SINTESIS S S DAN PE ENCIRIA AN HIDR ROKSIAP PATIT DARI CANG GKANG KERANG K G HIJAU DENGAN N METODE SOL--GEL
TAT TANG HIIDAYAT
DEPARTEME EN KIMIA A FAKUL LTAS MATEMATIK KA DAN ILMU I PE ENGETAH HUAN ALA AM I INSTITUT T PERTA ANIAN BO OGOR BOGO OR 2013 3
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis dan Pencirian Hidroksiapatit dari Cangkang Kerang Hijau dengan Metode Sol-Gel 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, April 2013 Tatang Hidayat NIM G44104008
ABSTRAK TATANG HIDAYAT. Sintesis dan Pencirian Hidroksiapatit dari Cangkang Kerang Hijau dengan Metode Sol-Gel. Dibimbing oleh CHARLENA dan AKHIRUDDIN MADDU Hidroksiapatit (HAp) merupakan komponen utama tulang dan gigi. HAp secara luas digunakan untuk memperbaiki, mengisi, memperluas, dan merekonstruksi jaringan tulang yang rusak. Pada penelitian ini, HAp telah disintesis dari cangkang kerang hijau dengan menggunakan metode sol-gel. Parameter sintesis yang diatur adalah pH, dan peubah yang dibandingkan adalah suhu pemanasan pada 900 dan 1100 oC. HAp yang terbentuk dicirikan dengan difraktometer sinar-X (XRD), spektofotometer inframerah transformasi Fourier, dan mikroskop elektron pemayaran. Hasil síntesis menunjukkan bahwa HAp terbentuk pada pH basa. Pola XRD memperlihatkan HAp terbentuk disertai apatit karbonat tipe A, oktakalsium fosfat, α- dan β-trikalsium fosfat. Kristalinitas sampel meningkat dengan meningkatnya waktu dan suhu pemanasan. Kualitas HAp akan semakin baik dengan meningkatnya kristalinitas. Meningkatnya suhu pemanasan juga akan meningkatkan jumlah HAp yang terbentuk. Kata kunci: hidroksiapatit, kerang hijau, sol-gel
ABSTRACT TATANG HIDAYAT. Synthesis and Characterization of Hydroxyapatite from Green Mussel Shell with Sol-Gel Method. Supervised by CHARLENA and AKHIRUDDIN MADDU. Hydroxyapatite (HAp) is a major component of bones and teeth. HAp is widely used to repair, fill, extend, and reconstruct damaged bone tissue. In this research, HAp has been synthesized from green mussel shell by using sol-gel method. The controlled synthesis parameter was pH, and the variable being compared was heating temperature at 900 and 1100 oC. The HAp products were characterized by X-ray diffractometer (XRD), Fourier transform infrared spectrophotometer, and scanning electron microscope. The results showed that HAp was formed at alkaline pH. The XRD pattern showed that Hap was formed along with type A apatite carbonate, octacalcium phosphate, α- and β-tricalcium phosphate. The crystallinity was increased by raising the temperature and prolonging the heating time. The quality of HAp will get better with increasing crystallinity, and incrasing the temperature will raise the amount of HAp formed as well. Key words: green mussels, hydroxyapatite, sol-gel
SINTESIS DAN PENCIRIAN HIDROKSIAPATIT DARI CANGKANG KERANG HIJAU DENGAN METODE SOL-GEL
TATANG HIDAYAT
Skripsi sebagai salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2013
Judul Skripsi : Sintesis dan Pencirian Hidroksiapatit dari Cangkang Kerang Hijau dengan Metode Sol-Gel Nama : Tatang Hidayat NIM : G44104008
Disetujui oleh
Dr Charlena, MSi Pembimbing I
Dr Akhiruddin Maddu, SSi, MSi Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Ir Tun Tedja Irawadi, MS Ketua Departemen Kimia
Tanggal lulus:
PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan karya ilmiah yang berjudul Sintesis dan Pencirian Hidroksiapatit dari Cangkang Kerang Hijau dengan Metode Sol-Gel. Karya ilmiah ini disusun berdasarkan penelitian yang dilaksanakan pada bulan April hingga November 2012 di Laboratorium Anorganik, Institut Pertanian Bogor (IPB), Dramaga. Penulis mengucapkan terima kasih atas semua bimbingan, dukungan, dan kerja sama yang telah diberikan oleh Ibu Charlena, MSi selaku pembimbing pertama dan Bapak Dr Akhiruddin Maddu, SSi MSi selaku pembimbing kedua. Di samping itu, penghargaan penulis sampaikan kepada Ayah, Ibu, serta keluarga atas segala doa dan semangat yang diberikan. Terima kasih juga kepada Chaecar Himawan, Yuanita, Fina, Artha, Laras dan para laboran Laboratorium Anorganik atas bantuan yang telah diberikan selama penulis melakukan penelitian. Semoga laporan ini dapat bermanfaat. Terima kasih. Bogor, April 2013 Tatang Hidayat
DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN PENDAHULUAN BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat Lingkup Penelitian HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Kalsinasi dan Hidrasi Hidroksiapatit dan Hasil Pencirian dengan XRD Hasil Pencirian dengan Spektrofotometer FTIR Hasil Pencirian dengan SEM SIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN RIWAYAT HIDUP
vii vii 1 2 2 2 3 3 5 9 11 12 13 15 26
DAFTAR GAMBAR o
1 Difraktogram hasil kalsinasi cangkang kerang pada suhu 1100 C selama 12 jam
dan 18 jam 4 5 2 Difraktogram hasil kalsinasi (1100 °C, 18 jam) dan hidrasi (A). Pola 3 Difraktogram HAp hasil sintesis dari CaO dan Ca(OH)2 0.8 M dengan H3PO4 0.5 M pada 1100 oC (a dan b) dan 900 oC (c dan d) 6 4 Spektrum FTIR HAp hasil sintesis dari CaO 0.8 M dan Ca(OH)2 0.8 M dengan H3PO4 0.5 M pada 1100 oC (a dan b) dan 900 oC (c dan d) 10 5 Morfologi HAp dengan bahan awal CaO dan Ca(OH)2 dengan pemanasan pada 1100 oC (a dan b) dan 900 oC (c dan d). Perbesaran 250× 11 Morfologi HAp dengan bahan awal CaO dan Ca(OH) dengan pemanasan 1100 6 2 o C (a dan b) dan 900 oC (c dan d). Perbesaran 1000× 12 12 7 Hasil analisis SEM produk HAp komersial pada perbesaran 1500×
DAFTAR LAMPIRAN 1 2 3 4 5
Diagram alir sintesis HAp metode sol-gel Komposisi bahan awal HAp Radas sintesis HAp Data JCPDS Perhitungan konsentrasi kalsium cangkang kerang 6 Difraktogram HAp komersial 7 Perhitungan ukuran kristal sampel 8 Difraktogram hasil sintesis HAp pada pH 3
15 16 17 18 23 24 24 24
1
PENDAHULUAN Kerusakan jaringan keras tubuh yang berupa kecacatan struktur tulang banyak terjadi di Indonesia. Pengembangan bahan biomaterial sintetis untuk rehabilitasi jaringan tulang dan gigi diharapkan dapat meningkatkan pertumbuhan sel-sel yang akan melanjutkan fungsi daur kehidupan jaringan yang digantikan. Salah satu bahan yang sedang dikembangkan adalah biokeramik. Bahan biokeramik yang lazim digunakan untuk rehabilitasi jaringan adalah hidroksiapatit sintetik [HAp, Ca10(PO4)6(OH)2]. Hidroksiapatit merupakan komponen utama dari tulang dan gigi. HAp menyerap dengan cukup baik unsurunsur kimia organik dalam tubuh serta memiliki sifat biokompatibilitas dan bioaktivitas yang baik pula (Suzuki et al. 1993). Sifat bioaktif HAp mampu merangsang pertumbuhan tulang baru di sekitar implan tulang. Selain bersifat bioaktif, HAp juga bersifat biokompatibel, artinya mampu bertahan terhadap korosi dan tidak menimbulkan penolakan oleh jaringan tubuh (Tazaki et al. 2009). Material HAp dapat diperoleh dari tulang-tulang mamalia dan juga dari terumbu karang. Di laboratorium, HAp dapat dibuat dengan menggunakan beberapa proses, seperti reaksi dalam fase padat, presipitasi, metode hidrotermal, dan proses sol-gel. Nisbah molar antara kalsium dan fostat (Ca/P) pada hidroksiapatit adalah 1.67, mendekati nisbah molar Ca/P di dalam jaringan tulang (Aoki 1991). Senyawa HAp sintetik yang dipakai sekarang sangat mahal karena diimpor dari luar negeri. Kelemahan ini mendorong pencarian bahan alternatif lain untuk pembuatan HAp sintetik yang jauh lebih murah, mudah didapat, namun memiliki kualitas yang sama dengan HAp sintetik komersial produk Jepang (Muntamah 2011). Penelitian ini menyintesis HAp menggunakan bahan dasar cangkang kerang hijau. Kerang hijau (Perna viridis) merupakan komoditas yang melimpah di perairan Indonesia. Berdasarkan penelitian sebelumnya (Nadjib 2008), kandungan terbesar cangkang kerang ialah kalsium karbonat, magnesium karbonat, dan kalsium fosfat, dengan sebagian kecil bahan anorganik lain. Kandungan kalsium karbonat yang tinggi (98%) sangat berpotensi dijadikan sumber kalsium pada sintesis HAp (Awang-Hazmi et al. 2005). Penelitian ini bertujuan menyintesis dan menganalisis HAp dari cangkang kerang hijau. Pencirian menggunakan difraktometer sinar-X (XRD), spektrofotometer infaramerah transformasi Fourier (FTIR), dan mikroskop elektron pemayaran (SEM). Penelitian dilakukan berdasarkan penelitian sebelumnya (Muntamah 2011) yang menyintesis HAp melalui metode basah dengan menggunakan proses sol-gel. HAp yang diperoleh dengan proses sol-gel memiliki tingkat kemurnian yang tinggi, komposisi yang homogen, dan ukuran yang lebih kecil (Vazquez et al. 2005). Cangkang kerang hijau dikalsinasi dan dihidrasi menghasilkan bahan awal berupa CaO dan Ca(OH)2, yang kemudian direaksikan dengan asam fosfat (H3PO4). Hasil sintesis kemudian dicirikan dengan menggunakan XRD, SEM, dan FTIR.
2
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah cangkang kerang hijau dari Pasar Bogor, etanol 96%, H3PO4 80%, NH4OH 1 M, asam nitrat, dan air suling. Alat-alat yang digunakan meliputi cawan keramik, alat kaca yang lazim digunakan di laboratorium kimia, pemanas listrik, pengaduk magnet, dan neraca analitik. Penentuan kadar kalsium menggunakan spektrofotometer serapan atom (AAS) Shimadzu AA-7000 di Laboratorium Bersama, Departemen Kimia IPB. Pencirian hasil sintesis menggunakan XRD Shimadzu 6000, FTIR Shimadzu IRPrestige-21, dan SEM Philips 515 di Puslitbang Keteknikan Kehutanan dan Pengolahan Hasil Hutan Bogor.
Lingkup Penelitian Sintesis HAp pada penelitian ini dilakukan dengan metode reaksi basah (sol-gel) (Lampiran 1). Lima tahapan penelitian meliputi (1) kalsinasi cangkang kerang hijau, (2) pembuatan Ca(OH)2, (3) penentuan kadar Ca dalam cangkang kerang hijau, (4) sintesis HAp dengan metode sol-gel, dan (5) pencirian HAp menggunakan XRD, FTIR, dan SEM. Kalsinasi Cangkang Kerang Hijau (modifikasi Muntamah 2011) Cangkang kerang hijau dibersihkan dari kotoran lalu dikeringkan di udara terbuka. Kalsinasi cangkang kerang dilakukan pada suhu 1100 oC selama 12 jam dan 18 jam. Hasil kalsinasi dihaluskan kemudian dianalisis dengan menggunakan XRD untuk pencirian CaO dan AAS untuk penentuan kadar kalsium. Konversi CaO menjadi Ca(OH)2 Abu yang didapat dari proses kalsinasi dihidrasi dengan cara dibiarkan kontak dengan udara (yang mengandung uap air) selama 1 malam di suhu kamar. Untuk memastikan terbentuknya Ca(OH)2, abu yang telah dibiarkan kontak dengan udara dianalisis pola difraksi XRD-nya. Penentuan Kadar Ca dalam Cangkang Kerang Hijau Sampel ditimbang 0.1000 g, lalu ditambah 1 mL asam nitrat pekat dan dilarutkan dalam labu takar 100 mL dengan air suling bebas ion. Sebanyak 1 mL dipipet dan dilarutkan kembali dalam labu takar 100 mL, kemudian dianalisis dengan menggunakan AAS. Sintesis Hidroksiapatit dengan Metode Sol-Gel (modifikasi Muntamah 2011) Serbuk CaO hasil kalsinasi atau Ca(OH)2 hasil hidrasi dan asam fosfat dilarutkan dalam etanol 96% masing-masing sebanyak 50 mL (Lampiran 2). Presipitasi dilakukan dengan meneteskan asam fosfat ke dalam larutan CaO atau Ca(OH)2 pada suhu 37 oC dengan pengadukan 300 rpm dan laju alir 1.0 mL/menit (pH dijaga di atas 7 dengan NH4OH 1 M) (Lampiran 3). Campuran kemudian
3 dipanaskan dengan penangas air pada suhu 60 oC selama 1 jam dan diendapkan selama 24 jam. Setelah itu, diaduk pada suhu 60 oC dengan kecepatan 300 rpm sampai larutan berubah menjadi gel berwarna putih. Gel yang diperoleh dipanaskan pada suhu 900 dan 1100 oC selama 2 jam. Metode yang sama juga dilakukan tanpa pengaturan pH. Pencirian dengan XRD Difraktometer yang digunakan adalah XRD Shimadzu 6000, dengan sumber target Cu yang memiliki panjang gelombang 1.5406 Å. Sampel disiapkan sebanyak 2 g, kemudian dimasukan ke dalam holder yang berukuran (2×2) cm2 pada difraktometer. Sudut awal diambil pada 10o dan sudut akhir pada 70o dengan kecepatan pembacaan 2o per menit. Pencirian dengan FTIR Sampel disiapkan sebanyak 2 mg, dicampur dengan 100 mg KBr dan dibuat pelet. Analisis spektrum FTIR dilakukan pada kisaran bilangan gelombang 4000−400 cm−1. Pencirian dengan SEM Sampel diletakkan pada pelat aluminium dan diamati dengan menggunakan SEM dengan tegangan 10 kV, perbesaran 250 dan 1000 kali.
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Kalsinasi dan Hidrasi Cangkang kerang hijau perlu dikalsinasi sebelum digunakan sebagai prekursor kalsium (Ca). Kalsinasi dilakukan pada suhu 1100 °C selama 12 jam dan 18 jam. Dengan kondisi tersebut, seluruh komponen organik cangkang kerang hijau akan terbakar habis menjadi CO2 dan H2O (Adak dan Purohit 2011). Langkah ini juga membebaskan gas CO2 dari aragonit. Dengan demikian di akhir proses kalsinasi, seluruh cangkang kerang hijau dapat berubah menjadi CaO. Hasil kalsinasi berupa serbuk berwarna putih. Reaksi yang terjadi pada saat kalsinasi adalah CaCO3 CaO + CO2 Keberadaan ion karbonat harus dihilangkan karena akan berpengaruh dalam pembuatan HAp (Dahlan et al. 2009). Adanya ion karbonat akan menempati 2 posisi dalam struktur HAp, menggantikan gugus OH− membentuk apatit karbonat tipe-A (AKA) dengan rumus kimia (Ca10(PO4)6CO3), atau menggantikan gugus PO43− membentuk apatit karbonat tipe-B (AKB) dengan rumus kimia (Ca10(PO4)3(CO3)3(OH)2). Sampel hasil kalsinasi selama 12 jam menghasilkan difraksi pada sudut 2θ = 32.27°, 37.42°, 53.92°, 64.21°, dan 67.42° (Gambar 1a), sedangkan sampel hasil kalsinasi selama 18 jam menghasilkan difraksi pada sudut 2θ = 32.34°, 37.50°, 53.99°, 64.29°, dan 67.52° (Gambar 1b). Pola hasil difraksi tersebut sesuai dengan
4 senyawa CaO (standar JCPDS No. 37-1497) (Lampiran 4).
Gambar 1 Difraktogram hasil kalsinasi cangkang kerang pada suhu 1100 oC Selama 12 jam dan 18 jam Kristalinitas sampel yang dikalsinasi selama 18 jam (97.83%) lebih tinggi jika dibandingkan dengan sampel yang dikalsinasi selama 12 jam (91.85%). Waktu kalsinasi yang lebih lama akan menyebabkan semakin banyak terbentuk kristal karena susunan atom dalam bahan semakin teratur. Kristalinitas juga dipengaruhi oleh suhu yang digunakan pada saat pemanasan (Purnama 2006). Berdasarkan hasil ini CaO hasil kalsinasi selama 18 jam digunakan sebagai salah satu bahan awal pembuatan HAp. Penelitian ini selain menggunakan bahan awal CaO juga menggunakan bahan awal Ca(OH)2. CaO dapat dengan mudah diubah menjadi Ca(OH)2 melalui reaksi eksoterm dengan air. CaO + H2O → Ca(OH)2 Serbuk CaO hasil kalsinasi dihidrasi dengan cara dibiarkan kontak dengan udara (yang mengandung uap air) selama 1 malam di suhu ruang. Gambar 2 menunjukkan sudut difraksi pada 2θ = 18.03°, 28.70°, 34.11°, 47.14°, 50.83°, dan 62.62°. Sudut 2θ tersebut sesuai dengan senyawa Ca(OH)2 (standar JCPDS No. 44-1481) (Lampiran 4). Derajat kristalinitas yang diperoleh cukup baik, yaitu 87.35%, tetapi lebih rendah daripada kristalinitas CaO. Berdasarkan hasil XRD, ukuran partikel CaO lebih besar daripada Ca(OH)2. Umumnya semakin tinggi kristalinitas, semakin besar ukuran partikelnya. Adanya senyawa karbonat juga dapat menurunkan kristalinitas (Qoniah dan Prasetyoko 2010). Spektrum FTIR menunjukkan bahwa Ca(OH)2 mengandung karbonat lebih banyak daripada CaO. Terbentuknya struktur baru pada saat proses konversi dari CaO menjadi Ca(OH)2 juga mengubah kristalinitasnya.
5
Gambar 2 Difraktogram hasil kalsinasi (1100 °C, 18 jam) dan hidrasi (A). Pola XRD sampel dicerminkan dengan Ca(OH)2 (standar JCPDS No. 441481) (B) Kadar kalsium (Ca) dalam serbuk hasil kalsinasi pada suhu 1100 oC selama 18 jam diukur dengan AAS. Persentase Ca yang diperoleh sebesar 45.62% (Lampiran 5). Kandungan kalsium ini lebih besar dibandingkan dengan cangkang kerang hijau hasil Yulianti (2009), yaitu berkisar antara 28.97% dan 39.55%, atau cangkang tutut (25.89%) (Irfana dan Herawati 2012). Namun, masih lebih kecil dibandingkan dengan cangkang kerang darah (61.23%) (Muntamah 2011) atau cangkang telur ayam (71.68%) (Samsiah 2009).
Hidroksiapatit Hidroksiapatit merupakan suatu senyawa kalsium fosfat yang mengandung hidroksida, rumus molekulnya Ca10(PO4)6(OH)2. HAp dapat dibuat dengan menggunakan metode basah. Keuntungan utama sintesis dengan metode basah adalah hasil sampingnya air, kemungkinan kontaminasi selama pengolahan sangat rendah, dan biaya pengolahan rendah. Reaksinya juga sederhana, cocok untuk industri skala besar, dan tidak mencemari lingkungan (Kehoe 2008). Sintesis HAp cara basah yang dipilih adalah teknik sol-gel, yang diharapkan menghasilkan keseragaman dan stokiometri yang terkendali hingga terbentuknya HAp (Vazquez et al. 2005). Serbuk CaO atau Ca(OH)2 dicampurkan dengan H3PO4 80% yang masingmasing dilarutkan ke dalam 50 mL etanol 96% (pH diatur dengan penambahan NH4OH 1 M). Nisbah Ca/P yang digunakan 1.67 (0.8 M Ca/0.5 M P). Berdasarkan Trianita (2012), proses reaksi yang terlibat dalam sintesis HAp antara lain Reaksi 1 (pembentukan CaO dan Ca(OH)2) CaCO3 → CaO + CO2 ↑ CaO + H2O → Ca(OH)2 Reaksi 2 (ionisasi) H3PO4 → H+ + H2PO4− H2PO4− → H+ + HPO42− HPO42− → H+ + PO43−
6 Reakksi 3 (pembeentukan HA Ap) 10 Ca2+ + 6PO43− + 2OH 2 − → Caa10(PO4)6(O OH)2 Reakksi lengkap 1 10Ca(OH) 2 + 6H3PO4 → Ca10(PO4)6(OH)2 + 18H2O 6H3PO4 + 10CaO → Ca10(PO4)6(OH)2 + 8H H2O Metode XRD X dapat digunakan untuk men nentukan faase dari suaatu sampel kristaal. Pola difr fraksi yang dihasilkan dicocokkan d n dengan daata standar H HAp, yaitu JCPD DS No. 09--0432 (Lam mpiran 4). Difraktogram D m HAp hasiil reaksi basah H3PO4 denggan CaO padda suhu 11000 oC (Gam mbar 3a) meenunjukkan intensitas yyang tinggi denggan sebagiaan besar puuncak berassal dari fasse HAp, yaaitu pada sudut 2θ = 25.877o, 31.78o, 32.20o, 322.92o, 39.882o, dan 46 6.70o. Masih terdapatt beberapa punccak lain denngan intensitas yang reendah, yaitu u pada 2θ = 27.79o, 229.63o, dan 31.044o. Mengaccu pada dataa JCPDS No. N 29-0359 (Lampirann 4), sudut 22θ tersebut meruupakan fase trikalsium fosfat (TCP P) dengan rumus r moleekul Ca3(PO O4)2. Selain itu teerdapat fasse apatit kaarbonat tipee A (AKA)) (Ca10(PO4)6CO3), juuga dengan intennsitas rendahh pada suduut 2θ = 35.447o. Puncak k-puncak denngan intenssitas sangat rendaah dianggapp sebagai laatar belakangg atau derau u.
Gam mbar 3 Difrraktogram HAp H hasil siintesis dari CaO C dan Caa(OH)2 0.8 M dengan H3PO4 0.5 M pada 1100 oC (a dan b) dan d 900 oC (c dan d) Difraktogrram HAp hasil h reaksi H3PO4 deng gan Ca(OH H)2 pada suhhu 1100 oC (Gam mbar 3b) juuga menghaasilkan punccak-puncak k dengan inntensitas terrtinggi dari o o fase HAp, yaitu pada sudutt 2θ= 25.90 , 31.79 , 32 2.22o, 32.944o, 39.83o, 446.73o, dan
7 49.40o. Selain itu, terdapat fase lain dengan intensitas rendah pada 2θ = 31.06o dan 43.90o, yang merupakan fase TCP. Dengan CaO pada suhu 900 oC, difraktogram (Gambar 3c) tetap menunjukkan fase HAp (2θ = 31.81o, 32.96o, 32.24o, 46.75o, dan 25.88o) serta TCP (2θ = 31.06o, 34.38o, 27.83o, 59.51o, dan 13.71o). Fase TCP dalam sampel ini memunculkan cukup banyak puncak difraktogram, sebagian dengan intensitas yang cukup tinggi, meskipun fase HAp masih lebih dominan. Terdapat pula fase AKA dengan intensitas yang cukup rendah pada sudut 2θ = 29.53o serta fase kalsium karbonat (CaCO3) pada sudut 2θ = 63.04o. Hasil serupa ditunjukan oleh difraktogram hasil reaksi Ca(OH)2 dan H3PO4 pada suhu 900 oC (Gambar 3d). Fase HAp pada sudut 2θ = 31.80o, 32.94o, 32.19 o, 49.47o, dan 25.89o diperoleh bersama fase TCP pada sudut 2θ = 31.05o, 27.82o, 34.36o, dan 37.35o. Fase HAp masih lebih dominan ketimbang fase TCP. Fase oktakalsium fosfat (OKP) dengan rumus molekul Ca4H(PO4)3•25H2O juga muncul pada sudut 2θ = 41.98o. Hasil XRD semua sampel dalam penelitian ini memperlihatkan terbentuknya HAp dari reaksi antara asam fosfat dan bahan awal CaO maupun Ca(OH)2. Beberapa fase lain masih terbentuk seperti OKP, TCP, AKA, dan CaCO3. Fase HAp paling stabil di antara senyawa kalsium fosfat lainnya pada suhu ruang. Namun, pada pemanasan dengan suhu tinggi (sintering), HAp dapat berubah fase menjadi senyawa kalsium fosfat yang lain. HAp terdekomposisi menjadi trikalsium fosfat Ca3(PO4)2 (α-TCP dan β-TCP), kalsium oksida (CaO) dan tetrakalsium fosfat Ca4(PO4)O pada suhu tertentu dan tergantung atmosfer di sekitarnya (Bernache-Assolant et al. 2002). Muntamah (2011) melaporkan bahwa sintesis HAp dengan metode sol-gel dengan bahan baku cangkang kerang darah menghasilkan HAp dengan kemurnian tinggi tanpa didapatkan fase lain. Perbedaan tingkat kemurnian ini dapat disebabkan oleh bahan awal dan kondisi sintesis yang berbeda. Pada semua sampel terdapat fase β-TCP. Fase ini dengan pemanasan lebih lanjut dapat membentuk α-TCP yang keberadaannya terlihat pada sampel HAp dari CaO dengan pemanasan 1100 oC. Perubahan fase HAp menjadi TCP merupakan akibat dari lepasnya gugus OH− (dan melepaskan uap air) sehingga HAp mengalami dehidrasi dan membentuk TCP. Berdasarkan penelitian Bernache-Assolant et al. (2002), fase TCP dapat terbentuk mulai dari suhu 600 o C dengan kalsium bersumber dari kalsium nitrat tetrahidrat (Ca(NO3)2•24H2O) direaksikan dengan diamonium hidrogen ortofosfat ((NH3)2HPO4). Untuk mendapatkan HAp dengan densitas tinggi dan stabil, perlu dilakukan sintering sampai suhu tertentu dan dijaga agar tidak terjadi dekomposisi HAp menjadi β-TCP atau senyawa lainnya. Suhu saat sintering merupakan faktor yang dapat memengaruhi dekomposisi karena secara aktif permukaan HAp dapat berinteraksi dengan lingkungan di sekitarnya pada suhu tertentu (Arifianto 2006). Fase AKA juga dapat terbentuk karena suhu yang tinggi memungkinkan ion karbonat menggantikan posisi OH− dalam struktur HAp. Ion karbonat selain terdapat dalam serbuk cangkang kerang sebelum dikalsinasi, juga dapat berasal dari udara dan masuk setelah proses kalsinasi. Ion yang terperangkap selama proses sintesis ini akan sulit dihilangkan karena terikat dalam kristal HAp. Adanya AKA dalam jumlah yang relatif kecil pada produk HAp tidak membahayakan tubuh sebab merupakan komposit kalsium fosfat juga, sehingga
8 pembentukan tulang dapat melalui AKA ini. AKA termasuk fraksi mineral jaringan keras yang jika ikut diimplankan bersama dengan HAp tidak membahayakan tubuh makhluk hidup (Aoki 1991). Fase CaCO3 merupakan fase terbanyak pada cangkang kerang. Masih terdeteksinya CaCO3 menunjukkan bahwa belum semua CaCO3 berhasil diubah menjadi CaO pada saat proses kalsinasi. Namun CaCO3 juga dapat ditimbulkan oleh reaksi CO2 dari udara dengan CaO selama proses sintesis. Hidayat et al. (2006) menyatakan bahwa meningkatnya karbonat akan menurunkan proses kristalisasi. Dengan kata lain, pembentukan kristal HAp akan terganggu. Dari hasil studi dengan material sintetis, konversi kalsium fosfat amorf menjadi HAp berlangsung melalui pembentukan kristal nonapatit, yaitu OKP dan dikalsium fosfat dihidrat (Soejoko 1999). Munculnya puncak difraksi yang sesuai dengan kristal OKP pada sampel Ca(OH)2 dan H3PO4 suhu 900 oC menunjukkan bahwa fase HAp belum sepenuhnya terbentuk dan sekaligus membuktikan bahwa pembentukan HAp didahului oleh pembentukan kristal nonapatit. Hasil sintesis HAp pada penelitian ini juga memiliki pola difraksi yang hampir sama dengan HAp komersial (Lampiran 6). XRD dapat digunakan untuk menentukan sistem kristal, parameter kisi, kristalinitas, dan fase suatu sampel (Cullity dan Stock 2001). Tabel 1 menunjukkan pengaruh suhu dan bahan awal sintesis HAp pada kristalinitas HAp yang dihasilkan. Kristalinitas menyatakan kandungan kristalin dalam suatu bahan dengan membandingkan luas kurva kristal dengan total luas amorf dan kristal. Persentase kristalinitas didapati meningkat seiring dengan kenaikan suhu pemanasan. Suhu pemanasan yang semakin tinggi menyebabkan susunan atom semakin teratur sehingga semakin banyak terbentuk fase kristalin. Hal ini terlihat dari semakin tingginya intensitas dan semakin sempitnya lebar setengah puncak (full width at half maximum [FWHM]) pada sudut 2θ = 31.78o (CaO; 1100 oC) dan 31.79o (Ca(OH)2; 1100 oC) serta 31.81o (CaO; 900 oC) dan 31.80o (Ca(OH)2; 900 oC). Tabel 1 Kristalinitas, parameter kisi, dan ukuran kristal (d) sampel HAp sintetis Bahan awal
Suhu (oC)
Kristalinitas (%)
CaO Ca(OH)2 CaO Ca(OH)2
1100 1100 900 900
84.47 91.99 79.31 81.93
Parameter kisi a (Å) c (Å) 9.417 6.881 9.413 6.876 9.416 6.88 9.412 6.894
d(002) (nm) 86.66 99.04 69.33 81.56
Perbedaan bahan awal sintesis HAp turut memengaruhi kristalinitas. Kalsium hidroksida memberikan kristalinitas yang lebih tinggi daripada kalsium oksida. Hal ini terkait dengan ukuran partikel kristal yang terbentuk. Umumnya semakin tinggi kristalinitas, semakin besar ukuran partikelnya. Sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 1, penggunaan Ca(OH)2 sebagai bahan awal sintesis HAp menghasilkan kristal yang lebih besar dengan densitas yang tinggi dan stabil. Dahlan et al. (2009) melaporkan sintesis HAp dari cangkang telur dengan metode kering. Fase HAp dihasilkan dengan beberapa fase lain, dengan pemanasan pada suhu 900 dan 1000 oC, menghasilkan kristalinitas antara 84%
9 dan 94%. Kristalinitas tersebut lebih tinggi dibandingkan dengan metode basah (sol-gel) karena tidak banyak melibatkan pereaksi. Solihat (2008) menyintesis HAp dari cangkang telur menggunakan metode hidrotermal. Fase HAp dihasilkan bersama fase lain, yaitu CaO dengan kristalinitas 96%. Hasil tersebut juga lebih tinggi, baik dari segi kemurnian maupun kristalinitasnya. Metode hidrotermal melibatkan tekanan tinggi dengan kondisi sintesis yang tertutup maka dimungkinkan pembentukan kristal apatit secara lebih baik. Jarak antarsel satuan dalam segala arah disebut parameter kisi. Parameter kisi kristal HAp berdasarkan Aoki (1991) adalah a = 9.432 Å dan c = 6.875 Å. Berdasarkan hasil pengukuran dengan XRD, parameter kisi sampel (Tabel 1) berada pada kisaran parameter HAp tersebut sehingga membuktikan bahwa fase HAp telah terbentuk pada sampel. Ukuran kristal dihitung menggunakan persamaan Scherrer (Lampiran 7) dan berbanding lurus dengan kenaikan suhu (Tabel 1), tetapi berbanding terbalik dengan nilai FWHM. Pada penelitian ini dilakukan pula sintesis HAp tanpa pengaturan pH pada saat pencampuran H3PO4 dengan sumber kalsium. pH yang terukur sekitar 3. Berdasarkan difraktogram pada Lampiran 8, senyawa HAp yang terbentuk sangat sedikit, hasil yang dominan ialah TCP. Trikalsium fosfat juga merupakan biomaterial yang umum dalam rekonstruksi tulang karena memiliki tingkat biodegradasi yang sesuai dengan laju pertumbuhan tulang dan bersifat osteokonduktif (Khrisna et al. 2007). Selain karena pengaruh pH dan suhu, pembentukan TCP dapat disebabkan oleh pengaruh CO2 pada saat sintesis. Oleh karena itu, pada awal pembuatan HAp harus dipastikan bahwa hanya terbentuk fase HAp. Jika fase α- dan β-TCP telah muncul pada awal pembuatan sampel, maka setelah pemanasan fase-fase tersebut akan memiliki puncak (pola XRD) yang semakin kuat, artinya tingkat dekomposisi bertambah besar (Arifianto 2006). Hasil penelitian menunjukkan pentingnya pengaturan pH pada saat pencampuran agar terbentuk HAp. pH dikondisikan di atas 7 dengan penambahan NH4OH 1 M. Penelitian sebelumnya menyatakan bahwa kandungan fase kristal apatit dalam sampel meningkat seiring dengan naiknya pH dan mulai signifikan bila pH larutan lebih dari 5 (Soedjoko dan Wahyuni 2002).
Hasil Pencirian dengan Spektrofotometer FTIR Analisis FTIR digunakan untuk mengidentifikasi gugus fungsi OH−, PO43−, dan CO32− pada sampel. Pada spektrum produk sintesis HAp dari CaO 0.8 M dan H3PO4 0.5 M pada suhu 1100 oC (Gambar 4a), terdapat pita serapan untuk vibrasi asimetris tekuk ( 4) fosfat pada bilangan gelombang 570.93 dan 601.79 cm−1, vibrasi asimetris ulur ( 3) fosfat pada 1049.28 dan 1091.71 cm−1, vibrasi ulur ( 1) fosfat pada 955.16 cm−1, tetapi tidak terdeteksi pita serapan untuk vibrasi tekuk ( 2) fosfat. Konsentrasi pereaksi pada saat sintesis HAp berpengaruh terhadap ketajaman puncak-puncak serapan gugus fosfat (Fifia 2008). Gugus fungsi OH− ditunjukkan pada bilangan gelombang 3572.17, 3641.6, dan 632.65 cm−1. Munculnya gugus fungsi OH− ini khas untuk HAp. Keberadaan pita serapan gugus fosfat dan hidroksil membuktikan bahwa HAp telah terbentuk pada sampel.
10
Gambar 4 Spektrum FTIR HAp hasil sintesis dari CaO 0.8 M dan Ca(OH)2 0.8 M dengan H3PO4 0.5 M pada 1100 oC (a dan b) dan 900 oC (c dan d) Pita serapan CO32- terdapat pada bilangan gelombang 875.68, 1419.61, dan 1481.33 cm−1. Keberadaan ion karbonat merupakan inhibitor dalam pembuatan HAP dan berasal dari reaksi CaO dengan CO2 dalam udara bebas selama sintesis (Dahlan et al. 2009). Selain itu, CO32− diasumsikan ada sejak sebelum proses sintesis dilakukan atau terbawa dari bahan baku. Adanya CO32− tidak dapat dikatakan buruk karena tulang manusia juga memiliki CO32− yang merupakan substitusi alami untuk PO43− sesuai dengan rumus molekul Ca10(CO3)x(PO4)6(2/3)x(OH) atau lazim disebut HAp terkarbonasi (Aoki 1991). Spektrum produk sintesis HAp dari Ca(OH)2 0.8 M dan H3PO4 0.5 M pada suhu 1100 oC (Gambar 4b) juga menunjukan pita serapan fosfat pada bilangan gelombang 570.93 dan 601.79 cm−1 ( 4), 964.41 cm−1 ( 1), 1056.99 dan 1091.71 cm−1 ( 3). Gugus fungsi OH− memunculkan serapan pada 3572.17, 3641.6, dan 632.65 cm−1, sedangkan pita serapan CO32− terdapat pada 875.68, 1411.89, dan 1481.33 cm−1. Spektrum produk sintesis HAp dari CaO 0.8 M dan H3PO4 0.5 M pada suhu o 900 C (Gambar 4c) memiliki pita serapan vibrasi fosfat pada bilangan gelombang 570.93 dan 601.79 cm−1 ( 4), 962.12 cm−1 ( 1), 1049.28 dan 1091.71 cm−1 ( 3). Gugus fungsi OH− ditunjukkan oleh serapan di 3572.17, 3641.6, dan 632.65 cm−1, sedangkan pita serapan CO32− terdapat di 875.68 dan 1450.47 cm−1. Spektrum produk sintesis HAp dari Ca(OH)2 0.8 M dan H3PO4 0.5 M pada suhu 900 oC (Gambar 4d) memperlihatkan pita serapan untuk vibrasi fosfat pada bilangan gelombang 570.93 dan 601.79 cm−1 ( 4), 964.41 cm−1 ( 1), 1026.13 dan 1083.99 cm−1 ( 3). Gugus fungsi OH− memunculkan serapan di 3572.17, 3641.6, dan 628.79 cm−1. Pita serapan CO32− diperoleh di 875.68 dan 1442.75 cm−1. Senyawaan HAp dapat dikenali dari pita serapan gugus hidroksil dan fosfat, sedangkan pada apatit karbonat memberikan pita serapan tambahan untuk gugus
11 karbbonat (Nurlaaela 2009). Keempat saampel menuunjukkan keeberadaan gugus g fosfat dann hidroksil.. Hal ini menunjukka m an bahwa HAp H telah terbentuk pada sampel. Perbedaan suuhu kalsinaasi memengaruhi intenssitas pita seerapan. Kalssinasi pada suhuu 900 dan 1100 oC menyebabk kan eliminaasi CO32−. Spektrum FTIR menunjukkkan bahwaa kalsinasii pada suh hu 900 oC lebih meenurunkan nilai transmitanns CO32− daaripada kalsinasi padaa suhu 11000 oC. Hal iini menunju ukkan 2− o bahwa kanndungan CO3 pada suhu s 900 C lebih bessar daripadaa suhu 110 00 oC. 2− Suhu yangg semakin tiinggi akan meningkatk m kan eliminassi CO3 (Fifia 2008). Sintesis HAp dengan d bahhan awal Caa(OH)2 jugaa menghasiilkan kandu ungan 2− b darripada sinteesis berbahhan dasar C CaO. Padaa saat CO3 yanng lebih banyak pembuatann Ca(OH)2, terdapat proses p pemb biaran samppel di udaraa terbuka seelama semalam. Selama prroses ini, dimungkinkaan tidak haanya uap aiir yang terjjerap, tetapi jugaa CO2, yangg dapat bereeaksi dengan n CaO mem mbentuk kalssium karbon nat. Pita fosfat padaa spektrum m HAp kom mersial beruppa pita keccil pada bilaangan gelombangg 960 cm−11 (Muntamaah 2011). Pita yang saama teramatti pada spek ktrum semua sam mpel HAp hasil h sintesiss.
Hassil Penciria an dengan SEM S Pem manasan padda suhu 9000 oC menghaasilkan sam mpel berbenttuk menggu umpal (Gambar 5c 5 dan d) dibandingkann dengan peemanasan pada p suhu 1100 oC (Gaambar 5a dan b). Hal ini disebabkan d o oleh mengeecilnya luass permukaann butiran seeiring dengan naaiknya suhhu pemanassan sehingg ga gumpalaan yang terrbentuk sem makin kecil. Pem mbentukan kristal k pun semakin s meningkat.
Gambbar 5 Morfo fologi HAp dengan d bah han awal CaaO dan Ca(O OH)2 dengan n pemaanasan padaa 1100 oC (a ( dan b) daan 900 oC (c dan d). Perb besaran 250× × Fotoo SEM denggan perbesaaran 1000× (Gambar 6)) memperlihhatkan morffologi kristal bebberapa senyyawa apatitt yang berg gabung meenjadi lebihh besar. Tampak morfologi seperti granul g denngan butiraan yang seragam, s nnamun mem miliki 005) melapoorkan hasil SEM HAp hasil permukaann yang kasaar. V’azqueez et al. (20 presipitasii berupa buutiran haluss yang beru ukuran seraagam. Perbeedaan morffologi
12 ditunnjukkan oleeh HAp kom mersial (Gaambar 7), partikel p terddiri atas graanul-granul yangg membentuuk agregat. Ukuran U grannul tidak meerata, dan memiliki m strruktur yang haluss (Trianita 2012). 2
Gam mbar 6 Morffologi HAp dengan bahhan awal CaaO dan Ca(O OH)2 dengan p pemanasan 1100 oC (a dan b) dan 900 oC (c dan d d). Perbbesaran 1000×
Gam mbar 7 Hasill analisis SE EM produk HAp komeersial pada perbesaran p 11500×
SIIMPULAN N DAN SARAN S Sintesis HAp H berhassil dilakukaan dengan metode m soll-gel dari bbahan awal CaO dan Ca(OH H)2 hasil kaalsinasi dann hidrasi can ngkang keraang hijau. P Pengaturan ke pH p 7 diperrlukan untuuk pembenntukan HAp p tersebut. Difraktoggram XRD menuunjukkan HAp H sebagaii fase dominan dengan n sedikit fasse-fase lain.. Spektrum FTIR R menunjukkkan keberaadaan guguss fosfat dan hidroksil. Sintesis S denngan bahan o awall Ca(OH)2 dan pemannasan pada suhu 1100 0 C meruppakan konddisi terbaik karenna menghassilkan HApp dengan kristalinitas, k parameterr kisi, dan kemurnian yangg tinggi. Footo SEM memperlihat m tkan morfollogi sepertii granul deengan butir yangg seragam, namun n mem miliki permuukaan yang kasar. k
13 Masih diperlukan penelitian lebih lanjut dengan meminimumkan kandungan CO32− dalam hasil kalsinasi cangkang kerang hijau, serta mengoptimumkan teknik-teknik eksperimental seperti pH, suhu, dan kecepatan pengadukan. Penelitian ini dapat dilanjutkan dengan menyintesis HAp dalam bentuk scaffold yaitu dengan penambahan komposit tertentu agar memiliki matriks berpori.
DAFTAR PUSTAKA Adak MD, Purohit KM. 2011. Synthesis of nano-crystalline hydroxyapatite from dead snail shells for biological implantation. Organs. 25(3):101-106. Aoki H. 1991. Science and Medical Applications of Hydroxyapatite. Tokyo (JP): Tokyo Medical and Dental Univ. Arifianto. 2006. Pengaruh atmosfer dan suhu sintering terhadap komposisi pelet hidroksiapatit yang dibuat dengan sintesa kimia dengan pelarut air dan SBF [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Awang-Hazmi AJ, Zuki ABZ, Noordin MM, Jalila A, Norimah Y. 2005. Mineral composition of the cokle (Anadara granosa) shells of west coast of Peninsular Malaysia and it’s potential as biomaterial for use in bone repair. Animal & Veterinary Adv. 6(5):591-594. Bernache-Assolant D, Ababou A, Champion E, Heughebaert M. 2002. Sintering of calcium phosphate hydroxyapatite Ca10(PO4O)6(OH)2 [internet]. [diunduh 2012 Des 1]. Tersedia pada: http://www.elsevier.com. Cullity BD, Stock SR. 2001. Elements of X-Ray Diffraction. New Jersey (US): Prentice Hall. Dahlan K, Prasetyanti F, Sari YW. 2009. Sintesis hidroksiapatit dari cangkang telur menggunakan dry method. J Biofisika. 5(2):71-78. Fifia Z. 2008. Spektroskopi inframerah, serapan atomik, dan ultraviolet-visible hidroksiapatit dari cangkang telur [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Hidayat Y, Maddu A, Soedjoko DS. 2006. Spektroskopi Fourier transform infrared (FTIR) senyawa kalsium fosfat pengaruh ion F− dan Mg2+ hasil presipitasi. J Biofisika. 1:21-27. Irfana L, Herawati L. 2012. Sintesis hidroksiapatit dari cangkang tutut (Bellamya javanica) [laporan praktikum]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Kehoe S. 2008. Optimization of hydroxyapatite (HAp) for orthopaedic application via the chemical precipitation technique [tesis]. Dublin (IE): Dublin City University. Krishna SR, Siddharthan A, Seshadri SK, Kumar S. 2007. A novel route for synthesis of nanocrystalline hydroxyapatite from eggshell waste. Mat Med. 18:1735-1743. Muntamah. 2011. Sintesis dan karakterisasi hidroksiapatit dari limbah cangkang kerang darah (Anadara granosa) [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Nadjib M. 2008. Studi pemanfaatan kulit kerang sebagai bahan penyusun pembuatan lem kaca. J Biol Res. 13:153-156.
14 Nurlaela A. 2009. Penumbuhan kristal apatit dari cangkang telur ayam dan bebek pada kitosan dengan metode presipitasi [tesis]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Purnama EF. 2006. Pengaruh suhu reaksi terhadap derajat kristalinitas dan komposisi dibuat dengan media air dan cairan tubuh buatan (synthetic body fluid)[skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Qoniah I, Prasetyoko D. 2010. Penggunaan cangkang bekicot sebagai katalis untuk reaksi transesterifikasi refined palm oil [skripsi]. Jakarta (ID): Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Samsiah R. 2009. Karakteristik biokomposit apatit-kitosan dengan XRD (X-ray diffraction), FTIR (Fourier transform infrared), SEM (scanning electron microscopy) dan uji mekanik [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Soejoko DS. 1999. Kajian komposisi dan struktur senyawa mineral dalam kutikula Macrobrachium rosenbergii dan Penaeus monodon serta evolusinya selama periode molting [disertasi]. Bandung (ID): Institut Teknologi Bandung. Soejoko DS, Wahyuni S. 2002. Spektroskopi inframerah senyawa kalsium fosfat hasil presipitasi. Makara Sains. 6(3):117-120. Solihat R. 2008. Hydrothermal synthesis of hydroxyapatite from eggshell: XRD, FTIR and SEM-EDXA characterization [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Suzuki DT, Griffiths AJF, Miller JH, Lewontin RC, Gelbart WM. 1993. An Introduction to Genetic Analysis. New York (US): Freeman. Tazaki J, Murata M, Akazawa T, Yamamoto M, Ito K, Arisue M, Shibata T, Tabata Y. 2009. BMP-2 release and dose-response studies in hydroxyapatite and β-tricalcium phosphate. Bio-Med Mat & Eng. 19:141-146. Trianita VN. 2012. Sintesis hidroksiapatit berpori dengan porogen polivinil alkohol dan pati [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor. Vazquez CG, Barba CP, Munguia N. 2005. Stochiometric hydroxyapatite obtained by precipitation and sol gel processes. Investigaci’ on Revista Mexiana De F’isica. 51(3):284-239. Yulianti. 2009. Sifat fisik dan kimia cangkang kijing lokal (Pilsbryo conchaexilis) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
15 Lampiran 1 Diagram alir sintesis HAp metode sol-gel Pencucian dan pengeringan cangkang kerang
Kalsinasi (1100 oC, 12 dan 18 jam) H2O
XRD
Ca(OH)2
CaO
Ditambahkan H3PO4 + etanol
Ditambahkan H3PO4 + etanol
Diaduk 300 rpm 37 oC laju alir 1 mL/menit
Dipanaskan dengan penangas air (60 oC, selama 1 jam)
Didiamkan 24 jam
Diaduk 300 rpm 60 oC sampai terbentuk gel
Dipanaskan (2 jam pada 900 dan 1100 oC)
XRD
FTIR
SEM
XRD
16 Lampiran 2 Komposisi bahan awal HAp Sampel CaO Ca(OH)2 CaO Ca(OH)2
Massa (g) 2.3400 3.1700 2.3400 3.1700
Volume H3PO4 (mL) 1.90 1.90 1.90 1.90
Contoh perhitungan: Massa P :
ρ H3PO4 80% = 1.628 g/mL
m H3PO4 = ρ × V = 1.628 g/mL × 1000 mL = 1628 g M = =
L
m H3PO4 80%
= 1628 g = 1302.4 g
L L
.
L
= 13.2898 M V1 × M1 = V2 × M2 V1 × 13.2898 = 50 mL × 0.5 M V1 = 1.90 mL Konsentrasi Ca/P : Ca/P = 1.67 Ca/P = 0.5 M × 1.67 = 0.835 M Massa CaO: M
=
0.835 M = m CaO
= 2.338 g
Massa Ca(OH)2: L
L L
L
M
=
0.835 M
=
m Ca(OH)2 = 3.173 g
L
L L
L
17 Lampiran 3 Radas siintesis HAp
18 Lampiran 4 Data JCPDS Kalsium oksida (CaO) JCPDS No. 37-1497
Kalsium karbonat (CaCO3) JCPDS No. 41-1475
19 lanjutan Lampiran 4 Kalsium hidroksida (Ca(OH)2) JCPDS No. 44-1481
Hidroksiapatit (Ca10(PO4)6(OH)2 ) JCPDS No. 09-0432
20 lanjutan Lampiran 4 Apatit karbonat tipe A (AKA) (Ca10(PO4)6CO3 ) JCPDS No. 35-0180
Apatit karbonat tipe B (AKB) (Ca10(PO4)3(CO3)3(OH)2) JCPDS No. 19-0272
21 lanjutan Lampiran 4 Oktakalsium fosfat (Ca4H(PO4)3.25H2 JCPDS No. 44-0778
Trikalsium fosfat (α-TCP) JCPDS No. 29-0359
22 lanjutan Lampiran 4 Trikalsium fosfat (β-TCP) JCPDS No. 09-0169
23 Lampiran 5 Perhitungan konsentrasi kalsium cangkang kerang Kurva standar Konsentrasi (ppm) 2 4 6 8 10 Sampel CaO
Absorbans
Ulangan 1 Ulangan 2
0.1583 0.166
Absorbans 0.069 1 0.143 7 0.214 0 0.286 8 0.352 1
b. Konsentrasi kalsium pada cangkang kerang hijau
Konsentrasi (ppm) 4.4529 4.6698
Bobot sampel (g) 0.1000 0.1
Absorbans
a.
0.5000 0.0000 0
5
Konsentrasi (ppm)
FP 100 100 Rerata
Contoh perhitungan ulangan 1 Persamaan garis: y = 0.00041 + 0.03546x 0.1583 = 0.00041 + 0.03546x 0.03546x = 0.1579 x = 4.4529
L L
Konsentrasi Ca = Konsentrasi Ca =
.
Konsentrasi Ca = 44.53% (b/b)
100% L L
L
.
10
100%
Konsentrasi (% b/v) 44.53 46.7 45.62
15
24 Lampiran 6 Difraktogram HAp komersial 2θ
Intensitas
Fase
10.825 16.731 25.808 28.084 28.842 31.687 32.852 33.99 35.399 39.733 46.615 48.105 49.405 50.435 51.166 52.006 53.252
34 29 72 27 36 185 123 119 54 49 67 30 59 30 30 26 34
HAp HAp HAp HAp HAp HAp AKA HAp HAp AKA HAp HAp HAp HAp AKB HAp HAp
Lampiran 7 Perhitungan ukuran kristal sampel d= HAp dengan Suhu menggunakan (°C) CaO 1100
α β
θ
,
k = 0.9
α = 0.15406 nm
2θ (deg) 25.87
θ (deg) 12.93
0.9746
β β (deg) (rad) 0.09445 0.0016
cos θ
0.0016
d(002) (nm) 86.66
β cos θ
Ca(OH)2 CaO
1100 900
25.9 25.88
12.95 12.94
0.9746 0.9746
0.0825 0.1178
0.0014 0.002
0.0014 0.002
99.04 69.33
Ca(OH)2
900
25.89
12.94
0.9746
0.0971
0.0017
0.0017
81.56
25 Lampiran 8 Difraktogram hasil sintesis HAp pada pH 3 CaO 1100 oC
Ca(OH) 2 1100 oC
CaO 900 oC
Ca(OH) 2 900 oC
Keterangan: HAp : hidroksiapatit AKA : apatit karbonat tipe A AKB : apatit karbonat tipe B αTCP : α-trikalsium fosfat βTCP : β-trikalsium fosfat OKP : oktakalsium fosfat
26
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Depok pada tanggal 18 September 1988 dari Ayah Muhammad Nasikin dan Ibu Srimurniati. Penulis merupakan anak pertama dari 2 bersaudara. Penulis menyelesaikan studi di SMA Sejahtera I pada tahun 2006. Pada tahun yang sama penulis diterima di Akademi Kimia Analisis Bogor (AKA). Tahun 2009 penulis melaksanakan kegiatan praktik kerja lapangan di Pusat Laboratorium Forensik (Puslabfor) Mabes Polri di Jakarta dengan judul laporan “Pengujian Kadar Beberapa Logam Berat dalam Limbah Padat Industri Kulit Imitasi Secara TCLP (Toxicity Characteristic Leaching Procedure) Menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom”. Setelah lulus dari AKA, pada tahun 2009 penulis sempat bekerja di PT ATS sebagai Quality Control. Kemudian pada tahun 2010 penulis melanjutkan studi di Program Alih Jenis Kimia, Institut Pertanian Bogor (IPB).
