5948
32.208
37
99.7765
37.4
1298
100
37.36
100
99.8929
2θ
int
%Δ2θ
FASA CaO CaO
53.9
504
38.829
53.859
49
99.9239
64.14
151
11.6333
64.157
13
99.9735
67.4
161
12.4037
67.377
13
99.9659
CaO
79.68
71
5.46995
79.66
5
99.9749
CaO
CaO 63.685 10
99.2855
CaO
32 Lampiran 7 Tabel analisis fasa hidroksiapatit 2θ 10.92 18.12 21.88 22.9 25.94 28.14 29.02 31.74 31.8 33 34.14 35.48 39.26 39.9 42.04 43.94 45.32 46.78 48.1 49.5 50.6 50.62 52.14 53.2 55.9 57.16 59.94 61.64 63.04 64.04 64.18 66.14 71.62 73.96 75.62 77.22 78.18
Sampel int int-f 48 13.25966851 53 14.64088398 40 11.04972376 33 9.116022099 135 37.29281768 44 12.15469613 68 18.78453039 198 54.6961326 362 100 246 67.9558011 135 37.29281768 17 4.696132597 34 9.392265193 113 31.21546961 31 8.563535912 27 7.458563536 19 5.248618785 151 41.71270718 56 15.46961326 137 37.84530387 65 17.9558011 46 12.70718232 51 14.08839779 57 15.74585635 31 8.563535912 23 6.35359116 16 4.419889503 26 7.182320442 41 11.32596685 40 11.04972376 39 10.77348066 12 3.314917127 18 4.972375691 16 4.419889503 26 7.182320442 31 8.563535912 23
6.35359116
2θ 10.847 18.469 21.873 22.206 25.802 27.769 28.68 32.448 32.448 33.026 34.371 35.597 39.8 40.058 41.683 43.893 45.305 46.635 48.402 49.785 50.733 50.733 52.616 52.944 56.139 57.439 60.37 61.569 63.443 64.677 64.677 66.016 -
TCP int 12 2 16 4 25 55 2 20 20 10 65 12 10 4 12 6 8 4 14 12 6 6 4 25 6 6 4 4 6 4 4 4 -
%Δ2θ 99.327 98.11035 99.968 96.87472 99.46516 98.66398 98.8145 97.81805 98.00296 99.92127 99.32792 99.67132 98.64322 99.60557 99.14354 99.89292 99.96689 99.68907 99.37606 99.42754 99.73784 99.77727 99.09533 99.51647 99.57427 99.51427 99.28773 99.88468 99.36478 99.01511 99.23157 99.81217 -
2θ 10.82 18.785 21.819 22.902 25.879 28.126 28.966 31.773 31.773 32.902 34.048 35.48 39.204 39.818 42.029 43.804 45.305 46.711 48.103 49.468 50.493 50.493 52.1 53.143 55.879 57.128 59.938 61.66 63.011 64.078 64.078 66.386 71.651 73.995 75.583 77.175
HAP int 12 4 10 10 40 12 18 100 100 60 25 6 8 20 10 8 6 30 16 40 20 20 16 20 10 8 6 10 12 13 13 4 5 7 9 11
%Δ2θ 99.07579 96.45994 99.72043 99.99127 99.76429 99.95022 99.81357 99.89614 99.91502 99.70215 99.72979 100 99.85716 99.79406 99.97383 99.68953 99.96689 99.85228 99.99376 99.93531 99.78809 99.74848 99.92322 99.89274 99.96242 99.94399 99.99666 99.96756 99.95398 99.9407 99.84082 99.62944 99.95673 99.9527 99.95105 99.94169
FASA
-
78.227
9
99.93992
HAp
TCP TCP TCP HAp HAp HAp HAp HAp HAp HAp HAp HAp HAp HAp HAp HAp HAp HAp HAp HAp HAp HAp HAp HAp HAp TCP TCP HAp HAp HAp HAp TCP HAp HAp HAp HAp
33 Lampiran 8
Perhitungan parameter dan ukuran kisi kristal struktur heksagonal hidroksiapatit
Perhitungan parameter kisi kristal yang memiliki struktur heksagonal dapat dihitung menggunakan metode Cohen dengan persamaan seperti dibawah ini : Σ α sin2 θ Σ ϒ sin2 θ Σ β sin2 θ
= C Σ α2 = C Σ αϒ = C Σ αδ
+ B Σ αϒ + B Σ ϒ2 + B Σ ϒδ
+ A Σ αδ + A Σ ϒδ + A Σ δ2
Dimana: 𝝀𝟐
𝝀𝟐
C= 𝟐 𝟑𝒂 𝒂 = (h2 + hk + k2)
B = 𝟐 𝟒𝒄 ϒ = l2
𝑫
A= 𝟏𝟎 δ = 10 sin2 2θ
Perhitungan ukuran kristal dihitung melalui persamaan Debye Scherrer, dengan persamaan seperti dibawah ini :
D=
Keterangan:
D 0,9
𝟎,𝟗 𝝀
𝐜𝐨𝐬 𝜽
adalah ukuran butiran kristal (nm) adalah konstanta untuk Kristal adalah full weight half modulation (FWHM) (rad) adalah panjang gelombang sinar-X (1,54056 nm) adalah sudut difraksi (rad)
34 Lampiran 9 Tabel analisis data XRD stainless steel 316 sebelum dan setelah pelapisan
Tabel Analisis data XRD permukaan logam stainless steel 316 sebelum pelapisan Sampel
SS 316
2θ
int
int-f
2θ
int
%Δ2θ
29.3
55
75.34246575
29.513
3
99.27828
44.36
26
35.61643836
44.569
56
99.03745
51.22
28
38.35616438
51.813
19
99.87715
75.02
73
100
75.372
60
98.8555
Tabel Analisis data XRD pelapisan pada sampel 1a Sampel
HAp
TCP
SS 316
FASA
2θ
int
int-f
2θ
int
%Δ2θ
2θ
int
%Δ2θ
2θ
int
%Δ2θ
11.42
26
38.2353
10.82
12
94.4547
10.847
12
94.7174
-
-
-
TCP
13.36
20
29.4118
-
-
-
13.633
16
97.9975
-
-
-
TCP
22.98
19
27.9412
22.902
10
99.6594
22.206
4
96.5145
-
-
-
HAp
26.4
23
33.8235
-
-
-
26.506
10
99.6001
-
-
-
TCP
29.16
30
44.1176
28.966
18
99.3302
29.655
16
98.3308
29.513
3
98.8039
HAp
29.38
41
60.2941
28.966
18
98.5707
29.655
16
99.0727
29.513
3
99.5494
HAp
32.34
51
75
32.196
60
99.5527
33.484
8
96.5834
-
-
-
HAp
33.46
35
51.4706
32.902
60
98.3041
33.484
8
99.9283
-
-
-
HAp
35.8
15
22.0588
35.48
6
99.0981
35.597
12
99.4297
-
-
-
TCP
40.36
19
27.9412
40.452
2
99.7726
40.208
2
99.622
-
-
-
HAp
44.14
68
100
44.369
2
99.4839
44.53
10
99.1242
44.569
56
99.0374
SS 316
44.26
27
39.7059
44.369
2
99.7543
44.53
10
99.3937
44.569
56
99.3067
SS 316
47.16
18
26.4706
-
-
-
47.968
16
98.3155
-
-
-
TCP
49.92
22
32.3529
49.468
40
99.0863
49.785
12
99.7288
-
-
-
HAp
51.1
38
55.8824
51.283
12
99.6432
51.252
6
99.7034
51.813
19
98.6239
HAp
74.88
50
73.5294
75.022
3
99.8107
-
-
-
75.402
5
99.3077
SS 316
35 Lampiran 9 Lanjutan
Tabel Analisis data XRD pelapisan pada sampel 1b Sampel
HAp
TCP
SS 316 2θ
int
int-f
2θ
int
%Δ2θ
2θ
int
%Δ2θ
26.4
44
55.6962
25.879
40
97.9868
26.506
10
99.6001
-
-
-
HAp
29.4
43
54.4304
28.966
18
98.5017
29.655
16
99.1401
29.513
3
99.6171
HAp
29.9
44
55.6962
-
-
-
29.655
16
99.1738
29.513
3
98.6887
TCP
32.26
47
59.4937
32.196
60
99.8012
32.448
20
99.4206
-
-
-
HAp
32.3
79
100
32.196
60
99.677
32.448
20
99.5439
-
-
-
HAp
33.46
50
63.2911
32.902
60
98.3041
33.484
8
99.9283
-
-
-
HAp
34.62
24
30.3797
34.048
25
98.32
34.371
65
99.2756
-
-
-
HAp
40.32
20
25.3165
40.452
2
99.6737
40.208
2
99.7214
-
-
-
TCP
44.08
38
48.1013
44.369
2
99.3486
44.53
10
98.9894
44.569
56
98.9028
47.24
29
36.7089
46.711
30
98.8675
47.968
16
98.4823
-
-
-
HAp
48.38
20
25.3165
48.623
16
99.5002
48.402
14
99.9545
-
-
-
HAp
49.94
28
35.443
49.468
40
99.0458
49.785
12
99.6887
-
-
-
HAp
51.02
31
39.2405
51.283
12
99.4872
51.252
6
99.5473
51.813
19
98.4695
HAp
74.86
64
81.0127
75.022
3
99.7841
-
-
-
75.402
5
99.2812
SS 316
int
%Δ2θ
FASA
2θ
SS 316
Tabel Analisis data XRD pelapisan pada sampel 2a Sampel 2θ
int
11.64
28
26.34
HAp
TCP
SS 316
FASE
2θ
int
%Δ2θ
2θ
int
%Δ2θ
2θ
int
%Δ2θ
20
10.82
12
92.4214
10.847
12
92.6892
-
-
-
TCP
48
34.2857
25.879
40
98.2186
26.506
10
99.3737
-
-
-
HAp
29.36
56
40
28.966
18
98.6398
29.655
16
99.0052
29.513
3
99.4816
HAp
29.46
46
32.8571
28.966
18
98.2946
29.655
16
99.3424
29.513
3
99.8204
HAp
32.22
67
47.8571
32.196
60
99.9255
32.488
8
99.1751
-
-
-
HAp
32.28
102
72.8571
32.196
18
99.7391
32.488
8
99.3598
-
-
-
HAp
33.42
71
50.7143
32.196
60
96.1983
33.484
8
99.8089
-
-
-
HAp
34.88
140
100
34.048
25
97.5564
34.994
6
99.6742
-
-
-
HAp
44.04
70
50
44.369
2
99.2585
44.53
10
98.8996
44.569
56
98.8131
47.22
46
32.8571
-
-
-
47.968
16
98.4406
-
-
-
TCP
49.08
120
85.7143
49.468
40
99.2157
49.785
12
98.5839
-
-
-
HAp
50.32
99
70.7143
50.493
20
99.6574
50.314
6
99.9881
-
-
-
HAp
50.34
88
62.8571
50.493
20
99.697
50.314
6
99.9483
-
-
-
HAp
64.56
33
23.5714
64.078
13
99.2478
64.677
4
99.8191
-
-
-
HAp
72.16
30
21.4286
72.286
4
99.8257
-
-
-
-
-
-
HAp
74.76
24
17.1429
75.022
3
99.6508
-
-
-
75.402
5
99.1486
HAp
int-f
SS 316
36 Lampiran 9 Lanjutan Tabel Analisis data XRD pada pelapisan sampel 2b Sampel
HAp
26.36
50
46.2963 25.879
40
98.1414 26.188
29.18
50
46.2963 28.966
18
99.2612 29.655 16 98.3982 29.513
32.3
108
32.196
60
99.677
32.488
8
99.4213
-
-
-
HAp
33.4
72
66.6667 32.902
60
98.4864 33.484
8
99.7491
-
-
-
HAp
34.54
23
21.2963 34.048
25
98.555
34.371 65 99.5083
-
-
-
HAp
35.98
22
20.3704
35.48
6
98.5908 35.906
6
99.7939
-
-
-
TCP
40.32
32
29.6296 40.452
2
99.6737 40.208
2
99.7214
-
-
-
TCP
44
55
50.9259 43.804
8
99.5526 43.893
6
99.7562 44.569 56 98.7233
47.24
44
40.7407 46.711
30
98.8675 47.968 16 98.4823
-
-
-
HAp
48.56
22
20.3704 48.623
6
99.8704 48.402 14 99.6736
-
-
-
TCP
49.96
41
37.963
49.468
40
99.0054 49.785 12 99.6485
-
-
-
HAp
50.96
32
29.6296 51.283
12
99.3702 50.733
6
99.5526 51.813 19 98.3537
HAp
53.64
22
20.3704 53.143
20
99.0648 53.512
8
99.7608
-
-
-
HAp
64.38
18
16.6667 64.078
13
99.5287 64.677
4
99.5408
-
-
-
HAp
74.94
27
3
99.8907
-
-
75.402
5
99.3873
HAp
100
25
75.022
2θ
-
int
%Δ2θ
2θ
int
%Δ2θ
4
99.3432
-
-
-
FASA
int
int
%Δ2θ
SS 316
2θ
int-f
2θ
TCP
3 98.8717
HAp HAp
SS 316
37 Lampiran 10 Spektra inframerah hidroksiapatit
38 Lampiran 11 Keadaan ketika dua molekul terikat atau diatomik
Energi kinetik partikel (T) Energi potensial pegas (V) L=T–V Misalkan x2 > x1 = =
(
−
+ ) =
(
=
−
+
−
)
Maka = (
+
)= −
+
−
)
+
= − + =− + + − (
(
)=
( − −
−
=
(1)
)=
(
)= −
= − −
Misal : = = = −
−
= −
− +
=
(2)
39 Lampiran 11 Lanjutan Sehingga : = − = − ...(1) dan ...(2) (
− −
− −
)
|
− −
− −
|=
( − -k (−
)( − −
+ +
−
=
) − (− )(− ) = = ) =0
Maka solusi : Solusi 1 = = Solusi 2 =√ =
(
+
)
=√
√
dengan =
+
40 Lampiran 12 Analisis nilai bilangan gelombang, frekuensi vibrasi, dan konstanta ikatan pada gugus fungsi HAp dengan osilasi harmonik sederhana
Massa tereduksi 1.
O-H (OH-) =
2.
(
. +
) )
=
( . ( .
=
( . ( .
=
( . ( .
+
. .
) = . )
.
) = )
C = O (CO32- ) =
3.
(
( (
. +
) )
. +
.
P ≡ O (PO43-) =
( (
. +
) )
. +
) = )
.
.
Frekuensi Vibrasi dan konstanta harmonik 1.
O-H = .̅ = ( = = = .
2.
( .
) ( ) ( . =
)= . )
( .
)= . )
(
−
)
.
C=O = .̅ = ( = = = .
( .
)
) ( ( . =
.
.
−
)
41 Lampiran 13 Analisis nilai bilangan gelombang, konstanta anharmonik, dan konstanta ikatan pada gugus fungsi HAp dengan osilasi anharmonik sederhana 𝟏
𝟏
𝜺𝒗 = 𝒗 + 𝟐 𝝎𝒆 −(𝒗 + 𝟐)𝟐 𝝎𝒆 𝒙𝒆 cm-1 dengan (𝒗 = 𝟏, 𝟐, … ), 𝟏
𝝎𝒐𝒔𝒄. = 𝝎𝒆 𝟏 − 𝒙𝒆 𝒗 + 𝟐 (i)v=0→v=1, ∆v=+1, ωe (1-2xe ) cm-1 (ii)v=0→v=2, ∆v=+2, 2ωe (1-3xe ) cm-1 (iii)v=0→v=3, ∆v=+3, 3ωe (1-4xe ) cm-1 keterangan : ωe = frekuensi vibrasi xe = konstanta anharmonik 𝒗 = tingkatan energi Konstanta Pegas Gugus fosfat (PO43- ) Vibrasi Ulur Asimetri P ≡ O 1.
P≡O 𝑣1 = ω e(1-2xe) 𝑣2 = 2 ω e(1-3xe)
= ω e(1-2xe) (1) =2 ω e(1-3xe) (2)
̅̅̅ ( − ) ̅̅̅ 1 3xe ) ( ) 1 3xe ) = ( ) 1 2xe ) − xe = − xe xe − xe = − xe = xe = . ωe 1 2xe ) = ωe 1 2(0.2442))= =
̅̅̅ = =
=
(
.( .
=
( . = = = 2589.6 N/m
))
= = .
) ( .
)
.
−
42 Lampiran 14 Hasil EDX pada logam Stainless Steel 316 sebelum dilapisi (kontrol)
43 Lampiran 15 Hasil EDX pada sampel 1b
44 Lampiran 16 Hasil EDX pada sampel 2a
45 RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Indramayu pada tanggal 5 oktober 1992, dari ayah Kasmadi dan Ibu Suminah. Penulis merupakan putra ke tiga dari tiga bersaudara. Tahun 2004 penulis menyelesaikan sekolah di SDN II Wirakanan, kemudian pada tahun 2007 penulis menyelesaikan sekolahnya di SMPN 1 Kandanghaur. Tahun 2010 penulis lulus dari SMAN 1 Kandanghaur dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB (USMI). Penulis memilih Program Studi Fisika, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis memperoleh kesempatan untuk mendapatkan beasiswa BIDIK MISI IPB dan penulis juga pernah menjadi pengajar pada bimbingan belajar Gemilang Excelent (GE) untuk mata kuliah fisika dan kalkulus pada tahun ajaran 2012-2013. Selain mengikuti perkuliahan, penulis juga aktif di beberapa keorganisasian yaitu di Dewan Perwakilan Mahasiswa FMIPA IPB sebagai Staff Komisi 1 periode 2011-2012 dan sebagai Ketua Umum pada periode 2012-2013. Kemudian aktif di Organisasi Mahasiswa Daerah (OMDA) Ikatan Keluarga dan Mahasiswa Darma Ayu (IKADA) Bogor sebagai Ketua Divisi Sosial dan Lingkungan periode 2010-2011, sebagai Staff Bina Olahraga dan Seni periode 2011-2012, sebagai Sekertaris Umum periode 2012-2013 dan sebagai ketua Badan Pengawas Organisasi periode 2013-2014 dan penulis juga aktif di Organisasi Kepemudaan Karang Taruna sebagai Staff Kepemudaan pada periode 2011-2013.
